摘 要 目的: 研究 極低頻(ELF)脈衝磁場的生物效應. 方法 : 選擇不同頻率,不同功率的ELF脈衝磁場,對小鼠、人離體血、細菌等實驗對象進行不同時間長度的照射,照射後對小鼠的血液流變學指標、自由基指標和血細胞的變化、對小鼠的 學習 記憶能力、人離體血血液流變學指標和細菌的生化指標及質粒DNA進行測量,研究脈衝磁場作用對這些指標的 影響 .結果:脈衝電磁場可使血液的表觀粘度降低;可抑制小鼠骨髓生成白細胞的功能;可影響大腸桿菌中某些酶的活性及代謝;改善血液流變學特性及自由基特性,並影響小鼠的學習記憶能力.結論: 系列研究表明,ELF脈衝磁場的生物效應是存在的,並隨磁場強度的不同而不同,存在一定的「窗口」效應區.
0 引言
低頻磁場的生物效應紿終是電磁場生物效應研究的熱點之一.第四軍醫大學物理教研室近年來對極低頻(ELF)脈衝磁場生物效應進行了大量廣泛的研究,在研製了系列極低頻脈衝磁場發生儀［1～3］的基礎上,先後進行了ELF脈衝磁場對帶重組質粒大腸桿菌生化特性及質粒DNA、對小鼠血液的血細胞計數及分布、對小鼠血液自由基活性及血液流變學指標、對小鼠學習記憶能力及對人離體血血液流變特性的影響等研究,得到了許多有意義的結果,本文將對其做簡單綜述.
1 ELF脈衝磁場生物效應實驗結果
1.1 ELF脈衝磁場對小鼠血細胞的影響 巨宏博等［4］對脈衝電場和磁場對小鼠血細胞的影響進行了比較研究,用脈衝最大強度分別為0.4 T和24 kV/m的磁場和電場對小鼠進行10次脈衝輻照(間隔約5 min), 輻照後隔3, 7和14 d, 共3次對小鼠從尾部采血並用光鏡檢查.結果發現：對小鼠血細胞的影響主要表現為磁場的作用,脈衝電場基本沒影響,這符合生物體可屏蔽電場無法屏蔽磁場的基本特性,也是我們後繼實驗主要以磁場為主的原因.脈衝磁場對血細胞的影響發生在1 wk左右,白細胞總數呈下降趨勢, 但白細胞分類無差異, 而且2 wk左右白細胞計數便可恢復.其作用機理可能是由於脈衝磁場作用抑制骨髓生成白細胞的功能,不過這種抑制是功能性的, 也是暫時的,能否長期刺激使其發生非功能性變化, 有待進一步研究.楊春智等［5］對每天50個脈衝, 連續輻照18 d的小鼠,從輻照開始經7, 14, 18 d(這3次是在輻照進行中測量的), 25, 32,39, 149 d(這4次是在輻照停止後進行的),共7次對其尾部采血進行光鏡檢測.研究發現, 輻照次數多時, 則引起小鼠白細胞數目增加,而輻照次數少時, 則引起白細胞數目減少,對白細胞分類無顯著性影響. 說明磁場和其他物理因素一樣,強度低時引起刺激效應, 高時引起抑制作用.
1.2 ELF脈衝磁場對帶重組質粒大腸桿菌生化特性及質粒DNA的影響［5］ 用頻率15 hz、場強0.15 T的ELF脈衝磁場,對攜帶mdm2 CDNA片段的重組pUC18質粒和攜帶p53 cDNA片段的重組pUC18質粒的大腸桿菌（HB101）分別進行連續6 h和連續12 h的輻照，檢測其染色性及臨床生化指標，並提取輻照組及對照組的質粒，瓊脂糖電泳進行比較.結果表明，輻照6 h組的細菌約20%的革蘭氏染色性發生了改變，輻照12 h組約30%革蘭氏染色性發生了改變，生化檢測中，靛基質試驗結果由陽性轉變為陰性，麥芽糖和蔗糖雖為陽性，但與對照組相比顯色有明顯改變，瓊脂糖電泳結果顯示輻照組與對照組質粒無明顯差異.說明ELF脈衝磁場輻照可能影響大腸桿菌中某些酶的活性及代謝,對其質粒DNA的結構無顯著影響.
1.3 ELF脈衝磁場對血液的流變學指標的影響 作者［7］採用頻率20 hz，強度分別為0.25，0.34 T和0.64 T的脈衝磁場對小鼠進行40 min全身輻照.對磁處理後小鼠的血液流變學指標 (血細胞體積分數、全血低切粘度、全血高切粘度、紅細胞聚集指數)進行測量. 結果: 除輻照強度0.34& nbsp;T組的小鼠血細胞體積分數顯著高於對照組外,其餘指標無顯著變化.
文峻等［8］對脈衝電磁場、靜電場及其組合作用對人離體血紅細胞聚集和變形性影響進行的研究表明:脈衝電磁場作用,使紅細胞聚集性降低, 變形能力提高, 紅細胞電泳率變快, casson屈服應力減小, 改善了血液流變的宏觀特性.輻照強度大時,作用效果也大, 但同一處理,不同強度間無統計學上的差異.靜電場輻照結果也使紅細胞聚集性降低, 紅細胞電泳率變快,但紅細胞變形能力沒有提高.二者共同輻照以脈衝磁場的影響為主,但沒有單一輻照的作用大.該實驗各條件下對其它流變學指標無顯著性影響. 對T=4 min,Bmax=0 t～2 T的脈衝磁場對人離體血作用的研究發現,其作用可使血液的全血表觀粘度明顯下降,高血粘症患者的粘度降低幅度更大［9］,且能減慢凝血過程,降低凝血塊的強度, 改善高凝血態.
1.4 ELF脈衝磁場對小鼠血液的自由基活性的影響［10］ 對頻率20 hz，強度0.25，0.34和0.64 T的脈衝磁場作用下, 小鼠40 min全身輻照後血液的自由基指標(SOD比活性、MDA含量) 進行測量. 結果: 輻照強度0.25 T和0.64 T對小鼠血液的自由基無影響,0.34 T強度輻照使小鼠血液的SOD和MDA值均顯著降低. 說明:ELF脈衝磁場對小鼠的自由基有較大影響並存在一定的窗口效應區.
1.5 ELF脈衝磁場對小鼠學習記憶能力的影響［11］採用脈衝頻率20 hz,強度分別為0.25,0.34和0.64 T三種不同強度的脈衝磁場對小鼠進行40 min全身輻照，對對照組進行40 min假輻照. 磁處理後休息5 min即用Y-型迷宮實驗觀測其學習記憶行為，間隔24 h後再重複觀測. 結果顯示: 輻照強度0.25 T輻照組與對照組的小鼠學習記憶能力無顯著性差異,0.34 T強度輻照組的小鼠學習記憶能力明顯強於對照組，0.64 T強度的磁輻照組小鼠的學習記憶能力明顯低於對照組；間隔24 h後重新測量, 各組小鼠的學習成績均有提高, 但無顯著性差異.說明ELF脈衝磁場對小鼠學習記憶的影響隨磁場強度的不同而不同,其促進及抑制作用均可能存在「窗口」效應區.
2 討論
系列研究結果表明, 在ELF電磁場的生物效應中,磁場的作用效果明顯強於電場; ELF脈衝磁場的生物效應在我們所進行的實驗中均存在,並且隨磁場強度和頻率的不同而不同,但其相互關係並非單調遞增或單調遞減, 而是存在一定的「窗口」效應區.對ELF脈衝磁場生物效應的系統研究還需從以下方面作進一步努力:①實驗設計中同時考慮頻率、磁場強度、輻照時間三因素的變化,尋找生物效應與脈衝磁場的頻率、磁場強度、輻照時間之間的關係及各自的「窗口」效應區,並研究三因素可能的協同作用情況. ②對實驗現象從機理方面進行深入探討.③本課題的各項研究均可與分子生物學技術和細胞學技術相結合，使本研究從簡單的行為、代謝等指標深入到細胞、分子及DNA水平.
0 引言
低頻磁場的生物效應紿終是電磁場生物效應研究的熱點之一.第四軍醫大學物理教研室近年來對極低頻(ELF)脈衝磁場生物效應進行了大量廣泛的研究,在研製了系列極低頻脈衝磁場發生儀［1～3］的基礎上,先後進行了ELF脈衝磁場對帶重組質粒大腸桿菌生化特性及質粒DNA、對小鼠血液的血細胞計數及分布、對小鼠血液自由基活性及血液流變學指標、對小鼠學習記憶能力及對人離體血血液流變特性的影響等研究,得到了許多有意義的結果,本文將對其做簡單綜述.
1 ELF脈衝磁場生物效應實驗結果
1.1 ELF脈衝磁場對小鼠血細胞的影響 巨宏博等［4］對脈衝電場和磁場對小鼠血細胞的影響進行了比較研究,用脈衝最大強度分別為0.4 T和24 kV/m的磁場和電場對小鼠進行10次脈衝輻照(間隔約5 min), 輻照後隔3, 7和14 d, 共3次對小鼠從尾部采血並用光鏡檢查.結果發現：對小鼠血細胞的影響主要表現為磁場的作用,脈衝電場基本沒影響,這符合生物體可屏蔽電場無法屏蔽磁場的基本特性,也是我們後繼實驗主要以磁場為主的原因.脈衝磁場對血細胞的影響發生在1 wk左右,白細胞總數呈下降趨勢, 但白細胞分類無差異, 而且2 wk左右白細胞計數便可恢復.其作用機理可能是由於脈衝磁場作用抑制骨髓生成白細胞的功能,不過這種抑制是功能性的, 也是暫時的,能否長期刺激使其發生非功能性變化, 有待進一步研究.楊春智等［5］對每天50個脈衝, 連續輻照18 d的小鼠,從輻照開始經7, 14, 18 d(這3次是在輻照進行中測量的), 25, 32,39, 149 d(這4次是在輻照停止後進行的),共7次對其尾部采血進行光鏡檢測.研究發現, 輻照次數多時, 則引起小鼠白細胞數目增加,而輻照次數少時, 則引起白細胞數目減少,對白細胞分類無顯著性影響. 說明磁場和其他物理因素一樣,強度低時引起刺激效應, 高時引起抑制作用.
1.2 ELF脈衝磁場對帶重組質粒大腸桿菌生化特性及質粒DNA的影響［5］ 用頻率15 hz、場強0.15 T的ELF脈衝磁場,對攜帶mdm2 CDNA片段的重組pUC18質粒和攜帶p53 cDNA片段的重組pUC18質粒的大腸桿菌（HB101）分別進行連續6 h和連續12 h的輻照，檢測其染色性及臨床生化指標，並提取輻照組及對照組的質粒，瓊脂糖電泳進行比較.結果表明，輻照6 h組的細菌約20%的革蘭氏染色性發生了改變，輻照12 h組約30%革蘭氏染色性發生了改變，生化檢測中，靛基質試驗結果由陽性轉變為陰性，麥芽糖和蔗糖雖為陽性，但與對照組相比顯色有明顯改變，瓊脂糖電泳結果顯示輻照組與對照組質粒無明顯差異.說明ELF脈衝磁場輻照可能影響大腸桿菌中某些酶的活性及代謝,對其質粒DNA的結構無顯著影響.
1.3 ELF脈衝磁場對血液的流變學指標的影響 作者［7］採用頻率20 hz，強度分別為0.25，0.34 T和0.64 T的脈衝磁場對小鼠進行40 min全身輻照.對磁處理後小鼠的血液流變學指標 (血細胞體積分數、全血低切粘度、全血高切粘度、紅細胞聚集指數)進行測量. 結果: 除輻照強度0.34& nbsp;T組的小鼠血細胞體積分數顯著高於對照組外,其餘指標無顯著變化.
文峻等［8］對脈衝電磁場、靜電場及其組合作用對人離體血紅細胞聚集和變形性影響進行的研究表明:脈衝電磁場作用,使紅細胞聚集性降低, 變形能力提高, 紅細胞電泳率變快, casson屈服應力減小, 改善了血液流變的宏觀特性.輻照強度大時,作用效果也大, 但同一處理,不同強度間無統計學上的差異.靜電場輻照結果也使紅細胞聚集性降低, 紅細胞電泳率變快,但紅細胞變形能力沒有提高.二者共同輻照以脈衝磁場的影響為主,但沒有單一輻照的作用大.該實驗各條件下對其它流變學指標無顯著性影響. 對T=4 min,Bmax=0 t～2 T的脈衝磁場對人離體血作用的研究發現,其作用可使血液的全血表觀粘度明顯下降,高血粘症患者的粘度降低幅度更大［9］,且能減慢凝血過程,降低凝血塊的強度, 改善高凝血態.
1.4 ELF脈衝磁場對小鼠血液的自由基活性的影響［10］ 對頻率20 hz，強度0.25，0.34和0.64 T的脈衝磁場作用下, 小鼠40 min全身輻照後血液的自由基指標(SOD比活性、MDA含量) 進行測量. 結果: 輻照強度0.25 T和0.64 T對小鼠血液的自由基無影響,0.34 T強度輻照使小鼠血液的SOD和MDA值均顯著降低. 說明:ELF脈衝磁場對小鼠的自由基有較大影響並存在一定的窗口效應區.
1.5 ELF脈衝磁場對小鼠學習記憶能力的影響［11］採用脈衝頻率20 hz,強度分別為0.25,0.34和0.64 T三種不同強度的脈衝磁場對小鼠進行40 min全身輻照，對對照組進行40 min假輻照. 磁處理後休息5 min即用Y-型迷宮實驗觀測其學習記憶行為，間隔24 h後再重複觀測. 結果顯示: 輻照強度0.25 T輻照組與對照組的小鼠學習記憶能力無顯著性差異,0.34 T強度輻照組的小鼠學習記憶能力明顯強於對照組，0.64 T強度的磁輻照組小鼠的學習記憶能力明顯低於對照組；間隔24 h後重新測量, 各組小鼠的學習成績均有提高, 但無顯著性差異.說明ELF脈衝磁場對小鼠學習記憶的影響隨磁場強度的不同而不同,其促進及抑制作用均可能存在「窗口」效應區.
2 討論
系列研究結果表明, 在ELF電磁場的生物效應中,磁場的作用效果明顯強於電場; ELF脈衝磁場的生物效應在我們所進行的實驗中均存在,並且隨磁場強度和頻率的不同而不同,但其相互關係並非單調遞增或單調遞減, 而是存在一定的「窗口」效應區.對ELF脈衝磁場生物效應的系統研究還需從以下方面作進一步努力:①實驗設計中同時考慮頻率、磁場強度、輻照時間三因素的變化,尋找生物效應與脈衝磁場的頻率、磁場強度、輻照時間之間的關係及各自的「窗口」效應區,並研究三因素可能的協同作用情況. ②對實驗現象從機理方面進行深入探討.③本課題的各項研究均可與分子生物學技術和細胞學技術相結合，使本研究從簡單的行為、代謝等指標深入到細胞、分子及DNA水平.
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