极低频脉冲磁场生物效应的实验研究

　　摘　要　目的: 研究极低频(ELF)脉冲磁场的生物效应.方法: 选择不同频率,不同功率的ELF脉冲磁场,对小鼠、人离体血、细菌等实验对象进行不同时间长度的照射,照射后对小鼠的血液流变学指标、自由基指标和血细胞的变化、对小鼠的学习记忆能力、人离体血血液流变学指标和细菌的生化指标及质粒DNA进行测量,研究脉冲磁场作用对这些指标的影响.结果:脉冲电磁场可使血液的表观粘度降低;可抑制小鼠骨髓生成白细胞的功能;可影响大肠杆菌中某些酶的活性及代谢;改善血液流变学特性及自由基特性,并影响小鼠的学习记忆能力.结论: 系列研究表明,ELF脉冲磁场的生物效应是存在的,并随磁场强度的不同而不同,存在一定的“窗口”效应区.

　　0　引言

　　低频磁场的生物效应绐终是电磁场生物效应研究的热点之一.第四军医大学物理教研室近年来对极低频(ELF)脉冲磁场生物效应进行了大量广泛的研究,在研制了系列极低频脉冲磁场发生仪［1～3］的基础上,先后进行了ELF脉冲磁场对带重组质粒大肠杆菌生化特性及质粒DNA、对小鼠血液的血细胞计数及分布、对小鼠血液自由基活性及血液流变学指标、对小鼠学习记忆能力及对人离体血血液流变特性的影响等研究,得到了许多有意义的结果,本文将对其做简单综述.

　　1　ELF脉冲磁场生物效应实验结果

　　1.1　ELF脉冲磁场对小鼠血细胞的影响　巨宏博等［4］对脉冲电场和磁场对小鼠血细胞的影响进行了比较研究,用脉冲最大强度分别为0.4 T和24 kV/m的磁场和电场对小鼠进行10次脉冲辐照(间隔约5 min), 辐照后隔3, 7和14 d, 共3次对小鼠从尾部采血并用光镜检查.结果发现：对小鼠血细胞的影响主要表现为磁场的作用,脉冲电场基本没影响,这符合生物体可屏蔽电场无法屏蔽磁场的基本特性,也是我们后继实验主要以磁场为主的原因.脉冲磁场对血细胞的影响发生在1 wk左右,白细胞总数呈下降趋势, 但白细胞分类无差异, 而且2 wk左右白细胞计数便可恢复.其作用机理可能是由于脉冲磁场作用抑制骨髓生成白细胞的功能,不过这种抑制是功能性的, 也是暂时的,能否长期刺激使其发生非功能性变化, 有待进一步研究.杨春智等［5］对每天50个脉冲, 连续辐照18 d的小鼠,从辐照开始经7, 14, 18 d(这3次是在辐照进行中测量的), 25, 32,39, 149 d(这4次是在辐照停止后进行的),共7次对其尾部采血进行光镜检测.研究发现, 辐照次数多时, 则引起小鼠白细胞数目增加,而辐照次数少时, 则引起白细胞数目减少,对白细胞分类无显著性影响. 说明磁场和其他物理因素一样,强度低时引起刺激效应, 高时引起抑制作用.

　　1.2　ELF脉冲磁场对带重组质粒大肠杆菌生化特性及质粒DNA的影响［5］　用频率15 hz、场强0.15 T的ELF脉冲磁场,对携带mdm2 CDNA片段的重组pUC18质粒和携带p53 cDNA片段的重组pUC18质粒的大肠杆菌（HB101）分别进行连续6 h和连续12 h的辐照，检测其染色性及临床生化指标，并提取辐照组及对照组的质粒，琼脂糖电泳进行比较.结果表明，辐照6 h组的细菌约20%的革兰氏染色性发生了改变，辐照12 h组约30%革兰氏染色性发生了改变，生化检测中，靛基质试验结果由阳性转变为阴性，麦芽糖和蔗糖虽为阳性，但与对照组相比显色有明显改变，琼脂糖电泳结果显示辐照组与对照组质粒无明显差异.说明ELF脉冲磁场辐照可能影响大肠杆菌中某些酶的活性及代谢,对其质粒DNA的结构无显著影响.

　　1.3　ELF脉冲磁场对血液的流变学指标的影响　作者［7］采用频率20 hz，强度分别为0.25，0.34 T和0.64 T的脉冲磁场对小鼠进行40 min全身辐照.对磁处理后小鼠的血液流变学指标 (血细胞体积分数、全血低切粘度、全血高切粘度、红细胞聚集指数)进行测量. 结果: 除辐照强度0.34 T组的小鼠血细胞体积分数显著高于对照组外,其余指标无显著变化.

　　文峻等［8］对脉冲电磁场、静电场及其组合作用对人离体血红细胞聚集和变形性影响进行的研究表明:脉冲电磁场作用,使红细胞聚集性降低, 变形能力提高, 红细胞电泳率变快, casson屈服应力减小, 改善了血液流变的宏观特性.辐照强度大时,作用效果也大, 但同一处理,不同强度间无统计学上的差异.静电场辐照结果也使红细胞聚集性降低, 红细胞电泳率变快,但红细胞变形能力没有提高.二者共同辐照以脉冲磁场的影响为主,但没有单一辐照的作用大.该实验各条件下对其它流变学指标无显著性影响. 对T=4 min,Bmax=0 t～2 T的脉冲磁场对人离体血作用的研究发现,其作用可使血液的全血表观粘度明显下降,高血粘症患者的粘度降低幅度更大［9］,且能减慢凝血过程,降低凝血块的强度, 改善高凝血态.

　　1.4　ELF脉冲磁场对小鼠血液的自由基活性的影响［10］　对频率20 hz，强度0.25，0.34和0.64 T的脉冲磁场作用下, 小鼠40 min全身辐照后血液的自由基指标(SOD比活性、MDA含量) 进行测量. 结果: 辐照强度0.25 T和0.64 T对小鼠血液的自由基无影响,0.34 T强度辐照使小鼠血液的SOD和MDA值均显著降低. 说明:ELF脉冲磁场对小鼠的自由基有较大影响并存在一定的窗口效应区.

　　1.5　ELF脉冲磁场对小鼠学习记忆能力的影响［11］采用脉冲频率20 hz,强度分别为0.25,0.34和0.64 T三种不同强度的脉冲磁场对小鼠进行40 min全身辐照，对对照组进行40 min假辐照. 磁处理后休息5 min即用Y-型迷宫实验观测其学习记忆行为，间隔24 h后再重复观测. 结果显示: 辐照强度0.25 T辐照组与对照组的小鼠学习记忆能力无显著性差异,0.34 T强度辐照组的小鼠学习记忆能力明显强于对照组，0.64 T强度的磁辐照组小鼠的学习记忆能力明显低于对照组；间隔24 h后重新测量, 各组小鼠的学习成绩均有提高, 但无显著性差异.说明ELF脉冲磁场对小鼠学习记忆的影响随磁场强度的不同而不同,其促进及抑制作用均可能存在“窗口”效应区.

　　2　讨论

　　系列研究结果表明, 在ELF电磁场的生物效应中,磁场的作用效果明显强于电场; ELF脉冲磁场的生物效应在我们所进行的实验中均存在,并且随磁场强度和频率的不同而不同,但其相互关系并非单调递增或单调递减, 而是存在一定的“窗口”效应区.对ELF脉冲磁场生物效应的系统研究还需从以下方面作进一步努力:①实验设计中同时考虑频率、磁场强度、辐照时间三因素的变化,寻找生物效应与脉冲磁场的频率、磁场强度、辐照时间之间的关系及各自的“窗口”效应区,并研究三因素可能的协同作用情况. ②对实验现象从机理方面进行深入探讨.③本课题的各项研究均可与分子生物学技术和细胞学技术相结合，使本研究从简单的行为、代谢等指标深入到细胞、分子及DNA水平.

　　作者简介：席晓莉, 女,1968-01-03生,陕西省西安市人, 汉族. 1990年国防科技大学毕业,硕士生,讲师,发表论文10篇.电话:(029)3373849

　　作者单位：席晓莉　西安理工大学自动化与信息工程学院，陕西西安 710048

　　文峻　王斯刚　第四军医大学生物医学工程系物理教研室

　　吴道澄　第四军医大学基础部化学教研室

　　参考文献

　　1 文　峻,王作人, 杨春智 et al.多用脉冲磁场发生仪的研制．中国医学物理杂志，1995;12(2):57-60

　　2 王斯刚, 席晓莉, 文　峻. CXLY-Ⅰ型极低频脉冲磁场发生仪的研制．中国医学物理杂志，1998;15(5): 161-162

　　3 席晓莉, 文峻, 王斯刚 et al. CXLY-Ⅱ型极低频脉冲磁场发生仪的研制．生物医学工程杂志,待发表.

　　4 巨宏博, 杨春智, 文　峻 et al.脉冲电场和磁场对小鼠血细胞的影响进行了比较研究．中国医学物理杂志,1994;11(1):42-46

　　5 杨春智, 文　峻, 巨宏博 et al.低频脉冲磁场对小白鼠白细胞影响的观察．中国医学物理杂志,1994; 11(2): 40-42

　　6 席晓莉, 范家骏,于文彬 et al．低频脉冲磁场对质粒大肠菌生化特性及质粒DNA的影响．中国医学物理杂志，1997;14(2)：71-72

　　7 席晓莉,张建保,文　峻 et al.极低频脉冲磁场对小鼠血液流变的影响．中国医学物理杂志,1998;15(5):146

　　8 文　峻, 范家骏, 杨春智 et al.低频电磁场对血液流变特性的影响．光子学报, 1994; 23(Z4):143-146

　　9 Wang Tianyou, Wen Jun, Fan Jiajun et al. Proceedings of Beijing satellite symposium of the eighth international congress of biorheology. Beijing： Pejing university Press，1992:387-389

　　10 席晓莉,吴道澄,张建保 et al.极低频脉冲磁场对小鼠自由基及血液流变的影响． 待发表

　　11 席晓莉,文峻,王斯刚 et al.极低频脉冲磁场对小鼠学习记忆能力的影响．第四军医大学学报，1998;19(2):214-215