第五節(jié)電磁場的生物效應11級ppt課件

1、第二章第二章 生物磁學生物磁學第一節(jié)第一節(jié) 物質的磁性物質的磁性第二節(jié)第二節(jié) 生物物質的磁性和生物磁場生物物質的磁性和生物磁場第三節(jié)第三節(jié) 磁場的生物效應磁場的生物效應第四節(jié)第四節(jié) 磁場生物效應在臨床醫(yī)學中的作用與機理磁場生物效應在臨床醫(yī)學中的作用與機理 第五節(jié)第五節(jié) 電磁場的生物效應及其作用機理電磁場的生物效應及其作用機理第六節(jié)第六節(jié) 微波的生物效應及其在醫(yī)學中的應用微波的生物效應及其在醫(yī)學中的應用第五節(jié)第五節(jié) 電磁場的生物效應及電磁場的生物效應及其作用機理其作用機理一、電磁場的生物效應一、電磁場的生物效應二、作用機理二、作用機理一、電磁場的生物效應一、電磁場的生物效應電磁場與機體之間的相互

2、作用，必定會產生一系列生理影響，也即電磁場的生物效應。而它通常以致熱作用和非熱作用存在。不同頻率段的電磁場引起的生物效應一般不同。光輻照生物體，以非熱效應為主；微波和射頻波輻照，以刺激效應為主；恒穩(wěn)電磁場輻照，以電極化和磁矩取向為主。一、電磁場的生物效應一、電磁場的生物效應根據電磁場對束縛電荷的作用結果，可分為電離輻照和非電離輻照。電離輻照使處于束縛狀態(tài)的帶電粒子成為自由粒子;非電離輻照不能使處于束縛狀態(tài)的帶電粒子成為自由粒子。一、電磁場的生物效應一、電磁場的生物效應本節(jié)介紹極低頻甚高頻電磁場對神經系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和致癌問題研究的部分結果。1神經系統(tǒng)神經系統(tǒng)對電磁場作用非

3、常靈敏，無論從功能、代謝或形態(tài)方面都有相關報道。經顱刺激神經細胞測定中樞運動傳導。最早是用短時限高壓電流刺激，此種方法病人感到疼痛不適，因而使用有一定限制。Barker首次記錄了用磁刺激大腦運動皮層所獲得運動反應，使用該方法病人幾乎沒有什么感覺，更無疼痛不適。1神經系統(tǒng)射頻輻照射頻輻照可致腦中可致腦中ATP含量改變，含量改變，C蛋白對射頻輻照敏感；蛋白對射頻輻照敏感；射頻輻照可能阻礙細胞線粒體中電子傳遞功能，射頻輻照可能阻礙細胞線粒體中電子傳遞功能，使腦中能量代謝下降。使腦中能量代謝下降。ATP是含有三分子磷酸的腺苷，因此稱為腺苷三是含有三分子磷酸的腺苷，因此稱為腺苷三磷酸，也稱三磷酸腺苷，是

4、體內最重要的高能化磷酸，也稱三磷酸腺苷，是體內最重要的高能化合物。合物。在生命活動中能量的釋放、貯存和利用主要是以在生命活動中能量的釋放、貯存和利用主要是以ATP為中心，故為中心，故ATP是直接供能物質。是直接供能物質。電磁波對腦組織的影響不僅有頻率窗，而且有功電磁波對腦組織的影響不僅有頻率窗，而且有功率窗。率窗。2內分泌系統(tǒng)實驗實驗1Friedman將猴放在將猴放在200G的恒磁場中，每天的恒磁場中，每天輻照輻照4h。結果尿中類皮質激素上升，停止輻。結果尿中類皮質激素上升，停止輻照照6天后恢復正常。天后恢復正常。實驗實驗2小鼠在小鼠在60Hz，2550kVm電場作用下，電場作用下，皮質酮上升

5、；但當繼續(xù)輻照時，皮質酮又下皮質酮上升；但當繼續(xù)輻照時，皮質酮又下降至基線。降至基線。2內分泌系統(tǒng)實驗實驗3腎上腺中的類皮質激素對電磁波的反應有時腎上腺中的類皮質激素對電磁波的反應有時相性，將強度為相性，將強度為 0.150.25T的永磁體置于的永磁體置于家兔兩側甲狀腺部位，作用家兔兩側甲狀腺部位，作用28天與天與39天后，天后，檢查甲狀腺功能，結果表明磁場對甲狀腺功檢查甲狀腺功能，結果表明磁場對甲狀腺功能無明顯影響。能無明顯影響。 3免疫系統(tǒng)脈沖電磁場可激活培養(yǎng)中的淋巴細胞，電磁場所引起的免疫改變有時相性，往往先出現(xiàn)刺激反應，然后才出現(xiàn)免疫抑制反應。磁場作用機體后，可以提高機體的免疫力。3免

6、疫系統(tǒng)實驗1以0.040.12T的恒磁場及0.6T的脈沖磁場，分別作用于胸腺及脾臟的相應體表部位，觀察家兔的免疫功能。結果除 0.04T的恒磁場對家兔免疫功能無影響外， 0.12T恒磁場組家兔白細胞數(shù)及中性白細胞均有增高， 0.6T脈沖磁場組的細胞兔疫功能的變化比較明顯，淋巴細胞轉化率、白細胞總數(shù)及中性白細胞比例均有增高。3免疫系統(tǒng)實驗實驗2應用同位素方法研究不同強度的交變磁應用同位素方法研究不同強度的交變磁場對離體血淋巴細胞轉化的影響，結果場對離體血淋巴細胞轉化的影響，結果表明一定強度的磁場作用能促進機體兔表明一定強度的磁場作用能促進機體兔疫能力。疫能力。4心血管系統(tǒng)功率密度為數(shù)百Wcm2至

7、數(shù)mWcm2的電磁場作用，機體表現(xiàn)出迷走神經興奮性增高；在功率密度接近或小于100Wcm2的電磁場作用，可出現(xiàn)交感神經興奮現(xiàn)象。4心血管系統(tǒng)電磁場輻照除可引起血壓變化之外，還可出現(xiàn)血管痙攣，脈搏的傳播速度加快等現(xiàn)象。電磁場局部輻照可使血管擴張，管徑增大，血流速度加快，物質交換加強。5電磁場與致癌世界許多國家近些年連續(xù)發(fā)表了不少有關電磁場能否致癌的研究報告。居民在長期受到強電磁場作用后，患白血病及腦癌的可能性增加。5電磁場與致癌Szmigielski報道的資料更為具體，他通過大樣本調查所得結論為：在射頻電磁場的影響下,人群中患癌率比對照組高3倍，主要危險器官為血-淋巴系統(tǒng)發(fā)病率可比其官器官高7倍

8、），其次為消化系統(tǒng)癌、皮膚癌包括黑色素瘤）；在發(fā)病年齡方面最高危險度為4049歲受照515年者）。癌發(fā)生率與受輻照時間密切相關。同樣部位、同位癌腫種類，受照射組比對照組在癌腫發(fā)生時間上，可提早十幾年。5電磁場與致癌Stevens指出超低頻電磁場的致癌機理可減少松果體內褪黑激素的形成，從而導致體內雌激素及泌乳素的升高，后者可引起癌細胞生長與增殖。二、作用機理二、作用機理靜電場靜電場主要是使生物組織的分子極化。使分子磁矩主要是使生物組織的分子極化。使分子磁矩向該點的磁場方向轉動和對運動電荷施以洛向該點的磁場方向轉動和對運動電荷施以洛侖茲力。侖茲力。 時變電磁場時變電磁場頻率比較低的時變磁場，相應的

9、能量子頻率比較低的時變磁場，相應的能量子hv不不足以使處于束縛狀態(tài)的電子發(fā)生電離，故屬足以使處于束縛狀態(tài)的電子發(fā)生電離，故屬非電離輻照。非電離輻照。 時變電磁場的生物效應根據生物體內的產熱多少，其生物效應又可分為熱效應和非熱效應。 1.熱效應電磁場的熱效應是指由電磁場引起的生物組織電磁場的熱效應是指由電磁場引起的生物組織或系統(tǒng)受熱而對生物體產生的生物影響。電磁或系統(tǒng)受熱而對生物體產生的生物影響。電磁場的熱效應和通過其它方式加熱所導致的效應場的熱效應和通過其它方式加熱所導致的效應沒有本質區(qū)別。沒有本質區(qū)別。生熱的方式有：生熱的方式有：生物體內的有極分子在高頻電場作用下反復快生物體內的有極分子在高

10、頻電場作用下反復快速取向轉動而摩擦生熱；速取向轉動而摩擦生熱；傳導電流生熱；傳導電流生熱；介質損耗生熱。介質損耗生熱。傳導電流生熱由于生物體中存在能自由遷移的帶電粒子，生物體在電場作用下能產生電流。這些粒子稱為載流子，載流子在電場的作用下，宏觀結果是獲得一平均定向速度。根據載流子的種類，可分為電子電導包括空穴電導）離子電導離子可帶正電荷也可帶負電荷）膠粒電導載流子是帶電的分子團）。 介質損耗生熱無極分子在外電場作用下，分子的正負電荷無極分子在外電場作用下，分子的正負電荷重心將發(fā)生相對移動形成等效電偶極子。重心將發(fā)生相對移動形成等效電偶極子。外電場越強，正負電荷重心間的相對位移越外電場越強，正負

11、電荷重心間的相對位移越大，等效的電偶極矩越大，電場撤去后正負大，等效的電偶極矩越大，電場撤去后正負電荷重心又重合在一起。所以無極分子類似電荷重心又重合在一起。所以無極分子類似于一個于一個“彈性電偶極子彈性電偶極子”。介質損耗生熱有極分子在外電楊作用下，將受到一個外力有極分子在外電楊作用下，將受到一個外力矩的作用，使分子的電偶極矩取向電場的方矩的作用，使分子的電偶極矩取向電場的方向。但由于分子的熱運動，不可能所有分子向。但由于分子的熱運動，不可能所有分子的電偶極矩都按電場的方向排列起來。的電偶極矩都按電場的方向排列起來。分子的位移和取向極化都不能瞬時完成，必分子的位移和取向極化都不能瞬時完成，必

12、須經過一定的時間。位移極化的建立最快，須經過一定的時間。位移極化的建立最快，約為約為10-1510-14S。 2非熱效應電磁場的非熱效應是指生物系統(tǒng)吸收電磁能電磁場的非熱效應是指生物系統(tǒng)吸收電磁能量后，產生不同于溫度變化引起的生物學變量后，產生不同于溫度變化引起的生物學變化。非熱效應也稱為場的特異性效應?；?。非熱效應也稱為場的特異性效應。這種影響經常發(fā)生在細胞與分子水平上。即這種影響經常發(fā)生在細胞與分子水平上。即使在電磁場的熱效應中，也存在著場的特異使在電磁場的熱效應中，也存在著場的特異性效應。性效應。2非熱效應生物體與電磁場之間的相互作用不僅僅是電磁能在生物體內的簡單轉化，理論和實驗表明，電

13、磁場作用生物體使生物體產生了許多復雜的生物物理效應。 主要的生物物理效應（1回旋加速共振效應（2參量共振效應（3核磁共振效應（1回旋加速共振效應大量生物效應涉及到Ca2+的結合和流動，在解釋超低頻電磁場頻率窗口的效應時，認為相互作用的機制是一種離子回旋加速共振。（1回旋加速共振效應速度為v，帶電量為q，質量為m的離子，在靜磁場BS中作圓運動角速度qBSm）。當疊加B=B0ejt的交變磁場和原靜磁場平行后，離子角速度和它的軌道半徑增加。若滿足一定的頻率要求，帶電離子達到回旋加速共振，如Ca2+ 在50T的靜磁場中，回旋加速頻率為38.4Hz。（2參量共振效應參量共振效應有許多與回旋共振效應相同的參量共振效應有許多與回旋共振效應相同的特征，如靜磁場和交變磁場的相互作用。特征，如靜磁場和交變磁場的相互作用。（2參量共振效應在靜磁場地磁場中的熱誘發(fā)離子振動遵