極低頻電磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的影響教案資料

2013.09.02極低頻電磁場(chǎng)對(duì)細(xì)胞的影響目錄電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)極低頻電磁場(chǎng)熱效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理極低頻電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)的機(jī)理對(duì)遺傳物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng)電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)隨著電力事業(yè)的發(fā)展和家用電器的日益普及,這些家用電器和工頻電磁場(chǎng)的電磁輻射已經(jīng)大大超過(guò)了自然電磁環(huán)境。電磁輻射作用于生物體組織、細(xì)胞,引起結(jié)構(gòu)、功能等的變化,我們稱(chēng)之為電磁輻射的生物學(xué)效應(yīng)。電磁輻射生物效應(yīng)機(jī)制大體分為兩種:一種是熱效應(yīng);另一種是非熱效應(yīng)。熱效應(yīng)是指生物體內(nèi)各層次的生物物質(zhì)吸收電磁能,使溫度升高,從而引起的生理和病理變化的作用。非熱效應(yīng)即電磁場(chǎng)通過(guò)使生物體溫度升高的熱作用以外的方式改變生理生化過(guò)程的效應(yīng)，作用機(jī)理遠(yuǎn)遠(yuǎn)比熱效應(yīng)的作用機(jī)理要復(fù)雜得多。極低頻電磁場(chǎng)熱效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理在生物體系中,大量存在的水分子、氨基酸中的氨基和羧基以及核苷酸中的堿基和磷酸基團(tuán)使得蛋白質(zhì)(酶)或DNA分子產(chǎn)生電偶極矩,在交變電磁場(chǎng)的作用下,這些生物分子的電荷會(huì)由于感應(yīng)而重新分布,使本身的電偶極矩和極化狀態(tài)發(fā)生變化,造成生物分子結(jié)構(gòu)與功能的改變。一方面生物體系中的各種極性分子會(huì)發(fā)生迅速的周期性變化,在變化的過(guò)程中,這些極性分子與其周?chē)姆肿影l(fā)生劇烈的碰撞和摩擦,產(chǎn)生大量的熱能;另一方面,生物體系中的各種離子由于受到交變電磁場(chǎng)的作用在其平衡位置附近做周期性的運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,這些離子與其他分子碰撞而產(chǎn)生熱能。極低頻電磁場(chǎng)非熱效應(yīng)的機(jī)理2.離子跨膜回旋共振理論由于細(xì)胞膜內(nèi)外有一定的電勢(shì)差(跨膜靜息電勢(shì)差約為60~100mV),膜兩側(cè)粒子濃度的平衡是粒子擴(kuò)散力和電場(chǎng)力相互對(duì)抗的結(jié)果。當(dāng)外來(lái)電磁場(chǎng)作用在細(xì)胞膜上時(shí)將會(huì)干擾膜兩側(cè)的電勢(shì)差,從而影響膜對(duì)粒子的通透性,誘發(fā)出生物效應(yīng)。對(duì)遺傳物質(zhì)的生物學(xué)效應(yīng)低頻電磁場(chǎng)對(duì)DNA鏈的生成和斷裂有影響,從而影響了遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)錄、表達(dá),甚至有可能引起基因突變。1.早在1983年,Goodman等學(xué)者首次報(bào)道了72Hz單脈沖和15Hz脈沖波對(duì)雙翅目動(dòng)物唾液腺細(xì)胞的基因轉(zhuǎn)錄有影響。（GoodmanR,etal.Bioelectromagnetics.1992;13(2)）2.許多的研究發(fā)現(xiàn),極低頻電磁場(chǎng)可以引起基因表達(dá)的增加。如低頻電場(chǎng)可誘導(dǎo)腦內(nèi)c-fos蛋白表達(dá)的增加,這些蛋白被認(rèn)為是腦細(xì)胞活動(dòng)增加或腦細(xì)胞受損的標(biāo)志。(趙梅蘭,等.解放軍預(yù)防醫(yī)學(xué)雜志,2001,

19(3))對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響1.對(duì)蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的影響（1）李祥等用熒光光譜法研究了低頻電磁場(chǎng)對(duì)胰島素分子的作用,經(jīng)低頻電磁場(chǎng)作用后,胰島素溶液的熒光峰值強(qiáng)度發(fā)生了較為明顯的變化。由于胰島素的熒光主要是由胰島素分子中A鏈第19位上的酪氨酸所貢獻(xiàn)的,所以其熒光強(qiáng)度的變化表明在低頻電磁場(chǎng)的作用下胰島素分子的構(gòu)象發(fā)生了變化。(李祥,等.光譜學(xué)與光譜分析，2001,

21(3))對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響2.對(duì)蛋白質(zhì)分子合成的影響低頻電磁場(chǎng)對(duì)多種蛋白質(zhì)分子的合成具有促進(jìn)或抑制兩方面的作用。（1）海馬組織中兩種興奮性氨基酸含量在電磁脈沖輻射后即刻達(dá)峰值,即發(fā)生迅速而明顯的升高并持續(xù)達(dá)6h,隨后逐漸回落,24h漸趨恢復(fù)，48h接近正常對(duì)照水平;與此同時(shí),電磁脈沖輻射也引起了3種抑制性氨基酸Gly、Tau、GABA含量的逐漸升高,峰值出現(xiàn)在照后24h這種變化反映了神經(jīng)元抑制活動(dòng)的相應(yīng)增強(qiáng)。（李玉紅,等.中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志,2003,

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3.對(duì)酶活性的影響低頻電磁場(chǎng)對(duì)酶活性具有增加或降低兩方面的作用。(1)Byus首先研究了60Hz正弦電場(chǎng)(10mV/cm、暴露對(duì)3個(gè)細(xì)胞系(人的淋巴瘤CEM細(xì)胞、小鼠骨髓瘤細(xì)胞、ReuberH35肝細(xì)胞瘤細(xì)胞)鳥(niǎo)氨酸脫氫酶酶活性的影響,發(fā)現(xiàn)1h的暴露可以增加鳥(niǎo)氨酸脫氫酶酶活性。(ByusCV,etal.Bioelectromagnetics.1992;13(2))(2)錢(qián)永勝等的實(shí)驗(yàn)中,脈沖電磁場(chǎng)照射小鼠8h后,定位于皮膚毛細(xì)血管的上皮細(xì)胞中的ATPase與5’-N酶活性降低,說(shuō)明脈沖電磁場(chǎng)損傷了毛細(xì)血管的上皮細(xì)胞膜;肝臟ATPase與5’-N酶活性也下降。(錢(qián)永勝,等.(四川大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版))2002;S1

)對(duì)蛋白質(zhì)分子的影響細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng)1.對(duì)細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響低頻電磁場(chǎng)暴露依其強(qiáng)度、作用時(shí)間等參數(shù)和靶細(xì)胞的不同,細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期都表現(xiàn)出電磁場(chǎng)依賴(lài)性和非依賴(lài)性。(1)湯青等研究了低頻電磁場(chǎng)對(duì)成骨細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的影響,研究結(jié)果顯示,低頻電磁場(chǎng)作用后的細(xì)胞與對(duì)照組細(xì)胞相比,細(xì)胞數(shù)目增多,S期細(xì)胞百分比增高,凋亡比例減少。(湯青，等.科學(xué)通報(bào);1999,20

)(2)王恩彤等研究了電場(chǎng)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞(VEC)增殖和細(xì)胞周期的影響,

200mV/mm的電場(chǎng)暴露則可抑制細(xì)胞周期G1/S期的過(guò)渡,產(chǎn)生G1期停滯帶,從而明顯抑制VEC的增殖。(王恩彤,等.空軍總醫(yī)院學(xué)報(bào),2003,19(l))細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng)2.對(duì)細(xì)胞分化的影響(1)Elizabeth等研究了低頻電磁場(chǎng)暴露對(duì)PC12噬鉻細(xì)胞瘤細(xì)胞的分化的影響,研究結(jié)果顯示,暴露于4.5-8.25uT低頻電磁場(chǎng)23h,培養(yǎng)在含15%血清培養(yǎng)基中的實(shí)驗(yàn)組中細(xì)胞的神經(jīng)突觸的生長(zhǎng)受到明顯抑制,即向非神經(jīng)性細(xì)胞分化;培養(yǎng)在含4%血清培養(yǎng)基中的實(shí)驗(yàn)組中細(xì)胞的神經(jīng)突觸生長(zhǎng)得到明顯的促進(jìn),即向神經(jīng)性細(xì)胞分化。而暴露于8.25-15.8uT低頻電磁場(chǎng)對(duì)PC12細(xì)胞的神經(jīng)突觸生長(zhǎng)沒(méi)有明顯的促進(jìn)作用。(ElizabethH,etal.Bioelectrochemistry,2000,52)細(xì)胞水平的生物學(xué)效應(yīng)3.對(duì)細(xì)胞免疫功能的影響(1)馬雪蓮等在低強(qiáng)度瞬態(tài)電磁脈沖對(duì)淋巴細(xì)胞影響的實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果顯示:低頻電磁場(chǎng)照射后,淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)化率普遍下降,但并不呈現(xiàn)劑量-效應(yīng)正比關(guān)系。(馬雪蓮,等.四川師范學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,23(2))(2)T細(xì)胞表面有紅細(xì)胞的受體,在體外能與綿羊紅細(xì)胞形成E-玫瑰花結(jié),形成玫瑰花結(jié)百分率越高則表明免疫能力越強(qiáng)。低頻電磁場(chǎng)對(duì)T細(xì)胞形成玫瑰花結(jié)的能力有顯著的影響;低頻電磁場(chǎng)對(duì)T細(xì)胞免疫能力的破壞程度與時(shí)間呈正比效應(yīng),暴露時(shí)間越長(zhǎng)形成玫瑰花結(jié)越少。(WeawerJC,etal.RadioSeienee,1995,30(1))論文電磁頻率設(shè)備對(duì)象條件結(jié)果日期單位張曉軍等,極低頻脈沖電磁場(chǎng)對(duì)新生大鼠成骨細(xì)胞的影響，中國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)雜志頻率為15Hz、強(qiáng)度為5mT、占空比為15%自制：波形發(fā)生裝置、密繞的螺線管成骨細(xì)胞培養(yǎng)第24h和48h處理，刺激時(shí)間每次30min促進(jìn)成骨細(xì)胞增殖和體外礦化，抑制堿性磷酸酶活性。2006.11第四軍醫(yī)大學(xué)丁荔萍，低頻脈沖電場(chǎng)對(duì)胰島素介導(dǎo)的細(xì)胞增殖影響及其作用機(jī)理研究，細(xì)胞生物學(xué)雜志電場(chǎng)頻率50Hz，脈寬20us，溶液中場(chǎng)強(qiáng)峰值1V/m自制正常人肝細(xì)胞L-02細(xì)胞株先加胰島素，經(jīng)電場(chǎng)處理5、10、20、40分鐘后繼續(xù)培養(yǎng)5d電場(chǎng)處理5、10、20分鐘對(duì)細(xì)胞增殖起抑制作用，10分鐘抑制最強(qiáng)2002.05華東師范大學(xué)馬彥卓等，低頻脈沖電磁場(chǎng)對(duì)大鼠骨髓源性?xún)?nèi)皮祖細(xì)胞增殖活性和NO分泌的影響，第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)磁場(chǎng)強(qiáng)度0.6mT,頻率15Hz自制：脈沖電磁場(chǎng)發(fā)生儀大鼠骨髓源性?xún)?nèi)皮祖細(xì)胞(EPCs)按每天0、0.5、2、4、8h處理，處理3天低頻脈沖電磁場(chǎng)可促進(jìn)EPCs的增殖及NO分泌2007.12第四軍醫(yī)大學(xué)李金芳，極低頻脈沖電磁場(chǎng)對(duì)小鼠免疫功能的影響，生命科學(xué)儀器磁場(chǎng)強(qiáng)度為4Gs，頻率為5Hz低頻脈沖磁場(chǎng)發(fā)生儀小鼠免疫功能小鼠每天接受連續(xù)8h的脈沖電磁場(chǎng)輻照，輻照60d血清中抗體IgG、IgM含量升高，巨噬細(xì)胞的吞噬能力增強(qiáng)2008.09西北農(nóng)林科技大學(xué)邱家琦，低頻電磁場(chǎng)對(duì)BDNF基因修飾的BMSCs增殖影響的實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)驗(yàn)研究頻率為50Hz、磁場(chǎng)強(qiáng)度5mT低頻脈沖電磁場(chǎng)儀：深圳圣祥醫(yī)療儀器有限公司骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞每天作用時(shí)間為30min，連續(xù)作用3d磁場(chǎng)可促進(jìn)BDNF基因修飾后BMSCs增殖。2011.08暨南大學(xué)醫(yī)學(xué)院第四附屬醫(yī)院黃小軍，135Hz極低頻電磁場(chǎng)對(duì)HepG22細(xì)胞生長(zhǎng)及凋亡的影響，第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)頻率135Hz，電場(chǎng)強(qiáng)度為80V/mXFD-S超低頻信號(hào)發(fā)生器HepG2細(xì)胞分別照