磁场的生物学效应以人为对象 (2).ppt

磁场的生物学效应(以人为对象)汇报人：李嘉欣目录l 周慧吉、马海乐、吴平，张赫男，食品加工中的磁致生物学效应的研究进展，食品科学，2014l 杨贞、沃兴德，磁生物学效应的研究进展，现代生物医学进展，2006 年l 静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 匡光力,邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学:物理学力学 天文学，2014 年l Zhong K,Ernst T,Buchthal S,et al.The molecular basis for gray and white matter contrast in phase imaging.Neuroimage,2008,40(4):15611566l 何明霞、陈涛，太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究，电子测量与仪器学报，2012 年6 月l 陶贵生、夏灵、何超明，MRI 中电磁场对人体心脏影响的模型仿真研究，国外医学生物医学工程分册，2005 年2 月l 王进，无形电磁波：偷袭人的健康，走进科学，2010 年03 月周慧吉、马海乐、吴平，张赫男，食品加工中的磁致生物学效应的研究进展，食品科学，2014 l 生物是具有磁性的，从分子、细胞、组织器官中任一层次分析看，其体内都存在着顺磁性物质与逆磁性物质。每个生物细胞都可以看做一个微型电池，也可以看做一个微型磁极子。l 首先，体内存在着带电离子（表2），电荷运动产生磁场l 其次，由于细胞膜内外各种离子具有不同的通透性，且分布不均匀，膜内外存在电位差，离子在细胞膜上离子通道中迁移时也会产生一定的生物电流。生物体的磁性、组成、种类、敏感性等同样会影响到生物学效应。周慧吉、马海乐、吴平，张赫男，食品加工中的磁致生物学效应的研究进展，食品科学，2014磁生物效应窗口性 阈值性 滞后性 协同性磁生物效应的特点l 磁场的生物学特性l 生物是具有磁性的,生物体内存在着顺磁性物质与逆磁性物质。l 顺磁性物质与磁场弱相吸引,在外加磁场作用下产生与外加磁场方向一致的磁场,比如脱氧血红蛋白等。l 逆磁性物质与磁场弱相斥,在外加磁场作用下产生与外加磁场方向相反的磁场,比如水和脂肪等。l 由于这种磁性,外加磁场、环境磁场和生物体内的磁场都会对生物组织和生命活动产生影响,即磁场的生物效应。杨贞沃兴德，磁生物学效应的研究进展，现代生物医学进展，2006 年l 磁场生物学效应的流行病学调查l 1979 年Wertheimer和Leaper 首次报道了居住在大电流配电结构和电线附近的儿童白血病发病率增高后,国际上有多个国家展开了大规模的流行病学调查。其研究的焦点是在极低频电磁场(含工频磁场)暴露与肿瘤的危险度上。众多的调查显示,极低频电磁场暴露与肿瘤发病率有关,尤其与白血病和脑瘤的发病率有关。另外,有些调查分析了极低频电磁场暴露与自发流产,奥茨海默氏综合征的联系,但绝大部分结果显示没有关联性。到目前为止,对于电磁场与健康问题,主流意见认为:根据所掌握的电磁场和生物学知识所做的各项研究,在电磁场与人体健康之间没有找到可信的联系,不足以作出肯定的论断。但是根据国际癌症研究所(IARC)制定的原则,美国国立环境卫生研究(NIEHS)仍指出:极低频电磁场应被视为“可疑人类致癌物”。杨贞沃兴德，磁生物学效应的研究进展，现代生物医学进展，2006 年l 工业用和医用静磁场技术的快速发展，导致人体静磁场曝露增加，并促进了许多对其可能产生的健康影响的科学研究。l 世界卫生组织（WHO）最近在环境健康准则项目（WHO 2006）中提出了关于静态电场和磁场的健康准则文献，文献包括对静场曝露生物效应的复核。l 本导则适用于职业和公众静磁场曝露。本导则不适用于接受医疗诊断或治疗的病人的曝露。静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 曝露源l 地球的自然静磁场50Tl 较高的直流输电线下方产生的磁通密度量级为20Tl 快速磁悬浮客运列车在靠近电动机处产生的磁通密度较高。乘客车厢内的场强都相对较低低于100T，但是乘客车厢地板下的感应电机会导致车厢地板水平区域的局部磁场达几个mTl 磁夹扣和磁附件（如箱包、纽扣、磁性的项链和手链、磁性腰带、磁性玩具等中的）中的小型永磁体，这些磁体产生的局部静态场超过0.5 mT。静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 磁悬浮列车l 磁悬浮列车是一种靠磁悬浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。l 由于磁铁有同名磁极相互排斥、异名磁极相互吸引两种形式，故磁悬浮列车也有两种相应的形式：l 一种是利用磁铁同名磁极相互排斥原理而设计的电磁运行系统的磁悬浮列车，它利用车上超导体电磁铁形成的磁场与轨道上线圈形成的磁场之间所产生的相斥力，使车体悬浮运行的铁路l 另一种则是利用磁铁异名磁极相互吸引原理而设计的电动力运行系统的磁悬浮列车，它是在车体底部及两侧倒转向上的顶部安装磁铁，在T形导轨的上方和伸臂部分下方分别设反作用板和感应钢板，控制电磁铁的电流，使电磁铁和导轨间保持1015毫米的间隙，并使导轨钢板的排斥力与车辆的重力平衡，从而使车体悬浮于车道的导轨面上运行。l 在磁共振过程中，磁通密度通常为0.153，且曝露时间限制在小时以内，但也可能会持续数个小时（Gowland 2005）。l 在医疗专业人员必须非常近距离处理病人的紧急情况下，工作人员遭受的曝露也会增加。此外，当移动病人进/出MR系统时，工作人员也会遭受短时间的曝露。最后，参与制造或维修此类MR系统的工作人员也会职业性地曝露于高静磁场中。静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 使用高达10T磁场的MR系统，在全球一些机构中用于研究l 诸如热核反应堆、磁流体动力系统、超导发电机等高能技术也会产生强场。在研究机构使用的气泡室、粒子加速器、超导光谱仪、同位素分离装置等设备的周围，也会出现高磁通密度区域。l 会发生强磁场曝露的其他工业包括那些涉及例如生产氯或铝等电解工艺的行业，这些地方大部分工作日中的一般曝露为几个mT，峰值曝露可达几十mT；永磁体和磁性材料的生产行业也会发生强磁场曝露。静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会人体实验室研究Chakeres 等2003 年对各种生理参数进行评估的详细生理学研究，并未显示曝露于8T 以下静磁场会产生显著影响Shellock和Crues 1987 年8T 以下静磁场的志愿者曝露没有引起体温变化Atkinson 等 2007静磁场值为9.4T 的MRI 研究中得到确认心率和动脉舒张压也未出现变化Kangarlu等 1999针对静止曝露于8T 以下磁场的人体的神经行为研究证明很多不同指标无明显变化de Vocht 等 20037T，曝露会对眼手协调和视觉对比敏感度造成暂时的负面影响，这与头部在磁场中的运动相关Schenck 等 1992曝露于约2-3T 静磁场的人在移动眼或头部时，会感觉到与在静态梯度磁场移动相关联的眩晕、恶心、金属味和磁致光幻视等暂时性感官效应Glover 等 2007与由运动产生的影响相比，固定立于磁场值0.8TMRI 扫描机附近的人中，一部分（不到50%）人的姿势摇晃明显增加de Vocht 等 2006b一项针对从事1.0-1.5TMRI 设备生产的工人的研究表明，与对照组的人相比，在工作时段，参与MRI生产的人报告眩晕和口中金属味以及注意力集中问题更加频繁静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 总而言之，目前的信息不显示8T以下静磁场的静止人体急性曝露会引起任何严重的健康影响。但是，应当注意到，在头部和躯干运动时，这样的曝露可能会引起诸如眩晕的不适感觉以及某些行为能力的暂时性下降静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会Ellingsen 等 1993针对瑞典和挪威氯碱厂工人的研究报告说，肺癌风险的增加达到了具有统计学意义的临界值，但不能证明是由磁场曝露造成的Rockette 和Arena（1983）铝业工人死亡率）略高于胰腺癌、泌尿生殖系统癌症和淋巴造血系统癌症的预期死亡率Kanal 等 1993从事MRI 工作怀孕期间流产的风险略高于（不具有统计学意义）从事其他工作，显著高于家庭主妇。R?nneberg和Andersen 1995在挪威，两个小规模的针对铝业工人的研究报告，与静磁场曝露推测相关的癌症风险没有增加Mur 等人（1987）进行的针对法国铝业工人的研究提出，癌症死亡率和其他原因造成的死亡率与一般法国男性死亡率水平相比，并无明显区别Spinelli 等人（1991）在大量铝业工人中，存在脑肿瘤死亡率【标准化死亡率（SMR）为2.2；90%置信区间（CI）：1.2-3.7】的明显上升和白血病死亡率（但不是发病率）不太显著的上升B?rregard 等人（1985）进行了一项针对大量氯碱厂工人的研究25岁以上的工人中，观察到的癌症发病率与（正常的）预期相比并无显著不同流行病学研究静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 总而言之，现有的为数不多的可用流行病学研究在研究方法上有很多制约，且在受长期静磁场曝露诱发癌症或其他后果的可能性上，还留有很多问题有待解决。这些研究未显示曝露于几十mT静磁场对各种所研究的健康后果造成严重影响，但它们无法检测出较小乃至中等程度的影响。有可能受到更高静磁场曝露的其他职业比如MRI操作员并未得到充分的评估。静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会静磁场职业和一般公众曝露限值建议见表2静磁场曝露限值导则（2009）国际非电离辐射防护委员会l 强磁场的概念l 过去人们一般将实验室电磁铁不能达到的磁场,通常指磁场强度超过2T的磁场,称之为强磁场l 2004年“国际纯粹与应用物理委员会”建议将场强超过20T的磁场定义为强磁场.l 随着强磁场技术和科学研究的发展,人们对强磁场的概念有了新的定义:强磁场是指用于特定用途的利用所有技术和能力目前所能获得的最高磁场.匡光力,邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学:物理学力学 天文学，2014 年l 根据强磁场持续时间的长短可分为稳态强磁场和脉冲强磁场l 稳态强磁场指的是磁场强度恒定且具有任意长持续时间的磁场l 脉冲强磁场持续的时间比较短,只有秒到毫秒、甚至微秒的时间 l 目前国际上稳态磁场强度最高达到45T,可以重复使用的脉冲磁体产生的磁场强度已达到100T,持续时间达10 ms、单次使用即损坏的脉冲磁体产生的磁场强度甚至达到300T匡光力,邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学:物理学力学 天文学，2014 年l 研究结果表明,水与生物大分子的交换对组织相位成像的贡献约占三分之一左右.同时,在新生儿髓鞘发育的初期,相位成像方法可以将组织中生物大分子、组织铁、髓鞘等对相位信号的贡献区分开来,从而开拓了相位成像技术应用的一个新的领域,在临床上具有重要的意义与价值(参见图12)匡光力,邵淑芳，稳态强磁场技术与科学研究，中国科学:物理学力学 天文学，2014 年-Zhong K,Ernst T,Buchthal S,et al.The molecular basis for gray and white matter contrast in phase imaging.Neuroimage,2008,40(4):15611566l 太赫兹波(Terahertz Waves,THz),也称作T 射线通常是指频率范围在0.110 THz,波长在30.03 mm(1 THz=1012 Hz)之间的电磁波。l 统计表明,截至2012 年3 月前报道的近100 场有关太赫兹科学的国际会议(不完全统计),我们发现在生物学和医学领域的研究日益增多。以生物学研究为例,其在整个太赫兹国际会议中的比例如图所示。何明霞、陈涛，太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究，电子测量与仪器学报，2012 年6 月l 有机体水平的研究l 对人体进行研究是在2005 年,Ostrovskiy 等人预测THz 辐射可能会加快烧伤修复。为证实假设,他们分别对表面烧伤和深度烧伤的病人进行THz 辐射。辐射参数为0.15 THz 和0.03 mW/cm2,每天进行710 次治疗,每次15 min。结果表明THz 辐射能够加速外皮形成,缩短了皮肤的修复时间。作者指出这种效应主要来自体内代谢产物一氧化氮(NO)对太赫兹的强烈吸收,并有望成为烧伤治疗的有效方法何明霞、陈涛，太赫兹科学技术在生物医学中的应用研究，电子测量与仪器学报，2012 年6 月l 运用时域有限差分法（FDTD），通过电磁场对人体心脏影响的模型仿真，计算出心脏体段由磁共振成像（MRI）时变梯度场感应的涡流，并与已有的心脏刺激阈值进行比较。结果表明，心脏感应涡流的峰值离推荐阈值尚有一定距离。人体在常用的梯度场和几千赫兹的切换频率下感应出的电流不足以引发心室震颤，但是，梯度场切换频率的提高可能会引发心室震颤。陶贵生、夏灵、何超明，MRI 中电磁场对人体心脏影响的模型仿真研究，国外医学生物医学工程分册，2005 年2 月 王进，无形电磁波：偷袭人的健康，走进科学，2010 年03 月l 电磁辐射与人体健康l 1.不要购买劣质家用电器。以手机为例，一部手机若要具备完备的电磁屏蔽，其所占成本为手机总造价的10左右。部分厂家为了降低成本，很可能在电磁屏蔽上做了手脚。l 2.树木对电磁能量有吸收作用。在电磁场区，大面积种植树木，使电磁波在媒介中的传播衰减，达到保护人体少受辐射的目的。l 3.远离辐射源。电磁波对人的影响不仅与辐射频率有关，还与人和辐射源的相对位置有关。所以，如果人离辐射源位置越远，受到的辐射就会越弱。王进，无形电磁波：偷袭人的健康，走进科学，2010 年03 月 张小云l 1940年11月11日出生于江苏泰兴，汉族，中国共产党员。1964毕业于厦门大学生物系海洋生物专业（五年制）获学士学位，曾工作于浙江省海洋水产研究所、中科院等离子体物理研究所，中科院中国科技大学生物系，并于1980-1983在美国加州大学圣巴巴拉分校作访问学者。1989.1-至今于深圳大学生命科学学院工作，曾任系主任；书记兼副院长。l 1、Zhang Xiaoyun,Zhang Yu.Effects of Rotary Constant-Strength Magnetic Field Exposure on Density,Strength,Calcium and Metabolism of Rat Thigh Bones.Bioelectromagnetics.2006.27(1):1-9.l 2、潘晓华;肖德明;张小云;张宇;张勇洪;谢伟平;旋转恒定磁场治疗激素性股骨头坏死的效果与病理机制.中山大学学报(医学科学版),2007年 01期l 3、潘晓华;肖德明;张小云;张宇;旋转磁场治疗激素性股骨头坏死.中华物理医学与康复杂志,2006年 11期l 4、季百苗;宋国丽;张小云;旋转磁场对放射损伤小鼠造血保护作用的研究.中华物理医学与康复杂志,2006年 07期l 5、宋国丽;王敏;季百苗;徐燕侠;张小云;不同频率旋转磁场对放射损伤小鼠的保护及造血作用恢复的研究.中国康复医学杂志,2006年 08期l 6、张小云;张宇;恒定磁场对骨组织中细胞影响的研究.中国骨质疏松杂志,2006年 04期l 7、王敏;季百苗;宋国丽;张小云;不同频率旋转强恒磁场对抗肿瘤药物损伤小鼠造血功能恢复效果的差异.中国临床康复,2006年 29期l 8、宋国丽;季百苗;张小云;旋转恒定磁场对化疗损伤小鼠造血功能保护作用的研究.中国康复理论与实践,2006年 03期l 9、张小云;张宇;旋转恒定强磁场对大鼠骨密度及生物力学参数以及破骨细胞影响的体内外实验.中国临床康复,2006年 05期l 10、张宇;张小云;旋转磁场作用对大鼠骨钙代谢的影响(英文)中国临床康复,2005年 19期 等多篇。l 谢谢聆听！