磁场的生物效应

　第16卷2期四川省卫生管理干部学院学报1997年6月 V o l.16JOU RNAL O F S I CHUAN CON T I NU I N G EDU CA T I ON COLL EGE O F M S June.1997　

磁场的生物效应

李　新 李巧云

　物理学教研室 药理学教研室

磁场生物效应是生物磁学研究的一个重要内容。

地球上的生物是在地球磁场(很弱,约015G)的作用下生存和发展的,且已适应地磁并把它作为正常生活条件的一部份,如同地球上的温度、气压等。当人为地改变生物体周围的磁场时,破坏了生物体原来的磁平衡状态,由此产生的一系列生物体生理或心理变化,称为磁场的生物效应。

1　发展概况

磁场的生物效应是近二、三十年才逐渐受到人们的重视,并且首先是从研究电磁场对人体造成的危害开始。象X射线、Χ射线具有电离作用的辐射对人体的伤害作用及在医学上的诊断治疗作用均被广泛认识和接受。长期以来,由于低频率的电磁场(50H z～60H z)对组织不产生热效应和可感知的物理或化学反应,因此人们一直认为这种电磁场对生物体没有任何生物学效应。直到1967年苏联人V yalov[1]调查了1068名接触磁场强度为01001T～011T(1T=104G)的职业人员,发现有的人产生不明原因的植物神经系统失调,如疲乏、头痛、失眠、消化不良等。这些效应大多是暂时性功能性变化,但经过3年～5年也有产生不可逆的器质变化。1979年, W etheri m er和Jeeper[2]首次报道儿童白血病发病率明显升高与居住的地方过于靠近高压线有关。尽管这一重要的流行病学研究在当时被认为缺乏精确的电磁场强度计和病例收集,但仍然引起了强烈反响。进一步研究发现,凡是接近强磁场的均增加患白血病和脑瘤的机会。这些情况使有关学者开始关注磁场的生物效应。随着核磁共振和磁疗器械的应用,人们接触强磁场的机会越来越多,更加重视磁场生物效应的研究,并从动物实验和临床观察应用两方面取得了相当的成果。

2　产生生物效应的磁场类型及作用方式

产生生物效应的磁场类型主要有恒(静)磁场,即大小和极性不变;旋磁场,将恒磁场按一定速率转动;电磁场,大小及极性按正弦规律变化;脉冲磁场,极性不变大小作脉冲变化,非连续作用;磁化水,水经过恒磁场而磁化,改变水的某些特性。磁场的作用方式有照射、贴敷、植入和饮用(磁化水)。

3　作用因素311　磁场强度　不同对象产生生物效应的磁场强度不同。在磁场对高血压的降压作用中,家兔实验性高血压模型[4]用磁场强度为013T的恒磁场贴敷在双前肢的内关穴,可使收缩压和舒张压下降明显(P <0105与P<0101),约2kPa;而在临床治疗高血压中用012T恒磁场磁片4片一组共两组分别贴敷在头部额乳穴[5],收缩压、舒张压分别下降317kPa与2kPa,均有显著差异(P<0101)。实验表明,磁场梯度不同,引起生物效应也不同。如016T c m梯度的磁场可抑制肿瘤的发育,110T c m时能阻止肿瘤生长;016T c m时可杀死果蝇,而小于此值,即使磁场强度增至1T,也没有什么作用[3]。

同一对象强度不同效果也不同,这就是剂量——效应关系。在磁场对小鼠遗传物质的影响实验中[6],用0105T、011T、012T、015T和018T5种恒磁场强度分别照射20分钟并饲养48小时后测量小鼠骨髓细胞的染色畸变率、姐妹染色单体交换频率和0102T、0104T、0108T、012T及0145T下脾细胞双链DNA剩余率。实验显示,0105T时,染色畸变率明显上升(P<0105),单体交换频率差异不明显(P >0105);011T以上,两者均显著上升(P<01001)且随强度增强而提高,r为0188与0199。对DNA的明显损伤(剩余率降低)在0102T时已表现出。在电磁场(60H z)对鸡胚胎生长影响的实验显示[2],磁场对胚胎体重和氧耗量的影响似乎并不是与剂量有关,而是一种“W indow”效应,即0105m T不抑制也不增加胚胎体重与氧耗量,011m T则抑制胚胎生长,当增加到012m T时,并不是进一步抑制生长,相反却促进生长,表现为增加胚胎的体重与氧耗量。312　磁场类型　不同的磁场类型产生的生物效应不同。恒定磁场对组织的再生和愈合有抑制作用,而脉冲磁场如频率在20～2×104H z之间,对骨质愈合有良好的疗效[3]。在低频电磁场对正常人甲皱微循环实验中[7],磁场强度均为0112T,作用部位与时间、次数均相同,虽然交变磁场(即电磁场)、脉动磁场和脉冲磁场均能使微血管扩张,血流加快,改善微循环作用,但交变和脉动磁场的作用优于脉冲磁场作用,即连续的磁场作用优于间断的磁场作用。313　作用范围　作用于全身与或局部(与穴位有关)效果不同。在磁场对大鼠瘢痕组织的实验观察

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中[8]将旋磁场磁头轻压瘢痕模型处(0108T ～019T ,3000r 分钟),每天1次,每次20分钟,4天～6天后则瘢痕组织处破纤维细胞数显著下降,而成纤维细胞数和肌成纤维细胞数明显上升(均P <0105),使瘢痕软化、松懈,阻止瘢痕增生。而在磁场对小鼠微循环实验中[9],采用旋磁场(0118T )照射小鼠全身,每天2次,每次30分钟,5天后小鼠耳廓各类微血管(小动脉、小静脉、细动脉、细静脉)均扩张(P <0101)。

314　作用时间　时间积累性和滞后性是磁场生物效应的重要特点。不论是临床观察还是动物实验研究都需作用一定时间,积累到一阈值方显效。如前面介绍的磁场降压家兔实验,15分钟后显效,30分钟后明显显效(P <0105)。此外,产生的生物效应具有时间滞后性,照射结束后仍能维持一定的效应时间。在磁场对蟾蜍心功能影响实验中提示[10],磁场作用于有关部位,引起心输出量减小,停止作用后恢复到正常值需4分钟～20分钟。4　磁场生物效应作用机理

411　反射作用　磁场作为一种物理因素,具有一定的磁能,这种磁能作用于生物体外周感受器,刺激未梢感受器,影响神经功能,可以反射性地引起血管扩张,减小外周阻力,血流加快,改变微循环。磁场作用于局部出现的血液循环改变,多由此种反射所致[11]。

412　力和力矩作用　磁场有力和力矩作用在运动电荷及磁偶极子和非球形磁介质颗粒上,引起电荷运动状态改变和改变生物高分子的磁矩取向,导致体内某些化学物质或带电粒子的重新分布。如血液中含有大量的带电粒子,象钾、钠、钙等,在磁力作用下,影响粒子移动速度。而自由基中有未配对电子和自旋磁矩,在磁场作用下受到洛仑兹力和磁动力矩作用,影响参与生理的或病理的活动。在实验中,旋磁场对小鼠血清中L PO 降低,自由基减小,说明磁场能直接作用于自由基[12]。

413　通过经络穴位　从经络学看,人体的经络具有电磁特性。经测定,经穴周围的皮肤具有较高的电位和较低的阻抗,经X 射线衍射法摄象发现人体表面存在的微弱电场即是经穴,因而得出经穴是磁场的聚焦点[13]。外加磁场通过经穴调整机体生物电磁平衡,进而调整神经功能。多数实验是通过磁场作用于经穴而不直接作用于局部,显示与经穴作用密切相关。在蟾蜍心功能实验中,磁场作用于足三里可使心博幅度增大,作用于内关则使心博幅度减小,与中医的“足三里属强状穴,内关属心包经”理论相符[10]。414　对生物膜离子通道的作用　不少研究发现磁场对细胞膜有影响。恒磁场会影响生物膜中形成气孔的过程和改变膜对离子的渗透性,因而可能会改变离子通道的性质,进而影响细胞的生长[2]。经磁场作用的小鼠红细胞的膜脂流动性增高,溶血降低(P <01001),说明磁场能直接作用于细胞膜离子通道进而影响细胞的生理功能[12]。

以上作用机理是单独作用还是联合作用,是因果关系还是相互关系,目前还不清楚。弄清上述问题对揭示磁场生物效应及在医学上的应用意义重大。

综上所述,产生磁场生物效应的因素和机理是复杂的,虽然实验研究取得相当成果并在临床上得到一定应用,但由于存在个体差异和涉及复杂的作用因素及缺乏系统的研究,使应用受到局限。资料表明,模仿地磁扰动的人造弱电磁场可以改变人和动物的中枢神经系统的形态功能状态以及影响其整体的行为[14]。总之,磁场的生物效应的研究和应用方兴未艾,尚有许多问题有待进一步探讨。

参考文献

1.余晋岳1关于人体接触恒定磁场的安全标准的研讨.中

华物理医学杂志,1987;9(3)∶158

2.张清根1电磁场对鸡胚胎生长影响的实验研究1中华物理医学杂志,1992;14(2)∶88～91

3.龚尔璋,胡新珉主编.医用物理学.北京:科学技术文献出版社,1993

4.彭为民,谷梅英,唐朝克.磁场对家兔实验性高血压的影响.中华理疗杂志,1988;(2)∶74～75

5.邓生明,何承玉.磁场对高血压的治疗作用及脑血流图观察.中华理疗杂志,1988;(3)∶158

6.陈裕明,刘启福,孙承琳.磁场对小鼠遗传物质影响的剂量——效应关系.中华物理医学杂志,1994;16(4)∶193～195

7.王成传,邓秀荣,于云飞等1低频电磁场对正常人甲皱微循环的影响,中华理疗杂志,1994;17(4)∶214～2158.于玲娜,田立健,磁场对大鼠瘢痕组织作用的实验观察,中华理疗杂志,1992;(4)∶215～216

9.肖忠文,汤世平1磁场对微循环和血象影响的观察1中华理疗杂志,1993;(1)∶14

10.蒙彩侠,韩云书,李春跃1磁场对蟾蜍心功能影响的实验观察,中华物理医学杂志,1987;9(3)∶161～162

11.周万松1磁场对微循环影响的国内研究概况1中华理疗杂志,1994;17(3)∶168

12.张均人,赵大源,吕遐令等1磁场对小鼠自由基代谢的影响1中华理疗杂志,1993;(4)∶205～206

13.邓秀荣,尚久余,汪杰等1恒定磁场对人甲皱微循环的观察1中华理疗杂志,1992;(4)∶213～21414.李国栋11992～1993国外生物磁学的进展1中华物理医学杂志,1994;6(1)∶50

(1996-12-04收稿)

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89・四川省卫生管理干部学院学报1997;16(2)