极低频电磁场对细胞的影响
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非热效应即电磁场通过使生物体温度升高的热作用以
外的方式改变生理生化过程的效应，作用机理远远比 热效应的作用机理要复杂得多。
极低频电磁场热效应产生的机理
在生物体系中, 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碱基和磷酸基团使得蛋白质 (酶)或DNA 分子产生电偶极矩, 在交变电磁场的作用下, 这些生物分子的电荷会由于感应而重新分布, 使本身的 电偶极矩和极化状态发生变化, 造成生物分子结构与功 能的改变。 一方面生物体系中的各种极性分子会发生迅速的周期 性变化, 在变化的过程中, 这些极性分子与其周围的分子 发生剧烈的碰撞和摩擦, 产生大量的热能; 另一方面, 生物体系中的各种离子由于受到交变电磁场 的作用在其平衡位置附近做周期性的运动, 在运动的过 程中, 这些离子与其他分子碰撞而产生热能。
细胞水平的生物学效应
3. 对细胞免疫功能的影响
(1)马雪莲等在低强度瞬态电磁脉冲对淋巴细胞影响
的实验研究结果显示:低频电磁场照射后,淋巴细胞 的转化率普遍下降,但并不呈现剂量-效应正比关系。 (马雪莲, 等. 四川师范学院学报(自然科学版), 2002,23(2)) (2)T细胞表面有红细胞的受体,在体外能与绵羊红 细胞形成E-玫瑰花结,形成玫瑰花结百分率越高则表 明免疫能力越强。低频电磁场对T细胞形成玫瑰花 结的能力有显著的影响;低频电磁场对T细胞免疫能 力的破坏程度与时间呈正比效应,暴露时间越长形 成玫瑰花结越少。(Weawer JC, et al. Radio Seienee, 1995,30(1))
设备 对象 自制：波形发 成骨细胞 生装置、密绕 的螺线管
条件 培养第24h 和48h 处 理，刺激时间每次 30min
结果 日期 促进成骨细胞增殖和体 2006.11 外矿化，抑制碱性磷酸 酶活性。
单位 第四军医 大学
自制
正常人肝细胞L- 先加胰岛素，经电场 电场处理5、10、20分 2002.05 02细胞株 处理5 、10、20 、40 钟对细胞增殖起抑制作 分钟后继续培养5d 用，10分钟抑制最强
论文 电磁频率 张晓军等,极低频脉 频 率 为 15Hz 、 强 冲电磁场对新生大 度 为 5mT 、 占 空 比为15% 鼠成骨细胞的影响， 中国医学物理学杂 志 丁荔萍，低频脉冲 电 场 频 率 50Hz ， 电场对胰岛素介导 脉 宽 20us ， 溶 液 的细胞增殖影响及 中场强峰值1V/m 其作用机理研究， 细胞生物学杂志 马彦卓等，低频脉 磁场强度0. 6mT, 冲电磁场对大鼠骨 频率15 H z 髓源性内皮祖细胞 增殖活性和NO分泌 的影响，第四军医 大学学报 李金芳，极低频脉 磁场强度为4Gs， 冲电磁场对小鼠免 频率为5 H z 疫功能的影响，生 命科学仪器 邱家琦，低频电磁 频率为50 Hz、磁 场 对 BDNF 基 因 修 场强度5 mT 饰 的 BMSCs 增 殖 影 响的实验研究，实 验研究 黄 小 军 ， 135Hz 极 频率135Hz，电场 低 频 电 磁 场 对 Hep 强度为80 V /m G22 细 胞 生 长 及 凋 亡的影响，第四军 医大学学报 胡涛，低频电磁场 磁 场 强 度 20 mT ,40 mT ,60 mT 对人脐静脉 内皮细胞增殖的影 响，中华理疗杂志
细胞水平的生物学效应
1. 对细胞增殖和细胞周期的影响
低频电磁场暴露依其强度、作用时间等参数和靶细胞
的不同,细胞增殖和细胞周期都表现出电磁场依赖性和 非依赖性。 (1)汤青等研究了低频电磁场对成骨细胞增殖和细胞周 期的影响,研究结果显示,低频电磁场作用后的细胞与对 照组细胞相比,细胞数目增多,S期细胞百分比增高,凋亡 比例减少。(汤青，等. 科学通报; 1999,20 ) (2)王恩彤等研究了电场对血管内皮细胞(VEC)增殖和细 胞周期的影响, 200mV/mm的电场暴露则可抑制细胞周 期G1/S期的过渡,产生G1期停滞带,从而明显抑制VEC的 增殖。(王恩彤, 等. 空军总医院学报,2003,19(l))
低频电磁场对DNA链的生成和断裂有影响,从而影
响了遗传物质的转录、表达,甚至有可能引起基因 突变。 1. 早在1983年,Goodman等学者首次报道了72Hz单脉 冲和15Hz脉冲波对双翅目动物唾液腺细胞的基因转 录有影响。（Goodman R, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2)） 2. 许多的研究发现,极低频电磁场可以引起基因表 达的增加。如低频电场可诱导脑内c-fos蛋白表达的 增加,这些蛋白被认为是脑细胞活动增加或脑细胞 受损的标志。(赵梅兰,等.解放军预防医学杂志, 2001, 19(3) )
华东师范 大学
自制：脉冲电 大鼠骨髓源性内 按每天0、0. 5、2、4、 低频脉冲电磁场可促进 2007.12 磁场发生仪 皮祖细胞( EPC s) 8 h处理，处理3天 EPCs的增殖及NO 分泌
第四军医 大学
低频脉冲磁场 小鼠免疫功能 发生仪
小鼠每天接受连续8 h 血清中抗体IgG 、IgM 2008.09 的脉冲电磁场辐照， 含量升高，巨噬细胞的 辐照60d 吞噬能力增强 磁场可促进BDNF 基因 2011.08 修饰后BMSCs 增殖。
对蛋白质分子的影响
1. 对蛋白质分子结构的影响
（1）李祥等用荧光光谱法研究了低频电磁场对胰
岛素分子的作用,经低频电磁场作用后,胰岛素溶液 的荧光峰值强度发生了较为明显的变化。由于胰岛 素的荧光主要是由胰岛素分子中A链第19位上的酪 氨酸所贡献的,所以其荧光强度的变化表明在低频 电磁场的作用下胰岛素分子的构象发生了变化。 (李祥, 等.光谱学与光谱分析，2001, 21(3) )
细胞水平的生物学效应
2. 对细胞分化的影响
(1)Elizabeth等研究了低频电磁场暴露对PC12噬铬细
胞瘤细胞的分化的影响,研究结果显示,暴露于4.58.25uT低频电磁场23h,培养在含15%血清培养基中的 实验组中细胞的神经突触的生长受到明显抑制,即 向非神经性细胞分化;培养在含4%血清培养基中的 实验组中细胞的神经突触生长得到明显的促进,即 向神经性细胞分化。而暴露于8.25-15.8uT低频电磁 场对PC12细胞的神经突触生长没有明显的促进作用。 (Elizabeth H, et al. Bioelectrochemistry,2000,52)
极低频电磁场非热效应的机理
1. 相干振荡理论
Frohlich认为具有偶极特征的生物分子由于整体长程
库仑引力的相互作用, 都具有固定的振动频率, 从而 形成了极化波, 并由此产生了长程的相干作用。当 外界电磁场能量被导入这种固定的振动中, 会以纯 力学的方式储存在振荡模式中, 使生物分子被强烈 的激发而远离热平衡态。当具有固定频率的粒子数 增加到一定程度时, 会出现类似超流体和超导体中 的玻色-爱因斯坦凝聚，从而导致明显的生物反应。
对蛋白质分子的影响
3. 对酶活性的影响
低频电磁场对酶活性具有增加或降低两方面的作用。
(1)Byus首先研究了60Hz正弦电场(10mV/cm、暴露对
3个细胞系(人的淋巴瘤CEM细胞、小鼠骨髓瘤细胞、 Reuber H35肝细胞瘤细胞)鸟氨酸脱氢酶酶活性的影 响,发现1h的暴露可以增加鸟氨酸脱氢酶酶活性。 (Byus CV, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2)) (2)钱永胜等的实验中,脉冲电磁场照射小鼠8h后,定 位于皮肤毛细血管的上皮细胞中的ATPase与5’-N酶 活性降低,说明脉冲电磁场损伤了毛细血管的上皮 细胞膜;肝脏ATPase与5’-N酶活性也下降。(钱永胜, 等. (四川大学学报(自然科学版)) 2002; S1 )
西北农林 科技大学
低频脉冲电磁 骨髓间充质干细 每天作用时间为30 min，连续作用3d 场仪：深圳圣 胞 祥医疗仪器有 限公司 XFD-S 超 低 频 HepG2 细胞 信号发生器
暨南大学 医学院第 四附属医 院 第四军医 大学
分别照射6, 12, 24 h后 磁场可抑制Hep G-2细 检测 胞增殖
2005.03
低频电磁治疗 人脐静脉内皮细 每24 h 各作用10 ,20 具有促进人HUVECs增 仪PK-2 型为苏 胞 ,30 min，作用2天 殖的作用。 (HUVECs) 州产
2001.12
第四军医 大学
极低频电磁场对细胞的影响
2013.09.02
目录
电磁辐射的生物学效应
极低频电磁场热效应产生的机理 极低频电磁场非热效应的机理 对遗传物质的生物学效应 对蛋白质分子的影响 细胞水平的生物学效应
电磁辐射的生物学效应
随着电力事业的发展和家用电器的日益普及,这些家用
电器和工频电磁场的电磁辐射已经大大超过了自然电 磁环境。电磁辐射作用于生物体组织、细胞,引起结构、 功能等的变化,我们称之为电磁辐射的生物学效应。 电磁辐射生物效应机制大体分为两种:一种是热效应;另 一种是非热效应。 热效应是指生物体内各层次的生物物质吸收电磁能,使 温度升高,从而引起的生理和病理变化的作用。
对蛋白质分子的影响
2. 对蛋白质分子合成的影响
低频电磁场对多种蛋白质分子的合成具有促进或抑
制两方面的作用。 （1）海马组织中两种兴奋性氨基酸含量在电磁脉 冲辐射后即刻达峰值,即发生迅速而明显的升高并 持续达6h,随后逐渐回落,24h渐趋恢复，48h接近正 常对照水平;与此同时,电磁脉冲辐射也引起了3种抑 制性氨基酸Gly、Tau、GABA含量的逐渐升高,峰值 出现在照后24h这种变化反映了神经元抑制活动的 相应增强。（李玉红, 等.中华劳动卫生职业病杂志, 2003, 21(5) ）
极低频电磁场非热效应的机理
2. 离子跨膜回旋共振理论
由于细胞膜内外有一定的电势差(跨膜静息电势差
约为60~ 100mV ), 膜两侧粒子浓度的平衡是粒子扩 散力和电场力相互对抗的结果。当外来电磁场作用 在细胞膜上时将会干扰膜两侧的电势差, 从而影响 膜对粒子的通透性, 诱发出生物效应。
对遗传物质的生Βιβλιοθήκη Baidu学效应
外的方式改变生理生化过程的效应，作用机理远远比 热效应的作用机理要复杂得多。
极低频电磁场热效应产生的机理
在生物体系中, 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碱基和磷酸基团使得蛋白质 (酶)或DNA 分子产生电偶极矩, 在交变电磁场的作用下, 这些生物分子的电荷会由于感应而重新分布, 使本身的 电偶极矩和极化状态发生变化, 造成生物分子结构与功 能的改变。 一方面生物体系中的各种极性分子会发生迅速的周期 性变化, 在变化的过程中, 这些极性分子与其周围的分子 发生剧烈的碰撞和摩擦, 产生大量的热能; 另一方面, 生物体系中的各种离子由于受到交变电磁场 的作用在其平衡位置附近做周期性的运动, 在运动的过 程中, 这些离子与其他分子碰撞而产生热能。
细胞水平的生物学效应
3. 对细胞免疫功能的影响
(1)马雪莲等在低强度瞬态电磁脉冲对淋巴细胞影响
的实验研究结果显示:低频电磁场照射后,淋巴细胞 的转化率普遍下降,但并不呈现剂量-效应正比关系。 (马雪莲, 等. 四川师范学院学报(自然科学版), 2002,23(2)) (2)T细胞表面有红细胞的受体,在体外能与绵羊红 细胞形成E-玫瑰花结,形成玫瑰花结百分率越高则表 明免疫能力越强。低频电磁场对T细胞形成玫瑰花 结的能力有显著的影响;低频电磁场对T细胞免疫能 力的破坏程度与时间呈正比效应,暴露时间越长形 成玫瑰花结越少。(Weawer JC, et al. Radio Seienee, 1995,30(1))
设备 对象 自制：波形发 成骨细胞 生装置、密绕 的螺线管
条件 培养第24h 和48h 处 理，刺激时间每次 30min
结果 日期 促进成骨细胞增殖和体 2006.11 外矿化，抑制碱性磷酸 酶活性。
单位 第四军医 大学
自制
正常人肝细胞L- 先加胰岛素，经电场 电场处理5、10、20分 2002.05 02细胞株 处理5 、10、20 、40 钟对细胞增殖起抑制作 分钟后继续培养5d 用，10分钟抑制最强
论文 电磁频率 张晓军等,极低频脉 频 率 为 15Hz 、 强 冲电磁场对新生大 度 为 5mT 、 占 空 比为15% 鼠成骨细胞的影响， 中国医学物理学杂 志 丁荔萍，低频脉冲 电 场 频 率 50Hz ， 电场对胰岛素介导 脉 宽 20us ， 溶 液 的细胞增殖影响及 中场强峰值1V/m 其作用机理研究， 细胞生物学杂志 马彦卓等，低频脉 磁场强度0. 6mT, 冲电磁场对大鼠骨 频率15 H z 髓源性内皮祖细胞 增殖活性和NO分泌 的影响，第四军医 大学学报 李金芳，极低频脉 磁场强度为4Gs， 冲电磁场对小鼠免 频率为5 H z 疫功能的影响，生 命科学仪器 邱家琦，低频电磁 频率为50 Hz、磁 场 对 BDNF 基 因 修 场强度5 mT 饰 的 BMSCs 增 殖 影 响的实验研究，实 验研究 黄 小 军 ， 135Hz 极 频率135Hz，电场 低 频 电 磁 场 对 Hep 强度为80 V /m G22 细 胞 生 长 及 凋 亡的影响，第四军 医大学学报 胡涛，低频电磁场 磁 场 强 度 20 mT ,40 mT ,60 mT 对人脐静脉 内皮细胞增殖的影 响，中华理疗杂志
细胞水平的生物学效应
1. 对细胞增殖和细胞周期的影响
低频电磁场暴露依其强度、作用时间等参数和靶细胞
的不同,细胞增殖和细胞周期都表现出电磁场依赖性和 非依赖性。 (1)汤青等研究了低频电磁场对成骨细胞增殖和细胞周 期的影响,研究结果显示,低频电磁场作用后的细胞与对 照组细胞相比,细胞数目增多,S期细胞百分比增高,凋亡 比例减少。(汤青，等. 科学通报; 1999,20 ) (2)王恩彤等研究了电场对血管内皮细胞(VEC)增殖和细 胞周期的影响, 200mV/mm的电场暴露则可抑制细胞周 期G1/S期的过渡,产生G1期停滞带,从而明显抑制VEC的 增殖。(王恩彤, 等. 空军总医院学报,2003,19(l))
低频电磁场对DNA链的生成和断裂有影响,从而影
响了遗传物质的转录、表达,甚至有可能引起基因 突变。 1. 早在1983年,Goodman等学者首次报道了72Hz单脉 冲和15Hz脉冲波对双翅目动物唾液腺细胞的基因转 录有影响。（Goodman R, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2)） 2. 许多的研究发现,极低频电磁场可以引起基因表 达的增加。如低频电场可诱导脑内c-fos蛋白表达的 增加,这些蛋白被认为是脑细胞活动增加或脑细胞 受损的标志。(赵梅兰,等.解放军预防医学杂志, 2001, 19(3) )
华东师范 大学
自制：脉冲电 大鼠骨髓源性内 按每天0、0. 5、2、4、 低频脉冲电磁场可促进 2007.12 磁场发生仪 皮祖细胞( EPC s) 8 h处理，处理3天 EPCs的增殖及NO 分泌
第四军医 大学
低频脉冲磁场 小鼠免疫功能 发生仪
小鼠每天接受连续8 h 血清中抗体IgG 、IgM 2008.09 的脉冲电磁场辐照， 含量升高，巨噬细胞的 辐照60d 吞噬能力增强 磁场可促进BDNF 基因 2011.08 修饰后BMSCs 增殖。
对蛋白质分子的影响
1. 对蛋白质分子结构的影响
（1）李祥等用荧光光谱法研究了低频电磁场对胰
岛素分子的作用,经低频电磁场作用后,胰岛素溶液 的荧光峰值强度发生了较为明显的变化。由于胰岛 素的荧光主要是由胰岛素分子中A链第19位上的酪 氨酸所贡献的,所以其荧光强度的变化表明在低频 电磁场的作用下胰岛素分子的构象发生了变化。 (李祥, 等.光谱学与光谱分析，2001, 21(3) )
细胞水平的生物学效应
2. 对细胞分化的影响
(1)Elizabeth等研究了低频电磁场暴露对PC12噬铬细
胞瘤细胞的分化的影响,研究结果显示,暴露于4.58.25uT低频电磁场23h,培养在含15%血清培养基中的 实验组中细胞的神经突触的生长受到明显抑制,即 向非神经性细胞分化;培养在含4%血清培养基中的 实验组中细胞的神经突触生长得到明显的促进,即 向神经性细胞分化。而暴露于8.25-15.8uT低频电磁 场对PC12细胞的神经突触生长没有明显的促进作用。 (Elizabeth H, et al. Bioelectrochemistry,2000,52)
极低频电磁场非热效应的机理
1. 相干振荡理论
Frohlich认为具有偶极特征的生物分子由于整体长程
库仑引力的相互作用, 都具有固定的振动频率, 从而 形成了极化波, 并由此产生了长程的相干作用。当 外界电磁场能量被导入这种固定的振动中, 会以纯 力学的方式储存在振荡模式中, 使生物分子被强烈 的激发而远离热平衡态。当具有固定频率的粒子数 增加到一定程度时, 会出现类似超流体和超导体中 的玻色-爱因斯坦凝聚，从而导致明显的生物反应。
对蛋白质分子的影响
3. 对酶活性的影响
低频电磁场对酶活性具有增加或降低两方面的作用。
(1)Byus首先研究了60Hz正弦电场(10mV/cm、暴露对
3个细胞系(人的淋巴瘤CEM细胞、小鼠骨髓瘤细胞、 Reuber H35肝细胞瘤细胞)鸟氨酸脱氢酶酶活性的影 响,发现1h的暴露可以增加鸟氨酸脱氢酶酶活性。 (Byus CV, et al. Bioelectromagnetics. 1992;13(2)) (2)钱永胜等的实验中,脉冲电磁场照射小鼠8h后,定 位于皮肤毛细血管的上皮细胞中的ATPase与5’-N酶 活性降低,说明脉冲电磁场损伤了毛细血管的上皮 细胞膜;肝脏ATPase与5’-N酶活性也下降。(钱永胜, 等. (四川大学学报(自然科学版)) 2002; S1 )
西北农林 科技大学
低频脉冲电磁 骨髓间充质干细 每天作用时间为30 min，连续作用3d 场仪：深圳圣 胞 祥医疗仪器有 限公司 XFD-S 超 低 频 HepG2 细胞 信号发生器
暨南大学 医学院第 四附属医 院 第四军医 大学
分别照射6, 12, 24 h后 磁场可抑制Hep G-2细 检测 胞增殖
2005.03
低频电磁治疗 人脐静脉内皮细 每24 h 各作用10 ,20 具有促进人HUVECs增 仪PK-2 型为苏 胞 ,30 min，作用2天 殖的作用。 (HUVECs) 州产
2001.12
第四军医 大学
极低频电磁场对细胞的影响
2013.09.02
目录
电磁辐射的生物学效应
极低频电磁场热效应产生的机理 极低频电磁场非热效应的机理 对遗传物质的生物学效应 对蛋白质分子的影响 细胞水平的生物学效应
电磁辐射的生物学效应
随着电力事业的发展和家用电器的日益普及,这些家用
电器和工频电磁场的电磁辐射已经大大超过了自然电 磁环境。电磁辐射作用于生物体组织、细胞,引起结构、 功能等的变化,我们称之为电磁辐射的生物学效应。 电磁辐射生物效应机制大体分为两种:一种是热效应;另 一种是非热效应。 热效应是指生物体内各层次的生物物质吸收电磁能,使 温度升高,从而引起的生理和病理变化的作用。
对蛋白质分子的影响
2. 对蛋白质分子合成的影响
低频电磁场对多种蛋白质分子的合成具有促进或抑
制两方面的作用。 （1）海马组织中两种兴奋性氨基酸含量在电磁脉 冲辐射后即刻达峰值,即发生迅速而明显的升高并 持续达6h,随后逐渐回落,24h渐趋恢复，48h接近正 常对照水平;与此同时,电磁脉冲辐射也引起了3种抑 制性氨基酸Gly、Tau、GABA含量的逐渐升高,峰值 出现在照后24h这种变化反映了神经元抑制活动的 相应增强。（李玉红, 等.中华劳动卫生职业病杂志, 2003, 21(5) ）
极低频电磁场非热效应的机理
2. 离子跨膜回旋共振理论
由于细胞膜内外有一定的电势差(跨膜静息电势差
约为60~ 100mV ), 膜两侧粒子浓度的平衡是粒子扩 散力和电场力相互对抗的结果。当外来电磁场作用 在细胞膜上时将会干扰膜两侧的电势差, 从而影响 膜对粒子的通透性, 诱发出生物效应。
对遗传物质的生Βιβλιοθήκη Baidu学效应