电磁防护织物的生物学效应研究yd20404

李会改1 杨苗苗2 林玲3 1. 江西省现代服装工程技术研究中心(中国) 2. 西安工程大学纺织与材料学院(中国) 3. 宁波市先进纺织技术与服装CAD重点实验室(中国)

原载：国际纺织导报2016

【摘要】以不同类型的电磁防护织物为研究对象进行生物学试验，研究织物的防护效果。试验表明，电磁辐射会对小鼠的造血、免疫及生殖等系统造成明显伤害，严重时可致其死亡。经同剂量的电磁辐射后，用电磁防护织物防护的小鼠的各项指标均优于无防护小鼠，说明电磁防护织物对小鼠有一定的保护作用，且织物的屏蔽值越大，防护效果越好。

【关键词】电磁防护；生物学效应；屏蔽值

电磁波，又称电磁辐射、电子烟，是一种能量。几乎所有的物体每时每刻都会受到电磁辐射的作用，电磁辐射的危害也越来越受到人们的关注[1-2]。人们的生存空间充满了电磁辐射，它不仅破坏良好的电磁生态环境，还会导致自动控制失灵、飞机导航失事等频发，电磁污染仍是生态环境中危害最大的物理污染之一[3]。电磁辐射主要通过热效应、非热效应及累积效应3种形式影响和危害机体的功能和健康，种种研究也表明这种危害在某种程度上是不可逆转的、致命的[4-5]。同时由于电子化、信息化的快速发展，信息安全问题日益突出，电磁泄漏和辐射引起的泄密会对国家政治、经济及军事安全造成巨大危害[6]。当今社会，研究和开发具有电磁屏蔽功能的织物仍然是功能性纺织品研发的一个重要领域。本文主要研究电磁防护织物的生物学效应，旨在为电磁防护织物的开发和生产所借鉴。

1 试验

1.1 试验材料与仪器

试验材料与仪器如表1所示。

表1 试验材料与仪器

1.2 试验方法

图1 辐射试验装置

小鼠在试验环境下喂养3～5 d后进行试验。将小鼠称体质量记录后随机分配，并将小鼠装入27 cm×20 cm×8 cm、带有一定孔隙的塑料方盒中进行辐射试验，试验装置如图1所示。每组使用不同类型的织物作为防护罩，0#组作为空白对照组在相同试验环境下进行常规喂养，不进行辐射(零辐射组)，1#组则是在无任何防护措施的情况下对小鼠进行同等程度的电磁辐射(暴露组)。各组所用屏蔽材料如表2所示。其中，屏蔽值是衡量织物电磁屏蔽性能的重要指标，屏蔽值越大，屏蔽效果越好。4#织物的屏蔽值为51.87 dB，屏蔽效果最好；1#织物的屏蔽值为0.00 dB，无屏蔽效果。

辐射条件：频率2 450 MHz，强度20 mW/cm2，每天照射60 min，连续照射10 d，最后一次照射完成称体质量后立即活杀。

表2 各试验组所用的屏蔽材料及其屏蔽值

电磁防护织物的生物学效应(电磁辐射使生物系统产生的与生命现象有关的响应)试验及其指标测定在第四军医大学预防医学系放射医学实验室与辐射生物医学研究所提供的设备和技术指导下进行。

1.3 表征与测试

1.3.1 整体情况

记录小鼠的生存状况，包括每天的进食及活动情况、存活率及尾巴出血点等。

1.3.2 造血系统

采用眼球摘取法取血，对将血样进行EDTA(乙二胺四乙酸)抗凝，再用质量分数为0.9%的生理盐水对血样进行2倍稀释后进行各项指标测定。

1.3.3 免疫系统

取出小鼠胸腺，称体质量，按式(1)计算胸腺指数。

胸腺指数

(1)

以同样的方法，按式(2)计算脾体比。

脾体比

(2)

1.3.4 生殖系统

小鼠处死前1 h内称体质量，处死后取双侧睾丸称体质量，按式(3)计算睾丸指数。

睾丸指数

(3)

2 结果与分析

2.1 小鼠每天活动及进食情况

记录发现：辐射使小鼠产生明显不适，出现食欲下降、发热、掉毛、蜷缩、活动量减少、尾巴出血(图2)、粪便及分泌物明显增多等现象(图3)。在照射第4天时，1#组(暴露组)出现一只小鼠死亡，由此可见辐射对小鼠的危害。

图2 辐射前后小鼠尾巴的出血情况

(a) 辐射前	(b) 辐射后
图3 辐射前后小鼠外貌对比

2.2 体质量变化

每次辐射前对各组小鼠进行称重，记录体质量。选取5只最初体质量接近但被随机分到5个组中的小鼠，假设照射过程中它们所受的辐射相等，对其体质量变化进行比较。

由图4可以看出，各组小鼠的体质量整体呈增加趋势，其中0#组小鼠体质量增加最快，1#组最慢。照射第3天时，1#～4#组小鼠体质量均出现不同程度下降，而0#组则保持增长。这很可能是小鼠受电磁辐射危害所致。此后，1#～4#组小鼠的体质量又逐渐增加，这与电磁防护织物的电磁屏蔽效能有关，说明电磁防护织物对小鼠有一定的保护作用，且这种保护随织物电磁屏蔽效能的增加而增大。

图4 不同防护条件下小鼠体质量的变化

2.3 外周血测试结果

一般认为血常规(血象)检查是临床中最有效、使用最多的诊断技术之一，血液成分的变化通常是疾病的早期反应。血常规检测主要包括白细胞、红细胞、淋巴细胞、血红蛋白及血小板等各项指标。各组小鼠的眼球摘取法取血测试结果如表3所示。

由表3可见，相对于0#组小鼠，1#组小鼠在未防护情况下经一定量电磁辐射后，血小板明显减小，红细胞和白细胞明显低于正常水平，而淋巴细胞及血红蛋白含量升高，其余各组也出现类似的变化，但均比1#组更接近正常水平。说明电磁防护织物时小鼠有一定的保护作用。临床试验中，血小板是哺乳动物血液中的有效成分之一，是从骨髓成熟的巨核细胞胞质裂解脱落下来的具有生物活性的小块胞质，在止血、伤口愈合等过程中具有重要作用。试验小鼠血小板减小很可能是由于电磁辐射损伤了小鼠造血干细胞或影响了造血干细胞在骨髓中的增殖，进而影响多个造血细胞系统，表现为不同程度的红细胞数、白细胞数异常等。临床上认为，淋巴细胞较少可能是由放射引起的免疫性缺陷病[7]，经辐射的1#～4#组小鼠淋

表3 小鼠眼球摘取法取血测试结果

巴细胞均明显减少，说明淋巴器官对该辐射更为敏感，而这在完全暴露辐射的1#组小鼠上表现得更为明显，与辐射事实一致。血红蛋白是生物体内负责运载氧的一种蛋白质，相对于0#正常组小鼠，其他受辐射的小鼠的血红蛋白均有不同程度的升高(由于4#组小鼠处在屏蔽值最高的防护之下，小鼠受到的电磁辐射最少，小鼠基本处于正常活动状态，出汗和惊恐情况较弱，所以血红蛋白值接近0#组)。导致血红蛋白偏高的原因很多，结合本试验现象，可认为这是一种生理性升高，是由于小鼠在辐射过程中出现大量出汗、惊恐等情况引起的。结合以上试验结果及分析可以看出，电磁防护织物对辐射有一定的屏蔽作用，且随着织物的屏蔽值的增大，对应的小鼠的各项生命指标更接近正常值，说明屏蔽效能是决定织物防护效果的重要因素，屏蔽值越大，织物的防护效果越好。

2.4 生殖系统

试验时，需对睾丸组织进行HE染色(即苏木精-伊红染色，是石蜡切片技术中常用的一种染色法)。取小鼠睾丸，先用Bouin’s试液固定，固定时间不少于24 h，分别用质量分数为70%、80%、95%及100%的酒精进行处理后脱水并用透明石蜡包埋。按冠状面切片，HE常规染色，并在显微镜下观察睾丸组织形态。

由表4可见：1#～4#组小鼠的睾丸指数相对于正常环境下的0#组小鼠均有所下降，其中1#组的睾丸指数最小，其他各组下降幅度较小，且织物屏蔽值越大，小鼠的睾丸指数越接近正常值。辐射对小鼠的生殖器官造成了一定的损害，影响了幼龄雄鼠睾丸组织的发育，造成睾丸指数下降、精子畸形率增加等损伤，这可能主要都是辐照引起睾丸组织过氧化损伤、性激素受体及分子的异常表达而引起的[8]，具体的损伤机理还有待专业人员进一步探讨。2#、3#和4#组小鼠的睾丸指数虽有所减小，但整体均比1#暴露组好，且随着屏蔽值的增大，睾丸指数趋于正常，说明电磁防护织物对小鼠具有一定的保护作用。

表4 小鼠睾丸指数

2.5 免疫系统

一般情况下，免疫系统对辐射损伤的敏感性高于其他的组织和细胞。有研究发现机体对射线最为敏感的免疫器官是胸腺，其次是脾脏[9]，所以本试验着重对这两种器官进行了分析。

由表5可见：小鼠机体受射线照射后胸腺指数、脾体比均出现下降，其中1#暴露组的最低， 4#组最接近0#组正常小鼠的水平。说明辐射对小鼠的免疫系统有一定的损伤，而电磁防护织物可在一定程度上减小这种伤害。

表5 各组小鼠胸腺指数及脾体比

3 小结

——电磁辐射会对小鼠造血、免疫及生殖等系统造成明显的伤害，严重时可导致死亡，所以有必要对电磁辐射采取一定的防护措施。

——屏蔽值是表征织物电磁屏蔽性能的重要指标，织物的防护作用随织物屏蔽值的增加而增强。

——电磁辐射中的微波辐射广泛存在于通信、医疗、工业及家用等领域，给人们的健康带来许多隐患，会造成机体造血、免疫等系统功能的失调，甚至造成不可逆的损伤。试验测试频率选用微波频带中具有代表性的2 450 MHz，研究可为微波类电磁防护织物的开发和生产所借鉴，但关于电磁屏蔽织物其他频率范围内的防护性能还需做进一步的验证。

参考文献：

[1] MASHEVICH M, FOLKMAN D, KESCA A, et al. Exposure of human peripheral blood lymphocytes to electromagnetic fields associated with cellular phones leads to chromosomal instability[J]. Bioelectromagnetics, 2003,24(2):82-90.

[2] 徐鹏,张建春.电子辐射对人的危害与防护[J].中国个体防护装备,2001,28(5): 16-19.

[3] 赵玉峰. 现代环境中的电磁污染[M].北京：电子工业出版社,2004：21.

[4] LU B. The harm of thunder and lightning electromagnetic radiation and its safety countermeasure[J]. Journal of Guangxi meterology, 2006,27(3):427-432.

[5] 魏宁,沈勇,张惠芳.电磁屏蔽织物的发展现状及研究方向[J].上海纺织科技,2010,38(2):12-16.

[6] 张玉惕.产业用纺织品[M].北京：中国纺织出版社,2009：32-33.

[7] HUANG J L, YAU B S, CHEN C Y, et al. The electromagnetic shielding effectiveness of indium tin oxide films[J]. Ceramics international, 2001, 27(3): 363-365.

[8] 王亚峰. EMP辐照对幼龄雄性小鼠生殖内分泌功能的影响及机制探讨[D]. 西安：第四军医大学,2013.

[9] 金华,王德文,彭瑞云,等.电磁脉冲辐射后小鼠免疫器官损伤的病理研究[J].军事医学,2004,28(6):537-541.