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1、极低频磁场对人体的健康影响本专著针对的频率范围是0 Hz100 kHz。到目前为止,已进行的绝大部分研究都是针对工频(50或60 Hz磁场,其中很小一部分也研究了工频电场。另外,还有很多研究是关于甚低频(VLF,330 kHz场、用于磁共振成像的投切陡波磁场,以及由视频显示单元和电视机产生的弱甚低频场。本章是对EHC专著各个章节的主要结论和建议的总结,也是对健康风险评估过程的总体结论。专著中用以描述给定健康后果的证据强度的术语如下:当某证据局限在某一单项研究,或一批研究的设计、实施或解释中还存在很多不能回答的问题时,这种证据被定义为“有限的(limited”。当存在重要的定性或定量上的局限性,
2、使研究不能被理解为显示了某影响是存在还是不存在时,或是没有可用的数据时,这种证据就被定义为“不足的(inadequate”。本文也识别了主要的知识缺陷和填补这些缺陷需要进行的研究,列示于“研究建议”部分。1.1 总结1.1.1 源、测量和曝露在发电和通过电力线与电缆输电或配电时,或在用电设施使用电时,就存在电场和磁场。由于电力是我们现代生活不可或缺的一部分,这些场在我们环境中无处不在。电场强度的单位是伏特每米(V/m或千伏每米(kV/m。磁场用磁通密度(即磁感应强度表示,单位是特斯拉(T,或是更常用的毫特斯拉(mT或微特斯拉(T。对于工频磁场的居民曝露,世界各国的差异都不太大。居民家中的几何平
3、均磁场,在欧洲约为0.0250.7T,在美国约为0.0550.11T。家中电场的平均值一般为几百伏特每米。在一些用电设施附近,瞬时磁场值可为几百微特斯拉。电力线附近的磁场差不多为20T,电场约为几千伏每米。几乎没有儿童在居住环境的50或60 Hz磁场中的时间平均曝露超过与儿童期白血病发病率增加相关联的曝露水平(见1.1.10部分。大约1%4%的儿童的平均曝露超过0.3T,仅1%2%的儿童的平均曝露超过0.4T。职业曝露绝大部分指的是工频场,也可能包括一些其他频率的贡献。“电气职业”工作场所的平均磁场曝露高于其他职业,例如办公室工作。电工和电气工程师的磁场曝露约为0.40.6T,电力线路工人约为
4、1.0T,焊接工、铁路机车驾驶员和缝纫机操作工的曝露最高(超过3T。工作场所最大磁场曝露可达约10 mT,这些总是与存在高电流导线有关。在供电行业,工人的电场曝露可达30 kV/m。1.1.2 人体中的电场和磁场极低频电磁场曝露,会在人体中感应出电场和电流。剂量测定学中阐述了外部场和人体中感应电场及电流密度之间,或同其他与电磁场曝露相关的参数之间的关系。由于人体中的感应电场和电流密度与神经和肌肉等易兴奋组织的激励有关,因此特别引人关注。人类和动物的身体会显著地干扰极低频电场的空间分布。在低频时,人体是良导体,其外部被干扰的电力线近似地与人体表面垂直。处于曝露中的人体表面会感应出交变电荷,交变电
5、荷继而在人体中感应出电流。关于人类曝露于极低频电场的剂量学关键特性如下: 人体内的电场与其外部电场相比,通常要小56个数量级。 通常曝露于垂直场时,感应场的主要方向也是垂直的。 对于一个给定的外部电场,最强的感应场出现在通过脚与地面良好接触(电气接地的的人体中,最弱的感应场出现在与地面绝缘(处于“自由空间”的人体中。 与地面良好接触的人体中的电流总量,取决于人体的尺寸和形状,而不是取决于组织的电导率。 各种器官和组织中感应电流的分布,取决于这些组织的电导率。 感应电场的分布同样受到电导率的影响,但比感应电流受到的影响程度弱。也有一种情况下,人体中的电流是由于接触电场中的导体而感应出来的。对磁场
6、来说,组织的渗透率和空气相同,因此组织中的场与外部场相同。人类和动物的身体不能对磁场造成显著的干扰。磁场产生的主要作用是在导电组织中的电场法拉第感应和相应的电流密度。关于人类曝露于极低频磁场的剂量学关键特性有: 感应电场和电流取决于外部磁场的方向。整体而言,当磁场从身体由前至后穿过人体时,人体中的感应电场最大。但对某些个别器官来说,最高的电场值出现在磁场从一侧穿至另一侧时。 当磁场的方向与人体的垂直轴平行时,感应出的电场最弱。 对于一个给定场强和方向的磁场,人体越大,感应的电场也越高。 感应电场的分布受到各种器官和组织电导率的影响,而感应电流密度的分布受到的这种影响是有限的。1.1.3 生物物
7、理机理对于已经提出的各种极低频电场和磁场的直接或非直接作用机理的可能性进行了检验。重点是检验场曝露在生物过程中产生的“信号”是否能从内在的随机噪声中识别出来,以及该机理是否是对科学原理和现有的科学知识的一种新认识。许多机理只是在场强超过一定强度时才可能是合理的。不过,只要是符合基本科学原理,缺乏已验证的合理机理,并不意味着排除了即使是很低的场水平下,存在健康影响的可能性。大量已提出的场与人体直接相互作用的机理中,有三种在较低场水平下比其他机理有突出潜在作用的场的机理:神经网络中的感应电场、基团配对(Radical Pairs和磁铁物机理。因极低频电场或磁场曝露而在组织中产生感应电场,当内部场强
8、超过几伏特每米时,会以一种从生物物理学角度似乎合理的方式,直接刺激单个有髓神经纤维。与单个细胞相比,更弱的场也会影响神经网络中的突触传输。多细胞生物体通常采用这种神经系统信号处理方式,以探测微弱的环境信号。有人建议对神经网络有区别地采取较低的1 mV/m的限值,但根据现有证据,阈值取10100 mV/m看来更合适。按照基团配对机理,磁场会影响某些特殊类型的化学反应,通常会在低水平场中提高反应自由基的浓度(这种提高在小于1 mT的磁场中可观察到,而在高水平场中降低它们的浓度。有一些证据表明这种机理同候鸟迁徙中的导航有关联。根据理论以及因为极低频磁场和静磁场产生的变化很相似,人们认为远小于约50T
9、地磁场的工频场,不像具有很大的生物学显著性。在动物和人的组织中,存在着磁铁物晶体,即各种形状的小氧化铁铁磁晶体,尽管只有痕量。与自由基对相同,它们也与迁徙性动物的定向和导航有关,只不过人脑中痕量的磁铁物不足以探测到微弱的地磁场。基于极端假设的计算显示极低频场对磁铁晶体产生影响的低限是5T。场的其他直接生物物理学作用,例如断开化学键,对带电微粒产生的力,以及各种窄的“共振”机理,都不能提供对公众和职业环境中遇到的场水平作用的合理解释。至于非直接影响,可以觉察到电场感应出的表面电荷,它可能导致在触摸到导体时,产生痛感的微电击。接触电流也可能发生在儿童接触例如居室中浴缸的龙头时。这会在骨髓中产生出有
10、可能超出背景噪声水平的小电场。但是,这是否形成一种健康风险还是未知的。高压电力线会因电晕放电而产生带电离子云,有人认为这些离子云会增加空气污染物在皮肤和体内呼吸道表面的沉积,可能对健康有害。但是,即便如此,甚至对极端曝露的个体,从长期健康风险来看,电晕离子的影响也不会超过很小的程度。对于人类通常遇到的曝露水平,上述三种直接机理中,没有一种可认为是导致发病率升高的原因。事实上,仅在当场水平数量级更多时,且非直接机理尚未被充分研究时,这些机理才可认为是似乎可能的。缺乏可确认的似乎可信机理,并不能排除对有害健康影响的可能性,但是,它确实形成了需要更强的生物学和流行病学证据的必要性。1.1.4 神经行
11、为曝露于工频电场会因表面电荷而产生定义明确的生物反应,其反应程度可从有感觉到烦恼。这些反应取决于场强、周围环境条件和个体的敏感性。能让10%的志愿者直接感觉到的场强阈值是220 kV/m,5%的志愿者对1520 kV/m的电场感到烦恼。在5 kV/m的场中,人对地的火花放电会让7%的志愿者感到疼痛。带有电荷的物体通过接地的人的放电阈值,取决于物体的尺寸,因此需要专门的评估。高强度、快脉冲磁场会刺激外围或中枢神经组织。这种影响在磁共振成像(MRI过程中会出现,也被经颅磁刺激(TMS,一种疗法所利用。产生直接神经刺激的感应电场强度阈值可低至几伏特每米。该阈值对于几赫兹至几千赫兹的频率范围都是一样的
12、。癫痫病人或易患癫痫病的人,可能对中枢神经系统(CNS中的感应极低频电场更敏感。此外,对CNS电刺激的敏感度,可能与家族癫痫病史,以及服用三环的抗抑郁药、安定剂和其他易引发癫痫病的药物有关。视网膜是CNS的一部分,可能影响其功能的极低频磁场曝露水平比引起直接神经刺激的磁场水平微弱得多。产生的闪烁灯光感觉称为磁光幻视,它是由感应电场对视网膜中电兴奋细胞作用的结果。视网膜中细胞外液中感应电场强度的阈值在20 Hz时约为10100 mV/m。但是,关于该阈值还有很多不确定因素。志愿者研究中,其他神经行为影响的证据,例如对人脑电活动、知觉、睡眠、超敏性和情绪的影响,都是不明朗的。一般来说,这些研究都是
13、在低于引起上述影响所需的曝露水平下进行的,且顶多是不明显和短时影响的证据。产生这种反应所必需的条件,在目前还是不明确的。有一些证据显示,场会影响反应时间,降低一些感知任务完成的精确度,对于脑总体电活动的研究结果也支持这一点。调查磁场是否会影响睡眠质量的各项研究,其结果是不一致的,部分原因可能是研究的设计有区别所致,有人声称总体上对电磁场超敏感,但是,双盲刺激研究的证据显示,所报道的各种症状与电磁场曝露无关。对于极低频电场和磁场曝露会导致抑郁症或自杀的说法,仅有不一致和非决定性的证据。因此,证据可考虑为是不足的。关于动物曝露于极低频场可能对神经行为功能产生的影响,已经按不同的曝露条件从许多方面进
14、行了探索。几乎没有可确认的影响。有令人信服的证据表明,动物能觉察到工频电场,最有可能是表面电荷影响的结果,可能是暂时的唤醒作用或轻微的压力感。鼠类可觉察到的范围是313 kV/m。啮齿动物对超过50 kV/m的场强表现出厌恶。其他可能与场有关的变化都很少有明确的,实验室研究仅得到了不明显和暂时性影响的证据。有一些证据显示,磁场曝露可能会调整脑中吗啡和胆碱能神经传输系统的功能。对痛觉丧失以及对空间记忆任务的获得和完成的影响问题的研究结果,支持了这一点。1.1.5 神经内分泌系统志愿者研究、居所及职业流行病学研究显示,工频电场或磁场不会对神经内分泌系统产生有害影响。这特别表现在神经内分泌系统中特殊
15、荷尔蒙的循环水平,包括由松果体释放出的褪黑激素,也表现在由脑下垂体释放出的大量与身体新陈代谢和生理机能控制有关的荷尔蒙。有时观察到褪黑激素的释放时间因曝露特性不同而有不明显的区别,但是这些结果并不一致。要通过改变环境和生活方式等可能影响荷尔蒙水平的因素来排除可能的混淆,是非常困难的。大多数关于极低频曝露对志愿者夜间褪黑激素水平影响的实验室研究,在采取措施控制可能的混淆后,都发现没有影响。在大量调查工频电场和磁场对鼠类松果体和血清褪黑激素水平的影响的动物研究中,一些报告称曝露会抑制夜间褪黑激素的分泌。在早期高达100 kV/m的电场曝露研究中首次观察到的褪黑激素水平的变化,不能被再现。一系列较近
16、期的研究结果所显示的循环极化的磁场抑制夜间褪黑激素水平,因将曝露动物和历史对照进行不合适的比较而被削弱。其他啮齿动物试验的数据包括了从几个微特斯拉到5 mT的场强水平,结果也是模棱两可的。因为有些结果显示出褪黑激素被抑制,而另一些显示出没有变化。在季节性繁殖动物中,工频场曝露对褪黑激素水平以及由褪黑激素决定的繁殖状况的影响的证据,绝大部分都是否定的。尽管利用两个动物进行的初步研究报道不规则和间歇性的曝露会抑制黑色素,但是,在非人类灵长类动物长期曝露于工频场的研究中,没有发现令人信服的影响。尽管体外实验研究相对来说进行得很少,但极低频场曝露对分离的松果体腺中褪黑激素产生和释放的影响是各不相同的。有关极低频曝露会干扰褪黑激素对体外肺癌细胞的作用的证据,是很能引起人的兴趣的。但是,这个系统具有不利的缺陷:细胞系在培养中经常显示出基因型和
