手机，似乎早已成为“长”在当代人身上的一个重要器官。早晨睁开眼的第一件事儿，看手机；白天不带手机几乎寸步难行，时时刻刻需要check时间和信息；结束了一天劳累的生活，最后一件事一定是玩会儿手机，伴机入眠......不得不承认的是，科技在给人们带来便利之外，必然也与“狠活”并存。比如：电磁辐射（EMRs）。其实不仅是手机，人类日常生活中早已被由手机、基站和无线路由器等电子仪器发出的人工电磁信号所侵占。自20世纪50年代以来，人工电磁信号的功率通量密度急剧增长、持续走高，已然升高到了自然水平的1018倍！然而，高水平的EMRs究竟会引发怎样的生物学效应，又是否存在潜在的健康危害呢？一直以来，是人们好奇且担心的问题。为了科学和系统地回答这一问题，来自西湖大学的施一公及其团队基于不同的生物系统（包括：人类、动物、细胞和生化反应），总结了EMRs的生物学效应领域的共识、争议、局限性和尚未解决的问题，该研究题为Interactions between electromagnetic radiation and biological systems，发表在Cell子刊iScience上。
DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2024.109201追溯起来，EMRs是一种在生命诞生之前就已存在于地球大气层中的能量形式。但EMRs的生物效应研究起来非常困难，原因有二：一是，人们无法有意识地感知到周围电磁辐射的存在；二是，电磁辐射引发的生物效应会与其他因素诱发的复杂生物效应（比如：热效应）揉杂在一起，所以无法分离和明确电磁辐射带来的影响。尽管难度系数大，但科研界从未放弃探究的步伐。现有资料来看，研究工作者们“八仙过海各显神通”，采用多种方法来探究电磁辐射的生物效应，并总结在下表中。
随着无线通讯技术的蓬勃发展，人们日常生活中的非辐射EMRs水平急剧上升，尤其是某些特殊职业的人接触到的EMR功率密度更是“高得离谱”，比如：300kHz到300GHz范围内的射频电磁辐射（RF-EMR）。因此，针对这部分职业暴露于高水平EMR中的人群进行流行病学调查，包括生理和病理影响、流行病学回顾性研究中的疾病、临床症状、日常或职业暴露于EMR后的疾病情况，将提供重要的证据线索。目前，流行病学调查主要集中在无线通信中广泛使用的RF-EMR的影响上，包括广播、移动电话和Wi-Fi等。
普遍观念中，EMR是一种看不见摸不到的存在。但一个有意思的问题是，人类真的无法感知到EMR吗？先前有人群试验显示，暴露于数十kV/m的强直流或50-Hz交流电场中，参与者会出现皮肤感觉，比如刺痛或瘙痒；而这种皮肤感觉的阈值与电场频率和空气湿度有关。事实上，短期暴露于900MHz的EMR会导致人的睡眠脑电图（EEG）发生变化，但不会显著改变心率。虽然较短时间暴露于EMRs的影响较弱，但电磁辐射对人体健康的危害具有累积性，长时间暴露带来的影响可能更易观察到。举例来说，在年轻工人中开展的研究显示，长达8年暴露于3.6–10GHz的微波中，会导致该人群发生性腺功能恶化的概率增加，包括性欲减退、虚弱综合征下的性功能紊乱，以及精子发生的各种改变。另有研究显示，暴露于800MHz到2.2GHz的移动电话EMR，也会降低精子的活力、存活率和浓度。这种影响的背后可能由线粒体活动介导。2019年开展的一项报告显示，磁场变化改变了人类大脑阿尔法事件相关的去同步化，可见人脑具有潜在的磁敏感性。基于上述研究，找到适用于生物系统的EMR的适当剂量是非常重要的，也是未来研究的重点方向。——多动物模型显示，或影响生殖发育以及中枢神经
相比于人类试验，动物实验开展起来相对容易——研究者可以直接将实验动物暴露于EMR环境中，并自行拟定EMR的功率和暴露时间的长短，从而更直观且便捷地观察到电磁辐射诱导的新生物效应。目前，常见的动物模型涵盖了秀丽隐杆线虫（C. elegans）、涡虫类、果蝇和啮齿动物，用以探究EMR对生物体的影响。而其他对电磁辐射敏感或具有导航能力的动物，比如海洋动物（鲨鱼、鳐和鳗鱼）、昆虫类（蜜蜂和澳大利亚布冈夜蛾）和鸟类（欧洲旅鸫和鸽子）等，也是很好的研究对象。举例来说，与人群试验类似，研究者在多种动物模型中观察到精子发生的改变和精液指标的恶化，比如数量减少、活力降低、异常形态比例的增加等等。将斑马鱼胚胎在受精后的24-72小时内暴露于100MHz的EMR，会导致胚胎发育的变化。大鼠实验显示，连续10周暴露于2.45GHz的EMR中后，生物体的总抗氧化能力和抗氧化酶活性会明显降低。此外，900MHz或1.8GHz的脉冲调制RF-EMR会导致大鼠血脑屏障的通透性增加。更多的动物实验显示，RF-EMR还会影响神经元、大脑形态、早期发育的神经形成，以及中枢神经系统的功能（即情绪、记忆和识别）。比如：连续9天暴露于2.4GHz就会改变小鼠的睡眠模式；另外，将大鼠产前暴露于2.45RF-EMR能够改变其产后发育，导致焦虑、运动障碍和探索行为障碍。不过，采用动物实验来调查EMR的生物效应也存在一定的挑战：一是，确定适当的EMR模式（如频率、振幅和调变），试图用动物实验涵盖所有的EMR模式是非常困难的；二是，生物界的巨大多样性，观察结果无法推广到其他物种。
当然，除了人群试验和动物实验之外，EMR相关的研究还包括体外细胞系统和生化反应系统，而研究方法还涉及介电光谱学、生物电磁辐射的检测和理论预测。2023年12月，西湖大学校长施一公及其团队曾在Bioelectrochemistry上发表相关研究，他们提出了一种微制造的、配备3D三维晶体管的低频电磁刺激芯片实验室，可用于显微镜下观察电磁对细胞系的影响。紧接着，研究者使用任意波形发生器给两组细胞施加10Vpp（电压）、10kHz（频率）的电磁信号，并保持在37℃、5%CO2和100%湿度的环境下培养24小时；另有两组在无电磁刺激下培养。显微镜下显示，经过24小时的电磁刺激后，细胞密度明显低于对照组。这意味着，在10kHz信号的影响下，细胞生长受到了明显抑制。也就是说，电脑、手机等电子设备所包含的10kHz电磁信号恐会显著影响细胞生长！
显微镜下的细胞变化情况（A-B为对照组，C-D为实验组）值得一提的是，现阶段有关“EMR对生物系统影响”的研究都局限于日常生活中常见的电磁辐射频率，比如50-60Hz的电力频率，800–935MHz、1.8GHz和1.9GHz的移动电话通信频段，和2.4–2.45GHz的Wifi通信频段。相比之下，针对其他频率下EMR的生物影响的研究，更是少之又少，亟需进一步探究。总结来说，施一公团队的这篇综述更是提醒我们，千万别成为手机及其他电子设备的奴隶！之前有研究显示，手机射频电磁波的大小与距离成反比，即随着距离增加，手机射频电磁波的值越来越小。因此，看完这篇文章就放下手机，远离“最近”的电磁辐射，走进“现实世界”吧。
参考资料：[1] Liu L, Huang B, Lu Y, Zhao Y, Tang X, Shi Y. Interactions between electromagnetic radiation and biological systems. iScience. 2024 Feb 10;27(3):109201. doi: 10.1016/j.isci.2024.109201. PMID: 38433903; PMCID: PMC10906530.[2] Lu Y, Shi Y. A microfabricated lab-on-chip with three-dimensional electrodes for microscopic observation of bioelectromagnetic effects of cells. Bioelectrochemistry. 2023 Dec;154:108554. doi: 10.1016/j.bioelechem.2023.108554. Epub 2023 Aug 28. PMID: 37657166.版权说明：梅斯医学（MedSci）是国内领先的医学科研与学术服务平台，致力于医疗质量的改进，为临床实践提供智慧、精准的决策支持，让医生与患者受益。欢迎个人转发至朋友圈，谢绝媒体或机构未经授权以任何形式转载至其他平台。