过去三年中，射频电磁场生物学效应的研究已发生了新的变化。八十年代初期，研究人员还在争论电磁场对有机体的一切效应，是否单由强辐射感生的加热所引起，还是场强过低以致不能产生局部加热情况下也发生某些效应？虽然那时为止的实验结果，已使一些研究人员相信非热效应确实存在，但一些科学家却口口声声怀疑这些实验结果是否有效，或是否可以重复。

现在，日益增多的大量证据事实上已使这种争论停止，某些弱场效应问题几乎不复存在。实际上，这种弱场效应（如弱脉冲电场对骨骼生长的影响）作为一种骨折的治疗手段现已找到广泛的应用，从1979年美国食品药物管理局批准这种方法以来，已成功治愈了成千上万的病人。

但对电磁场和有机体的相互作用，仍有强烈的争论，许多问题至今没有完全解决。为了考察这个迅速发展的领域，本刊曾于1983年6月16日组织过一次小组讨论会，与波尔德举行的生物电磁学协会年度会议同时举行。

小组成员报道了许多在最近研究中得到的重要结论，它们是

· 在老鼠产生精子（精子前兆）细胞中感应起染色体缺陷并伴随有千兆赫范围的微波辐射

· 活猫大脑暴露于极低频调制的微波辐射时钙平衡发生变化

· 暴露于极低频电场的神经细胞和骨骼发生交替

· 暴露于调制微波场的老鼠，其免疫细胞活动能力减小

· 小猪受电源频率强电场辐照后畸形胎明显增加

电磁场和有机体相互作用的研究范围很宽。它所包括的频率范围为0 ~ 1000千兆赫（后者是红外频率的边沿）。然而多数研究都集中在两个频率范围内，一个是军事通讯广泛应用的微波和短波范围（几兆到100千兆赫），另一个是极低频，尤其是50 ~ 60赫的电源频率和海上通讯用的更低频。

紫外线、X射线和γ射线的量子能量足以使有机体分子电离并打断分子键。这种电离辐射可以使许多生物学功能直接破坏。而诸如激光束之类的可见光，可利用其强度集中这一特点和局部加热方式进行直接破坏。但诸如微波和极低频电场之类的较长无线电波（量子），纵然某些强射频辐射源可以沉积很多的能量，但它们还是没有足够能量进行电离，通常也没有集中能量可进行加热。因此对弱射频场的兴趣必然是集中在某些较为微妙和不太直接的相互作用上。

最近，许多研究人员其中包括本刊科学小组的成员都使用极低频调制的微波，他们已经观测到与极低频电场很类似的结果。

不仅不同频率和功率范围下研究的电磁辐射相互作用很不相同，而且不同实验动物和不同生物制品上观测到的效应也非常不同。一般说，各种效应往往根据所涉及的生命细胞作用来分类。在神经系统、免疫系统和产生激素的内分泌系统中，细胞膜效应是主要的，而在遗传变化方面，细胞核（即含遗传信息的细胞部分）效应是主要的。

遗传效应的迹象

也许讨论会上所讨论的最惊人结果是某些情况下微波可以使活有机体染色体破坏。美国公共卫生署器械和放射性防护中心的E. M. 恰尔斯基对此进行了初步实验，并报道了上述结果。

实验表明，当雄鼠受到0.915，2.45和9.4千兆赫微波辐照后，有4 ~ 12%的精子前兆细胞产生染色体缺陷。在正常动物中，这种缺陷只占万分之五到九。然而在27兆赫时没有观测到这种变化。老鼠的照射时间为两周、每周六天、每天30分钟，平均能量吸收率只有50微瓦/克，这比美国国家标准学会（ANSI）推荐的人体安全极限低7倍。

然而，恰尔斯基告诉说，这些结果目前不能推广到其他频率，也不能推广到人，染色体的缺陷是非常严格的。通常人的精神失常（Down氏综合症）可能就是这种缺陷的结果。

他和同事用实验跟踪这些结果表明，这种染色体破坏可遗传给鼠的后代。雄鼠暴露于1毫瓦/克（比ANSI标准只高1.5倍）较高辐照水平后，他们使老鼠繁殖并记下繁殖的时间，以便用某一特定形成阶段的精子繁殖雌鼠。这样繁殖的雌鼠，其中有20%胚胎死亡和消溶，这个比例约为对照组的4倍。对鼠胎肝细胞染色体检验表明，受辐照雄鼠繁殖的那组胎儿中约2%有染色体缺陷。

恰尔斯基还告诉说，许多其他实验室也都在受辐照雄鼠的精子细胞中，和它所繁殖的老鼠后代中，多多少少同时观测到类似遗传异常，和染色体异常以及雄鼠生育力的降低。

西德斯图加特马克 · 普朗克学会固体研究所F. 克雷默博士报道了在完全不同有机体中在较高频率下得到的有关结果。他把一种昆虫幼虫的涎腺暴露于64和69千兆赫之间的辐射两小时，在功率密度为6毫瓦/厘米²时观测到幼虫染色体有明显变化。

关键的问题是所观测的效应是否由微波感应的少量温升所引起？为此克雷默检验了染色体的温度敏感性。他把假曝光的腺体加温到比对照组高2.5℃（这比微波感应温升0.3℃大7倍以上），结果未观测到有效应存在，这表明微波对染色体的作用是种非热作用。克雷默指出，微波光子本身不可能使染色体改变，因为微波光子能量只有构造组织热能的二百分之一。

西德慕尼黑辐射研究所W. 格鲁德勒博士于1983年用42千兆赫左右的辐射辐照酵母细胞并测量了细胞培养的生长率。在重复实验中，当频率移动8兆赫时，生长率变化高达10%，这是不能用加热作用解释的又一现象（但对大肠杆菌的几个实验都未观测到类似的频率特性）。

如果不是加热作用引起这些效应，那又是什么作用呢？斯威科特博士提出了一个遗传物质适当吸收辐射的假设，也就是说，这种物质具有与外加电磁场非常相近的自然振动周期。斯威科特介绍了遗传物质特别是清洗掉大肠杆菌的DNA以分子共振方式吸收能量的证据。他测量了DNA在11千兆赫处的吸收，证明DNA吸收的能量为水的400倍。

有人问，DNA所吸收的微波辐射是如何影响基因特性的？斯威科特解释说，“必须认识到，在相干辐射共振吸收中，能量是一直吸收的，不只是一个光子起作用，而是所有光子起作用。这种情况很像士兵齐步行进由于共振使桥破坏的情形，也就是说，每一步伐的力量是小的，但累积作用却很大”。“同样，DNA分子可以吸收不止一个光子的能量，而是多个光子的能量，这个能量与总热能相比仍然很小，但足以改变其功能。尤其在单个振荡模和一直维持激发情况下是这样”。斯威科特还对DNA是个低Q值共振腔的实验结果持异议态度，他说，“相反，我们的实验Q值大于14是所有共振吸收都需满足的条件。此外，我们最近的实验数据还表明，具有相同基对的DNA分子总有非常尖锐的共振，其Q值远远超过1”。

细胞膜的关键作用

过去几年中，虽然电磁场对细胞核遗传物质影响的证据迅速积累，但有关动物神经系统和免疫系统的证据，早在七十年代末期就有很多积累了。最近，这个领域的很多工作是致力于建立解释这些效应的框架以及描绘这些效应的程度。

加州洛末林达（Loma Linda）退伍军人管理医院W. R. 艾迪为小组讨论会成员概述了直至1980年为止的研究和进展，从这些研究中可以得到许多重要的结论。最广泛讨论的一个结论是各种动物大脑中流出的钙离子量可随极低频调制的微波辐射或极低频电场本身的辐照而变化。从以前研究可知，钙离子在控制神经细胞膜电冲动方面起关键作用，这种冲动在神经系统信息携带方面是很重要的。

这种钙效应变化可由强度只为几毫微瓦/厘米²的调制电场和电场强度为微伏/厘米的极低频电场所产生。这些结论被认为是存在非热效应的最可靠证据之一，特别是它们已为其他实验所重复。

但人们对这些七十年代的初步结论已经提出了若干只有现在才着手解决的问题。首先，早期实验是在玻璃试管中进行的，活动物中也能找到同样效应吗？其次，钙喷射的重要意义是什么？极低频电场或极低频调制的微波辐射可以产生细胞功能变化吗？第三，这些变化真的是在细胞膜中发生叼？第四，这些效应是否只限制神经细胞还是在其他细胞中也发生？最后，如果细胞膜受到弱电磁场影响，情况又将是如何？也许最后—点是最不可思议的，因为微波辐射在细胞膜中感应的电场一般只有0.1伏/厘米，耦合不好的极低频场感应的电场约为10^-3伏/厘米，而细胞膜中天然电场约有10⁵伏/厘米。

1981年，艾迪和他的同事对清醒活猫做了实验，猫的部分大脑进行外科手术并装上一根塑料圆管，以便允许对活猫大脑进行钙喷射测最。如同玻璃试管实验的那样，猫外层大脑洒上起标志物作用的放射性⁴⁵Ca离子。当猫受到3毫瓦/厘米²强度和16赫频率（与猫大脑中的自然电波频率接近）调制的450兆赫电场辐照（1小时）时，钙离子喷射始终高于对照组动物。

其次，极低频电场肯定可以改变细胞的功能。利用脑组织切片，几个独立研究小组均发现在5赫，10 ~ 50毫伏/厘米极低频电场辐照5 ~ 10秒钟后，数小时内神经细胞的兴奋性增大（兴奋性是神经细胞产生冲动的速率）。加州大学生物化学副教授R. A. 卢贝等把骨骼细胞培养暴露于15赫和72赫电场后，用甲状旁腺激素和维生素D处理，激素和维生素两者都使细胞中的能量转换作用减弱。甲状旁腺激素的化学效应被电磁场抑制，而维生素D的作用不受影响，这证明了电场影响是在细胞膜部位的概念。免疫学家D. 莱尔检验了淋巴球杀死外来细胞的能力，当淋巴球暴露于60赫调制的460兆赫电场时，杀死能力减少20%，而其他调制频率下的杀死能力降低较少。这些结果既证明了电磁场对细胞膜的作用，也证明了许多细胞可以受影响。

在艾迪看来，上述实验都说明了所有细胞对弱电场甚至对人体中连续产生的电场有响应，例如，临床研究已经证明，正常人体中的骨骼生长受骨骼压抑时产生的弱脉冲之强烈影响。艾迫解释说，“生物学家已经日益意识到许多组织都具有内在的联系系统而不只限于大脑”。事实上，已知的激素和神经冲动联系网络就为弱电场“无线电网络”所补充。

对健康影响尚不清楚

虽然艾迪强调最近实验结果与深入了解有机体作用机制的关系，但电磁场对健康影响问题仍不清楚。

华盛顿大学周春广（Chou Chung Kwang）等为了确定极低频调制的微波对老鼠健康状况的影响，进行了长期实验。他们把100只老鼠暴露于8赫频率调幅的2.45千兆赫0.5毫瓦/厘米²脉冲微波辐射中25个月，结果包括新陈代谢行为、血液化学特性和免疫响应在内的大量测量表明、辐照组和对照组之间没有差别。但实验中途，辐照组动物的B - ，T - 型淋巴球数目增多，而实验结束时又看不出变化。在25个月结束时，辐照组老鼠肾上腺已经变大。

健康是否也受到电源之类极低频电场的影响？回答也是不清楚的，但已有一些结果报道。

巴特耳 - 太平洋西北实验室L. 安德逊博士说，极低频电场可以在辐照动物后代中产生缺陷，然而不清楚是否可以遗传。该实验室R. 菲利浦等人最近完成了为期9年的实验，结果表明，经四个月辐照的猪繁殖时，辐照组生下的小猪，畸变稍少于对照组。但18个月以后第二次产仔时，辐照组生下的小猪，畸变比对照组多2倍，也就是说，前者有75%左右的小猪都是畸形的，而对照组只有29%。当第一次生下的小猪又繁殖时，基本得到相同的结果，辐照组小猪有71%畸形，而对照组为33%。

但第二代猪第二次产仔时，结果使人迷惑不解，不论辐照组还是对照组，都有很高的畸形发生率，其中辐照组为70%，对照组为73%。菲利浦说，对照组畸形发生率很高，这可能是由于近亲繁殖的结果。对老鼠的实验结果是模棱两可的，即一组实验得到肯定的结果，而另一组得到否定的结果。对鸡进行的大型实验得到否定的结果。

温升速率的重要性

和细胞膜有关的效应不全在至今所述的低功率实验中发现。科罗拉多大学H. 沃切特尔等人用毫微秒高功率脉冲对单细胞和动物进行实验表明，峰值功率为50毫瓦/克的单脉冲可使发射神经冲动的细胞抑制10秒钟或使老鼠抽搐。脉冲愈短，产生短时间特定效应（时间短至10毫秒）的能量就愈小，对于更短的脉冲，老鼠响应是不太灵敏的。

由于比能为0.1 ~ 0.4焦耳/克脉冲所传递的能量不能使组织加热超过0.1℃，因此显然不涉及明显的加热作用。沃切特尔解释说，“看来温度是个重要的因素。”温升速率以每秒1 ~ 10℃速度增加就足能触发重要的效应。利用较简单的细胞膜理论模型，就可以把温度变化速率和流过细胞膜的电流、电压漂移联系起来。

今后研究方向

过去几年，电磁效应研究已经取得重大的进展，但对危害性和构成电磁效应关键机制问题远未能作出肯定的回答，为此，以下两个方面需作更多的研究。

一方面，虽然如染色体破坏实验、胚胎畸形、长期免疫效应和肾上腺效应等方面的工作已经指出了电磁辐射的潜在危险，但还需做更多的动物跟踪实验。

另一方面，讨论会的许多参加者都强调，很多低电平电场实验往往受到仪器设备的限制，结果也屡不重复，实际上，这是由于仪器控制不当而引起的条件方面的微妙变化。

与许多其他研究领域一样，最后可能是由于仪器的改进——不仅在真实测量方面，而且还在实验条件控制方面使科学工作者最终找出真正的答案。

（IEEE Spectrum，1981年21卷5期）