11.7 电磁辐射与精液质量
电磁辐射(electromagnetic radiation)为能量以电磁波的形式通过空间传播的现象。它的传播速度即为人们通常所说的光速。电磁辐射可按其波长、频率排列成若干频率段,形成电磁波谱。频率越高该辐射的量子能量越大,其生物学作用也越强。依据物理学特性,一般把此类辐射分为电离辐射和非电离辐射。
11.7.1 电离辐射
(1)定义、来源:凡作用于物质能使其发生电离现象的辐射,称电离辐射(ionizing radiation),它是由不带电荷的光子组成,具有波的特性和穿透能力,如X射线、γ射线和宇宙射线,而α射线、β射线、中子、质子等属于能引起物质电离的粒子性电离辐射。
存在于自然界的电离辐射,主要来源于太阳、宇宙射线和在地壳中存在的放射性核素。目前人造电离辐射已遍及各个领域,包括核工业系统和原料勘探、开采、冶炼与精加工;核燃料和反应堆的生产、使用及研究;农业的照射培育新品种,蔬菜、水果保鲜,粮食贮存;医药的X射线透视、照相诊断、放射性元素用来对人体脏器测定,对肿瘤的照射治疗等;工业部门的各种加速器、射线发生器及电子显微镜、电子速焊机、彩电显像管、高压电子管等。
(2)衡量辐射强度方式:辐射强度一般用放射性活度(A)、照射量(X)、吸收剂量(D)和剂量当量(H)四个指标来表示。
1)放射性活度:处于特定能态的一定量的放射性核素,在单位时间内发生核跃迁数的期望值。放射性强度是放射性物质的固有属性,仅与放射性物质的多少(浓度)有关,而与温度、压强等外界条件无关。放射性活度用符号A表示,贝克勒尔(becquerel,Bq)是放射性活度的国际单位,简称贝可。
2)照射量:X射线或γ辐射在单位质量空气中产生的正离子或负离子的总电量,它的国际单位制单位是库/千克(C/kg),用符号X表示。以前习惯使用的单位是伦琴(R),1R=2.58×10-4 C/kg。不同密度或组分的物质放在同一点的空气中,即使照射量相同,吸收剂量并不相同,因此,照射量只是一种参考比较的物理量。
3)吸收剂量:电离辐射授予某一体积元中的物质的总能量除以该体积的质量的商。它的国际单位是戈瑞(Gy),1Gy=1J/kg,用符号D表示。辐射作用于物质引起的物理、化学或生物变化首先决定于物质单位质量吸收的辐射能量。因此吸收剂量是一个重要的物理量。
4)剂量当量:在欲研究的组织中某点处的吸收剂量、品质因素和其他一切修正因数的乘积。研究表明:辐射类型不同时,即使同一物质吸收相同剂量,引起的变化也不相同,特别表现在对生物损伤的程度方面。因此在辐射剂量学中建立了剂量当量这种物理量。它的国际单位制单位是希沃特(Sv),1Sv=1J/kg,用符号H表示。
(3)接触机会:人们接触辐射的机会无处不在,根据辐射源的来源与特征可分为:
1)天然辐射:人类普遍地接收的电离辐射。它主要来源于太阳、宇宙射线和在地壳中存在的放射性核素。从地下溢出的氡是自然界辐射的另一种重要来源。从太空来的宇宙射线包括能量化的光量子、电子、γ射线和X射线。在地壳中发现的主要放射性核素有铀、钍、钋及其他放射性物质,释放出α,β或γ射线。
2)核工业生产:放射性矿物的开采、冶炼和加工,以及核反应堆、核电站的建立和运转。
3)射线发生器的加工生产和使用:加速器、X射线和γ射线的医用和工农业生产用辐射源。
4)放射性核素的加工生产和使用:核素化合物、药物的合成,及其在实验研究及诊疗上的应用。
5)天然放射性核素伴生或共生矿生产,如磷肥、稀土矿、钨矿等的开采和加工。
6)日常消费:如夜光手表、釉料陶瓷、人造义齿、烟雾探测器等。
(4)对机体的危害及影响辐射效应的因素
1)对机体的危害:人体受照射的剂量超过一定限度,则能发生有害作用。电离辐射可引起放射病,它是机体的全身性反应,几乎所有器官、系统均发生病理改变,但其中以神经系统、造血器官和消化系统的改变最为明显。电离辐射对机体的损伤可分为急性放射损伤和慢性放射性损伤。
a.急性放射性损伤:急性照射是在很短的时间内受到大剂量的照射。大剂量的照射一般由事故或是特别的医疗过程。在大多数情况下,大剂量的急性受照能引起立即损伤,并产生慢性损伤。对于人体,大剂量能引起急性放射病,如大面积出血、细菌感染、贫血、内分泌失调等,后期效应可能引起白内障、癌症、DNA变异等,极端剂量能在很短的时间内导致死亡。
b.慢性放射性损伤:低水平剂量辐射环境下的长时间断续的暴露为慢性照射。慢性照射产生的作用只有在照射后的一段时间后才可能被察觉。这种作用包括DNA变异、诱癌、良性肿瘤、白内障、皮肤癌、先天性缺陷、造血障碍、白细胞减少、生育力受损等。
2)影响辐射效应的因素
a.与辐射有关的因素:射线种类、辐射方式(持续或间断)、辐射的电离密度、剂量与剂量率、照射部位与面积等。
b.机体方面:种系演化越高,机体组织结构越复杂,辐射易感性越强,故淋巴组织、胸腺、骨髓、性腺和胚胎呈高度易感性,而肌肉、结缔组织的易感性较低。
(5)对男性生殖细胞的影响:在发现X射线不久的20世纪初,研究辐射的学者们就观察到,兔和豚鼠的睾丸经X射线照射后,可致精子缺乏;此后多项以动物为研究对象的研究均证明,电离辐射对于雄性动物生殖细胞有危害作用[47~57]。动物实验显示:精细胞系统对辐射的敏感性存在差别,精原干细胞>分化的精原细胞>精母细胞>精细胞>精子,并且不同动物生殖腺对于电离辐射的敏感度也存在差别[58]。电离辐射对人类生殖功能的影响作用资料多数来源于事故性照射和一些临床上的实验性观察,接收放射性治疗的癌症病人或是事故性照射人员,在受照2年或更长的时间后,其精子染色体结构畸变率均显著升高,证明辐射对于精子存在长期的影响作用。在精原干细胞增殖分化期和减数分裂期受到电离辐射的影响,有可能造成精子形态、结构和功能的改变;受到电离辐射后可发现染色体异常的精子,尚具有一定的受精能力,但受精后会形成异常胚胎。长期暴露于电离辐射时,诱发的畸变精子在受精时可不受选择性淘汰而将DNA损伤传递给后代。有研究显示:单次X线照射剂量>0.15Gy可引起男性暂时不育;单次X线照射剂量>2.0Gy可导致男性永久不育。
辐射后恢复生育力的时间随动物种属和精原干细胞的存活数而异[58]。一般情况下,小鼠恢复生育力的时间为50天,大鼠为70天,豚鼠和兔需要更长的时间。人睾丸接受1.0Gy的吸收剂量,即可引起精子的缺乏,精子的生成量要达到照射前水平或具有生育力则需要一年余的恢复期。对遭受事故性照射人员的观察发现:估测事故的全身照射量为12~190R,经检查表明照射后10天内精子数在正常水平;照射后7~10个月,精子数明显减少,直至近乎0;在20个月时检查,精子数回复到正常水平。
(6)防护措施:采用合理的防护措施既可保证圆满达到应用辐射源的目的,又能使人员受到的照射保持在可以做到的合理的最低水平。基本方法如下:
1)时间防护:缩短受照时间。人体受到的照射的累积剂量是随时间延长而增加的,因此,在某些工作场合下,工作人员不得不在辐射场内进行工作,且可能持续一段时间,此时就必须采取轮流、替换的办法,限制每个人的操作时间,将每人所受的剂量控制在限值以下。
2)距离防护:增大与辐射源的距离。人体受到照射的剂量率是随离开辐射源的距离增大而减少的,特别是电离辐射源可视为点状的时候。因此在实际工作中,应尽量采取远距离操作。如采用不同功用的长柄器械或机械手进行远距离操作,使控制室或操作台与放射源有足够的距离等。
3)屏蔽防护:设置防护屏障在实际工作中虽然可通过调节时间、距离来减少人体受到的剂量,但为了达到电离辐射源预期的应用目的与保证对预定的照射程序的有效操作和控制,客观上不允许无限制地缩短受照时间和增大与源的距离。在此种情况下为了达到有效的防护目的,可采取屏蔽防护措施,以屏蔽电离辐射源对人体造成的超过限量的辐射照射。大多数物质都可用作辐射的屏蔽材料,如水、砖、大理石、混凝土,以及铅、铁等重金属和含铅制品,只要所用物质其厚度足以将辐射衰减到所要求的水平。
11.7.2 非电离辐射
量子能量<12eV的电磁辐射不足以引起生物体发生电离的作用,称为非电离辐射(nonionizing radiation)。按频率自高至低,包括紫外线、可见光波、红外线波、微波、移动通信、广播电视、中频波,以及300Hz以下的极低频场。
(1)射频辐射
1)定义:射频辐射(radiofrequency radiation)是指频率在100kHz~300GHz的电磁辐射,也称无线电波,包括高频电磁场(high-frequency electromagnetic field)和微波(microwave),是电磁辐射中量子能量较小、波长较长的频段,波长范围为1mm~3km(表11.14)。
表11.14 射频辐射波谱的划分

射频辐射的辐射区域可相应地划分为近区场(near-field)和远区场(far-field)。离开辐射源2D2/λ(D为辐射源口径,λ为波长)的距离作为两区域的分界。近区场以λ/2π为界又分为感应场和辐射场。距离小于λ/2π的区域为感应场,大于λ/2π的区域为辐射场。感应近区场内电磁场强度与辐射距离的平方或立方成反比。在辐射近区场,电磁强度与辐射源距离成反比。微波功率密度与距离的平方成反比。
2)度量单位
a.功率密度:单位时间内,物体表面单位面积上所发射的总辐射能,也称为辐出度,为一种以辐射形式发射、转移,或接收的功率;用符号M表示,单位为W/m2;它是描述物体辐射本领的物理量,是辐射物理量中最基本的一个物理量。
b.电场强度(E):放入电场中某点的电荷所受静电力跟它的电荷量比值,单位为N/C,是描述电场性质的基本物理量。
c.磁场强度(H):在给定点上的磁感应强度B和磁常数之商与磁化强度M之差。在真空中,为磁感应强度B与磁常数之商,单位有A/M,T(特斯拉)、Gs(高斯)、Oe(奥斯特)。
3)接触机会:接触射频辐射的主要有高频感应加热,如高频热处理、焊接、冶炼、半导体材料加工等,使用频率多为300kHz~3MHz;高频介质加热,如塑料制品热合,木材、棉纱、纸张、食品的烘干,使用频率一般在10~30MHz。微波主要用于雷达导航、探测、通讯、电视及核物理研究等。频率在3~300GHz微波加热的应用近年来发展较快,用于食品加工、医学理疗、家庭烹调、木材纸张、药材、皮革的干燥等。
4)生物学效应与影响辐射效应的因素:高强度暴露可致急性伤害,但仅见于事故性照射,主要表现为头痛、恶心、兴奋性明显增高,情绪易激动,脉搏、体温及动脉血压高度不稳定,眼睛视物模糊等。职业性接触对于机体的危害,主要是低强度慢性辐射,主要表现为神经衰弱症候群,伴有以迷走神经占优势的自主神经系统功能紊乱,表现为头疼、头晕、乏力、记忆力减退、失眠障碍、易激动、脱发、多汗、心悸和胸闷等。高强度微波可引起视觉疲劳、干性眼结膜炎、白内障、视野缩小及加速晶状体的老化。对生殖系统功能的影响主要表现为女性月经紊乱、男性性功能低下和暂时性不育。
生物学效应的一般规律是随频率的增加和波长变短而递增,故其强弱顺序为微波>超短波>短波>中长波,但在微波波段以厘米波危害最大。射频辐射对人体的危害作用与辐射频率、功率密度、辐射时间、主体特性及主体与辐射源的距离等等因素都有关系。此外,功率密度相同时,脉冲波的作用大于连续波。
5)对精液质量的影响:郭国祯等[59]用微波照射小鼠睾丸的研究表明:接受1次照射以及3次照射的小鼠较对照组小鼠精子形态异常的比例明显升高,精子DNA含量明显减少。形态异常的精子不但运动能力低下,且所携带的遗传物质往往有缺陷,故形态异常的精子比例增高,常常导致不育和早期流产。
针对职业性暴露的相关研究提示:接触微波的雷达工人精液量显著低于对照组人群,精液排出30分钟内pH值显著低于对照组,雷达组精子密度几何均数、运动精子百分率也与对照组有显著性差异;不同暴露剂量组和对照组之间精子活动力和精子畸形率差异具有统计学意义,并且有随暴露程度加重精子活动力下降,而精子畸形率升高[60]。研究表明[61,62],<1.0mW/cm2微波剂量较长时间辐射,精子畸形率和对照组无明显差异;当辐射剂量>2.5mW/cm2时,精子畸形率较对照组显著增高。事实上精子受精能力除了与精子密度有关外,也和精子正常形态结构以及精子的活动力密切相关。正常形态结构的精子数量越多,生育力就越强;直线运动速度快,前向运动能力强的精子输送易获得成功,当精子运动障碍时可干扰精子的受精过程使生育指数下降。
除了职业暴露外,日常生活中接触的射频辐射主要是电器产生的,包括手机、微波炉、收音机等等,而研究电器对于男性精液质量影响作用的研究目前并不多见。闫蓓报告[63]的一项“日常电磁辐射接触量与男性精子质量关系的研究”中,对精子质量异常和正常的捐精者,比较其日常使用电器的水平。研究发现病例组中使用微波炉的频率≥10分钟/周的比例、累积使用微波炉的时间≥1 500分钟的比例,以及使用微波炉时采用在旁等待的使用方式的比例均明显高于精子质量正常组;病例组中使用收音机累积时间≥1 500小时的比例也明显高于精子质量正常组;对于产生射频类辐射的电器(微波炉、手机以及收音机)的使用时间进行累加后与其他分析因素建立logistic回归模型后发现,一直使用射频类电器且累积使用时间≥70 000分钟是发生精子质量异常的危险因素,相对于参照组(累积使用时间<70 000分钟)发生精子异常的危险度调整OR值为3.30(95%CI:1.11~9.80)。
(2)低频电磁辐射
1)定义:低频电磁场(low frequency electromagnetic field,LF-EMF 0~100kHz)广泛地存在于人们所生活的环境中,其中极低频电磁辐射(extremely low frequency ELF,0~300Hz)是人们在日常生活、工作、学习中接触最多的电磁辐射,而频率为50~60Hz的工频辐射主要是由家用电器设备以及输电设备产生,与人类关系最为密切。
2)接触机会:人类平常所使用的电力有两种:直流电和交流电,电池就是直流电,它的电场和产生的磁场方向是不会变动的;相对地,日常电器(有插头的)所使用的是交流电,交流电会以一定的频率改变电场和磁场的波形,所使用的交流电频率是50~60Hz,它产生的电磁场属于极低频电磁场。所以高压电缆(一般是金属电塔)、一般传输电缆(一般是木头电线杆)、变压器、屋子墙壁里的电线,以及日常使用的电器都是极低频电磁场的来源。可以说人们接触到的电磁辐射(尤其是低频电磁辐射)是无处不在的,表11.15中列出的是日常使用电器的监测数据。
表11.15 家庭常用电器电磁辐射强度(mG)

注:1996年3月日本出版的SAPIO杂志。
值得注意的是,基本上所有的电磁辐射强度也会随着距离而衰减。表11.16中列出了几种家用电器在不同距离情况下监测到的磁场强度数值;数据显示:随着距离的增加,磁场强度出现了很明显的下降。由此可见,当人体只要和辐射源保持一定的距离,就可以有效减少电磁辐射接受量。
表11.16 家用电器电磁辐射与距离的关系(mG)

3)生物学效应
a.致癌效应:2002年国际癌症研究署发表的专文,将极低频率磁场归类为“可能致癌物”。儿童白血病是探讨长期极低频磁场暴露之健康危害研究的焦点之一。除此之外,也有研究显示,职业或者居住环境极低频电磁辐射暴露与乳腺癌、脑肿瘤以及儿童肿瘤有相关性。
b.非癌效应:有研究显示,极低频电磁辐射暴露有可能对于神经系统、免疫以及内分泌功能产生不良影响。极低频电磁辐射暴露与各类型的痴呆症可能有相关性,并可能引起抑郁症发病率的升高;随极低频电磁辐射暴露剂量的上升,心律失常和急性心肌梗死的相对危险度随之升高。美国研究者Dekun在美国开展的一项“妊娠妇女妊娠期间日常接触电磁辐射与自然流产的关系”的研究发现[64],流产危险性随磁场强度增大而增大,当磁场强度≥1.6mG,流产危险性增加2.9倍,早期流产危险性增加5.7倍,而有流产史或生育力低下的孕妇流产危险性增加4.0倍。
c.对精液质量的影响
(a)动物实验室研究:洪蓉等人进行了极低频率的电磁场对雄性小鼠生殖功能的研究[65],将雄性小鼠分别暴露于50Hz,0.2mT,3.2mT,6.4mT电磁场下,持续2周或4周。结果显示:电磁场暴露4周组小鼠精子数量均明显下降;暴露各组小鼠精子活动率下降,精子畸形率高于对照组;6.4mT电磁场暴露2周组小鼠1C细胞(精子细胞和精子)百分比显著下降,2C细胞(次级精母细胞、G0期的精原细胞和非生精细胞,包括间质细胞、支持细胞及巨噬细胞)和4C细胞(初级精母细胞和G2期的精原细胞)百分比没有明显变化,各类细胞DNA含量有所下降,其S期细胞(处于DNA合成期的细胞)百分比与对照组的差异有统计学显著性(P<0.01)。另外,Lee等[66]的研究表明,频率为60Hz的电磁场可影响小鼠睾丸精子细胞的凋亡过程,暴露组的精子细胞死亡率明显高于对照组,而暴露组与对照组小鼠的体重及睾丸重量没有统计学显著性差异。
(b)电子视频作用研究:有关极低频电磁辐射对于精液质量影响作用的人群研究不多。孙月莲开展了一项关于电子视频作业与精液质量的关系的研究[67],对职业极低频电磁辐射暴露对男性精液质量的影响作用进行了探讨。该研究以连续2年从事电子视屏作业,平均每周电子视屏操作时间在20小时以上(含20小时)的男性作为暴露组,没有电子视屏接触史或平均每周在电子视屏前的时间不超过10小时的男性作为对照组。电子视屏操作组与对照组精液质量各指标分别为:精液量2.8ml,2.5ml;精子密度80.4×106/ml,75.1×106/ml;总精子计数232.1×106,197.9×106;精子活动率69.7%,67.6%;精子存活率:74.9%,71.6%;精子正常形态百分率55.3%,54.3%。在单因素分析、协方差分析、多元线性回归分析及logistic回归分析后,电子视屏操作组与对照组在上述指标方面差别均没有统计学意义。暴露组与对照组无精症发生率、少精症发生率(不包括无精症)、弱精症及精子存活率<75%的发生率指标也未发现差异有统计学意义(表11.17)。
表11.17 计算机暴露组与对照组精液质量参数(x珔±s,M,P25~P75)

注:*logistic回归分析,调整禁欲天数、精液收集季节、睾丸大小、体质指数、职业、毒物暴露、年龄、吸烟、饮酒、穿紧身裤、坐姿工作、研究中心。
(c)日常电磁辐射暴露:人们在日常生活、工作中对电磁辐射的暴露量总是在不停地变化,会接触到不同来源、不同频率、不同强度的电磁场,即使是职业暴露人群也是如此。只针对某一频段、采用问卷调查评估暴露量等方法其实都存在明显的缺陷,即研究指标值的估计与研究对象实际接触水平有较大差距。如能用一种能够即时测量电磁辐射实际暴露量的工具仪器,对研究人群的电磁辐射暴露量进行精确、定量的测定,这样才能够较为准确的评估电磁辐射对于人群的实际影响与作用。
闫蓓[63]开展了一项“日常电磁辐射接触量与男性精子质量关系的研究”,以精子质量异常和正常的捐精者为病例和对照组,使用EMDEX-LITE型便携式电磁辐射检测仪(美国Enertech公司产品)定量收集研究对象24小时电磁辐射接触量,比较两组研究对象电磁辐射暴露量的水平,以评价日常接触的低频电磁辐射与男性精子质量的关系。该仪器所能检测的电磁辐射频率范围为40~1 000Hz,检测并记录到各检测时点电磁场作用于佩戴者的辐射强度数据,其仪器内容量可满足储存25小时左右检测数据的要求(该研究检测时间间隔为4秒)。仪器可根据实际需要设定检测的间隔时间,其最小检测间隔时间为4秒。该检测仪器体积小巧、方便随身携带(12cm×6cm×2.5cm),可满足动态、精确地测定佩戴者接触的极低频电磁辐射强度的要求。研究对每位对象检测数据进行整理并对两组对象的数据进行分析,结果发现病例组对象在测量的整个时间过程中接触的磁场强度的“最大值”、“均数”、“50%位数”、“75%位数”、“90%位数”以及“95%位数”等指标的平均水平(均数、中位数)基本上均高于对照组,发现两组高百分位数数据指标之间的差异较大(以“90%位数”指标相对差异最大),提示电磁辐射对于精子质量的作用产生不仅要达到一定的辐射强度,而且也要有一定的累计作用时间,说明了极低频电磁辐射对于精子质量的影响可能是一种累积效应(表11.18)。两组对象辐射量水平(秩次)的比较见表11.19。
表11.18 两组研究对象24小时接触辐射量水平

表11.19 两组研究对象24小时接触辐射量水平(秩次)的比较

注:P为非参数秩和检验结果。
该研究对于极低频电磁辐射影响精子质量可能存在的阈值进行了探索。研究中选择以“90%位数”指标进行划分不同界值点的分析,结果提示“1.6mG”是可能的阈值(表11.20)。该阈值的存在说明,当对象暴露的电磁环境磁场强度达到1.6mG,并且累计暴露达到2.4小时及以上,发生精子质量异常的危险度会显著升高,OR值为2.05(95%CI:1.02~4.10)。通过分析辐射强度达到1.6mG的累计暴露时间与精子质量之间的关系发现,相对于累计暴露时间<2.4小时,累计暴露时间在2.4~5.9小时和≥6.0小时,发生精子质量异常的危险度OR值基本相同,未发现明显的剂量-效应关系(表11.21)。为了进一步分析接触较高的磁场强度时,辐射强度和暴露时间是否会对于精子质量存在协同作用,将每位研究对象辐射强度≥1.6mG的所有检测点的具体数值与暴露时间结合,分析了“辐射强度·暴露时间(mG·h)”指标在两组之间的分布,将<10mG·h作为参照组,发现该指标在10~29mG·h和≥30mG· h发生精子质量异常的危险度相差不大,分别为2.31和1.92,提示辐射强度和暴露时间对于精子质量的影响可能不存在协同作用(表11.22)。
表11.20 病例组与对照组极低频电磁辐射90%位数值不同界值点下的分布

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:佩戴仪器季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
表11.21 病例组与对照组的特定辐射强度(≥1.6mG)下累计的暴露时间分布

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:佩戴仪器季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
表11.22 病例组与对照组的辐射强度(≥1.6mG)·暴露时间分布

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:佩戴仪器季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
(3)常见电器使用习惯与精液质量
1)电吹风、电剃须:病例组曾经有使用电吹风习惯的18例,对照组有9例(其中有3例对象目前不再使用),两组对象目前使用电吹风的比例,病例组为23.68%,对照组为12.50%,一直使用电吹风者相对于从不使用者其发生精子质量异常的危险度升高,OR值为2.07,调整季节等因素后的OR值为2.82(95%CI:1.04~7.64)。
所有研究对象中82例曾规律性地使用过电动剃须刀,其中仅有1例对照组对象目前不再使用。目前病例组和对照组分别有49例和32例对象使用电动剃须刀,各占本组人数的64.47%和44.44%,相对于从不使用电动剃须刀,一直使用剃须刀者发生精子质量异常的危险度显著升高,OR值为2.21(95%CI:1.14~4.29),调整季节等因素后OR值为2.38(95% CI:1.12~5.06)(表11.23)。
表11.23 病例组与对照组的常见电器设备的使用情况

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:入组季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
两组对象每周使用电动剃须刀的时间≥10分钟的人数病例组12例,对照组6例;相对于从不使用电动剃须刀者,使用频率≥10分钟/周发生精子质量异常危险的OR值为2.89,调整后OR值为3.39(95%CI:0.91~12.73),频率<10分钟/周的相对危险度OR值为2.00,调整后OR值为2.18(95%CI:1.00~4.74)。病例组使用剃须刀的对象中有41.3%的人累计使用电动剃须刀的时间≥1 500分钟,而对照组的比例为15.6%,相对于从不使用者,累计使用剃须刀≥1 500分钟发生精子质量异常的危险度升高,OR值为5.49(95%CI:1.83~16.50),调整季节等因素后OR值为5.91(95%CI:1.42~24.57),而累计时间<1 500分钟发生精子质量异常的相对危险度OR值为1.79(95%CI:0.80~3.99)(表11.24)。
使用电吹风的频率≥5分钟/周的对象,病例组有12人,对照组有5人;相对于从未使用者,电吹风使用频率≥5分钟/周发生精子质量异常的危险度较高,OR值为2.48,调整季节等因素后OR值为3.05(95%CI:0.93~10.00)。病例组中有11人累计使用电吹风的时间≥500分钟,对照组为4人,相对于从不使用者,电吹风累计使用时间≥500分钟发生精子质量异常的危险度升高,OR值为2.84,调整季节等因素后OR值为3.65(95%CI:0.97~13.76)(表11.24)。
表11.24 病例组与对照组的使用电动剃须刀、电吹风的频率以及累计时间

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:入组季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
2)电脑、手机:77.93%目前使用电脑的研究对象使用电脑时前胸距离显示器的距离<50cm,病例组和对照组的比例分别为83.56%和72.86%;相对于距离≥50cm者,前胸距离显示器<50cm发生精液质量异常的危险度OR值为1.89(95%CI:0.84~4.27),调整季节、是否被动吸烟等因素后,OR值为2.85(95%CI:1.07~7.58)(表11.25)。
表11.25 使用电脑、手机时的距离以及使用方式与精子质量

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:入组季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
3)微波炉、收音机:病例组中累计使用微波炉时间≥1 500分钟的有23人,对照组为11人,分别占本组使用人数的88.5%和78.6%;累计使用时间≥1 500分钟者相对从不使用微波炉,发生精子质量异常的危险度显著要高,OR值为2.52(95%CI:1.11~5.73),调整后的OR值为2.34(95%CI:0.93~5.89)。病例组和对照组使用微波炉的对象中,分别有16例和5例对象在微波炉运转时在旁等待,相对于从不使用微波炉的对象,采用“在旁等待”的使用方式发生精子质量异常的危险度显著升高,OR值为3.85(95%CI:1.31~11.36),调整后的OR值为2.41(95%CI:0.80~7.26);而微波炉运转时“离开”者发生精子质量异常的相对危险度OR为1.32,调整后的OR值为1.46(95%CI:0.47~4.50,表11.26)。
病例组和对照组目前使用收音机的分别有24例和14例,其中累计使用收音机的时间≥1 500小时的,病例组有17例,对照组为4例,分别占本组使用人数的70.8%和28.6%。相对于从不使用收音机的对象,累计使用时间≥1 500小时发生精子质量异常的危险度显著升高,OR值为4.68(95%CI:1.47~14.83),调整季节等因素后OR值为3.78(95%CI:1.15~12.43),而累计时间<1 500小时发生精子质量异常的相对危险度OR值为0.86,调整后的OR值为1.12(95%CI:0.38~3.26)。病例组中使用收音机的对象中有9人在使用收音机时头部距天线的距离<20cm,对照组为3人;使用距离<20cm发生精子质量异常的危险度是不使用收音机的3.30倍,调整后的OR值为2.92(95%CI:0.79~10.75);而使用距离≥20cm发生精子质量异常的危险度是不使用收音机的1.15倍(95%CI:0.47~2.99,表11.26)。
表11.26 病例组与对照组使用微波炉、收音机的频率、累计时间及其方式

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:入组季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
4)电器设备使用时间和周围电磁环境与精子质量异常:将问卷中涉及的17种使用比例相对较高的常见电器设备进行分组、合并为七类,分组的依据为初步分析得到的电器相对危险度OR值较大,电器产生的电磁辐射频段范围相似,以及在现实生活中同时使用的可能程度较大等。各组电器包括:①一般电器设备类,电视、电脑、空调、多媒体以及音响设备;②射频类,微波炉、手机以及收音机;③办公设备类,打印机、复印机以及传真机;④电吹风、电动剃须刀类;⑤冰箱、洗衣机类;⑥取暖器;⑦电热毯。
在周围环境的电磁暴露:电脑环境、微波炉环境以及大多数时间居住地方周围1km内高压输电线、变压器、手机基站等情况。
将研究对象目前仍然使用的各种电器设备累计使用时间按照同组类别进行累加,得到每位对象使用各类电器设备的累计时间,按照数值型变量将各类电器设备累计使用时间放入logistic回归模型中,模型的拟合优度欠佳(P<0.05)。将各类电器设备的累计使用时间按照时间水平分组,以分类变量拟合logistic回归模型,同时放入代表周围电磁环境的变量,调整对象入组时间、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修过等因素,经检验模型拟合度较好(P=0.50)。(https://www.daowen.com)
鉴于所有研究对象中一直使用电脑、手机的比例均很高,分别为96.62%和98.64%,所以一般电器设备类以及射频类电器的总和累计使用时间的组别划分未采用以0小时为界值点,前者采用接近两组对象该指标的均数点,后者采用了在两组分布的差异相对较大的点。
调整对象入组季节、是否被动吸烟等因素后,一直使用电吹风、电动剃须刀是发生精子质量异常的危险因素,相对于参照组发生精子质量异常的危险度OR值为3.28(95%CI:1.27~8.51);一直使用射频类电器设备且累计使用时间≥70 000分钟也是发生精子质量异常的危险因素,相对于参照组发生精子质量异常的危险度OR值为3.30(95%CI:1.11~9.80);一直使用取暖器以及一直使用电热毯相对于参照组发生精子质量异常的危险度OR值分别为3.58(95%CI:0.37~34.32)和21.89(95%CI:1.77~270.17)。
除电器设备因素外,居住场所曾在1年之内装修过也是发生精子质量异常的危险因素,其调整后的OR值为7.10(95%CI:1.95~25.85),见表11.27。
表11.27 电磁环境暴露与精子质量异常的logistic回归分析

注:其他调整因素包括:入组时间(季节)、是否被动吸烟。
5)对高依从性对象的分析:剔除佩戴仪器当天代表性较差的及检测时间完成度未满98%(检测时间<23.5小时)的对象后,病例组和对照组分别有69例和61例对象符合要求,分别占高依从性对象人数(130例)的53.08%和46.92%
高依从性的病例组与对照组对象之间暴露量“最大值”指标的绝对差异最大,为7.68mG,而“90%位数”指标的相对差异最大,为对照组该指标均数的40.0%。经非参数秩和检验,“90%位数”指标在两组之间的差异有统计学意义(P=0.03,表11.28)。
表11.28 高依从性对象24小时接触辐射量水平

注:P为非参数秩和检验结果。
选取“90%位数”指标寻找可能存在的极低频电磁辐射影响精子质量的阈值,与其他界值点比较,界值点为1.6mG时的OR值最大。相对于<1.6mG,检测总时间段中10%时间接触的辐射强度≥1.6mG发生精子质量异常的危险度OR值为2.42,调整佩戴仪器季节等因素后,OR值为3.27(95%CI:1.47~7.27,表11.29)。
辐射强度≥1.6mG的累计暴露时间为2.4~5.9小时,发生精子质量异常的危险度是<2.4小时的2.30倍;累计暴露时间≥6.0小时发生精子质量异常的危险度是<2.4小时的2.58倍。调整相关因素后,两组的OR值分别为3.58(95%CI:1.32~9.72)和3.27(95%CI:1.47~7.27)。合并累计暴露时间≥2.4小时的两组,则合并组的相对危险度OR值为2.42(95%CI:1.19~4.90),调整后的OR值为3.27(95%CI:1.47~7.2,表11.29)。
将“辐射强度·暴露时间”指标<10mG·h作为参照组,该指标在10~29mG·h时,发生精子质量异常的危险度OR值为2.92,≥30mG·h其发生精子质量异常的危险度OR值为2.48;调整相关因素后,两组的OR值分别为2.88(95%CI:1.24~6.69)和3.93(95%CI:1.18~13.11,表11.29)。
表11.29 病例组与对照组的高依从性研究对象的辐射暴露与精子质量

注:cOR为调整前的相对危险度;aOR为调整后的相对危险度。调整因素包括:佩戴仪器季节、是否被动吸烟、居住场所1年内是否装修。
(4)防护措施:家用电子设备已是人们生活的必需品,因而在使用的同时,应注意正当的使用方法,并采取一些良好的保护措施。
1)各种家用电器、办公设备、移动电话等都应尽量避免长时间操作。如电视、电脑等电器需要较长时间使用时,应注意每1小时离开一次,采用眺望远方或闭上眼睛的方式,以减少眼睛的疲劳程度和所受辐射影响。
2)当电器暂停使用时,最好不让它们处于待机状态,因为此时可产生较微弱的电磁场,长时间也会产生辐射积累。
3)对各种电器的使用,应保持一定的安全距离。如眼睛离电视荧光屏的距离,一般为荧光屏宽度的5倍左右;微波炉开启后要离开1米远,孕妇和小孩应尽量远离微波炉;手机在使用时,应尽量使头部与手机天线的距离远一些,最好使用分离耳机和话筒接听电话。
4)居住、工作在高压线、雷达站、电视台、电磁波发射塔附近的人,佩带心脏起搏器的患者及生活在现代化电气自动化环境中的人,特别是抵抗力较弱的孕妇、儿童、老人等,有条件的应配备阻挡电磁辐射的防辐射屏/服等产品。
5)电视、电脑等有显示屏的电器设备可安装电磁辐射消除器。显示屏产生的辐射可能导致皮肤干燥,加速皮肤老化甚至导致皮肤癌,因此在使用后应及时洗脸。
6)手机接通瞬间释放的电磁辐射最大,为此最好在手机响过1~2秒或电话两次铃声间歇中接听电话。
7)多吃胡萝卜、西红柿、海带、瘦肉、动物肝脏等富含维生素A、维生素C和蛋白质的食物,加强机体抵抗电磁辐射的能力。
11.7.3 电磁辐射影响精子质量的作用机制
环境中电磁辐射作用于生物体引起两类效应。一类是热效应,电磁辐射与生物体相互作用从而使温度升高。当温度升高的程度超过组织的调温能力、受照射组织内吸收的能量远大于生物体的新陈代谢能力时,会使组织的传热能力产生紊乱,最后导致组织的破坏和死亡,这是生物物质吸收电磁能后转变成为热能之故。另一类为非热效应,指电磁辐射通过使生物体温度升高的热作用以外的方式改变生物体生理生化过程的效应。这种影响主要发生在分子及细胞一级的水平。对于频率高于100kHz的电磁辐射(包括射频和微波辐射),一般功率密度大于10mW/cm2的电磁辐射可引起热效应,功率密度小于1mW/cm2的电磁辐射主要引起非热效应。环境中的极低频率电磁辐射往往强度很低,所引起的效应绝大多数属非热效应。
目前有关电磁辐射的热效应机制认识已较为明确,然而,关于低强度电磁辐射对于生物体所产生的很微弱刺激如何激发出较为强大的生物应答尚不清楚。从细胞毒性来看,有研究表明,极低频电磁辐射可显著增加精子细胞的凋亡,对于精原细胞的增殖分化产生不利影响[66,68,69]。通常意义上的细胞毒性是指由细胞或者化学物质引起的单纯细胞杀伤事件,主要是根据细胞通透性发生改变来进行检测。电磁辐射的细胞毒性作用是否不仅仅是改变膜通透性,而更重要的是通过影响细胞周期进程来杀伤细胞,还需要更深入研究。从基因毒性来看,电磁辐射对于生殖细胞的基因研究甚少。关于电磁场对于非生殖细胞产生点突变或整段DNA断裂、染色体畸变、微核形成、染色体单体交换等进行了较为广泛研究,阴性和阳性结果并存。从外遗传毒性来看,有研究表明,极低频电磁辐射可影响生殖细胞基因转录,这种作用可能具有剂量和时间的相关性,高强度时可直接损伤DNA[70,71]。此外,有研究表明,电磁辐射可影响体内生殖激素的水平,以及睾丸内微量元素的含量[72,73],而生殖激素以及体内Zn, Mn,Cu等无机离子与精液质量均有一定的关系。
目前电磁辐射的非热效应的微观机制争议较大,已经提出的理论有粒子对膜的穿透理论、生物系统的相干振荡理论、射频能量的谐振效应理论、跨膜粒子的回旋谐振理论、自由基假说以及生物代谢动态过程中的电磁干扰理论[28,29],等等。
(袁 伟 闫 蓓 刘小芹)
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