作者：王强、曹兆进
来源：中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所
摘要: 正处于生长发育时期的儿童对环境因素的暴露可能存在高度的年龄相关性。 由于体长和体型的差异, 在同等强度的外部电磁场作用下, 儿童的某些组织内部产生的感应场强和电流密度比成人高;由于从胚胎到青少年阶段在不断的生长发育, 某些环境毒物如环境电磁辐射等在较低剂量水平虽然对成人可能无任何不良影响, 但是却可能对儿童产生有害的健康影响。
关键词:电磁辐射;儿童;易感性
中图分类号: R594.8;X591 文献标识码: A 文章编号: 1001-1226(2007)06-0357-05
电力系统和通讯系统已经成为现代文明的技术平台, 如同 19 世纪“工业革命”在带来社会进步的同时给人类带来了“三废”污染, 电力及通讯行业的飞速发展也给人类带来了第 4 种环境污染:电磁辐射 。由于电磁辐射无所不在, 几乎世界上的每一个人都暴露于电磁辐射, 因而即便其对人类健康影响十分轻微, 但由于受影响人群数量庞大, 随之而来的公共健康问题亦不容忽视 。随着通讯技术及电力工程的进一步发展, 环境电磁辐射强度必将日益增高, 正处于生长发育时期的儿童由于开始接受电磁辐射的年龄小, 因而与现在的成人相比其累积暴露量将远远高于成人, 电磁辐射对儿童的远期健康影响亦将更加显著 。各国现行的电磁辐射职业暴露及公众暴露限值的制订原则仅是为了防止出现充分已知且证据确凿的健康影响, 而忽略了低剂量电磁辐射的长期健康影响, 但是由于儿童电磁辐射暴露的特殊性和儿童对电磁辐射暴露的相对易感性, 现有的公众暴露限值可能无法有效保护儿童青少年的健康。为评估儿童对电磁辐射的敏感性, 世界卫生组织( WHO)于 2004 年 6 月在土耳其伊斯坦布尔举办了专题学术会议 。本文拟结合儿童的生长发育特点分析儿童对电磁辐射的相对易感性, 及开展电磁辐射对儿童健康影响研究的紧迫性。
1 儿童电磁辐射暴露情况
儿童不但暴露因素及暴露水平与成人有所差别, 而且儿童对环境因素的暴露可能有高度的年龄相关性。胚胎和胎儿期的电磁辐射暴露主要包括住宅及父母对极低频( 0 ～ 300Hz) 及射频( 10MHz ～300GHz) 电磁场的暴露, 包括母亲使用家用电器及使用手机对胎儿的暴露;婴儿及刚会走路的幼儿的暴露主要来自于家庭环境及幼儿园的用电设备 ;而青少年的电磁辐射暴露源随着青少年手机用户的增加而扩展到手机的电磁辐射或学校的电力电信设施的电磁辐射。本文主要针对 2个主要的暴露源进行分析:即家庭的极低频和射频电磁场暴露及手机电磁场暴露 。
1.1 家庭的暴露源
每个人都会暴露于家中极低频电场和磁场[ 1]。住在高压线附近的儿童的主要暴露源就是高压线 ;但只有～ 1%的儿童居住在高压线附近, 大多数儿童主要长期暴露于低强度的初级及次级配电线路的电磁辐射 、间断性地短期暴露于身边家用电器的高强度电磁场。在学校 、在乘坐公共交通工具及使用手机时也可能存在极低频电场暴露。一般家庭平均工频磁场强度为 0.05～ 0.1μT, 家庭工频磁场强度高于平均水平的比例数在各国有所不同, 如英国为1%～ 2%, 而美国则有 10%的家庭工频磁场强度>0.2μT 。家用电器的电磁辐射暴露约占总暴露量的30%, 家庭环境工频磁场的暴露一般<100μT 。一般来讲, 由于幼儿使用电器的机会较少( 也很少到外面去) , 所以幼儿的个体暴露量很接近家里的电磁辐射强度 。
射频电磁场是由广播 、电视、手机和基站及其他通讯基础设施发射的, 广播电视信号发射站点较少,但是其覆盖范围十分广, 手机基站覆盖范围相对较小, 其产生的电磁辐射强度也相对较弱, 但是与广播电视信号相比其站点密度要大得多( 许多国家的基站数量都成千上万) 。所以一般来讲基站是个人射频辐射暴露的最常见暴露源, 而广播电视等射频暴露源可能相对较少, 但是其辐射强度要大得多 。由于射频电磁波具有一定的宽度和角度, 而地球和地面的建筑物对射频信号具有一定的扰动作用, 因而在射频电磁场强度与距离辐射源的远近之间可能不存在相关关系 。一般室外典型的功率密度为 0.01～1mW m2 , 但是也可能比这个值高出几倍, 与测量地点有关。由于建筑物的屏蔽作用, 一般室内射频电磁场强度要比上述强度低很多 。在欧洲, 一般室内的平均功率密度为 0.005mW m2 , 本底环境电磁辐射( 无外界人工电磁辐射源时环境电磁场强度本底值)是儿童射频电磁场暴露的主要暴露源 。家庭的无线通讯设备( 如儿童床无线监控装置、无绳电话及无线网络等) 及在儿童身边使用手机( 使儿童接受被动辐射) 等也是儿童在家里的射频电磁场暴露源, 由于 5岁以下儿童通常大多时间都呆在家里, 所以可用家中的电磁场强度来估算儿童的电磁场暴露量[ 1,2]。由于很少接触其他暴露源, 因而儿童射频电磁场暴露量的估算要比成人容易得多 。现阶段, 公众的射频电磁场暴露远不及极低频电磁场暴露容易描述,部分是因为技术问题( 缺乏足够的测量设备) 、手机技术的快速更新( 频率、解码方式等) 和手机新用途的开发等( 呼叫、短信服务等) ;但最主要的原因是对极低频电磁场的研究要比对射频电磁场的研究深入得多。
1.2 手机的使用
现在的儿童的射频电磁场累积暴露时间因手机的普遍使用将比现在的成人累积暴露时间长, 因为儿童开始使用手机的年龄小而且可能一直使用下去 。多国家成人脑癌病例-对照研究表明, 低年龄组脑癌患者的手机使用率及每天手机的使用量是最高的( 如 19 %的年轻病例其每天使用手机通话时间超过 30min, 而仅 10%相对年长的病例手机通话时间超过 30min)[ 3, 4], 尤其是目前手机普及率提高 、价格降低及针对儿童的手机广告等导致越来越多的儿童开始使用手机[ 5]。几项民意调查均表明儿童手机用户量激增[ 6]。例如在澳大利亚 90%的 6 ～ 9 岁儿童表示有时会使用其父母的手机, 而德国 1 3 的 9～ 10岁的儿童拥有自己的手机。显然手机已经成为十几岁孩子及其父母射频电磁场暴露的主要暴露源 。
2 儿童对电磁辐射的敏感性
2.1 极低频电磁场对儿童的影响
极低频电磁场( 0～ 300Hz) 能够在人体内诱发电流, 极低频电磁场暴露指南就是依据这个机制而制定的, 主要是为了防止感应电场和感应电流以及防止神经组织的电兴奋性刺激, 尤其是要防止极低频电磁场与中枢神经系统相互作用而产生有害的健康影响。现行国际非电磁辐射防护委员会( ICNIRP) 发布的职业暴露指南依据是中枢神经系统感应电流基准限值, 电流密度为10mA m2 , 与中枢神经系统内部100mV m 的电场接近[ 7]。而公众暴露限值则加入了额外的安全系数, 从基准限值 10mA m2降低到2mA m2 ( 20mV m) 。基准限值通过计量学方法( 依据仿真人体模型和人体不同组织的介电特征) 与外部场强相联系( 参考值) , 工频电场和磁场的公众暴露参考值分别为 5kV m 和 100μT 。
目前针对儿童进行的介电参数换算还未得到广泛应用, 而针对孕妇和未出生胎儿的介电参数的推算尚属空白 。总之由于体长和体型的差异, 虽然成人暴露于外部极低频电磁场之后产生的内部电场强度要比儿童高, 但是其分布情况与儿童不同, 在同等强度的外部电磁场作用下, 儿童的某些组织内部将产生更高的场强和电流密度, 而且由于接触电流而诱导产生的内部场强和电流密度在儿童的某些组织内也要比成人高很多 。利用校正的儿童人体模型进行的电磁辐射暴露剂量计算结果表明, 作用于手臂的、微弱的不易察觉的 10μA 电流会在幼儿骨骼下端产生平均 ～ 50mV m 的电场, 并在 5%的骨骼组织中产生约 150mV m 的电场 。妊娠引起孕妇体型改变, 所以在孕妇体内感应电场和电流强度及其分布也与一般成人不同, 但这无法在胎儿或胚胎的暴露评估中加以测算 。因而在评估极低频电磁场对儿童的健康影响时应当把上述影响因素及介电性质差异性考虑进去。
儿童对电磁辐射的敏感性在临床上主要表现在儿童白血病患病率增高, 暴露于 0.3～ 0.4μT 的工频磁场( 50 60Hz) 将比暴露于<0.1μT 工频磁场的儿童白血病发病率加倍[ 7, 8]。工频磁场导致白血病发病率增加的原因可能在于儿童与用水设备或水流接触时有接触电流( contact current) 流过儿童的骨髓, 接触电流是指当人接触两个电压不同的平面时在人体流过的电流, 接触电流的产生是因为居民送水系统的接地可使水产生一个小的电压差, 并与人体构成一个回路[ 9]。相关计算表明这种压差可在骨髓诱导产生大于 100mV m 的电场, 虽然这种弱电场增加造血组织发生急性淋巴细胞性白血病的原因还未查明, 但很可能是影响了前白血病细胞的功能。另外,工频磁场还可能通过干扰松果体夜间褪黑激素分泌量而导致儿童白血病发病率增加[ 10], 尽管国际非电离辐射防护委员会( ICNIRP) 认为这方面的研究没有可信的证据, 但是工频磁场对褪黑激素的某些生理影响是难以被排除的, 因而专家建议应当进一步研究工频磁场与儿童白血病的关系 。尽管存在一定的科学不确定性, 但世界卫生组织(WHO) 仍建议应当采取预防措施对儿童进行保护。
2.2 射频电磁场对儿童健康的影响
射频( 10MHz～ 300GHz) 电磁场能够导致机体组织的温度升高, 从而使机体的总热负荷增加, 射频电磁场的暴露限值即是依据射频电磁场的致热特性而制定的, 主要是为了防止射频电磁场对机体局部组织产生致热作用, 并防止因全身热负荷增加而导致生理负荷增加。现行的 ICNIRP 射频电磁场职业暴露指南规定射频电磁场的全身比吸收率( SAR) 应小于 0.4W kg, 与由于重体力劳动和 或由于周围环境温度升高而导致机体热负荷增加相比, 0.4W kg 是一种可忽略的热负荷。基本限值中的局部暴露 SAR值, 是 10g 相邻组织的平均值, 头和躯干 SAR 值为10W kg, 四肢为 20W kg[ 11], 这些限值都是为了防止局部组织的温度过度升高。射频电磁场的公众暴露限值采用了 5 倍安全系数, 将其全身暴露限值降低到 0.08W kg, 头部暴露限值降低到 2W kg。温度的变化是通过计量学方法计算和热量模型推导的,SAR 值还通过计量计算与外部场强相关联 。与 SAR值对应的射频电磁场参考计量单位是功率密度, 功率密度的暴露限值一般与频率相关, 1800MHz 射频电磁场的公众暴露限值为 10W m2。
成人与儿童射频电磁场暴露量的计算在过去的十几年中允许存在体型的差异因素, 这些差异在暴露指南中已经计算在内。由于体格和体型不同, 而且射频电磁场的吸收在头部组织的分布情况也存在很大的差异, 儿童暴露量可能会高些, 此外射频电磁场对儿童的穿透力更强, 这与儿童头部的直径较小有关 。对大鼠 、小鼠和兔的幼仔及成年动物的电介质参数研究( 130MHz ～ 10GHz 及 300kHz ～ 300MHz)结果表明, 脑组织的介电常数和电导率与年龄密切相关而且差异很大, 皮肤和骨组织电介质参数年龄差异更大[ 12～ 14]。因此必须建立射频电磁场 SAR 分布和温度变化的儿童模型, 并在计算电介质参数时考虑使用不同年龄的组织特异的电介质参数 。另外, 还应考虑妊娠期间射频电磁场 SAR 和温度的分布特性, 并应注意胎儿的血液循环与母亲血流是相互分开的, 胎儿代谢产生的热量要扩散到母亲的胎盘中, 但是这种散热不尽如人意, 通常胎儿的体温要比母亲高～ 0.5℃[ 15]。儿童与成人散热能力的差异较小, 在一般运动过程中儿童可以像成人一样有效地保持体温不变或向外环境散热。但当周围环境温度超过体温时, 与成人相比儿童对热的吸收率要更高些。另外, 尽管成人和儿童在运动中都不能补足因出汗而损失的体液, 但是儿童因其更加依赖皮肤血流散热, 所以脱水对儿童的损害更重。如果在怀孕期间发生过高热将导致胚胎死亡 、流产、生长迟缓和发育缺陷 ;动物实验研究表明中枢神经系统对过高热尤为敏感[ 15]。虽然未能证实发热与发育缺陷之间有因果关系, 但人流行病学研究表明如果母亲体温升高 2℃超过 24h, 那么发热将导致胎儿一系列的发育缺陷 。另外 2～ 3 个月的婴儿与新生儿相比代谢率高、组织绝缘性好 、身体表面积 质量比相对较小, 因而发热对婴儿的损害比对新生儿损害更大 。不过严重的健康损害仅与过高热有关( >40℃) , 而如此高的升温效应已远远超过各国射频电磁场公众暴露的最大允许限值 。
近年的研究还揭示了许多射频电磁场与组织相互作用的非致热效应机制[ 16～ 19]。尽管目前认为低于公众暴露限值的射频电磁场不会产生上述效应,但是基于自由基与各种疾病之间的联系, 射频电磁场对非配对电子的影响与体内自由基的浓度变化之间的关系令人关注。
婴儿 、幼儿及青少年发育过程中的中枢神经系统对射频电磁场的敏感性已经引起关注 。中枢神经系统在生长发育过程中的变化主要为髓鞘的成熟( 即髓鞘增加) 从而使信息传递更为便捷, 髓鞘完全成熟要等到 20 岁左右, 但一般在 2 岁以内为快速发育期, 并从 2 岁以后至青春期对神经细胞之间的突触连接通过剪除多余突触而进行重新塑造[ 20]。关于突触的形成, 一般认为自发的和外界刺激的电活动对神经轴突的生长及靶细胞上突触分布的局部竞争起关键作用[ 21]。目前尚不清楚射频电磁场是否能够影响上述过程。曹兆进等[ 22]对神经行为影响的研究结果表明射频电磁场, 尤其是手机, 对手机使用者的简单反应时及睡眠质量有显著不良的影响。关于射频电磁场对生长发育的影响目前已有许多研究, 包括射频电磁场对哺乳动物 、鸟类和其他非哺乳动物生长发育影响的研究, 结果表明具有致热作用的射频电磁场对动物具有明确的致畸作用, 而非致热作用强度的射频电磁场的致畸作用研究结果不一致[ 23]。我们的近期研究表明 915MHz( 30V m) 暴露组 Wistar 大鼠( 断乳鼠) 体重增长显著高于假暴露组大鼠[ 24]。
由于手机在儿童的普及应用, 而且与成人相比儿童的手机辐射暴露量相对较高, 因而开展射频电磁场对儿童脑肿瘤影响的研究已经迫在眉睫。最近一研究强调儿童与现在的成人相比, 使用手机的年头更长因而其累积暴露时间也更长[ 25], 而一般使用手机超过 10 年才可能发生听神经瘤 。儿童使用手机的方式( 如发送文字信息) 、儿童在生理上的易感性以及较之更长的暴露时限, 使得利用现有成人的研究资料推测电磁场对儿童的健康影响成为难题。
3 结语
由于组织介电特性的不同, 在同等强度的外部电磁场作用下, 儿童的某些组织内部产生的感应场强和电流密度比成人高 ;由于儿童正处于生长发育阶段, 尤其是神经系统和免疫系统尚需在婴幼儿阶段逐渐发育, 发育组织的电生理活动十分活跃, 因而对环境电磁辐射更加敏感。综上所述, 儿童对环境电磁辐射比成人敏感, 某些低强度环境电磁辐射可能对成人不会产生影响, 但是却可能通过干扰儿童活跃的电生理活动而产生不良的健康影响 ;相对强度较高的电磁辐射则会在儿童导致比成年人更严重的不良反应或产生成人不受影响的有害作用。鉴于儿童对电磁辐射的特殊敏感性, 建议重点开展环境电磁辐射对儿童健康影响的研究, 积极寻找防护对策, 从而减少因环境电磁辐射对社会造成的额外疾病负担 。
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