强电磁环境长期暴露对人体血液细胞因子含量的影响

王观筠，吴 琼，姜云升，吴阳勋，王子乾，孟 萃，姚树林，尹 彤

1 解放军总医院第一医学中心 核医学科，北京 100853 ；2 解放军总医院 卫勤部，北京 100853 ；3 解放军总医院第一医学中心 心血管内科，北京 100853 ；4 清华大学 工程物理系，北京 100084 ；5 教育部粒子技术与辐射成像重点实验室，北京 100084

随着科技的不断进步，越来越多的人在日常工作和生活中将不可避免地接触不同形式和强度的复杂电磁辐射环境，这使得多群体、多部门、多岗位的作业人员暴露于高强度电磁辐射环境的机会日益增多[1]，同时强电磁辐射对健康造成的潜在危害越来越受到人们的关注。长期电磁暴露是否会导致机体对微生物感染抵抗力降低，增加过敏和自身免疫性疾病的发生风险，或罹患肿瘤的发生风险尚缺乏定论。前期研究发现，高强度电磁辐射会导致暴露人群血液中的淋巴细胞数量明显降低，免疫相关细胞内的氧化应激损伤增加，伴随非特异性免疫效应细胞的功能损伤[2]。细胞因子是由免疫细胞及组织细胞分泌的在细胞间发挥相互调控作用的一类小分子可溶性多肽[3]。白细胞介素(IL)-1β、IL-6 和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等炎性细胞因子的分泌失衡可导致免疫功能障碍、炎症和组织损伤[4]，并且在肿瘤、感染、自身免疫病、移植排斥反应等疾病的发生发展中起到重要作用[5]。然而，长期强电磁辐射对细胞因子含量的影响尚不清楚。鉴于此，本研究旨在观察长期强电磁辐射对暴露人群血液中细胞因子含量的影响。

对象与方法

1 研究对象 在某地连续募集从事至少1 年以上与强电磁辐射有关的作业人员纳入暴露组，同时连续募集不接触强电磁辐射环境且工作时间至少1 年以上的工作人员纳入非暴露组。所有受试者均为男性，且排除有慢性疾病史、严重肝肾疾病、自身免疫系统疾病或遗传性疾病、有毒物质接触史以及近1 周内患有感染性疾病者。所有入选者均签署知情同意书。根据强电磁环境暴露和非暴露工作时间，分别将暴露组和非暴露组划分为6个亚组(1 ～ 3 年、4 ～ 6 年、7 ～ 9 年、10 ～ 12 年、13 ～ 20 年和＞20 年)。

2 电磁环境的监测 本研究采用D-Dot 传感器( 清华大学自主研制，频率带宽为1 MHz ～ 2 GHz，电场强度动态范围为10 ～ 50 kV/m) 对电磁辐射作业区进行多点位测定。对强电磁辐射工作区域内的8个检测点( 包括2 个电磁屏蔽点，6 个非屏蔽点)进行电磁场强的检测，每个检测点连续测量2 ～ 3次。参考IEEE Std C93.5 对等效平面波功率密度进行计算。每次测量前，均在清华大学的电磁脉冲(EMP) 环境和效应实验室对传感器进行校准，不确定度校准值为0.3 dB。依照标准GB8702-2014《电磁环境控制限值》对电磁辐射强度进行评价[6]。

3 免疫相关指标的检测 收集研究对象空腹外周静脉血5 ml 于血清真空采集管(VACUETTE® 5 ml真空血清管) 中，即刻进行离心后获得外周静脉全血血浆。应用流式细胞分选仪(BD FACSAria Ⅱ，美国) 检测外周静脉全血血浆中细胞因子IL-1β、IL-6、IL-7、IL-8、IL-10、 干 扰 素-γ(IFN-γ)和TNF-α。

4 统计学分析 所有数据分析均采用SPSS25.0 统计软件。对所有数据进行正态性分布检验，其中符合正态分布的数据采用t 检验，不符合正态分布的数据采用Mann-Whitney 秩检验；此外，采用多元线性回归，对暴露组细胞因子水平的变化与暴露工作时间和年龄的相关性进行检验。P ＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 暴露环境的电磁频率和强度 本研究相关作业人员所处的电磁环境频段主要在5.5 ～ 2 000 MHz，包含超短波及微波，属于射频电磁场，但仍以微波辐射为主。在屏蔽点内的功率密度最低小于1.15×10-4W/m2，最高可达14 W/m2；在设备附近开放区域的功率密度在最低为1.82 W/m2，最高可达535.17 W/m2。

2 人群基本特征 总计纳入男性工作人员442 例，其中强电磁环境暴露组239 例，非暴露组203 例，年龄介于18 ～ 59 岁。年龄、BMI 以及工作时间在暴露组与非暴露组之间均无统计学差异( 表1)。

3 细胞因子水平在暴露组与非暴露组之间的比较 IL-1β[ 暴露组：(24.09±3.77) pg/ml vs 非暴露组：(24.89±3.97) pg/ml，P ＜0.05]、IL-6[ 暴露组：(15.74±2.26) pg/ml vs 非暴露组 ：(16.46±2.49) pg/ml，P ＜0.05] 和IL-8[ 暴 露 组 ：(13.28±4.02) pg/ml vs非暴露组 ：(14.10±3.73) pg/ml，P ＜0.05] 水平强电磁环境暴露组均较非暴露组显著降低。IL-7、IL-10、TNF-α、IFN-γ 的水平在两组之间无统计学差异(P＞0.05)( 表2)。

4 暴露组细胞因子水平随强电磁环境暴露工作时间的变化趋势 强电磁环境暴露组血液中IL-1β、IL-6 和IL-8 水平在暴露工作时间1 ～ 9 年均主要呈现为低于非暴露组的趋势；暴露工作时间10 ～20 年暴露组的IL-1β、IL-6 和IL-8 水平均开始升高，并与非暴露组持平或高于非暴露组；而暴露组中暴露工作时间＞20 年的IL-1β、IL-6 和IL-8 水平趋于平稳或再次降低。暴露组IL-1β、IL-6 和IL-8 水平的波动幅度较非暴露组更大( 图1 ～图3)。经多元回归分析发现，强电磁环境暴露组血液中IL-8 的水平与暴露工作时间和年龄均具有独立相关性，而IL-1β、IL-6 与暴露工作时间和年龄的相关性不具有统计学意义( 表3)。

表1 暴露组与非暴露组一般资料的比较Tab. 1 Comparison of general condition between the two groups

表2 暴露组与非暴露组血液细胞因子水平的比较Tab. 2 Comparison of blood cytokine levels between the two groups

表3 暴露组细胞因子水平与年龄及暴露工作时间多元线性回归结果Tab. 3 Multiple linear regression results of correlation between cytokine levels, age and years of exposure in the exposed group

图 1 白细胞介素-1β在暴露组及非暴露组中随工作时间的变化趋势Fig. 1 Change of interleukin-1β in the exposed group and the nonexposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

图 2 白细胞介素-6在暴露组及非暴露组中随工作时间的变化趋势Fig. 2 Change of interleukin-6 in the exposed group and the nonexposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

图 3 白细胞介素-8在暴露组及非暴露组中随工作时间的变化趋势Fig. 3 Change of interleukin-8 in the exposed group and the non-exposed group by years of exposure (N1: number of cases in the exposed group; N2: number of cases in the non-exposed group)

讨 论

伴随着科技的不断进步，各种电磁设备被广泛应用，数量成倍增加，电磁辐射源的功率越来越大，频谱也越来越宽，因此高强度电磁辐射中的暴露将不可避免。尽管强电磁辐射对健康造成的潜在危害越来越受到关注，但高强度电磁辐射的长期暴露对机体的影响尚不明确，因此我们就上述问题展开研究。

本研究中电磁磁场测量结果显示，相关作业人员所处的电磁环境频段为5.5 ～ 2 000 MHz，包含短波、超短波及微波，属于射频电磁场[7]。功率密度结果显示，部分装备的屏蔽区域及全部开放区域的功率密度均高于《电磁环境控制限值》(GB8702-2014) 标准定值0.4 W/m2[6]，设备周边开放区域最高功率密度可达535.17 W/m2。针对人体细胞因子参数的研究结果显示，长期暴露在高强度电磁场下可导致细胞因子水平显著降低，并且随暴露时间的延长呈现大幅度波动状态。该结果提示，长期暴露于强电磁环境下可能影响机体的免疫功能。 细胞因子在炎性疾病和肿瘤的发生发展中发挥重要作用。IL-1β 可由多种细胞合成与分泌，如单核- 巨噬细胞、成纤维细胞、B 淋巴细胞、自然杀伤细胞及平滑肌细胞等，其中以单核- 巨噬细胞为主[8]。它在炎症和自身免疫性疾病的发生和发展过程中发挥着重要调节作用[9]。IL-6 主要来源于T 细胞、B 细胞、粒细胞和平滑肌细胞等[10]。IL-6 可以刺激活化B 细胞增殖，分泌抗体，且可以刺激肝细胞合成急性期蛋白，参与炎症反应，在炎症反应中起核心调节作用，是炎症免疫反应的重要介质。具有促进B 细胞成熟、T 细胞活化和促进KC 细胞增殖等多种作用[11]。同时，IL-6 也被归类为促肿瘤因子[12]，在多种恶性肿瘤的基质中显著高表达，其诱导的Th17 可以通过调节多种信号传导途径，包括凋亡、增殖、血管生成、侵袭和转移，促进肿瘤发生[13]。IL-8 是由巨噬细胞、单核细胞以及内皮细胞分泌产生的趋化因子，其主要生物学活性是吸引和激活中性粒细胞，中性粒细胞与IL-8 接触后发生形态变化，定向游走到反应部位并释放一系列活性产物，造成嗜中性细胞侵入该反应部位形成强烈炎症，达到杀菌和损伤细胞的目的[14]。IL-8 同时也在肿瘤中高表达，参与多种肿瘤进展、转移和耐药机制[15-16]。

目前有关电磁辐射对细胞因子水平影响的研究较少且结果迥异。Jin 等[17]发现，暴露于CDMA(849 MHz) 和WCDMA(1.95 GHz) 射 频 磁 场 下8 周后，大鼠血清中的细胞因子水平并无变化。Bilgici等[10] 发现，2.45 GHz 低水平电磁场辐射下( 每天1 h，连续暴露30 d)，暴露组大鼠的IL-6 和CRP水平较非暴露组明显升高；同时，Hosseinabadi 等[18]发现，长期( 暴露工作时间≥2 年) 暴露于极低频电磁场(ELF-EMF) 会导致暴露人群的IL-1β 和IL-6 水平升高。出现上述结果差异的原因可能与研究对象所处电磁环境特征的差异以及暴露时长的差异有关。我们的研究结果显示，暴露组的细胞因子IL-1β、IL-6 及IL-8 水平均显著低于非暴露组；经过多元回归分析后，仅IL-8 与年龄及暴露年限均具有独立相关性。在血液细胞因子随强电磁环境暴露工作时间的变化趋势可以看出，相关作业人员在接触强电磁辐射的4 ～ 6 年内，细胞因子水平较非暴露组低，且随暴露时间增加而降低；4 ～ 6 年组后逐渐平稳，并开始出现上升趋势；与非暴露组相比，暴露组细胞因子水平波动幅度较大。此结果提示，机体在受到长期强电磁辐射的影响后，可能引发免疫功能的降低和波动，以及随之而来的代偿过程。

本研究数据来源于长期暴露于强电磁环境下的相关作业人员，涵盖不同暴露时间的影响。但由于本研究仅依据暴露工作时间进行了分组，尚无法获知不同电磁强度和电磁类型对结果的影响；其次，尽管暴露组和非暴露组的基本特征无显著差异，但是仍不能排除其他影响因素差异导致的偏倚。后期还有必要进一步扩大样本量，并对研究人群进行更精细地分组和随访跟踪调查。

综上所述，本研究证实，长期暴露于强电磁环境可导致相关作业人员的细胞因子水平降低，并随着暴露时间的增加呈现明显波动，进而可能影响机体的免疫防御功能。