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2018年1月24日 星期三

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  微波单独作用于生物体后所发生的现象、机制和对生命活动的影响。微波是高频电磁波,通常指频率为3×102~3×105兆赫(即波长1米~1毫米)的电磁波。同无线电波相比,微波波长更短,穿透力较弱易被介质吸收,所以具有较好的反射、折射、散射特性和聚焦能力,可形成带宽极狭的束射波源。微波量子能量为10-6~10-4电子伏特,是一种与X射线、α射线、γ射线等高能辐射不同的低能辐射。
  微波从40年代开始在雷达、通信等信息技术中得到开发和应用。进入60年代,微波作为一种能量形态在动力领域广泛采用。与此同时,漏能和超量接触给生物和人体带来不良影响的事件日趋增多。因而导致对微波生物效应的日益深入的研究。这种研究最早可追溯到第二次世界大战时期。直到60年代中期以前,研究重点是微波损伤的情况、原因及阈值的测定;同时,制订了相应的安全标准。理论上则只强调微波对生物的伤害作用是微波致热效应的结果。60年代中期后,微波能技术在工业、医学和民用范围进一步推广。在承认微波热效应的前提下,针对还存在一些没有明显温升而造成显著损害症状的现象,作出了“热效应”和“非热效应”都有的结论。微波生物效应的作用机制还未能达到彻底认识的程度。微波与活系统作用的过程大体如下:①微波辐射穿透生物对象表面并在介质内部传播;②生命物质吸收微波电场能量,产生原发性反应,主要指电场对介质的加热效应;③由原发效应引起的继发性反应──生物效应。包括机体的生理变化和生化变化。各频段微波辐射的生物效应大体一致,只是活性随频率增加而递增。微波生物效应的程度,取决于波源的形式、频率、功率密度(或电场强度)和受照射物体的几何形状、面积大小、组织成分及功能特征等,即取决于微波辐射能量的高低和生物介质实际吸收能量的多少。
  微波电场的加热效应 微波生物学作用的物理基础是加热效应,介质吸收电场能量转变为主物分子的动能,使组织温升。这种加热过程的主要贡献来自介电场的功率损耗,即介质中带电偶极子随交变电场往复极化和取向,当场频变换超过其弛豫周期,则相应偶极子不能同步转动而与周围其他粒子和分子发生碰撞,因而做功、产热。介质中的水分子、蛋白分子和其他生物大分子就是这种偶极子。系统的其他产热机构,如电阻耗损和形变极化的贡献相对较小。生物对象为非均一多相系统,各器官、组织、细胞和分子的电参量特性极不相同,因而吸收电场能量的水平也不一致。因此,微波加热作用具有明显的选择特性,在一些部位产热大、温升快,在另一些部位产热小、温升慢。这种性质对于临床治疗和工农业生产应用有实际意义。目前,利用微波的局部热效应加强电离辐照对肿瘤的疗效,常用的过热作用就是利用肿瘤组织热效应与正常组织有别因而效果是明显的。
  微波生物作用的非热效应 微波作用还有一种不能用热效解释的现象,如长期从事微波器械的操作人员,持续受辐射影响,机体受照剂量不高,亦无明显加温反应,但仍然出现了一系列慢性的病理征候群。如神经衰弱、记忆力减退、嗜眠、头痛头晕、脱发、心动过缓、血压降低和食欲减退等。有人把这种现象归因于电场的非热效应。一般认为这是由于人体反复接受低强度辐射导致的长期累积效应。
  微波辐射在生物科学中的应用 在诊断方面利用微波的传输特性和介质吸收规律发展了一些非侵入性方法,用以探测心血管和呼吸容量变化及皮下组织成分和结构状况。微波透热疗法治疗的各种伤痛、炎症有数十种,疗效好的和比较好的达70%以上。此外,还发展了用微波对冷冻全血加温,对低温心脏手术病人回暖和快速融化供移植使用的冷冻器官和组织的技术,以及用微波聚焦原理制成的“敷贴器”以破坏癌组织,使细胞丧失分裂和繁殖能力等。
  微波生物效应的测定方法 为了评价微波辐射的生物效应,需对辐射场和生物反应进行测定。这要求确立适宜参数作为效应的指标。有人提出用电场强度或功率密度作依据,也有人主张以组织内产热或电流密度作为标准。一般认为以组织吸收的功率密度较为适宜,因为它与介质热效应直接相关。通常用微波检测计测试入射能量或辐射场功率密度。测量生物组织或模拟介质内产热吸收功率时,多采用热电偶或热敏电阻制成的植入式传感探头。80年代以来,利用自动温度记录仪配合热象摄影装置,能有效、精确地测量和记录组织吸收功率密度及产热分布情况。
  微波辐射的防护与安全标准 微波设备在军事、科研、工业、农业、医疗和家庭得到广泛应用,而且都是大功率应用(200瓦~100千瓦),故而空间辐射本底显著增高,环境污染和保护问题日益突出。60年代以来各先进工业国先后制订了专门的微波安全防护法规和卫生标准(见表),有关产业部门和实验室也订有操作规程与技术安全措施。

微波的生物学效应

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更新时间 : 2009-07-18

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