此處描述的實驗研究的目的,使用動物模型,部分是為了回答以下問題:是否可以顯示與 VDU 工作站周圍的水平相似的極低頻 (ELF) 磁場暴露會影響動物的生殖功能以等同於人類健康風險的方式。
這裡考慮的研究僅限於 体内 暴露於具有適當頻率的甚低頻 (VLF) 磁場的哺乳動物的繁殖研究(對活體動物進行的研究),因此不包括對 VLF 或 ELF 磁場的一般生物效應的研究。 這些對實驗動物的研究未能明確證明 VDU 周圍的磁場會影響繁殖。 此外,從下文詳細描述的實驗研究可以看出,動物數據並未清楚闡明使用 VDU 對人類生殖影響的可能機制。 這些數據補充了相對缺乏跡象表明 VDU 使用對人口研究的生殖結果有可測量的影響。
甚低頻磁場對囓齒類動物生殖影響的研究
與 VDU 周圍的 VLF 磁場相似的 VLF 磁場已用於五項畸形學研究,其中三項針對小鼠,兩項針對大鼠。 這些研究的結果總結在表 1 中。只有一項研究(Tribukait 和 Cekan,1987 年)發現具有外部畸形的胎兒數量有所增加。 Stuchly 等人。 (1988) 和 Huuskonen、Juutilainen 和 Komulainen (1993) 都報告了骨骼異常的胎兒數量顯著增加,但前提是分析是以胎兒為單位進行的。 Wiley 和 Corey(1992 年)的研究沒有證明磁場暴露對胎盤吸收或其他妊娠結局有任何影響。 胎盤吸收大致對應於人類的自然流產。 最後,Frölén 和 Svedenstål (1993) 進行了一系列的五個實驗。 在每個實驗中,暴露發生在不同的一天。 在前四個實驗亞組(開始第 1 天-開始第 5 天)中,暴露的女性中胎盤吸收的數量顯著增加。 在第 7 天開始接觸的實驗中沒有看到這種影響,如圖 1 所示。
表 1. 大鼠或小鼠暴露於 18-20 kHz 鋸齒形磁場的畸形研究
磁場暴露 |
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研究 |
主題1 |
頻率 |
振幅2 |
時間長度3 |
成績4 |
Tribukait 和 Cekan (1987) |
76 窩老鼠 |
20千赫 |
1 μT、15 μT |
暴露於懷孕第 14 天 |
外部畸形顯著增加; 僅當以胎兒為觀察單位時; 並且只在實驗的前半部分; 吸收或胎兒死亡沒有區別。 |
Stuchly 等人。 |
20 升老鼠 |
18千赫 |
5.7μT、23μT、 |
全身暴露 |
輕微骨骼畸形顯著增加; 僅當以胎兒為觀察單位時; 血細胞濃度有一定程度的下降 與再吸收和其他類型的畸形沒有區別 |
威利和科里 |
144 升 |
20千赫 |
3.6μT、17μT、 |
全身暴露 |
任何觀察到的結果(畸形, |
弗洛倫和 |
總計 707 |
20千赫 |
15μT |
從懷孕的不同天數開始 |
吸收顯著增加; 僅當暴露從第 1 天到第 5 天開始時; 畸形無區別 |
胡斯科寧 |
72 升老鼠 |
20千赫 |
15μT |
暴露於懷孕第 12 天 |
輕微骨骼畸形顯著增加; 僅當以胎兒為觀察單位時; 沒有區別 |
1 最大暴露類別中的垃圾總數。
2 峰峰值幅度。
3 在不同的實驗中,暴露時間從 7 到 24 小時/天不等。
4 “差異”是指暴露和未暴露動物之間的統計比較,“增加”是指最高暴露組與未暴露組的比較。
研究人員對他們的發現給出的解釋包括以下內容。 Stuchly 和同事報告說,他們觀察到的異常情況並不罕見,並將結果歸因於“每次畸形評估中出現的常見噪音”。 Huuskonen 等人的發現與 Stuchly 等人相似,他們的評價沒有那麼消極,並認為他們的結果更能說明實際效果,但他們在報告中也指出異常是“微妙的,可能會不影響胎兒以後的發育”。 Frölén 和 Svedenstål 在討論他們的發現時發現,在早期暴露中觀察到影響,但在後期暴露中沒有觀察到影響,Frölén 和 Svedenstål 認為觀察到的影響可能與受精卵植入子宮之前對生殖的早期影響有關。
除了生殖結果外,Stuchly 及其同事在研究中發現最高暴露組的白細胞和紅細胞減少。 (其他研究未分析血細胞計數。)作者在暗示這可能表明磁場有輕微影響的同時,還指出血細胞計數的變化“在正常範圍內”。 組織學數據的缺乏和對骨髓細胞的任何影響的缺乏使得難以評估後面的這些發現。
研究的解釋和比較
此處描述的結果很少相互一致。 正如 Frölén 和 Svedenstål 所說,“可能無法得出關於對人類和試驗動物的相應影響的定性結論”。 讓我們檢查一些可能導致這樣的結論的推理。
Tribukait 的調查結果通常不被認為是決定性的,原因有二。 首先,只有當胎兒被用作統計分析的觀察單位時,實驗才會產生積極的影響,而數據本身實際上表明了特定窩的影響。 其次,第一部分和第二部分的研究結果之間存在差異,這意味著積極的發現可能是隨機變化和/或實驗中不受控制的因素的結果。
調查特定畸形的流行病學研究沒有觀察到在使用 VDU 並因此暴露於 VLF 磁場的母親所生的孩子中骨骼畸形的增加。 由於這些原因(基於胎兒的統計分析、可能與健康無關的異常以及與流行病學調查結果不一致),關於輕微骨骼畸形的結果並不能為人類健康風險提供可靠的指示。
技術背景
觀察單位
在對哺乳動物的研究進行統計評估時,必須至少考慮(通常未知的)機制的一個方面。 如果暴露影響母親——進而影響窩中的胎兒,則應將窩作為一個整體的狀態用作觀察單位(正在觀察和測量的影響),因為個體同窩仔之間的結果不是獨立的。 另一方面,如果假設暴露直接且獨立地作用於窩內的個體胎兒,則可以適當地使用胎兒作為統計評估的單位。 通常的做法是以窩作為觀察單位,除非有證據表明暴露對一個胎兒的影響獨立於對窩中其他胎兒的影響。
Wiley 和 Corey (1992) 沒有觀察到類似於 Frölén 和 Svedenstål 觀察到的胎盤吸收效應。 提出這種差異的一個原因是使用了不同品系的小鼠,並且這種效果可能特定於 Frölén 和 Svedenstål 使用的品系。 除了這種推測的物種效應外,還值得注意的是,Wiley 研究中暴露於 17 μT 場的雌性和對照組的吸收頻率與相應 Frölén 系列中暴露的雌性相似,而 Frölén 中的大多數未暴露組研究的頻率要低得多(見圖 1)。 一種假設的解釋可能是,威利研究中老鼠的壓力水平較高是由於在三個小時內沒有接觸動物而對動物進行的處理。 如果是這樣的話,磁場的影響可能已經被壓力影響“淹沒”了。 雖然很難從所提供的數據中完全排除這種理論,但它確實顯得有些牽強。 此外,隨著磁場暴露的增加,預計在這種恆定應力效應之上可以觀察到歸因於磁場的“真實”效應。 在 Wiley 研究數據中沒有觀察到這種趨勢。
Wiley 研究報告了環境監測和籠子旋轉以消除可能在室內環境本身內變化的不受控制因素的影響,例如磁場,而 Frölén 研究則沒有。 因此,Wiley 研究至少更好地記錄了對“其他因素”的控制。 假設地,非隨機的不受控制的因素可以提供一些解釋。 同樣有趣的是,在 Frölén 研究的第 7 天系列中觀察到的效果缺乏似乎不是由於暴露組的減少,而是由於對照組的增加。 因此,在比較兩項研究的不同結果時,考慮對照組的差異可能很重要。
ELF磁場對囓齒類動物生殖影響的研究
已經進行了幾項研究,主要是在囓齒動物身上,場為 50-80 赫茲。 表 2 顯示了其中六項研究的詳細信息。雖然已經開展了其他 ELF 研究,但其結果尚未出現在已發表的科學文獻中,通常只能作為會議摘要使用。 一般來說,調查結果是“隨機效應”、“未觀察到差異”等。 然而,一項研究發現,暴露於 1 mT、20 Hz 場的 CD-50 小鼠的外部異常數量減少,但作者認為這可能反映了選擇問題。 一些關於囓齒類動物(恒河猴和奶牛)以外的物種的研究也有報導,顯然也沒有觀察到不利的暴露影響。
表 2. 大鼠或小鼠暴露於 15-60 Hz 正弦或方形脈衝磁場的畸形研究
磁場暴露 |
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研究 |
主題1 |
頻率 |
振幅 |
產品描述 |
曝光時間 |
成績 |
里瓦斯和里烏斯 |
25只瑞士老鼠 |
50赫茲 |
83μT,2.3mT |
脈衝,5 毫秒脈衝持續時間 |
懷孕前和懷孕期間以及後代的生長; 總共120天 |
出生時任何測量參數均無顯著差異; 成年男性體重下降 |
澤卡等人。 (1985) |
10 只 SD 大鼠 |
50赫茲 |
5.8噸 |
懷孕第 6-15 天, |
無顯著差異 |
|
Tribukait 和 Cekan (1987) |
35只C3H小鼠 |
50赫茲 |
1 μT、15 μT |
方波形式,持續時間為 0.5 毫秒 |
懷孕第 0-14 天, |
無顯著差異 |
薩爾辛格和 |
SD大鼠子代41只。 只使用雄性幼崽 |
60赫茲 |
100μT(均方根)。 也是電動的 |
均勻圓偏振 |
懷孕第 0-22 天和 |
在 90 日齡開始的訓練期間操作數反應的增加較少 |
麥吉文和 |
SD大鼠11只後代。 僅使用雄性幼崽。 |
15赫茲 |
800 μT(峰值) |
方波形式,持續時間為 0.3 毫秒 |
懷孕第 15-20 天, |
領土氣味標記行為在 120 日齡時減少。 |
Huuskonen 等人。 |
72 只 Wistar 大鼠 |
50赫茲 |
12.6μT(有效值) |
正弦曲線 |
懷孕第 0-12 天, |
更多胎兒/垃圾。 輕微骨骼畸形 |
1 除非另有說明,否則給出的最高暴露類別中的動物(母親)數量。
從表 2 可以看出,獲得了廣泛的結果。 這些研究更難總結,因為暴露方案、正在研究的終點以及其他因素有很多變化。 胎兒(或倖存的“被淘汰”的幼崽)是大多數研究中使用的單位。 總的來說,很明顯這些研究沒有顯示懷孕期間磁場暴露的任何嚴重致畸作用。 如上所述,在評估人類風險時,“輕微骨骼異常”似乎並不重要。 Salzinger 和 Freimark (1990) 以及 McGivern 和 Sokol (1990) 的行為研究結果很有趣,但無論是從程序的角度(使用胎兒,並且對於 McGivern,不同的頻率)或效果。
具體研究總結
Salzinger 和 McGivern 在暴露的雌性後代中觀察到出生後 3-4 個月的行為遲緩。 這些研究似乎使用個體後代作為統計單位,如果規定的影響是由於對母親的影響,這可能會受到質疑。 Salzinger 研究還在出生後的前 8 天暴露了幼崽,因此這項研究涉及的不僅僅是生殖危害。 兩項研究都使用了有限數量的窩。 此外,這些研究不能被視為確認彼此的發現,因為它們之間的暴露差異很大,如表 2 所示。
除了暴露動物的行為改變外,McGivern 的研究還注意到一些雄性性器官的重量增加:前列腺、精囊和附睾(雄性生殖系統的所有部分)。 作者推測這是否可能與前列腺中某些酶水平的刺激有關,因為已經觀察到 60 Hz 的磁場對前列腺中存在的某些酶的影響。
Huuskonen 及其同事 (1993) 注意到每窩胎兒的數量有所增加(10.4 Hz 暴露組為 50 個胎兒/窩,而對照組為 9 個胎兒/窩)。 沒有在其他研究中觀察到類似趨勢的作者淡化了這一發現的重要性,指出它“可能是偶然的,而不是磁場的實際影響”。 1985 年,Rivas 和 Rius 報告了一個不同的發現,暴露組與未暴露組的每窩活產數略低。 差異無統計學意義。 他們在“每胎”和“每窩”基礎上進行了其他方面的分析。 只有在使用胎兒作為觀察單位的分析中才能看到輕微骨骼畸形的顯著增加。
建議和總結
儘管相對缺乏證明人類或動物生殖影響的積極、一致的數據,但仍然有必要嘗試複製某些研究的結果。 這些研究應嘗試減少暴露、分析方法和所用動物品系的變化。
一般而言,使用 20 kHz 磁場進行的實驗研究提供了一些不同的結果。 如果嚴格遵守垃圾分析程序和統計假設檢驗,則不會在大鼠身上顯示出任何影響(儘管兩項研究都有類似的非顯著性發現)。 在老鼠身上,結果各不相同,目前似乎不可能對它們進行單一的連貫解釋。 對於 50 Hz 的磁場,情況有所不同。 與這種頻率相關的流行病學研究很少,一項研究確實表明可能存在流產風險。 相比之下,實驗動物研究並沒有產生類似的結果。 總的來說,結果並未確定來自 VDU 的極低頻磁場對妊娠結局的影響。 因此,總體結果未能表明來自 VDU 的 VLF 或 ELF 磁場對再現的影響。