辐射致皮肤损伤机理及其防护途径研究进展
辐射致皮肤损伤机理及其防护途径研究进展

  随着人们生活水平的提高,电子产品使用的普及,人们生存空间中电磁场的强度也急剧增强,电磁污染问题日益突出。早在1975年,环境科学就预言:电磁能量每年将以7%~14%的速度增长,也就是说,25年后环境电磁能量最大可能增加26倍,50年后可增加700倍。电磁辐射污染,已成为继大气污染、水污染和噪声污染之后,威胁人类健康的第四大污染,联合国人类环境大会已将其列入必须控制的主要污染物之一。皮肤作为人体的第一道屏障,是电磁辐射的第一个靶器官。伴随人们对电磁辐射危害性认识的提高,电磁辐射保护研究正在成为皮肤护理领域研究的热点之一。

  电磁辐射及种类

  电磁辐射(Electromagnetic Radiation,EMR)是带净电荷的粒子被加速时,所发出的辐射,是能量以电磁波的形式通过空间传播的物理现象。任意一个振动的电荷都能在其周围产生电磁场,并发射电磁波向远方辐射能量。电磁辐射的波长愈短,频率愈高,其辐射的量子能量就愈大。

  广义的电磁辐射分为电离辐射和非电离辐射。凡能引起物质电离的电磁辐射称为电离辐射,包括X射线、gamma;射线、alpha;粒子、beta;粒子、中子、质子等。不足以导致组织电离的电磁辐射称为非电离辐射,包括极低频(ELF,3Hz~3kHz)、甚低频(VLF,3kHz~30kHz)、高频(HF,30kHz~100kHz)、射频(RF,100kHz~300GHz)、红外线、可见光、紫外线及激光等。

  电磁辐射从来源上又可分为天然电磁辐射和人为电磁辐射。天然电磁辐射主要是指银河系和外层空间的宇宙电磁辐射,以及积聚在大气中的静电荷的放电雷电磁辐射等。人为电磁辐射主要包括极低频电磁场和射频电磁辐射两大类。在极低频电磁场中,以50Hz的工频电磁场最重要,它主要是由各种电压等级的输电线及各种电器所产生。在射频电磁辐射中,以广播、电视和各种高频设备所产生的电磁辐射最为常见。

  电磁辐射对人体健康的影响

  步入21世纪以来,越来越多的公众和科学家认识到暴露于电磁辐射中给人类健康带来的风险。射频辐射,尤其是微波辐射(300MHz~300GHz)是造成人体生理影响非常重要的电磁辐射。微波辐射在生活中无处不在,电源线、电视、移动电话、电脑、烤箱等日常电器均可产生。微波辐射造成的潜在影响包括引发恶性肿瘤(尤其是白血病和脑肿瘤)以及心血管和神经系统疾病。随着人们对微波辐射损伤的关注,皮肤辐射损伤逐渐成为研究方向之一。但到目前为止,皮肤辐射损伤,尤其是微波辐射对生物体皮肤损伤相关数据是相对稀缺的。

  微波辐射对皮肤损伤研究进展

  微波辐射对皮肤损伤有两种不同机制。一种是致热效应,即一定频率和功率的电磁辐射射在生物体上时,引起体温上升。当温度超过皮肤的调温能力、受照射皮肤内吸收的能量远大生物体的新陈代谢能力时,会使皮肤的传热能力产生混乱,最后导致皮肤辐射部位温度升高,失水干燥,失去光泽。同时,为保持恒定体温,该部位毛细血管暂时性扩张充血,造成局部红斑现象。另一种是非致热效应,即各种频率电磁场所产生的生物效应,该机制下电磁能量密度不是很强、在人体内产生热量较少,但可造成辐射后活性氧增加,生物大分子DNA等损伤,可能导致氧化应激性增强,亦影响许多细胞因子、活性蛋白的表达,进而诱导各种生理变化。常用的手机、电脑等电器正常工作时,致局部组织温度升高很低(可忽略)不会产生明显的热效应,已有的研究也显示电器辐射影响生物体机能的主要是非热效应。

  研究表明,在2.45GHz无线设备辐射下(无线局域网络),雄性Wistar大白鼠皮肤氧化应激性增强,MDA含量显着增加,而在皮肤组织中SOD和GSH-Px的活动减少,微波辐射令皮肤抗氧体系受到影响。Ennamany等人,将人体重组角质形成细胞置于900MHz手机常用辐射下2h和18h,对皮肤细胞中的600个基因进行转录水平的分析,发现包括神经调节肽B、胎盘生长因子、转录因子AP-1在内的20个基因成显著上调,包括beta;防御素2在内的10个基因表达受抑制。其中,beta;防御素2是存在皮肤表皮中的一种小分子肽,具有直接杀菌,调节机体的免疫炎症反应,参与皮肤创伤修复等生理功能,其表达失调或引起皮肤痤疮。Ennamany研究结果,提示微波辐射或可造成皮肤微生态失衡,引发痤疮。Garaj用7.7GHz、300W/m2的连续波辐射体外培养的V79中国仓鼠成纤维细胞,发现微波辐射可抑制H3-胸腺嘧啶的掺入,从而阻止细胞进入DNA合成的S期,使细胞产生严重损伤。

  微波辐射防护措施

  人们在认识微波伤害,研究微波辐射对人体伤害过程中,也在积极思考微波辐射的防护。早在20世纪50年代以前苏联和美国为代表的许多国家就开展了含微波在内的电磁辐射防护标准的研究,研究对象主要为电磁辐射环境中作业者的防护问题。随着时代的发展和电子产品的应用,普通人群接触微波辐射的机会也越来越多,微波辐射的防护越来越受到人们的重视,防护措施也在不断进步。

  目前,防护微波辐射损伤的途径可归结为两大类。

  第一种途径是消除或减弱人体所在位置的磁场强度。其主要措施包括屏蔽与吸收。

  屏蔽即电磁屏蔽,是将电磁能量限制在所规定的空间,阻止向被保护区域扩散的技术措施。电磁屏蔽装置由铜、铝或钢(铁)制成。导体表面的场强最大,越深入内部,场强越小。这种现象就是电磁辐射的集肤效应。电磁屏蔽就是利用这一效应进行工作的。现有的防护措施,如电脑保护屏、电磁防护服、手机袋等,大多是电磁屏蔽方法,易造成反射二次污染,且不能整体改善所处环境的电磁辐射强度,不能减弱电磁辐射对人体的长期累积效应。

  吸收是指利用特定的吸收材料将电磁辐射(主要是微波)能量吸收掉以降低电磁辐射强度。吸收材料大致可分为谐振型吸收材料和匹配型吸收材料两大类。前者是利用某些材料的谐特性制成的,厚度较小,对很窄频率范围的微波辐射能量有吸收作用。后者利用材料和自由空间的阻抗匹配达到吸收微波辐射能量的目的,适于吸收很宽频率范围的微波辐射能量。

  应用吸收材料的防护措施,一般多用在微波设备的调试上。调试微波设备时,要求在场源附近就能把辐射能量大幅度地衰减下来,以防止对较大范围的空间产生污染。吸收材料可由在塑料、橡胶、胶木、陶瓷等材料中加入铁粉、石墨、木炭和水等制成。此外,将吸收材料与屏蔽材料叠加组合可制成防护板、防护屏风,防止微波辐射的定向传播。同时能吸收电磁辐射的油漆、防电磁辐射水泥、防电磁玻璃和电磁波涂料等也正在被开发出来。

  第二种途径是药物途径,即使用药物如辐射防护剂来减轻微波辐射对人体的危害。抗辐射药物,其研究在20世纪60年代后期达到高峰。这期间人们探索了大量人工合成化合物、天然药物和生物因子的抗辐射作用,并进行了相应的基础整理和研究。但由于高效、低毒、可供临床应用的辐射防护剂较难发现,从而人们对辐射防护剂的期望逐渐淡薄起来。20世纪70年代明显下降。近年来随着肿瘤放疗的进展及核工业的迅速发展,国内外对辐射防护剂的研究热情重新高涨。我国科学工作者从1958年以来开展了相当规模的辐射防护剂的研究。据粗略估计,50年来共筛选了约7000多种新合成的化合物、成药和中草药。其中经过大动物实验的药物约有100多个,有10多个药物已经过人体试验。研究水平可与国际上相比拟,在某些方面显示出我国的特色。

  天然药物防护辐射途径与研究现状

  防护辐射损伤作用是指在生物体辐射作用前或作用后应用能减轻辐射损伤程度。天然药物防护辐射作用的研究始于20世纪60年代,90年代中后期对其防护辐射作用的机制与药理实验研究逐步深入。由于天然药物含有多种成分,所以其防护辐射作用是多方面的,其作用机制主要包括对DNA、免疫系统、造血系统的保护作用及抗自由基作用,能够降低辐射对DNA的损伤、促进外周血象恢复、促进造血系统功能、抑制出血倾、提高巨噬细胞吞噬率、吞噬指数和细胞面积、促进淋巴细胞转化和IL-2的分泌、抑制脂质过氧化反应等。天然药物还具有来源广、毒性小、价格低等特点,因此天然药物抗辐射活性成分的研究已成为热点。

  Srinivasan M等在研究中发现番茄红素对辐射诱导体外原代培养的小鼠肝细胞的脂质过氧化作用及抗氧化作用具有良好的抑制作用。HanSK等发现人参提取物可诱导正常小鼠脾细胞Th1和Th2细胞因子mRNA的表达,也可促进辐射损伤脾细胞IFN-gamma;和Thl细胞因子mRNA的表达,从而恢复T细胞免疫功能。Kalpana KB等在研究中发现橘皮苷对辐射诱导的体外培养的人外周血淋巴细胞的损害具有积极的保护作用,证实了其对人体淋巴细胞有明显的辐射防护作用。

  皮肤微波辐射防护护肤品现状

  近年来电磁辐射污染源也急剧增加,以防辐射为主的保护皮肤类化妆品逐渐受到各方关注。产品特性主要有:①以防为主,方式单一,效果有限。主要采用物理隔离的方式,试图阻挡电磁辐射的侵害。电磁辐射的本质是电磁波,很难凭借物理隔离全部阻挡。②强调对紫外辐射防护,射频辐射、极低频辐射等电器辐射关注少。紫外辐射与电器辐射的频率不同,传递能量的高低,皮肤损伤途径均有差异。而电器辐射几乎无时不在,同样需要进行防护,亦不能与将其紫外防护混为一谈。③忽视恢复皮肤自身防御。皮肤自身存在防御机制(角质屏障、防御因子等),正常条件下能够抵御外界侵害。现有产品忽视皮肤正常防御功能的恢复,仅靠外源功效成分防御外邪,事倍功半。因此,市场对既能减轻辐射损伤、又能恢复皮肤正常防御的电器辐射防护产品的需求是十分迫切的。

  展望

  随着电器与移动通信设备的普及,电磁辐射是危及健康的第四大公害,防护皮肤辐射损伤迫在眉睫,市场潜力巨大。针对现有防辐射产品片面强调防护紫外线、忽视日常生活当中的电器辐射的现状研发产品,能够丰富防辐射产品体系。对已报道的中药防辐?药材,从提高辐射损伤皮肤beta;-防御素2水平、清热、滋阴途径入手,合理组方,能够达到对电磁辐射的全面防护。赋予防辐射原料全新的意义,将防辐射与抗氧化、防晒区分开来,有利于打造防辐射化妆品特异性,提高消费者辨识度。

  文/邓文娟 邓薇 刘月恒 孟宏 董银卯