生物电磁学(Bioelectromagnetics)是正在形成的一门关于电磁学与生物学、医学相互渗透的边缘交叉学科,它研究生物系统与电磁波的相互作用。

电磁波包括短波、高频波(例如X射线、γ射线和其他形式的电离辐射)和长波、低频波(例如紫外线、可见光红外线、微波、电视发射波、无线电频场能和其他形式的非电离辐射)。极低频场有很低的电磁能,较长的波长(数千微米)和30-300 Hz的频率、电磁波辐射生物效应研究始于第二次世界大战中雷达的出现,最初仅限于微波波段。当时研究的目的是试图通过动物实验和流行病学调查,建立微波辐射卫生标准和防护指南。第二次世界大战结束后,许多科学家对于射频和微波治疗肿瘤及电磁波热疗等问题的研究兴趣逐日增加,并注意到微波辐射下的生物危害效应。1966年,国际微波功率协会(IMPI)开始把力量集中于电磁波在医学、生物学的应用上。因而,生物电磁学的研究日趋广泛。1979年,国际无线电科学协会(URSI)举行了第一次国际会议,并于1980年创办了《生物电磁学》杂志。此后,URSI每年举行一次电磁辐射生物效应会议。目前,生物电磁学已在一些发达国家受到关注。

70至80年代流行病学和生物物理学家们注意到,极低频电磁场产生的电离辐射同人的癌症和其它疾病有着密切关系。1979年,英国报道一项流行病学调查结果,在高压输电线下居住的居民患白血病和中枢神经系统肿瘤的危险性高于居住其他地方的人。到了80年代,国内外已有几十项研究,再次证明职工、居民暴露于低频电磁场时白血病、癌症及其他一些疾病的发病率显著增高。

美国北卡罗来纳大学公共卫生学院的科学家在最近一期《美国流行疾病》杂志上报告说,暴露在高强度磁场环境下的发电厂员工,其脑癌发病率比处于低强度磁场环境下的同行业员工高出1倍多。科学家们是在对美国5家大型电力公司的14万员工过去36年间健康状况记录进行分析后得出的这一结论。另外他们还发现,长期在工作场合接触电磁场的电工,与其他工人相比,白血病的发病率也高出了1倍多。

在最新研究中,科学家共抽取近1400人进行测定并推广至同类工种。在36年的时间跨度中,14万人中共有144人因患脑癌丧生,显示了磁场强度与这一癌症的统计关系。

北卡罗来纳大学的同一批科学家,在美国《国立癌症研究中心通报》上报道说,他们对美国24个#签发的14万余张死亡证明书进行的分析表明,在电磁场环境中工作的妇女,乳腺癌的死亡率比正常情况高38%。

研究者认为,极低频电磁场可能改变高等生物的生长、发育、行为和生理功能。动物实验发现\处于极低频电磁场下的小鼠细胞DNA增殖加快。将果蝇的唾液腺细胞置于极低频电磁场,也产生了DNA转录的增长。将人的白血病细胞系中正常表达的几个基因(这些基因如果启动表达,将触发癌细胞生长分裂)暴露于频率为60~72 Hz的电磁场10~40分钟,与未暴露于频率为60~72 Hz的电磁场10—40分钟,与暴露于电磁场的基因相比,前者的基因转录增加了100~400%。转录率随电磁场的强度和暴露时间的增加而增加。这一结果表明,极低频电磁场致癌可与细胞DNA转录增加有关,但未获确切证据。

美国、加拿大、西班牙和瑞典的6个实验室共同进行的一项研究表明,弱脉冲电磁场可引起鸡胚胎显著发育异常。日本学者发现,弱脉冲电磁场影响哺乳动物细胞株DNA的合成。美国军事研究院初步研究认为,微波脉冲对中枢神经系统产生类似电刺激的作用,对心血管系统产生非热效应。

电磁辐射的生物学效应以热效应为主。在临床医学中的应用,目前较为成熟的是利用电磁能的热效应进行肿瘤的高温治疗和一般的电磁热疗。

当然,电磁辐射的热效应对生物体也有不利的影响。例如,会使脑功能失调、甲状腺机能亢进、头痛、易激动等症状。长期受一定强度电磁辐射所产生的热效应,会使心电图异常,易引发白内障、月经失调、男性不育等。当人体受高强度微波辐射时,还会诱发癌症、失明、高血压、心动过速、呼吸急促等症状,严重时还会出现抽搐、呼吸障碍甚至死亡。

由于经济、社会的迅速发展,电磁辐射污染问题已日渐突出。为此,各国相继制定了电磁辐射安全暴露标准。前苏联在1958年规定射频以上电磁辐射能量密度小于10 uw/cm2时才是安全的。而美国于1966年将频率范围从10 MHz ~10 GHz的电磁辐射能量密度标定在10 mw/cm2。造成安全暴露标准如此大的差别的关键是对非热生物效应是否存在,是否对生物造成危害的分歧,随着研究的不断深入,各国都在不断地修订安全卫生标准。

目前,生物电磁学研究方兴未艾。发展方向和前沿课题包括:在电磁波频率上向低端和高端转移,低端扩展到极低频,高端扩展到毫米波。在波形上对脉冲波的生物效应研究增多。生物样品由整体动物发展到培养的单个细胞。在实验研究和机理研究的关系上,机理研究的比重明显增加。在基础研究的同时,注意发展医学应用研究。