限制时变电场和磁场曝露的导则(1Hz-100KHz)

1ICNIRP导则限制时变电场和磁场曝露的导则（1Hz~100KHz）国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP）引言本文件为曝露在电磁谱中低频电场和磁场的人体提供防护指南。制定ICNIRP导则的一般原则已在其它出版物发表（ICNIRP2002）。本文件中低频的频率范围从1Hz延伸到100KHz。超过100KHz就需要考虑诸如发热等效应，这些内容包含在其它ICNIRP导则中。但是在频率从100KHz至大约10MHz，必须按照曝露的条件，同时考虑低频对神经系统的效应和高频效应的防护。因而本文件中的一些指南延伸到10MHz，以覆盖该频率范围内的神经系统效应。关于静态磁场的导则已在另一份单独的文件（ICNIRP2009）中给出。这些导则适用于由运动感应的电场或1Hz及以下的时变磁场，将单独出版。本出版物替代1998年导则（ICNIRP1998）中的低频部分相关内容。ICNIRP目前正在修改超过100KHz频谱中高频部分的导则。范围与目的本出版物的主要目的是建立限制电场、磁场（EMF）曝露的导则，它将为防止所有已确定的有害健康的影响提供保护。已经对EMF直接和间接影响的研究进行了评估：直接影响是源于场与人体的直接作用；非直接影响包括与导电物体（该物体所具有2的电位与人体不同）的相互作用。对实验室及流行病学研究结果、基本曝露评估判据以及用于实际危害评估的参照水平等进行了讨论。所提出的导则既适用于职业也适用于公众曝露。导则的限值是基于已确定的关于急性效应的证据；现有的可用的知识指出，遵循这些限值可保护职工和公众免受低频电磁场曝露的有害健康影响。非常小心地复核了流行病学和生物学数据，结论是：没有充分的证据表明它们与低频电磁场曝露有因果关系。导则不涉及在规定的试验条件下限制特定装置电磁场排放的产品性能标准，也不是用来测量表征电场、磁场和电磁场的物理量的技术规定。准确确定这些物理量的计量和测试技术规范可依据其它标准（IEC2004，2005a；IEEE1994，2008）。符合本导则并不一定就能防止EMF对医疗器械产生干扰或造成影响，这类医疗器械包括金属假肢、心脏起搏器和去纤颤器以及耳蜗植入体。在推荐的参照水平下可能出现对起搏器的干扰。避免此类问题的建议超出本导则的范围，但有其他标准规定（IEC2005b）。随着与限制低频时变电场和磁场曝露有关科学知识的任何进展，本导则会周期性地修改和更新。量和单位电场只与电荷的存在相关，而磁场是电荷物理运动（电流）的结果。电场E对电荷施加作用力，单位以伏特每米（Vm-1）表示。与此类似，在电荷运动和/或磁场随时间变化的情况下，磁场也可以对3电荷施加物理力。电场和磁场既有大小又有方向（也就是说，磁场和电场都是矢量）。磁场可以通过两种方式表示，一种是磁通密度B，单位为特拉斯（T）；另一种是磁场强度H，以安培每米（Am-1）为单位。物理量B和H的关系表达式如下：B=μH(1)式中，μ是比例常数（磁导率）；在真空和空气以及非磁性（包括生物的）材料中，μ的值为4π*10-7,单位是亨利每米（Hm-1）。因此，出于防护目的而描述磁场时，只需用B或H中的一个物理量来说明。曝露于时变EMF会引起内部电场及体内电流，并且会使组织吸收能量，具体与耦合机制和涉及的频率有关。内部电场Ei和电流密度J之间的关系可以由欧姆定律表示：J=σEi（2）式中，σ是表示介质的导电率。导则中所用的剂量测定量如下：-原位或内部电场Ei-电流I表1汇总了本导则使用的EMF和剂量测定量以及它们的单位限制曝露的科学基础限制曝露的导则是在全面审视了所有已经出版的科学文献后制定的。按照良好确立的判据，对所报导的各种发现的方法、结果及结论的科学有效性进行评估。因此，只有具有良好和可信科学证据的影响才能作为曝露限制的依据。4表1：电场、磁场、电磁场和剂量测定量及相应的SI单位物理量符号单位导电率σ西门子每米（Sm-1）电流I安培（A）电流密度J安培每平方米（Am-2）频率ƒ赫兹（Hz）电场强度E伏特每米（Vm-1）磁场强度H安培每米（Am-1）磁通密度B特斯拉（T）磁导率μ亨利每米（Hm-1）介电常数ε法拉第每米（Fm-1）低频电磁场曝露的生物效应已经由国际肿瘤研究机构IARC,ICNIRP和WHO（IARC2002,ICNIRP2003,HPA-NRPB2004，WHO2007a）以及一些国家的专家组完成了复核。这些出版物也为本导则提供了科学依据。如下所详述，导则的基础来自两个方面：一是低频电场曝露引起的已被很好识别的生物反应，这些反应是通过表面电荷作用，其程度从有感觉到烦恼。二是通过曝露在低频磁场的志愿者实验而确认的唯一影响，即中枢神经和周围神经组织刺激以及视网膜光幻视的感应，也即在视场周围的一种昏晕闪烁光感觉。视网膜是中枢神经系统的一5部分，虽然用于中枢神经系统神经元回路感应电场效应的模型略显保守，但总体还是合适的。鉴于科学数据中仍存在的不确定性，本曝露导则已应用了降低因子（reductionfactors）。详细可见ICNIRP2002场与身体之间的耦合机制人和动物的身体会显著扰乱低频电场的空间分布，在低频率时，人体是良好的导体，身体外部被扰乱的电场线与身体表面几乎保持着垂直方向。这样，在曝露于电场的身体表面感应交变电荷，上述交变电荷在体内产生电流。人体低频电场曝露的关键剂量特征如下：在50~60Hz，身体内部感应的电场通常比外部电场小5-6个数量级；对于给定的外部电场，当人体通过双脚与地面良好接触（电气接地）时，体内感应电场昀强；而当人体与地面绝缘（在“自由空间”）时，感应电场昀弱；人体完全接地时，流过人体的总电流是由身体大小和体型（包括姿势）决定的，而非组织的导电率决定；流过不同器官和组织的感应电流分布则是取决于这些组织的导电率；此外，也存在间接效应，当身体与位于电场中的导电物体接触时，体内产生感应电流。6就磁场而言，由于体内组织的磁导率与空气中的磁导率相同，所以组织内的磁场也就和外部磁场一样。所以，人和动物的身体不会明显对磁场产生扰乱。磁场的主要作用是在导电组织中由法拉第感应产生的电场和相应电流。在静态磁场中移动也可能感应电场。人体低频磁场曝露的关键剂量特征包括以下方面：对于给定的磁场强度和方向，越大的躯体感应的电场越强，这是因为可能的导电环增大之故；感应产生的电场和电流取决于外部场相对于身体的方向。通常，当外部磁场沿从身体正面至后背的方向时，体内感应场昀大。但就某些器官而言，昀高值出现在不同的外部磁场方向时；当磁场的方向沿着与身体垂直轴方向时，感应的体内电场昀弱；器官和组织不同的导电率会对感应电场的分布产生影响。来自目前科学文献的结论神经反应低频电场曝露可以导致已为识别了的由表面电荷效应形成的生物响应，其程度从有感觉到烦恼（Reilly1998，1999）。对50~60Hz，昀敏感的10%志愿者的直接感觉阈值在2-5kVm-1；而5%志愿者在15-20kVm-1时感觉烦恼。在5kVm-1时7%的志愿者在电气触地时感到痛感，而有50%在10kVm-1电场中碰触地时感到痛感。从一个7充电物体通过接地的人产生的火花放电阈值取决于物体的尺寸，因而需要逐个评估。电刺激（包括低频电磁场感应）对电气易激励神经和肌肉组织的反应在很多年以前就已经被良好确认（例如Reilly2002;SaudersandJefferys2007）。根据使用神经模型的理论计算，人体周围神经系统（PNS）有髓神经纤维昀小的阈值大约为6Vm-1峰值（Reilly1998，2002）。但是在志愿者曝露于磁共振（MR）切换的梯度磁场中，根据使用均质人体体素模型的计算，周围神经刺激显示的感觉阈值可能低到2Vm-1（Nyenhuisetal2001）。根据以上磁共振研究数据，Soetal.（2004）运用异质人体模型进行了组织中感应电场的更精确计算，这些作者估计周围神经刺激的昀小阈值在4-6Vm-1（取决于设定刺激发生在皮肤或皮下脂肪）。在较强刺激下，不适和痛感相继而来；在超过感觉中值阈值约20%时出现不能忍耐刺激的昀低相对值（ICNIRP2004）。中枢神经系统中的有髓神经纤维可以被经颅磁刺激（TMS）感应的电场所激励，在TMS过程中，皮质组织中感应的脉冲场是相当高的（100Vm-1峰值），虽然理论计算提示，昀小刺激阈值可能低到~10Vm-1峰值（Reilly1998，2002）。对任何一类神经，在超过约1~3kHz时，由于神经细胞膜上可供电荷积累的时间逐渐变短，阈值开始上升。在约10Hz以下，由于神经对缓慢去极化刺激因素的适应，阈值也会上升。肌肉细胞通常对直接刺激比神经组织较不敏感（Reilly1998）。心脏肌肉组织应得到特别关注，这是因为它的功能异常是潜在的生命威8胁；然而，心室纤颤阈值要比心脏肌肉激励高50倍或以上（Reilly2002），虽然假如在心脏循环的易损期内心脏受到重复激励时这个倍数将显著下降。在高过约120Hz时，由于肌肉纤维与有髓神经相比时间常数要长得多，阈值会增加。低于直接神经或肌肉激励阈值的电场已确定的昀显著影响是磁光幻视感应，即一种曝露在低频磁场中的志愿者视网膜视场周围的虚晕闪烁光感觉。磁通密度昀小阈值在20Hz时约为5mT，频率较高和较低时阈值上升。在这些研究中，磁光幻视是感应电场与视网膜中电气可激励细胞相互作用的结果。视网膜形成前脑的旁枝，因此总体上可作为出现在中央神经系统组织内过程的良好但又保守的模型（Attwell2003）。在视网膜中感应磁光幻的阈值在20Hz频率下约为50～100mVm-1。频率较高和较低时阈值上升（SaundersandJefferys2007），虽然这些值还有很大的不确定性。中央神经系统神经组织的一体性会使诸如认知过程（如记忆、对这些生理弱电场的敏感性）等功能产生变化。Saunders和Jefferys（2002）提出，由这些弱电场引起中央神经系统神经的电极化会增强神经元活性组的同步，并影响邻近非活性神经元的参入，进而影响整体神经细胞的可激励性和活性。使用脑切片的体外研究证据显示，这些效应的昀小阈值在频率为100Hz以下，并低至100mVm-1（SaundersandJefferys2007）。两个研究组将电极直接对头部施加弱电场，调查了它对人体脑电活动和功能的影响。一个组（Kanaietal.2008）报道了在刺激频率与视觉皮层特性一致时，不论在黑暗条件（约为10Hz）还是在光照条件（约20Hz）下，对视觉皮层的刺激产生了皮层光幻视感觉（类似于在视神经中出现的光幻视），但在更高或更低频率下都不会出现。另一个组（Pogosyanet.2009）加在正在完成视觉—活动任务的志愿者9的运动皮层，发现在完成任务时，手的移动有很小但具有统计显著性的迟缓，这与20Hz时运动皮层作用同步性增加是一致的，在较低的刺激频率下没有发现该效应。总之，这两组作者都发现，在10~20Hz的电场超过视网膜光幻视阈值时，可与活动中的视觉和运动皮层节奏性的电特性相互作用，并轻微地影响视觉过程和运动协调性。这表明施加10~20Hz电磁场感应的电场足够大时，也可能产生类似的效应。但是，志愿者曝露于低频电磁场对脑电活动、识别能力、睡眠和情绪等其它神经反应影响的证据则远不明显（Cook等人2002,2006；Crasson2003；ICNIRP2003a；Barth等人2010）。总体而言，这些研究都是在曝露水平为（或）低于1~2mT下进行的，也即低于产生上述影响所需要的水平，并且已经产生的证据至多都只是细微和短暂的影响。对得出这些响应的条件目前还不能很好确定。有人声称对电磁场存在过敏，然而，双盲激发研究的结果却表明，这些报导的症状与电磁场曝露并无关联（Rubinetal2005；WHO2007a）。在低频电场和磁场曝露导致抑郁症状或自杀方面只有不一致、非结论性的证据（WHO2007a）。以动物为对象，已从不同的角度，采用一系列曝露条件，针对低频场曝露对神经反应功能影响的可能性展开研究。但几乎没有已确定的影响。有令人信服的证据表明低频电场