电子对抗作业环境长期暴露对心脏自主神经功能指标的影响

邱 雅，王子乾，耿 淼，王观筠，吴阳勋，张仕钊，陈红艳，吕 超，贾建军，姚树林，尹 彤 解放军总医院第二医学中心 老年医学研究所，国家老年疾病临床医学研究中心，衰老及相关疾病研究北京市重点实验室，北京 00853； 解放军总医院第一医学中心 核医学科，北京 00853

信息化环境下电磁辐射广泛存在，是造成免疫、心血管、神经等多系统损伤的危险因素。其中，电子对抗技术在现代战争中具有重要战略地位。电子对抗部队作业官兵在日常训练和工作中，不可避免地长期暴露于复杂电磁辐射环境[1-3]。基础研究发现，心脏是电磁辐射的敏感靶器官之一[4-5]。自主神经系统参与调控心血管系统，在维护心脏功能方面发挥关键作用，但电磁辐射对心脏自主神经系统 (cardiac autonomic nervous system，CANS)的作用机制目前无统一定论。此外，CANS的交感与迷走神经张力与心率、心率变异性 (heart rate variability，HRV)以及血压的调节机制密切相关[6-7]，CANS失调易诱发心律失常和心力衰竭[8-9]，极大增加了心源性猝死发生概率。因此，探究分析电磁辐射暴露对于保护军队信息化作业人员健康和提高军事作战能力至关重要。研究发现，短期复杂电磁环境作业和训练期间，官兵心脏自主神经功能调节能力下降[10]。然而，目前针对长期处于高频和特高频复杂强电磁环境下作业人员CANS功能的研究处于空白。本研究通过对某电子对抗部队高频复杂电磁环境的现场调研分析，探讨电磁辐射长期暴露对作业人员心脏自主神经调节相关指标的影响，以期为预防作业官兵心血管疾病的发生提供参考。

对象与方法

1 对象 2019 年 4 - 10 月招募某电子对抗部队作业官兵，根据是否从事高频电磁辐射工作分为暴露组(261例，连续从事至少1年高频电磁辐射作业人员)和非暴露组(265例，未接触强电磁辐射环境至少1年人员)。排除标准：心肺疾病史和患有甲状腺功能亢进者；电极安放部位皮肤有疾患或溃烂者。记录入选者的年龄、体质量指数(body mass index，BMI)、性别、吸烟史和饮酒史。其中，年龄、BMI、性别等因素经过倾向评分匹配(propensity score matching，PSM；PSM 卡钳值取0.2)后，共纳入456例研究对象，暴露组与非暴露均为228例(男性214例，女性14例)。分析比较作业人员心率、HRV、动态血压等CANS功能指标在两组间的变化趋势。

2 电磁环境检测方法 利用 D-Dot传感器 (清华大学团队自主研发)检测电磁辐射作业区，电场强度动态范围 10 ~ 50 kV/m，频率带宽范围 1 MHz ~2 GHz。围绕强电磁场工作区域环境进行8个检测点的场强监测(分为2个屏蔽检测点和6个未屏蔽检测点)，每点连续重复测量2 ~ 3次。传感器使用前需在清华大学电磁脉冲环境和效应实验室进行校准测量，不确定度校准值评定为0.3 dB。参考 IEEE Std C 93.5计算等效平面波功率密度，并依据国家环境质量标准《电磁环境控制限值》(GB8702-2014)评价电磁辐射强度。

3 心率和 HRV 检测 由两名经验丰富的专业医生对纳入的所有研究对象进行24 h动态心率、HRV和血压等自主神经系统活动相关指标测定。心率指标包括总心搏数、有效总心搏数、干扰心搏数、最高心率、平均心率、最低心率、窦性心动过缓阵数和室性异位总数。HRV被定义为窦性心律时逐次心动周期的变异程度，常用于反映交感神经和交感神经的活跃性，是评估自主神经系统功能的重要定量指标。其中：本研究检测24 h动态心电图分析的HRV常用指标有SDNN(相邻心搏间期标准差)、SDANN(每5 min相邻心搏间期平均值标准差)、RMSSD(全程相邻心搏间期差值均方根)、PNN50(相邻RR间期差值>50 ms心搏百分比)、ULF、VLF、LF和HF。其中，时域指标有SDNN、SDANN、RMSSD和pNN50；频域指标HRV 分析与四种波段有关：ULF(0 ~ 0.003 3 Hz)、VLF(0.0033 ~ 0.04 Hz)、 LF(0.04 ~ 0.15 Hz)、HF(0.15 ~ 0.4 Hz)。心率和 HRV 监测均使用 18 导联24 h动态心电图记录仪(PENGYANG-H18，北京蓬阳丰业科技有限公司)记录。

4 动态血压 (ambulatory blood pressure variation，ABPV)检测 ABPV采用24 h动态血压监测仪器(WBP-02，北京蓬阳丰业科技有限公司)进行测量，时间为 9：00 - 10：00，至次日同一时间结束。受试者在测压时保持上肢静止，并且监测期间生活起居照常。记录受试者全天平均收缩压、全天平均舒张压、白天平均收缩压、白天平均舒张压、夜晚平均收缩压、夜晚平均舒张压。

5 统计学处理 数据采用 SPSS23.0 统计软件分析。符合正态分布的计量资料以±s表示，组间比较采用成组t检验或校正t检验，非正态分布的计量资料以Md(IQR)表示，组间比较采用Wilcoxon秩和检验。计数资料采用例数和百分比表示，组间比较采用χ2检验或校正χ2检验。所有统计分析均采用双侧检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 两组基本资料 受试者年龄、BMI等因素进行倾向评分匹配后，电磁环境暴露组与非暴露组的年龄、BMI、性别、吸烟史及饮酒史等指标差异均无统计学意义(P＞0.05)。见表1。

表1 两组基线资料比较Tab.1 Comparison of baseline data between the two groups

2 暴露组电磁频率和强度 本研究中暴露组作业人员所处电磁环境频段是 5.5 MHz ~ 1.84 GHz(高频至特高频之间)，属于射频电磁场，但以微波辐射为主，包含超短波及微波。屏蔽点内的功率密度最高为 14 W/m2，最低为 1.15 × 10-4W/m2；设备附近开放区域的功率密度最高为535.17 W/m2，最低为 1.82 W/m2。

3 两组心率指标比较 与非暴露组比较，暴露组干扰心搏数和窦性心动过缓阵数均显著升高，但最低心率显著下降(P＜0.05)，两组其他指标差异均无统计学意义。见表2。

表2 非暴露组与暴露组心率指标比较Tab.2 Comparison of heart rate between the non-exposed group and the exposed group

4 两组变异性指标比较 24 h 心电图结果显示，反映迷走神经活性的指标RMSSD暴露组较非暴露组显著升高 (52.64±23.95vs48.28±18.58，P＜0.05)。反映交感神经活性的指标VLF暴露组较非暴露组显著升高 [4 650.92(3 235.50，4 650.92)vs4 650.92(3 094.00，5 519.50)，P＜0.05]。见表3。

表3 非暴露组与暴露组心率变异性指标比较Tab.3 Comparison of heart rate variability indexes between the non-exposed group and the exposed group

5 两组动态血压比较 24 h 动态血压结果显示，与非暴露组相比较，暴露组全天收缩压平均值、全天舒张压平均值、白天舒张压平均值、夜间舒张压平均值和夜间舒张压下降率均显著降低(P＜0.05)，并且反杓型血压比例在暴露组出现上升趋势。见表4。

表4 非暴露组与暴露组24 h动态血压比较Tab.4 Comparison of 24 h ABPV between the non-exposed group and the exposed group

讨 论

电磁干扰是电子对抗作战的主要手段，随着科学技术的发展，电磁干扰装备的种类和数量逐年剧增，电子对抗部队技术作业官兵不可避免地长期处于复杂电磁辐射环境。既往研究报道，电磁辐射暴露可以通过改变受试者心率和HRV增强迷走神经活动[11]。然而也有报道称HRV参数和自主神经系统活动不受电磁场环境影响[12]。目前，电磁辐射暴露对心脏自主神经功能的影响尚存在争议。一项研究表明，30名官兵经过5个月的电子对抗作业后，短程心电监测发现与驻训前比较，HRV频域指标TP(5 min总功率)、HF、LF等显著降低[10]。

CANS在心率调节机制中发挥重要作用[13]。窦性心动过缓是心内科常见多发症，也是CANS失调的临床表现之一，可导致心肌供血，易引发心功能障碍、休克，严重者导致猝死[14]。本研究中24 h心率监测结果发现，与非暴露组相比，电磁暴露组干扰心搏数升高，说明暴露组军事作业人员所处环境存在较强的电磁干扰。同时，暴露组最低心率下降并伴随窦性心动过缓阵数升高，提示长期处于高频复杂电磁工作环境发生窦性心动过缓症状和心律失常的风险更高。

交感神经和迷走神经系统控制心率的外部调节，并通过改变心率和心肌收缩强度来影响心脏泵血功能，迷走神经张力升高易引起窦性心动过缓[15]，而严重窦性心动过缓的患者可能存在交感、迷走神经失平衡状况。HRV是判断自主神经活动公认的定量指标，不仅反映交感与迷走神经的各自变化，也代表着自主神经的总体变化[16-17]。本研究监测的HRV时域分析指标包括SDNN、PNN50、RMSSD和SDANN，均反映迷走神经调节能力，其值上升说明迷走神经张力增加。频域分析测量指标包括超低频功率ULF、极低频功率VLF、低频率LF、高频率HF等，LF和VLF主要反映交感神经活动，HF反映迷走神经活动。此外，VLF的变化受血管舒缩张力的影响，与血压改变具有相关性[18]。本研究中暴露组RMSSD和VLF均较非暴露组有所升高，反映长期暴露于电子对抗电磁环境的作业人员迷走神经张力和交感神经张力均上升，但结合暴露组最低心率和全天平均血压降低的结果，考虑迷走神经活动占主导。

自主神经系统与血压表现密切相关，参与调节血压异常引发的疾病过程[19-20]。心动过缓、高血压或低血压是临床常见的自主神经功能障碍表现[14]。动物实验研究报道，双收发器移动电话源电磁辐射是导致Wistar大鼠HRV指标下降和血压升高的危险因素[21]。然而也有报道指出，长期暴露于低剂量伽马电磁辐射会加速雌性B6C3F1小鼠血压下降，进而影响小鼠寿命[22]。参照《中国高血压防治指南(2018年修订版)解读》，24 h动态血压平均≥130/80 mmHg，白天平均≥135/85 mmHg或夜间平均≥120/70 mmHg即诊断为高血压[23]。本研究中，非暴露组与暴露组作业人员血压指标测量值均在正常范围内，不属于高血压。但与非暴露组相比较，暴露组24 h动态血压提示全天平均血压显著降低，全天收缩压和舒张压平均值、白天舒张压平均值和夜间舒张压平均值均显著降低。此外，本研究发现长期高频电磁环境暴露组夜间血压舒张压下降率显著降低，反杓型血压比例呈升高趋势，血压昼夜变化节律性被破坏，血压异常率增加可导致心血管疾病发生风险升高。

综上所述，本研究以某电子对抗部队基层作业人员为观察对象，探究复杂强电磁环境长期暴露与心率、HRV、血压等CANS重要生理指标的关系，为电子对抗技术作业人员制订合理的心血管疾病预防策略提供了数据支持。但本研究也存在一定的不足之处：1)样本量不够充足；2)纳入的研究对象多为男性，且未做性别比较。接下来需要纳入更多的研究对象，增加样本量，对不同年龄段和性别的人群进行分层研究，进一步探究CANS功能指标与复杂强电磁环境长期暴露的关系，以期降低信息化军事作业人员心血管疾病发生风险。