最近修訂的射頻暴露指南和標準出現(xiàn)分歧

目前頒布的射頻暴露指南和標準涵蓋了整個射頻輻射范圍，主要用于限制射頻，包括5G頻率，引起的短期加熱以防止組織溫度升高。這些公認的健康安全保護指南和標準存在重大異常。從安全和公共衛(wèi)生保護的角度來看，一些安全限制并不相關且具有爭議，并缺乏科學依據(jù)。此外，蜂窩移動5G技術被譽為比其前身系統(tǒng)更快、更安全的無線通信技術，其關鍵支持架構使用毫米波（mm波）和天線陣列技術，以實現(xiàn)更好的方向性、更低的延遲和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。就輻射防護而言，5G毫米波輻射對健康的影響是否與前幾代輻射類似尚不清楚。毫米波與皮膚中相關細胞元件和皮膚神經受體的結構功能的相互作用是特別值得關注的。目前的科學數(shù)據(jù)庫在毫米波長上不足以提供可靠的評估。

2023年1月，美國伊利諾伊大學芝加哥分校電氣和計算機工程系、生物工程系、生理學系和生物物理學系James Lin教授在Environmental Research期刊上發(fā)表了題為《Incongruities in recently revised radiofrequency exposure guidelines and standards》的文章。研究簡要介紹了暴露閾值的發(fā)展歷史，簡要評估了最近修訂發(fā)布的射頻暴露指南和標準修訂版的有效性和缺陷，并討論了射頻和微波輻射（包括5G毫米波）應用于手機和無線移動通信的重大健康安全問題。

一、引言

手機和無線移動通信技術已經在人類生活中占據(jù)重要地位，據(jù)估計全球有150億注冊手機，同時手機在多個領域為人類提供幫助，約兩年前推出的5G技術比其前身的移動通信系統(tǒng)更快、更安全。其關鍵支持架構使用毫米波（24 GHz至60 GHz的毫米波）和天線陣列技術，以實現(xiàn)更好的方向性、更低的延遲和更高的數(shù)據(jù)傳輸速率。

不久前國際非電離輻射防護委員會（ICNIRP，2020）和電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）國際電磁安全委員會（IEEE-ICES，2019）已發(fā)布了修訂版的安全指南和標準，主要用于限制射頻輻射的短期加熱效應并防止人體組織溫度升高。此外，就輻射防護而言，5G頻率的提高對健康的影響是否與前一代類似還尚不清楚。

二、暴露閾值的發(fā)展歷史

自二十世紀中期以來，暴露于微波和射頻輻射的生物效應一直是科學研究的主題。初步研究表明，暴露可以通過加熱體內組織對人體產生生物學影響。簡單的溫度傳感器可能檢測不到因暴露而加熱產生的溫度升高。在1982年，新的研究導致對1966年編寫的人類暴露于微波和射頻場的安全指南文件進行一些修改。這項工作是在美國海軍部和現(xiàn)在稱為IEEE的共同贊助下進行的。但是，由于當時可用的科學數(shù)據(jù)很少，無法為精確的暴露閾值提供基本依據(jù)。因此，對微波和射頻輻射的生物效應和使用安全的研究興趣持續(xù)不斷，生物醫(yī)學和生物醫(yī)學研究不斷擴大，科學知識和數(shù)據(jù)庫穩(wěn)步增長。

三、NCRP

除了對生物反應的各種觀察性研究之外，研究提供了定量估計體內沉積功率密度或吸收能量的方法，以通過給定的入射射頻功率密度可靠地誘導生物反應。比吸收率 (SAR) 概念的提出及其與入射功率密度的頻率相關連接構成了最大允許暴露水平的基礎。SAR可以用于將射頻和微波輻射與身體的特定反應聯(lián)系起來，有助于理解生物現(xiàn)象，并獨立于相互作用的機制。它可用于分析不同實驗模型和受試者中各種觀察到的生物反應之間的關系。

四、ANSI/IEEE

科技進步與發(fā)展極大地促進了上述暴露閾值的完善。例如，在其關于微波和射頻輻射的生物效應和暴露標準的報告 (NCRP，1986) 中，美國國家輻射防護和防護委員會 (NCRP) 建議將SAR專用于量化暴露下的生物材料或動物體內的射頻和微波分布和吸收。此外，SAR被用于IEEE標準協(xié)會開發(fā)的1992版標準中，該標準也被美國國家標準協(xié)會 (ANSI) 認可。

五、FCC

蜂窩移動通信設備和系統(tǒng)的快速擴散以及公眾對微波暴露的生物效應和安全性的擔憂，導致美國聯(lián)邦通信委員會 (FCC) 于1996年實施一項人類暴露于手機和無線基站的射頻和微波輻射的準則。FCC (1996) 規(guī)則與NCRP推薦的規(guī)則相同，其相關頻率也基本上與ANSI/IEEE-1992相同。但是，F(xiàn)CC規(guī)則可以通過法律強制執(zhí)行。

六、ICNIRP

隨后，新成立的國際非電離輻射防護委員會 (ICNIRP) 于1998年發(fā)布了其推薦的指南[ICNIRP，1998]。其大部分類似ANSI/IEEE-1992和FCC-1996，并選擇將平均超過10 g的組織質量的SAR值設置為2.0 W/kg，但沒有明確闡述其科學依據(jù)。

七、IEEE-ICES

2001年，IEEE標準協(xié)會批準使用了國際電磁安全委員會 (ICES) 的名稱以代替其先前制定ANSI/IEEE-1992標準的實體。2006年，IEEE-ICES發(fā)布了修訂的暴露標準，在主要方面與1992 年的ANSI/IEEE版本具有明顯差別。其采用了ICNIRP的2.0 W/kg值的SAR值 (IEEE-ICES，2006)。這顯然是朝著全球標準統(tǒng)一邁出的一步，不一定是為了反映健康安全保護知識的當前進展狀況。最近ICES和ICNIRP都發(fā)布了他們對暴露閾值的建議報告 (IEEE-ICES，2019; ICNIRP，2020)。修訂后的閾值主要基于對射頻和微波輻射的短期 (6或30分鐘) 的生物數(shù)據(jù)，并且?guī)缀鯖]有解決有關長期、低水平暴露的相關問題。在世界各地，人們表達對這些射頻暴露準則缺乏信心的情景反復出現(xiàn)。

八、5G無線移動通信技術

5G是一種移動電信技術，其頻譜覆蓋范圍是多層的，具有不同的性能和操作范圍。它包括射頻和微波頻率的多個頻帶，可以大致分為小于6 GHz頻率和24 GHz至60 GHz范圍的兩個頻帶，這些頻帶擴展到毫米波區(qū)域。頻譜覆蓋范圍通常進一步分為高，中，低帶5G。主要的5G技術進步與高頻帶5G息息相關，高頻帶5G承諾具有多輸入，多輸出架構的性能帶寬高達20 GHz。它采用64 256短距離天線陣列，性能比4G系統(tǒng)高10倍。

從頻譜分配的角度來看，5G涵蓋了從3到60 GHz甚至更高的頻率范圍，比3G和4G更大。承諾的20 GHz執(zhí)行帶寬顯然在低頻段是不可行的，甚至是不可支持的。根據(jù)設計默認或頻譜要求，帶寬性能只能通過跳到高頻帶5G來實現(xiàn)。較高的5G頻段 (其中可獲得較寬的毫米波頻譜) 主要可在較短的距離上運行。大規(guī)模部署5G將導致手機上出現(xiàn)大量微蜂窩。對于大多數(shù)部署毫米波天線陣列的城市環(huán)境，這種情況將普遍出現(xiàn)并可能具有侵入性。

九、生物系統(tǒng)中的毫米波

毫米波與富含神經的皮膚細胞以及組織 (例如神經感受器) 的相互作用是深受關注的生物學效應。人的皮膚是異質的，由角質層，表皮層，真皮層和較深的皮下真皮層組成。皮膚的厚度取決于其在身體上的位置，并取決于身體的特定部位。此外，皮膚是一種重要的感覺組織，具有對疼痛，溫度和觸覺敏感的外周受體或神經末梢。隨著頻率的增加，針對毫米波長而言，皮膚的功率反射和透射系數(shù)分別從60%減小到20%，并從50%增大到65% (如圖1所示)。功率沉積所通過的滲透深度呈e-2指數(shù)下降。對于平面毫米波，它在人體皮膚組織中從1.2減少到0.4毫米 (如圖2所示)，而吸收的能量隨著頻率的增加而增加。然而，在較高的頻率下，由于在這些毫米波頻率下的滲透深度減小，皮膚內較深區(qū)域中的能量吸收可能變得較低。

圖1. 對于具有角質層，表皮和真皮的三層皮膚模型，手掌和前臂的功率反射系數(shù)是mm波頻率的函數(shù)。誤差線是標準偏差。

圖2. 人手掌和前臂皮膚平面毫米波場的穿透深度 (δ)。圖1和2通過采用不同的介電常數(shù)值來表示前臂。

（1）毫米波的生物學效應

毫米波輻射與生物系統(tǒng)的相互作用及其生理效應和醫(yī)學應用已成為近半個世紀的科學研究主題。對早期 (最著名的是前蘇聯(lián)) 的毫米波生物效應研究的全面回顧表明，在大約100 W/m2的能量密度下，毫米波可能會影響酶活性、遺傳狀態(tài)、細胞生長和增殖、外周受體和其他生物系統(tǒng)。然而這些研究普遍存在的問題是報告的實驗方案缺乏細節(jié)或清晰度、未進行原位劑量測定、未進行假暴露和溫度控制、統(tǒng)計分析的嚴格性不足以及報告總體上缺乏研究細節(jié)。

（2）發(fā)表論文的回顧

本文著重于在細胞和亞細胞水平上對毫米波影響進行實驗觀察，包括基因表達和細胞增殖。它還包含對免疫反應和組織的影響，以及對眼睛和皮膚的影響。調查研究得出功率密度低于100 W/m2的毫米波不會對眼睛造成任何損害。然而，暴露于更高水平的毫米波可能會導致有害影響，具體與暴露頻率和持續(xù)時間有關。同樣，研究尚未證明在沒有明顯溫度升高的情況下，低功率密度的毫米波暴露對皮膚細胞有任何遺傳毒性后果或改變其基因表達。然而關于不同細胞類型所產生的結果一直存在爭議。此外，毫米波能量吸收的速率在神經細胞的測量電行為中起重要作用。有研究表明毫米波暴露會對人和動物產生全身效應，如痛覺低下，并對100 W/m2時的免疫和神經系統(tǒng)反應產生影響。

在關于原代細胞 (n=24) 或細胞系 (n=29) 的53個體外研究中，約70%的原代細胞研究和40%的細胞系研究的結果表明與毫米波暴露相關。然而，許多研究中用于管理毫米波輻射期間細胞或培養(yǎng)基溫度的方案尚不清楚。最近的一篇文章研究了107項 (一個人，15個體內和91個體外) 實驗研究，這些研究評估了毫米波暴露的各種生理反應，例如基因表達，遺傳毒性，膜功能，細胞信號傳導，細胞增殖和其他特性。該文章聲稱目前的實驗室調查報告沒有提供任何佐證證明非熱級毫米波與適用于人類安全和健康的生物反應有關。它暗示許多報告生物效應的論文來自相同但數(shù)量有限的研究實驗室，并斷言許多調查采用了不充分的方法進行暴露評估和管理，因此不能消除測量偽影的可能性。其進一步指出許多報告的反應可能與來自毫米波輻射的未測量或未指定吸收的組織加熱有關，因此許多報告的研究中關于低水平毫米波效應的主張值得商榷。值得注意的是，迄今為止沒有一個報告進行流行病學調查研究5G毫米波暴露及其可能的安全和健康影響。研究建議任何新的實驗室研究都應提供具有統(tǒng)計有效性的實驗設計，這些實驗設計由獨立復制的方法、程序和協(xié)議支持，并且必須包括定量暴露測定、劑量測定、溫度傳感和監(jiān)測。

十、修訂健康安全指南和標準

最近，通用的射頻安全和健康保護指南的修訂版已經發(fā)布。修訂后的指南 (ICNIRP，2020) 和標準與可測量的組織溫度升高相關的急性熱效應密切相關。關于長期安全暴露于低水平射頻輻射 (與暴露時間短于6-30分鐘相比) 的這些準則和標準仍然存在問題。人們普遍認為，在通過這些暴露準則和標準頒布的基本限制之下，缺乏對長期人類暴露的科學知識的理解。

ICNIRP據(jù)報道與工業(yè)有著密切的聯(lián)系，德國聯(lián)邦輻射防護辦公室 (BfS) 為ICNIRP的年度運營預算做出了80% 貢獻。IEEE-ICES的領導層和委員會會議主要由行業(yè)代表組成。值得注意的是，有媒體報道指出有理由懷疑手機行業(yè)等贊助商有組織的貶低射頻輻射健康和安全研究的科學，一些人推測手機公司經常駁斥任何有關其產品可能對人體健康有害的說法。此外研究結果表明，由行業(yè)專門資助的研究不太可能報告統(tǒng)計上顯著的結果。

十一、評估最近修訂的健康安全保護限制

（1）對射頻加熱的堅定信念

最近發(fā)布的ICNIRP安全指南和ICES標準提出了一些建議，據(jù)稱可以防止暴露于100 kHz至300 GHz頻率范圍內的射頻輻射對人體造成的不良健康影響。事實上，指南和標準是基于短期暴露6或30分鐘下控制全身溫度或局部組織溫度增加從高于1攝氏度到5攝氏度 (IEEE-ICES，2019a，2019b; ICNIRP，2020)。修訂后的安全指南和標準證明該組織堅信射頻輻射只需擔心熱量問題。頒布的安全保護建議在國家毒理學計劃 (NTP) 的大鼠研究實驗中忽略了射頻輻射的獨立暴露劑，該研究是美國國家環(huán)境健康科學研究所 (NIEHS) 的組成部分。他們似乎采取了荒謬的立場，即全身溫度升高1攝氏度會導致癌癥。因此，為公眾暴露設立50的安全因子對于其既定目的是微不足道的，并且從安全保護的角度來看實際上毫無意義。

（2）脈沖調制的限制不足

奇怪的是，ICNIRP選擇從修訂的2020版指南中刪除其脈沖暴露限制。因此對ICNIRP 2020中的任何種類或形式的脈沖調制不再有特定的限制。請注意，在6分鐘內的時間平均暴露限制和基本限制不足以說明脈沖調制的獨特特性或捕獲脈沖調制暴露的影響。眾所周知，實驗研究的結果受射頻參數(shù)和暴露條件差異的影響。

高功率微波脈沖產生的聲波可以起源于大腦，然后在人的頭部內產生共振。然而，由此計算出的溫度升高將約為1攝氏度，這被修訂的保護指南和標準假定為 “安全”。

（3）毫米波的高溫42攝氏度

從表1中可以看出，對于毫米波 (30 GHz-300 GHz)，人類的頭部，四肢和軀干中的局部組織溫度升高5攝氏度。該溫度升高水平將導致組織溫度從37 °C的標稱值上升到溫度42 °C。42攝氏度的組織溫度被認為是細胞毒性的，具有指數(shù)級細胞殺傷能力。它是癌癥熱療中惡性腫瘤臨床治療的基礎。最近的安全保護指南和標準為公眾安全提供了10的 “降低系數(shù)”，或者為射頻工作場所提供了2的 “安全系數(shù)”。在這種情況下，這些指南和標準的效力是最小的，從輻射保護的角度來看，它們是無關緊要的。此外，推薦的長期安全暴露于低水平射頻輻射的限值的適用性問題仍然不明確。修訂后的暴露限值未對長期人體暴露可能產生的影響進行任何調整。人們認為缺乏對低于所頒布的基本限制的射頻暴露的慢性毒理學和致癌性的科學知識的理解。

表1. 對當前指南或標準的摘要，內容為基于 “假定安全” 情況下，人體暴露于射頻輻射的短期熱效應。

十二、IARC將射頻輻射納入可能對人類致癌的分類

國際癌癥研究機構(IARC)將暴露于射頻輻射列為人類可能的致癌因素。IARC的作用是進行和協(xié)調癌癥原因的研究。它評估了可訪問的科學調查，并認為盡管數(shù)據(jù)庫不完善且受實驗室動物實驗結果的限制，但對人類的流行病學調查表明，在手機的重度或長期用戶中，神經膠質瘤和聽神經瘤 (前庭神經鞘瘤) 的風險較高，足以支持此分類。

（1）暴露大鼠中癌癥的明確證據(jù)

美國國家毒理學計劃 (NTP) 報告提供了兩種類型的實驗室大鼠癌癥的動物實驗結果。結果表明，有統(tǒng)計學上顯著且明確的證據(jù)表明，暴露于射頻輻射已導致雄性大鼠心臟惡性神經鞘瘤的發(fā)展，其射頻誘導的體溫升高不超過1 ℃。此外有跡象表明雌性大鼠具有相同的神經鞘瘤風險。NTP研究還指出，與同時進行的對照組相比，暴露于射頻的雄性和雌性大鼠的心臟組織 (心肌病) 均存在異常的損害模式。此外，根據(jù)統(tǒng)計學意義，病理檢查的結果顯示了雄性大鼠 (尤其是神經膠質瘤) 大腦中射頻依賴性致癌活性的跡象。盡管如此，與對照組大鼠相比，雌性的結果被認為所提供了惡性神經膠質瘤的證據(jù)不夠準確。值得注意的是，在其他心臟神經鞘瘤和腦膠質瘤與射頻暴露的效應研究中呈現(xiàn)了相似的結論。因此，使用相同品系的大鼠進行了兩次射頻動物暴露研究，一致證明了致癌性發(fā)現(xiàn)。

但是最近修訂的安全保護指南和標準完全忽略了射頻暴露 (實驗的獨立變量)，或者傾向于通過諸如證據(jù)或發(fā)現(xiàn)不能提供由慢性射頻暴露引起的不利影響的可靠指示的借口來進行逃避。這些團體繼續(xù)使用模棱兩可的短語，如 “實質性限制” 來斷言他們的理由，禁止任何 “關于射頻EMF和致癌作用的結論”以證明他們的射頻安全保護指南和標準是合理的。

（2）人類流行病學的致癌性

最近修訂的安全指南和標準認為，盡管已經進行了許多關于手機射頻輻射和致癌性的流行病學研究，但對腦腫瘤，聽神經瘤，腦膜瘤和腮腺腫瘤的研究結果并未提供足夠的跡象表明癌癥風險增加。其對于積極結果的拒絕和對于消極結果的熱情這一傾向是顯而易見和令人擔憂的。事實上，根據(jù)最近對手機使用的病例對照研究的系統(tǒng)評價，與1000或更多小時的手機使用相關的腦腫瘤風險在統(tǒng)計學上顯著增加。盡管如此，值得注意的是，一份新的報告發(fā)現(xiàn)，英國女性每周使用手機20分鐘 (暴露程度低得多) 在2001年和2011年的10年中，總體腦腫瘤發(fā)病率或腫瘤亞型沒有統(tǒng)計學上的增加。

十三、討論

目前頒布的射頻暴露準則和標準主要適用于限制射頻輻射的短期加熱以防止組織溫度的提高。這些指南存在重大異常。此外，當前有關毫米波長對健康影響的科學數(shù)據(jù)庫不足以做出可信賴的評估。從安全和公共衛(wèi)生保護的角度來看，某些安全指南是無關緊要的，且由于缺乏科學依據(jù)而具備爭議。

（1）IARC分類

IARC根據(jù)當時可獲得的流行病學報告的強度，將來自手機的射頻輻射分類為人類可能的致癌物，但其中部分數(shù)據(jù)來自動物實驗。后來由NTP/NIEHS (2018) 和Ramazzini研究所 提出的數(shù)據(jù)在邏輯上和科學上補充了IARC的早期決定。盡管如此，這些修訂通過宣布這些發(fā)現(xiàn)并不能提供由慢性射頻治療引起的不良反應的可靠證據(jù)來回避它們。而最新的動物數(shù)據(jù)應該有助于將分類升級到可能致癌的類別。

（2）SAR協(xié)調與霸權

在暴露閾值設定的問題上，應該基于科學證據(jù)而不是有缺陷的假設。自20世紀80年代以來，對SAR作為劑量測定量的采用和在每克質量上1.6 W/kg的數(shù)值設定的建立進行了極大的科學研究和審議。事實上，對公眾進行射頻暴露限制的全球協(xié)調將是一個值得的目標。但是，不應使其被其他目的利用。曾存在提議要求將手機射頻限制相比于FCC的限制進行降低以致降低SAR測定精度的10倍，這降低安全保護的行為令人思考其背后是自愿的協(xié)調行為還是代表相關利益者的霸權。

（3）射頻安全和公共衛(wèi)生保護

鑒于技術發(fā)展的快速步伐和進入商業(yè)領域的速度，公共健康風險更難被大眾充分認識，尤其可能引起那些可能從大規(guī)模營銷中獲利的人的強烈反對。公平地說，科學家對利益沖突并不無懈可擊，可能被以自我為中心的動機驅動。偏見會損害理性思維，并導致有缺陷的決策。當決策是通過錯誤的判斷做出的，或者沒有通過謹慎地權衡科學信息來達成的，可能會通過偏見導致糟糕的結論。

十四、結論

最近修訂的射頻暴露安全指南和標準中調整了射頻暴露閾值。這些調整主要是為了限制射頻輻射的短期加熱進而導致組織溫度提高而設計的。但這些限制是基于過時的信息并且規(guī)避了重要的動物數(shù)據(jù)，針對5G移動通信的毫米波輻射的情況下更是如此。在已發(fā)表的文獻中，對健康影響的研究很少，且不適用于低水平的長期暴露。部分研究基于錯誤的假設，這些假設具有過時的暴露指標，無法充分保護兒童，工人和公眾免受射頻輻射。

目前尚不清楚5G毫米波輻射對健康的影響是否類似于前幾代手機和無線通信技術。且目前仍沒有出于健康和安全角度對數(shù)十億手機用戶可承受的射頻輻射水平的準確判斷。值得注意的是，當前手機運行的SAR值僅為ICNIRP和IEEE-ICES提出閾值的一小部分?？梢韵胂笪磥淼陌l(fā)展可以使手機功能 (包括數(shù)據(jù)和視頻操作) 的暴露等級低得多。當面對無線射頻輻射的有分歧的評估時，為了射頻健康和安全，應該遵循ALARA的做法——保障其盡可能低。

審核編輯 ：李倩