電磁波照射の脳微小循環動態に及ぼす 生物学的影響 …...2....
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電磁波照射の脳微小循環動態に及ぼす 生物学的影響評価 研究報告書
平成１５年１２月
目 次
1. 要旨.....................................................................................................................1
2. 脳微小循環動態に及ぼす電磁波の急性影響評価..........................................2 2.1. 目的................................................................................................................2 2.2. 対象と方法.....................................................................................................2 2.2.1. 実験動物................................................................................................2 2.2.2. クラニアルウィンドウ手術...................................................................2 2.2.3. 電磁波ばく露.........................................................................................3 2.2.4. 生体顕微鏡的観察..................................................................................4 2.2.5. 統計解析................................................................................................4 2.3. 結果................................................................................................................4 2.3.1. ＢＢＢ透過性.........................................................................................4 2.3.2. 血行力学的変化.....................................................................................6 2.3.3. 白血球挙動............................................................................................7 2.4. 考察...............................................................................................................7
3. 脳微小循環動態に及ぼす電磁波の慢性影響評価..........................................9 3.1. 目的................................................................................................................9 3.2. 対象と方法.....................................................................................................9 3.2.1. 実験動物................................................................................................9 3.2.2. クラニアルウィンドウ手術...................................................................9 3.2.3. 電磁波ばく露.........................................................................................9 3.2.4. 頭部表面温度.......................................................................................10 3.2.5. 生体顕微鏡的観察................................................................................10 3.2.6. 統計解析..............................................................................................12 3.3. 結果..............................................................................................................12 3.3.1. 頭部表面温度.......................................................................................12 3.3.2. 体重変化..............................................................................................12 3.3.3. クラニアルウィンドウ内所見..............................................................13 3.3.4. 血漿速度..............................................................................................13 3.3.5. ＢＢＢ透過性.......................................................................................14 3.3.6. 白血球挙動..........................................................................................17 3.4. 考察.............................................................................................................17
i
4. 組織学的検査による電磁波ばく露の影響評価............................................20 4.1. 目的..............................................................................................................20 4.2. 対象と方法...................................................................................................20 4.2.1. 実験動物..............................................................................................20 4.2.2. 陽性対照..............................................................................................20 4.2.3. 電磁波ばく露.......................................................................................20 4.2.4. 体温変化..............................................................................................21 4.2.5. 色素投与および組織固定.....................................................................21 4.2.6. 組織学的検査.......................................................................................21 4.3. 結果..............................................................................................................22 4.3.1. 体温変化..............................................................................................22 4.3.2. 組織学的検査.......................................................................................22 4.4. 考察..............................................................................................................26 5. 局所ばく露用アンテナに関する研究...................................................27 5.1. 目的..............................................................................................................27 5.2. 局所ばく露システムの必要条件..................................................................28 5.3. ループアンテナを用いた局所ばく露システム.............................................28 5.4. アンテナの入力インピーダンス..................................................................28 5.5. アンテナによる電磁界分布の測定...............................................................29 5.6. ばく露評価の方法........................................................................................30 5.6.1. 数値評価の方法...................................................................................30 5.6.2. 実験的なばく露評価............................................................................31 5.7. ばく露評価の結果........................................................................................33 5.7.1. 均一モデルによるばく露評価..............................................................33 5.7.2. 不均一モデルによる検討.....................................................................35 5.7.3. クラニアルウィンドウの影響..............................................................36 5.8. まとめ..........................................................................................................37
6. 結論...................................................................................................................38
7. 文献...................................................................................................................39
ii
1. 要旨
携帯電話で用いられている電磁波（1,439MHz, PDC方式）が脳微小循環動態に及ぼす急性影響および慢性影響を評価するため，新たに開発したアンテナを用いてラ
ットを対象に脳微小循環動態の変化を検討した． 電磁波ばく露に伴う全身への熱的影響を回避するために，頭部へより局所的に電
磁波ばく露可能なループアンテナを新たに開発した．このアンテナにより，全身平
均 SARは従来のアンテナに比べて２分の１未満となり，脳平均 SARで６W/kgまでの電磁波ばく露が，熱的影響が生じるとされる全身平均 SARの閾値 1～4W/kg以下で行えるようになった． ラットの頭部に特殊な透明窓（クラニアルウィンドウ：CW）を外科的に埋め込む
ことで，脳微小循環動態を直視的に長期間観察出来るようにし，脳微小循環動態の
指標である血液－脳関門(BBB)機能および白血の球挙動，血管径，血漿速度の変化について，電磁波ばく露による急性影響および慢性影響を評価した． 急性影響は，脳平均 SARを 0.18 W /kg，1.80W/kg，6.84W/kgとする電磁波を麻酔下のラット頭部に10分間ばく露した後に脳微小循環動態を観察することで評価した．その結果，BBB機能および白血球挙動，血管径，血漿速度に電磁波ばく露による変化は認められなかった． 慢性影響は，脳平均 SAR を 1.80W/kg とする電磁波を無麻酔下のラット頭部に，
1日 1時間，週 5日間，4週間ばく露し，ばく露前，ばく露 2，4週後に脳微小循環動態を観察することで評価した．その結果，BBB機能は，ばく露開始後 4週間にわたり保持されていた．血漿速度は，電磁波ばく露の２週後に一過性に増加した．ま
た，白血球の粘着性は，電磁波ばく露 2 週から 4 週にかけて減弱した．しかしながら，血漿速度および白血球挙動において見られた変化分は生理的変動の範囲内であ
り，且つ脳微小循環動態の病態生理的変化と反対方向にあると考えられた． 一方，クラニアルウィンドウ法とは別に，これまで多くの研究グループが BBB機能変化の検討に用いてきた組織学的検査法でも，電磁波の BBB機能に及ぼす影響を検討した．この実験では，脳平均 SAR を 35W/kg とする電磁波を無麻酔下ラット頭部に 2時間ばく露し，分子量の異なる Evans blue，FITC-BSA，内因性 Immunoglobulinの脳血管外漏出を観察した．その結果，電磁波ばく露直後，0，2，24時間後のいずれの時点においても BBB機能破綻は認められなかった． 以上の結果より，携帯電話の電磁波をラットの脳に局所的にばく露しても，微小循環
動態に急性の影響，慢性の影響ともに認められないことを確認した．
1
2. 脳微小循環動態に及ぼす電磁波の急性影響評価
2.1. 目的 我々は，平成 11年度に行った研究で，アンテナ出力を脳平均 SARが最大で 8W/kgに設定し，血液―脳関門(BBB)に影響があるとする Fritze らの用いた脳平均SAR7.5W/kgよりも大きい出力においても，BBBのみならず微小循環動態諸指標にも変化は認められないことを示した．使用した周波数およびばく露時間等多少の実
験条件は異なるものの実験結果に違いが生じたのは，Tsurita1)等をはじめ他の研究
者が指摘しているように Fritze2)等の結果は電磁波ばく露に伴う全身への熱的影響
に起因している可能性が高い． 実際，我々のばく露装置では Fritze等の装置ほど全身平均 SAR は高くない．しかし，我々が用いたばく露条件においても脳平均 SARが最大となる 8W/kg時の全身平均 SARは２W/kgであり，齧歯類において加温による生体影響が生じるとされる全身平均 SAR の閾値 1～4W/kg の範囲内であるため，厳密に脳のみへの影響を検討したとは言い難い．したがって，この問題をより明ら
かにするためにも，全身平均 SARを可能な限り小さく押さえ，より局所的に電磁波を照射出来るばく露装置を用いて生体影響を検討する必要がある． そこで本実験では，新たに我々が開発した局所ばく露に適したループアンテナを
用いて，これまでと同様に長期埋込型 CW を装着したラットの脳軟膜微小循環動態に及ぼす電磁波ばく露の急性影響を検討した． 2.2. 対象と方法 2.2.1. 実験動物
10週齢の雄性 Sprague-Dawley（SＤ）ラットに長期埋込型 CW装着手術を施し，1週間経過した動物（体重 410±12g, n=32）を実験に用いた．ラットは，室温 23±1℃，湿度 50±5%，明暗が 12 時間ごとに調節された室内にて飼育された．ラットは，ウィンドウ装着手術時，電磁波ばく露および生体顕微鏡的観察時には
ketamine-xylazine cocktail (10:1, 100mg/kg)の筋注および pentobarbiturate (25mg/kg)の腹腔内投与にて麻酔を施した． 2.2.2. クラニアルウィンドウ(CW)手術 ラット頭頂部頭蓋骨および硬膜を円形に取り除き，ウィンドウアダプターを取り
付けた後，カバーガラス窓を持つ凸型ウィンドウを接着剤にて固定した．術後１週
目に Fig. 2-1 に示すようにウィンドウ内に脳軟膜の血管床が観察可能なことを確認した．
2
Arteriole
VenuleCapillary
300300µµmmArteriole
VenuleCapillary
300300µµmm Fig. 2-1 CW内顕微鏡観察像
2.2.3. 電磁波ばく露 電磁波ばく露は，我々の開発した小型電波無響室(Fig. 2-2, b)内において，ループ
アンテナ(Fig. 2-2, a)より周波数 1.439GHz（PDC方式）の電磁波をラット頭部へ照射した．電磁波強度は以下の 3条件とした．なお，「5. 局所ばく露用アンテナに関する研究」で詳述するが，全身平均 SARは，各々の脳平均 SARの約６分の 1未満となっている．
アンテナ入力 0.015 0.15 0.57 (W)
脳平均 SAR 0.18 1.80 6.84 (W/kg)
電磁波ばく露時間は 10分間とし，ばく露スケジュールは実験内容に合わせて次の２種類設けた． (i) BBB機能観察：電磁波ばく露を 10分間，観察を 20分間とし，ばく露強度が弱い順からこの組み合わせを 3 回繰り返す．以上の条件で電磁波をばく露したラットをばく露群（RF）群，同一の操作は行うが電磁波ばく露しないラットを偽ばく露群（Sham）群とした． (ii) それ以外の動態の観察：1個体につき，ひとつの SAR値の電磁波を 10分間だけばく露し，動態の観察はその前後に行う．動物は，Sham 群および３つの電磁波
ばく露群 0.18W/kg群，1.80W/kg群，6.84W/kg群をもうけた． (a) (b)
Fig. 2-2 電磁波ばく露装置： (a)ループアンテナ，(b)小型電波無響室
3
2.2.4. 生体顕微鏡的観察 ラットを脳定位固定装置に固定し，蛍光顕微鏡または共焦点レーザー顕微鏡下で
CW 内の脳軟膜微小循環を観察した．血管径の測定には sodium-fluorescein（MW: 376, 2.0%），血漿速度の計測には蛍光粒子（2.0% Solids-Latex, 1.0µ YG, 1.0µm），BBB 機能の検討には 2.0% sodium-fluorescein または FITC-Dx（分子量: 250000, 25mg/kg），白血球挙動計測には rhodamine 6G（100µg/kg）の 3種類の蛍光色素を用い，それぞれラット尾静脈より投与した．ただし，FITC-Dxのみばく露前の計測時に一回だけ投与し，その他についてはばく露終了毎に投与した． 投与後，rhodamine 6Gには波長 514nmを，それ以外は波長 490nmの励起光を
ラット脳表面に照射し，ウィンドウ内蛍光像を蛍光顕微鏡および共焦点レーザー顕
微鏡下で観察した．また，同時に顕微鏡像は，image intensifierを有する CCDカメラを介してビデオに記録し画像解析に用いた． 白血球挙動の指標には粘着現象または回転現象を呈する白血球の数を用いた．細
静脈において血管長軸上 100µmの部分を 30sec間観測し，その間一度も血管内腔面より移動しなかったものを粘着白血球，血管内腔を回転しながら移動したものを回
転白血球と定義した． 血漿速度は，蛍光粒子を静脈内投与したのち，蛍光顕微鏡像を 30フレーム/secの
動画としてビデオに記録し，粒子の軌跡をフレーム（1/30sec）ごとに計測することで粒子の速度をもとめた． 2.2.5. 統計解析 全ての計測値はmean±s.e.で表した．有意差検定は t検定または ANOVAを用い，有意水準 5%未満を有意差ありとした． 2.3. 結果 2.3.1. BBB透過性 (i) 電磁波ばく露直後における BBB透過性 ばく露直後に脳軟膜細静脈における sodium-fluorescein の血管外漏出を共焦点レーザー顕微鏡にて観察した．Fig. 2-3 (b)は CWより観察される脳表面約 1/4の像である．いずれの部分においても蛍光色素の漏出は認められなかった．更に倍率を上
げ共焦点効果により，脳表の集合細静脈 Fig. 2-3 (a)，脳表より数十µm深部の毛細血管および後毛細血管細静脈 Fig. 2-3 (c)についても観察したが，いずれの血管においても色素の漏出は認められなかった．
Sodium-fluorescein 投与時の脳軟膜細静脈顕微鏡像を撮影し，白線で記す部分の
4
蛍光強度変化を調べた(Fig. 2-4)．その結果，各 SARのばく露後に取得したいずれの画像についても血管外における蛍光強度上昇は，ばく露前と同様に認められなかっ
た．同様の観察を RF 群，Sham 群それぞれについて 4 例ずつ行ったが，すべての個体で sodium-fluoresceinの血管外漏出は認められなかった（Table 2-1）
Table 2-1 ばく露直後の sodium-fluoresceinの血管外漏出 脳平均 SAR Pre 0.18W/kg 1.80W/kg 6.84W/kg
Sham群 －－－－ －－－－ －－－－ －－－－
EMF群 －－－－ －－－－ －－－－ －－－－
（＋）：漏出有り, （－）：漏出無し （n = 4）
(a)
(b)
(c)
Fig. 2-3 Sodium-fluorescein静脈内投与後の脳軟膜共焦点レーザー顕微鏡像
100µm
100µm
250µm
(a) Pre (b) 脳平均SAR: 0.18W/kg
(c) 脳平均SAR: 1.80W/kg (d) 脳平均SAR: 6.84W/kg
Fig. 2-4 ばく露直後のsodium-fluorescein血管外漏出
Inte
nsity
0
1
Inte
nsity
0
1
Inte
nsity
0
1
Inte
nsity
0
1
30µm
Lumina
(ii) 電磁波ばく露中およびばく露直後における BBB透過性
Sodium-fluorescein よりも高分子のため体内代謝に時間を要する FITC-Dx を電磁波ばく露前に静脈内投与することにより，ばく露中およびばく露後の循環血漿中
FITC-Dx の血管外への漏出を計測した．なお，FITC-Dx は脳平均 SAR 6.84W/kg
5
となる電磁波強度にて 60分間ばく露をしてもその蛍光強度は変化しない． FITC-Dx投与 5分後の Pre値を 100%としてそれぞれのばく露後に得られた像の
平均輝度を求めた(Fig. 2-5)．その結果，輝度変化において両群間で有意な差は認められなかった．
0
70
80
90
100
110
120
Pre 0.18W/kg 1.80W/kg 6.84W/kg
NS NSNS
脳平均SAR
平均輝度
( %)
Fig. 2-5 ばく露後の脳表面顕微鏡像平均輝度変化
□： Sham (n=4)■： RF (n=4)
2.3.2. 血行力学的変化 電磁波ばく露前後の血行力学的変化を検討するため，脳軟膜細静脈の血管径とそ
の血管内を流れる蛍光粒子速度を計測した． Sham 群および RF 群の全ての SAR について，脳軟膜細静脈の血管径(Fig. 2-6)
および脳軟膜細静脈中を流れる蛍光粒子速度(Fig. 2-7)に，ばく露の前後で有意な変化は認められなかった．
0
5
10
15
20
25
Sham 0.18W/kg 1.80W/kg 6.84W/kg
脳平均SAR
血管径
ばく露前
ばく露後
Fig. 2-6 ばく 露前後の脳軟膜細静脈血管径(µm)：Sham(n=11), 0.18W/kg(n=13), 1.80W/kg(n=12),6.84W/kg(n=14)
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
Sham 0.18W/kg 1.80W/kg 6.84W/kg
脳平均SAR
速度 (mm/s)
ばく露前
ばく露後
Fig. 2-7 ばく 露前後の脳軟膜細静脈内を流れる蛍光粒子速度： 全ての群においてばく 露の前後での有意差は認められない。Sham(n=11), 0.18W/kg(n=13),1.80W/kg(n=12), 6.84W/kg(n=14)
6
2.3.3. 白血球挙動 Rhodamine 6Gにより染色された白血球の挙動につて，粘着白血球および回転白血球の数を指標に電磁波ばく露前後の変化を検討した．なお，細静脈は，ばく露前
の血管径から後毛細血管細静脈(8～30µm)，集合細静脈(31～50 µm)の 2種類に分類して検討した． 粘着白血球について，Sham 群および RF 群の全ての SAR の電磁波ばく露に対し，ばく露の前後でその数に有意な変化は認められなかった(Fig. 2-8)．また，回転白血球についても粘着白血球と同様，いずれの条件においてもばく露前後での白血球数
の有意な差は認められなかった(Fig. 2-9)．
0
1
2
3
4
5
6
7
Sham 0.18 1.80 6.84脳平均SAR(W/kg)
Leukocyte count ばく露前
ばく露後
0
1
2
3
4
5
6
7
Sham 0.18 1.80 6.84脳平均SAR(W/kg)
Leukocyte count ばく露前
ばく露後
0
1
2
3
4
5
6
7
Sham 0.18 1.80 6.84脳平均SAR(W/kg)
Leukocyte count ばく露前
ばく露後
Fig. 2-8 ばく露前後の脳軟膜細静脈内の粘着白血球数(count/100µm)： (a):血管径8～30µm, 1.80W/kg(n=7), 他(n=8), (b):血管径31～50µm, 0.18W/kg(n=8), 他(n=7),(c):(a)+(b) 全ての群においてばく露の前後での有意差は認められない。
(a)
(b)
(c)
0
2
4
6
8
10
12
14
Sham 0.18 1.80 6.84脳平均SAR
Leukocyte count
ばく露前
ばく露後
0
2
4
6
8
10
12
14
Sham 0.18 1.80 6.84脳平均SAR
Leukocyte count ばく露前
ばく露後
0
2
4
6
8
10
12
14
Sham 0.18 1.80 6.84
脳平均SAR
Leukocyte count ばく露前
ばく露後
Fig. 2-9 ばく 露前後の脳軟膜細静脈内の回転白血球数(count/100µm)： (a):血管径8～30µm, 1.80W/kg(n=7), 他(n=8), (b):血管径31～50µm, 0.18W/kg(n=8), 他(n=7),(c):(a)+(b) 全ての群においてばく露の前後での有意差は認められない。
(a)
(b)
(c)
2.4. 考察 これまで用いてきたモノポールアンテナよりも全身加温の影響が少なく，且つ脳
に対してより局所的に電磁波照射の出来るループアンテナを用いて，電磁波の脳軟
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膜微小循環動態に及ぼす影響を検討した．全身平均 SAR に対する脳平均 SAR の比が，モノポールアンテナ使用時には 2～4倍であったのに対し，今回用いたループアンテナでは約６倍以上と改良された．すなわち，本実験で使用した最大の脳平均
SAR6.84W/kg時においてもラットの全身平均 SARは 1W/kg未満となり，熱的影響が生じると言われている全身平均 SAR1～4W/kg を下回っている．したがって，本実験の結果は，脳への局所ばく露による影響に限定されたものと考えられる．
BBBの透過性について２種類の蛍光色素を用いて生体顕微鏡的に検討を行ったが，蛍光色素の漏出による血管外での蛍光強度の上昇は電磁波ばく露後にも認められな
かった．すなわち BBBの透過性亢進は生じなかったと考えられる．これは，白血球挙動を観察した結果からも支持される．BBB透過性が亢進する際，多数の白血球が血管壁に対し粘着性を示す現象が報告されている 3)．しかし本実験では，電磁波ばく
露後においてもばく露前の白血球挙動は維持されており，このような粘着性の亢進
は認められなかった．本実験では，特に脳軟膜の細静脈における BBB透過性に着目した．細動脈や毛細血管など脳内に何種類か存在する血管の中で，BBBの機能破綻を最も生じやすい血管と報告されているからである 4)．したがって，細静脈だけでな
く他の種類の血管についても電磁波ばく露後に BBB 透過性が亢進していないことが示唆される． 微小循環動態における重要なパラメータの一つである血行力学的変化についても
観察し，電磁波ばく露による影響が認められないことを確認した．脳血流量を反映
する血管径および血漿速度は，共に電磁波ばく露の影響を受けなかった．脳血流は，
脳内の神経活動部位に依存して局所的に変化することが知られている．したがって，
本実験のように脳のごく表面に近い部位だけの観察で，脳深部の血流変化までも反
映しているとは言い難い．しかしながら，ループアンテナによる電磁波局所ばく露
では脳表に近いほど電磁波強度が高いことを考慮すると，本実験条件下の電磁波ば
く露による脳血流への影響はないものと考えられる． 既に我々は，モノポールアンテナを用いたばく露実験において 10分間の電磁波ば
く露が BBB透過性・白血球挙動・血行力学的変化に対して影響を及ぼさないことを報告している．ループアンテナによって全身平均 SARをモノポール使用時の約２倍以上減衰させた条件下においても同様の結果が得られたことで，本実験条件下の電
磁波ばく露による脳微小循環動態への急性影響はないことがより明らかになった．
今回用いた最大の脳平均 SARは 6.84W/kgであった．一般環境下における電磁波の局所 SAR 防護指針値 2W/kgの約 3 倍のばく露強度である．したがって，電波防護指針値以下の電磁波が脳微小循環動態に影響を及ぼす可能性は極めて低いと言える．
しかしながら，ばく露時間など，ばく露強度以外の条件については今後も検討する
必要がある．
8
3. 脳微小循環動態に及ぼす電磁波の慢性影響評価
3.1. 目的 我々は，平成 11年度に行った研究で，モノポールアンテナを用いたばく電磁波露装置により，ラット脳軟膜微小循環に及ぼす電磁波ばく露の慢性影響につて検討し，
BBB透過性を含めた微小循環動態諸指標に影響がないことを報告した．しかし，前述したように，このアンテナの持つ電磁波照射の局所性の低さから，必ずしも脳だ
けに照射したことによる影響評価とは言えなかった．そこで，急性影響評価実験と
同様に，新たに我々が開発した局所ばく露に適したループアンテナを用いて，これ
までと同様の電磁波ばく露スケジュールで長期埋込型 CW を装着したラットの脳軟膜微小循環動態に及ぼす電磁波ばく露の慢性影響を検討した． 3.2. 対象と方法 3.2.1. 実験動物 雄性 SDラット（体重 454±13g n=14）に長期埋込型 CW手術を施し 1週間以上経過したウィンドウ内の顕微鏡観察が可能な動物を実験に用いた．ラットは予め電
磁波ばく露群（RF群），偽ばく露群（Sham群），対照群（Control群）の 3群に分けた．ここで，Control群とは，CW手術は施すが，その後電磁波ばく露装置には入れられることなく飼育される動物のことである．
3.2.2. クラニアルウィンドウ手術 急性影響評価実験(2.2.2.)と同様の方法にて CW装着手術を行った．
3.2.3. 電磁波ばく露 電磁波特性およびばく露装置の基本構成は急性影響評価実験(2.2.3.)と同じである．ただし，本実験では，同時に 4 匹のラットをばく露するために，ラット固定器とループアンテナを 4 組用意した．また，室内の温度上昇を避けるためファンによる強制換気を行った(Fig. 3-1)．
9
Fig. 3-1 電磁波ばく露装置
電磁波照射は，無麻酔下のラットに対し１日 1時間，週 5日間とし，これを 4週間繰り返した(Fig. 3-2)．また，電磁波強度は各ラットに対し以下の条件となるよう調整した．
アンテナ入力 脳平均 SAR 0.15 1.80 (W) (W/kg)
3.2.4. 頭部表面温度 本実験条件下で電磁波を 1 時間照射したときのラット頭部表面温度変化をサーモグラフィーにより計測した．ラットは電磁波照射およびサーモグラフィー計測共に
無麻酔下で行った． 3.2.5. 生体顕微鏡的観察 電磁波ばく露による急性影響の可能性を回避するため，観察は，週 5 日目のばく露を終了してから少なくとも 24 時間以上経過してから行った．ラットはketamine-xylazine cocktail (10:1, 100mg/kg)および pentobarbiturate (25mg/kg)にて麻酔後，脳定位固定装置に固定し，蛍光顕微鏡または共焦点レーザー顕微鏡下で
CW内の脳軟膜微小循環を観察した． 蛍光顕微鏡下で微小循環動態を観察するために次の蛍光色素ならびに蛍光粒子を
使用した．血漿速度変化の評価には蛍光粒子（2.0% Solids-Latex, 1.0µ YG, 1.0µm），BBB機能の検討には 2% sodium-fluorescein（MW: 376, 2.0%）または FITC-Dx（分
10
子量: 250000, 25mg/kg)，白血球挙動計測には rhodamine 6G（100µg/kg）をそれぞれラット尾静脈より投与した．投与後，rhodamine 6Gには波長 514nmを，それ以外は波長 490nmの励起光をラット脳表面に照射し，ウィンドウ内蛍光像を蛍光顕微鏡および共焦点レーザー顕微鏡下で観察した．また，同時に顕微鏡像は，image intensifierを有する CCDカメラを介してビデオに記録し画像解析に用いた． 白血球挙動の指標には粘着現象または回転現象を呈する白血球の数を用いた．細
静脈において血管長軸上 100µmの部分を 30sec間観測し，その間一度も血管内腔面より移動しなかったものを粘着白血球，血管内腔を回転しながら移動したものを回
転白血球と定義した． 血漿速度は，蛍光粒子を静脈内投与したのち，蛍光顕微鏡像を 30フレーム/secの
動画としてビデオに記録し，粒子の軌跡をフレーム（1/30sec）ごとに計測することで粒子の速度をもとめた． ４週間のばく露期間を終えた動物による 3 群間比較だけでなく，各々の群内での経日的変化も検討するため，微小循環動態の観察および計測は，各群ともばく露開
始前(0week)，ばく露後 2 週(2weeks)および 4 週(4weeks)の 3 つの時点で行った．ただしFITC-Dxを用いたBBB機能評価実験はその性質上 0および 4週のみとした． 長期埋込型 CW は同一の血管床および微小血管を長期間にわたって観察できる．
本実験ではこの利点を生かし，血漿速度変化，白血球挙動および sodium-fluoresceinを用いた BBB機能評価実験については，同一の細静脈の同一部位を４週にわたって観察し，0週時の値からの変化分を検討した．
Fig. 3-2 電磁波ばく露および計測プロトコル
0 1 2 3 4 week
ばく露
体重
粒子速度
白血球挙動
BBB機能
5days 5days 5days 5days operation
：計測
>1
Na+-fluorescein
FITC-Dx
11
3.2.6. 統計解析 全ての計測値はmean±s.e.で表した．有意差検定は t検定またはANOVAを用い，有意水準 5%未満を有意差有りとした． 3.3. 結果 3.3.1. 頭部表面温度 サーモグラフィー画像より，ラット頭部に装着してある CW 表面の温度の最大値
を測定した．Table 3-1に示すようにばく露後の表面温度は Sham群および RF群とも有意に上昇した．しかしながら，ばく露前後の温度上昇は両群とも約１℃であり
両群間には有意な差は認められなかった． Table 3-1 頭部表面温度変化
ばく露前 ばく露後 Δ℃
Sham 35.7±0.2 36.7±0.1* 1.0±0.2
RF 35.9±0.2 36.8±0.1* 1.0±0.1
*:p<0.005 vs.ばく露前 単位：℃（n = 4） 3.3.2. 体重変化
Control群においては経日的な体重増加が見られた後，3週でプラトーとなり 4週で 22±12g の体重増加をみた．これに対し，Sham および RF 群では，ばく露開始後より約-50～-20gの間で体重減少が見られ，2週以降 Control群との間にそれぞれ有意差が認められた．しかしながら，Sham群および RF群については共に同様の変動パターンを示し両群間の有意性は認められなかった（Fig. 3-3）．
-80
-60
-40
-20
0
20
40
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
Week
Body weight (g)
Control
Sham
RF
Fig. 3-3 ラット体重変化： 体重は実験開始時からの変化量で示した。Control(n=4), Sham(n=5), RF(n=5).
12
3.3.3. クラニアルウィンドウ内所見 ばく露 4週後の RF群の CW内に炎症，硬膜の再生，血管の蛇行は認められず，ばく露前と同様の光顕像を得ることが出来た．また，Control 群および Sham 群においても RF群と同様に実験期間内での変化は認められなかった． 3.3.4. 血漿速度 電磁波ばく露による血行力学的変化を検討するため，脳軟膜細静脈内を流れる蛍
光粒子速度を血漿速度変化の指標として計測した．0週の値を 100%とし，同一細静脈の同一部位における 2および 4週後の値を比較した(Fig. 3-4)．
RF群では最大で 110.3±8.9%の速度上昇傾向を，反対に Sham群では最小で 77.1±8.8%までの速度減少傾向が認められたが，両群とも群内における変動に有意性は認められなかった．一方，Control群を含めた全ての群間比較においては，２週目のSham群と RF群との間で有意差が認められた．
0
20
40
60
80
100
120
140
0 1 2 3 4 5
Week
% velocity
Control
Sham
RF
Fig. 3-4 脳軟膜細静脈を流れる蛍光粒子速度変化： 0週の速度を 100として同一細静脈内の 2および 4週の速度を%で変化を示した。全群とも n=13 ＊:p<0.05 vs. Sham
＊
13
3.3.5. BBB透過性 (i) Sodium-fluoresceinの BBB透過性 ラット尾静脈より sodium-fluorescein を静脈内投与し，直ちに共焦点レーザー顕
微鏡にてこの蛍光色素の血管外漏出の有無を観察した． Fig. 3-5にばく露 4週後の RF群のラット脳軟膜 sodium-fluorescein蛍光像を示
す．細動脈，毛細血管および細静脈，いずれの血管からも sodium-fluorescein の漏出は認められない．また，Control 群および Sham 群においても漏出は認められなかった．
Fig. 3-5 脳軟膜血管床の共焦点レーザー顕微鏡像： Sodium-fluoresceine をラット尾静脈より投与し直ちに撮影した。細動脈(A)、細静脈(V)、毛細血管(C)からの蛍光色素の漏出は認められない。
A
V C
BBB透過性亢進は細静脈で起こりやすいという知見にもとづき，複数の細静脈に着目し，その血管からの sodium-fluorescein血管外漏出の有無を，0，2および 4週の時点で観察した．また，評価方法として Fig. 3-6 に示すように共焦点像に示した白線に沿った部分の蛍光強度をプロットし，血管外蛍光強度上昇の有無を指標とし
た． 全ての群において，0，2および 4週のいずれの時点においても血管外の蛍光強度
上昇は観察されなかった．すなわち sodium-fluorescein の血管外漏出は認められなかった(Table 3-2)．
Table 3-2 細静脈からの sodium-fluoresceinの漏出 0week 2weeks 4weeks
Control －－－－ －－－－ －－－－
Sham －－－－ －－－－ －－－－
RF －－－－ －－－－ －－－－
（＋）：漏出有り, （－）：漏出無し （各 n = 4）
14
0
0.5
1
(a) Sham-0week
0
0.5
1
(b) Sham-4weeks
0
0.5
1
(c) RF-0week
0
0.5
1
(d) RF-4weeks
Fig. 3-6 脳軟膜細静脈周囲の蛍光輝度変化： 各図の上段写真は脳軟膜細静脈の共焦点レーザー顕微鏡像で、(a)と(b)、(c)と(d)はそれぞれ同一の細静脈である。各図下段のプロットは対応する顕微鏡像の白線に沿った部分の蛍光強度を最大値で規格
化して示した。また、プロット中の 2本の赤線で挟まれた部分が血管の内腔にあたる。これより外側の輝度が上昇したとき BBBが破綻したものと見なす。
(ii) FITC-Dxの BBB透過性 脳軟膜内血管の透過性変化を検討するため，sodium-fluorescein よりも高分子のため体内代謝に時間を要する FITC-Dxを静脈内投与し，血管外に漏出し蓄積されるFITC-Dxを脳表面蛍光顕微鏡像の平均輝度を 30分間計測した．
FITC-Dx により得られる蛍光像の平均輝度は，我々のこれまでの研究から Fig. 3-7-a の 0week が示すものと同様の経時的変化をする事が分かっている．Control群において，実験開始 4 週後の平均輝度も同じ時間変化を示し両者に有意差は認められなかった．同様の結果は Sham および RF の両群においても認められ，それぞれ，ばく露前後での輝度変化に違いは無かった(Fig. 3-7-b,c)．また，ばく露 4週後の平均輝度変化を群間で比較したが３群ともほぼ同様の変化を示し，各々の群間にも
有意差は認められなかった(Fig. 3-8)．
15
(a) Control
80
85
90
95
100
105
110
0 5 10 15 20 25 30 35
Time (min)
% intensity
Pre
4wks
(b) Sham
80
85
90
95
100
105
110
0 5 10 15 20 25 30 35
Time (min)
% intensity
Pre
4wks
(c) RF
80
85
90
95
100
105
110
0 5 10 15 20 25 30 35
Time (min)
% intensity
Pre
4wks
Fig. 3-7 脳軟膜表面蛍光顕微鏡像の平均輝度変化： FITC-Dxをラット尾静脈より投与し、５分経過してからの脳軟膜表面の平均輝度変化を
示す。プロットは投与後 5 分後の値を 100 として%で示した。Control(n=4), Sham(n=5), RF(n=5). Pre:0week, 4wks:4weeks.
80
85
90
95
100
105
110
0 5 10 15 20 25 30 35
Time (min)
% intensity
Control
Sham
RF
Fig. 3-8 ４週における脳軟膜蛍光像の平均輝度変化：Fig. 3-7 の 4 週のデータのみを重ねてプロットした。Control(n=4), Sham(n=5), RF(n=5).
16
3.3.6. 白血球挙動 Rhodamine 6Gにより染色された白血球の挙動につて，粘着白血球および回転白血球の数を指標に電磁波ばく露の及ぼす影響を検討した．白血球挙動を観察する血
管は脳軟膜細静脈とし，0，2および 4週とも同一細静脈の同一部位について観察をおこなった．したがって，白血球数の変化は 0 週の数を基準にして，同一血管における数の増減で示した(Fig. 3-9)． 回転白血球数において，RF群のみばく露期間にしたがってその数が減少し，4週
では-3.1±0.8個であった．しかしながら，2および 4週それぞれにおいては他の群との間に有意差は認められなかった．一方，粘着白血球数においても RF 群のみ有意な白血球数減少が認められ，4 週においては Sham 群との間に有意差が認められた．
(a)粘着白血球数
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
0 2 4
Week
白血球数変化
Control
Sham
RF
(b)回転白血球数
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
0 2 4
Week
白血球数変化
Control
Sham
RF
Fig. 3-9 白血球数変化：0週時の白血球数(/100µm)を基準として同一の細静脈内の2および4週の白血球数との差分をプロット した。Control(n=12),Sham(n=12), RF(n=15). ＊ : p <0.05 vs. Shamの4週値.
*
3.4. 考察 これまで，我々は，モノポールアンテナを用いて脳平均 SAR が 4W/kg となるように 1.439GHz の電磁波をラット頭部に 4 週間照射し，脳微小循環動態への慢性影響について評価を行った．その結果，BBB透過性をはじめとして，微小血管の構築，血漿速度および白血球挙動の変化を指標とした脳軟膜微小循環に及ぼす電磁波の有
意な影響は認められなかった． 本実験では，モノポールアンテナのかわりに急性影響評価実験にも採用したルー
プアンテナをばく露装置に取り入れ，前述の慢性影響評価実験と同期間のばく露を
17
行い脳軟膜微小循環への影響評価を試みた．詳細は「5. 局所ばく露用アンテナの開発」で述べるが，モノポールアンテナ使用時における脳平均 SARに対する全身平均SARが 2～4分の 1であるのに対し，ループアンテナ使用時では約６分の 1未満となる．したがって，ループアンテナはモノポールアンテナに比べ，脳に対してより
局所的に電磁波を照射できると共に，全身に対する電磁波の影響，とりわけ全身へ
の熱的影響の問題をほぼ回避できる．これにより，本実験のように 1 日 1 時間という長時間のばく露を長期間にわたって継続する場合でも，電磁波の影響はほぼ脳に
限局されたものとして解釈出来る． 今回実験に用いた脳平均 SARは 1.80W/kgとした．これは我が国の一般環境下に
おける局所 SAR 防護指針値 2W/kg にほぼ等しい．ループアンテナを用いたことによりこのときの全身平均 SARは約 0.3W/kg未満となり，熱的作用を及ぼす閾値とされている全身平均 SAR1～4W/kg を十分に下回っている．また，実際にサーモグラフィーを用いてラット頭頂部の温度を実測したところ，Sham群および RF群間で有意差は無かった．したがって，本実験条件においては電磁波ばく露によるラット頭
部および全身への熱的影響はなかったと言える． ばく露開始後も体重増加が見られた Control群に対し，Sham群および RF群では
体重が減少した．しかし，減少の推移が両群ともほぼ同じであることから電磁波ば
く露による影響ではないと言える．おそらく，ホルダーおよびばく露装置内に固定
することによるストレスに起因すると思われる． 同一の脳軟膜細静脈内を流れる蛍光粒子速度は，2 週において RF 群が Sham 群
に比べ有意に上昇した．しかしながら，Control群の 2および 4週と比較すると RF群，Sham 群それぞれについて有意な差は認められない．さらに，全ての群におい
て群内での変動に有意差は認められなかった．Fig. 3-4 に明らかなように Sham 群の２週以降の速度は僅かではあるが減少傾向を示している．このため２週において
反対に僅かに速度の上昇傾向を示した RF 群との間に有意差が出たものと考えられる．したがって，電磁波ばく露が血漿速度に変化をもたらしたとは言い難い．
BBB透過性の変化の検討では，モノポールアンテナを用いた慢性影響評価実験の時と同様の結果を得た．FITC-Dx および sodium-fluoresceine の脳軟膜血管外への漏出は，全ての群において実験終了まで認められなかった．先の報告と合わせると，
BBB透過性に及ぼす電磁波ばく露の影響は，防護指針値とほぼ同じレベルの脳平均SAR1.80W/kgの条件下で急性および慢性とも認められなかったことになる．ところが最近になって，フランスの Töreらのグループが，独自に開発したループアンテナを用いた実験において，2W/kg以下の脳平均 SAR条件下で電磁波ばく露を連続２時間行うと，ラット脳血管で BBB透過性の亢進が認めらたことを報告した 5)．このと
き使用された電磁波の周波数および形式，さらにはばく露時間も我々の条件とは異
なっているので，追試を含めてその妥当性や結果を再評価する必要がある．
18
脳血管内での白血球粘着性の亢進は BBB 透過性に影響を及ぼすことが知られている 3)．この場合，とくに脳細静脈において血管内腔への白血球粘着が著しい．たと
えば，ラット脳表を，ブラジキニンを含む人工脳脊髄液で灌流すると，細静脈内腔
への粘着白血球増加が認められ，引き続いて BBB機能の破綻が生じる．そこで今回我々は，４週間に渡り同一の脳軟膜細静脈の同一部位における白血球挙動の観察を
試み，電磁波ばく露の及ぼす慢性影響を検討した．その結果，回転および粘着白血
球ともに RF 群でのみ白血球数が減少し，４週では粘着白血球においては Sham 群と RF群との間に有意差が認められた．先の電磁波ばく露 10分間の急性影響評価実験においては，ばく露前後で粘着白血球数の変化が認められなかったことから，粘
着白血球の減少は電磁波の長期ばく露に起因する慢性影響なのかもしれない．しか
しながら，実際に減少した数は約 3 個(/100µm)にすぎない．Control 群の脳細静脈内には粘着白血球が 1～６個(/100µm)の範囲で存在していることを考え合わせると，この変化分は生理学的変動の範囲内と考えられる．更には，BBB透過性の亢進現象にともなう白血球の粘着性亢進とは逆方向の反応でもあり，粘着白血球の減少は電
磁波ばく露による病態生理学的変化とは考え難い． 以上，本実験条件においては，脳軟膜における血管構築および BBB機能を含む微
小循環動態に対して電磁波慢性ばく露の影響は認められなかったと判断する．
19
4. 組織学的検査による電磁波ばく露の影響評価
4.1. 目的 電磁波の脳に及ぼす影響を示した報告の多くは BBB 機能を評価したものである．このとき，BBB機能に対する影響評価には組織学的検査法が用いられている．これにより，BBB機能の破綻が生じている部位を，深部を含む脳全体にわたり高感度に検出することが出来る．既に我々は，長期埋込型 CW法を用いた実験で，我々の設定した条件の電磁波では BBB 機能を含む脳微小循環動態に影響が生じないことを明らかにしているが，組織学的検査法による過去の実験結果と比較するためにも，組織学的見地からこの結果
を裏付ける必要がある．そこで，まず本実験では，ループアンテナを備えたばく露装置
で照射可能な最大出力の電磁波により BBB 機能が破綻するかどうかについて組織学検査法を用いて検討した． 4.2. 対象と方法 4.2.1. 実験動物 体重 500-550gの雄性 SDラットを無麻酔下にて用いた．本実験では，過去の報告との比較を容易にするために CWの装着は施さないラットを使用した．飼育条件は前述の通りである．動物は，電磁波ばく露 (RF)群，偽ばく露(Sham)群，対照（Control）群の３群に分けた．ばく露の際動物を固定することから，拘禁ストレスを軽減する必
要があるため RF 群および Sham 群の各個体は，ばく露開始１週前よりラット固定器に慣れるよう訓練を行った．
4.2.2. 陽性対照 陽性対照として脳の凍傷モデルを作成した．Pentobarbiturate (25mg/kg)麻酔されたラットの頭部皮膚および筋膜を切除し頭蓋骨を露出した．後述する蛍光色素を
尾静脈より投与し他後，適当な大きさのドライアイス片を左頭頂部のみに 5 分間接触させ，20分後に組織固定を行った． 4.2.3. 電磁波ばく露 ループアンテナを用いたばく露装置および電磁波の特性は前述のものと同一で，
一度に一個体のみ無麻酔下でばく露した．ただし電磁波強度は，脳平均 SAR が35W/kgとなるように設定し，照射時間は２時間とした(Fig. 4-1)．
20
4.2.4. 体温変化 ばく露にともなう頭部皮下および直腸内の温度変化を，pentobarbiturate
(25mg/kg)麻酔下で光ファイバー温度計にて計測した．
4.2.5. 色素投与および組織固定 蛍光色素 Evans blue および FITC-BSA は，ラット尾静脈より計 2回投与した．
1回目は電磁波ばく露直前に，2回目は組織固定を施す20分前にそれぞれ投与した． 組織固定は，電磁波ばく露終了直後，2，24 時間後の 3 つの時点でそれぞれ行っ
た (Fig. 4-1)．組織固定には灌流固定法を用いた．2 回目の色素 20 分後にpentobarbiturate (25mg/kg)麻酔されたラットの左心室より，ヘパリン含有生理食塩水，続いて 4%パラホルムアルデヒド溶液（in 0.1M PBS）を灌流した後，脳を摘出した．摘出脳は，同固定液にて一晩後固定し，その後 30%スクロース溶液に 2～3日間浸透した．厚さ 10µm の凍結切片は脳の 5 箇所から凍結ミクロトームにて切り出し，スライドガラスに貼り付けた．
-2 0 2 24 hrsRFRF
ExposureExposure20
min
20min
20min
Fixation
Fixation
Fixation
RFRFExposureExposure
RFRFExposureExposure
Dye injection
A
C
BDye
Dye
Dye
Fig. 4-1 実験スケジュール
4.2.6. 組織学的検査
Evans blueおよび FITC-BSAの血管外漏出は，蛍光顕微鏡下で観察した． 励起光はそれぞれの色素に対し 514nm，490nmの波長に設定した． 内因性 Immunoglobulin の血管外漏出は，脳切片に免疫組織染色処置を施した後
に観察した．内因性 Immunoglobulin の抗体としてパーオキシダーゼ標識抗ラットImmunoglobulin・ウサギ抗体を使用し，反応後 DABにて発色した．
21
4.3. 結果 4.3.1. 体温変化 麻酔下のラットにおいて，電磁波ばく露により頭部皮下および直腸内で温度上昇
が認められた．しかしながら，いずれも BBB機能が破綻するとされる温度閾値 42℃を下回っていた（Fig. 4-2）．
36
37
38
39
40
41
0 20 40 60 80 100 120 140
ばく露時間 (m in)
温度（℃）
頭部皮下
直腸内
36
37
38
39
40
41
0 20 40 60 80 100 120 140
ばく露時間 (m in)
温度（℃）
頭部皮下
直腸内
Fig. 4-2 電磁波ばく露中温度変化
4.3.2. 組織学的検査 陽性対照(Fig. 4-3)においては，左大脳半球および大脳縦裂の頭頂近傍，および脳室周囲器官に Evans blue(Fig. 4-4)， FITC-BSA(Fig. 4-5)および内因性Immunoglobulin(Fig. 4-6)の全ての血管外漏出が認められた． 一方，電磁波ばく露終了直後において，いずれの群の組織切片にも，脳室周囲器
官以外の部位に Evans blue(Fig. 4-7)， FITC-BSA(Fig. 4-8)および内因性Immunoglobulin(Fig. 4-9)の血管外漏出は認められなかった．また，写真は示していないが，電磁波ばく露終了後 2時間および 24時間でも同様の結果が観察された．
22
Right hemisphere
Lefthemisphere Right hemisphereLeft hemisphere
Dry ice
Dry ice
Fig. 4-3 陽性対照として用いた凍傷モデル
Right hemisphereLeft hemisphere
100µm
Fig. 4-4 陽性対照におけるEvans blueの血管外漏出： 左右の大脳半球からそれぞれ2つ部位を示す。内側は蛍光顕微鏡下の観察像(a～d)、外側は同一切片を光学顕微鏡下で観察した像(a’～d’)である。矢印は血管の位置を示し、切片厚は10µmである。
(a)
(d)(b)
(c) (c’)
(d’)(b’)
(a’)
Right hemisphereLeft hemisphere
100µm
Fig. 4-5 陽性対照におけるFITC-BSAの血管外漏出： 左右の大脳半球からそれぞれ2つ部位を示す。内側は蛍光顕微鏡下の観察像(a～d)、外側は同一切片を光学顕微鏡下で観察した像(a’～d’)である。矢印は血管の位置を示し、切片厚は10µmである。
(a)
(d)(b)
(c) (c’)
(d’)(b’)
(a’)
23
50µm
Right hemisphereLeft hemisphere
(a)
(d)(b)
(c)
Fig. 4-6 陽性対照におけるImmunoglobulinの血管外漏出：左右の大脳半球からそれぞれ2つ部位を示す。矢印は血管の位置を示し、切片厚は10µmである。左大脳半球側の切片に血管外漏出が確認できる。
Control Sham RF Cold injury
100µm
Fig. 4-7 電磁波ばく露終了後0時間におけるEvans blueの血管外漏出： 代表的な観察像を群別に示した。対照像として凍傷モデルの切片を(d)に示す。a～dは蛍光顕微鏡像を示し、a’～d’はそれぞれ対応する切片の光学顕微鏡像である。矢印は血管の位置を示し、切片厚は10µmである。
(a) (d)(b) (c)
(c’) (d’)(b’)(a’)
24
Control Sham RF Cold injury
100µm
Fig. 4-8 電磁波ばく露終了後0時間におけるFITC-BSAの血管外漏出： 代表的な観察像を群別に示した。対照像として凍傷モデルの切片を(d)に示す。a～dは蛍光顕微鏡像を示し、a’～d’はそれぞれ対応する切片の光学顕微鏡像である。矢印は血管の位置を示し、切片厚は10µmである。
(a) (d)(b) (c)
(c’) (d’)(b’)(a’)
Control Sham RF Cold injury
100µm
Fig. 4-9 電磁波ばく露終了後0時間におけるImmunoglobulinの血管外漏出： 代表的な観察像を各群2つずつ示した。対照像として凍傷モデルの切片を(g)および(h)に示す。矢印は血管の位置を示し、切片厚は10µmである。
(a) (g)(c) (e)
(f) (h)(d)(b)
25
4.4. 考察 脳平均 SARが 35W/kgとなる電磁波をループアンテナよりラット頭部に 2時間照射し，ばく露終了直後，２，24時間後の時点で，それぞれ異なった分子量を持つEvans blue，FITC-BSAおよび内因性 Immunoglobulin が脳実質に漏出していないことを組織学的評価法により確認した．
Töreらは 2001年に，我々と同様のループアンテナを使用して，脳平均 SAR2W/kgの電磁波をラット頭部に 2時間照射することにより，BBB機能が破綻し静脈内投与した FITC-BSA の血管外漏出が認められたことを発表した 5)．そこで，我々も電磁
波ばく露時間を 2時間とし，あえて電磁波ばく露による BBB機能破綻の陽性反応を期待し，我々のばく露装置での最大出力，脳平均 SAR値で 35W/kgの条件でラット頭部をばく露した．しかし，FITC-BSA を含む 3 種類の分子の脳実質への血管外漏出は全く認められなかった．本実験では，電磁波の特性，ラットの系統は Töreらの実験とは異なる．しかしながら，35W/kgという一般環境下における局所 SARの防護指針値 2W/kgの約 18倍もの強さの電磁波によってもBBB機能破綻の陽性反応が見られなかったことは，Töreらの結果に電磁波以外の要因があることを示唆させる．
Goldman6)および Lin7)らは，電磁波ばく露による BBB機能の破綻は，電磁波そのものではなく電磁波により脳内に生じる熱の影響によると報告している．さらに，
脳内での Evans blueの血管外漏出を検討した結果から，BBB機能が破綻する脳内温度閾値を 42℃としている．我々の実験においても，電磁波ばく露直後から頭部温度上昇が認められた．しかし，その温度は，脳内よりも高温になると予想される頭
頂部皮下でも 42℃に至らなかった．つまり，脳内の温度が 42℃未満に保持されたままで，脳には平均 SARで 35W/kgの電磁波が照射されていたことになる．したがって，本実験において BBB 機能の破綻が観察されなかったことは，Goldman およびLinらの報告により支持される． 本実験においては，我々のばく露装置で負荷できる最大の脳平均 SAR値 35W/kgという条件下で，かつ BBB機能破綻の温度閾値を下回る温度範囲内で，電磁波そのものによって惹起される BBB機能破綻を期待したが，組織学的検査によっても陽性反応は観察されなかった．今後は，さらに高出力電磁波ばく露が出来るよう装置を
改良し，電磁波そのものによって本当に BBB機能破綻が惹起されるのかをどうかを確認する必要がある．
26
5. 局所ばく露用アンテナに関する研究
5.1. 目的 高周波電磁界の生体作用では，1960年代以来の研究により，熱作用が支配的な影
響であると理解されている．体温や組織温度に変化が生じない，「非熱的」なばく露
レベルでも，健康に影響する可能性がないことを証明することはできないが，これ
までの研究では，少なくとも全身への定常的なばく露では，非熱的作用の健康影響
を具体的に示す，再現性のある研究報告はない． ばく露が時間的・空間的に限られていれば，瞬間的・局所的には強いばく露であ
っても平均すればエネルギーはわずかであり，生体の温度の上昇はほとんど生じな
い．このようなばく露が何らかの影響を及ぼす可能性は否定できない． 時間的に限られたばく露の生体作用として，ピーク電力の大きなパルス波による
マイクロ波聴覚効果は確立された生体作用である．これは瞬間的なエネルギー吸収
によって組織がわずかに熱膨張して弾性波が生じ，これか聴器官によって感知され
る現象である．このときの温度上昇は数マイクロ℃で，その時間は 10マイクロ秒のオーダーである． 一方，空間的に局所に集中した電磁界ばく露の作用については，ばく露部位が明
らかに温度上昇する場合を除いて，生体作用として知られている作用はない．しか
し，管理環境についての防護指針値である 10W/kgの局所 SARは，組織の内部電界で 100V/m をこえ，電流密度も 100A/m のオーダーである．熱的には血流による熱運搬によって大きな温度上昇は生じなくても，この内部電界によって生じる生体影
響の可能性を調べることが必要である．また，局所でのエネルギー吸収により生じ
る熱運搬の必要性から，血流に変化が生じることが考えられる．このような局所に
集中した高周波電磁界ばく露の生体影響については，詳細な研究が十分でない．特
に，携帯電話機による頭部ばく露は，頭部に集中するばく露であり，脳が重要な器
官であることから，詳細な検討が必要である． 局所に集中したばく露を行う際に，局所だけでなく全身での吸収電力も無視でき
ないレベルであれば，全身的な熱作用が生じてしまう．この場合，ばく露を受けた
生体に変化が生じたとしても，それが深部体温の上昇などの全身的な熱効果による
ものである可能性があり，局所へのばく露に固有の現象を把握することができない．
このため，全身平均 SAR が小さく，局所 SAR が十分に大きなばく露を実現するばく露システムが必要である． 本研究では，このようなばく露条件を実現するためのばく露システムの開発を行
い，そのばく露評価を行う．
27
5.2. 局所ばく露システムの必要条件 全身平均 SARが 1～4 W/kgを超えると，全身加温の影響による生体影響（熱作用）が生じる．この値に対して安全率を付加した全身平均 SAR0.4Ｗ/kgが電波防護指針値の基礎指針値として用いられている．一方，局所 SARに関する防護指針値は，一般環境下では２W/kg であり，全身平均 SAR の基礎指針値の５倍の値である．すなわち，全身平均 SAR に対して，５倍以上の局所 SAR が頭部で実現できることが望ましい． 実験動物として通常用いられるげっ歯類は，携帯電話で使用される 900MHz～
1.5GHz程度の電磁波の波長に比べて大きいとはいえないため，局所に電磁波の吸収を限定することは困難である．これまで使用されてきた線状アンテナ（モノポール
アンテナやダイポールアンテナ）によるばく露装置の場合，局所 SAR の全身平均SARに対する比は，2～4程度に過ぎない．モノポールアンテナの場合に，これ以上の特性改善が困難であったため，より局所的なばく露を実現できる新型アンテナの
開発を実施した． 5.3. ループアンテナを用いた局所ばく露システム これまでの検討から，磁界によって生体と結合する形式が，ばく露の局在化と負
荷変動による影響の小ささから適当であると考えられる．そこでループアンテナに
よるばく露装置を作成した．作成したアンテナを Fig. 5-1 に示す．アンテナはプリント基板上に印刷したもので，ラットホルダーに固定される．
Fig. 5-1 ループアンテナ Fig. 5-2 ループアンテナとラットホルダー
5.4. アンテナの入力インピーダンス アンテナの特性として，入力インピーダンスの測定を行い，また FDTD法による
数値解析結果との比較を行った．結果を Fig. 5-3 に示す．共振周波数が予定していた周波数より高い 1.8GHz 付近となっているが，これは試作後の熱対策により基板
28
を取り去った影響である．詳細なばく露評価に用いたこのアンテナのほかに，
1.439GHz用のアンテナも作成し，実験に使用した．
-500
0
500
1000
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
Re(meas)
Im(meas)
Re(calc)
Im(calc)
Freq.[GHz]
Z[Ω
]
-500
0
500
1000
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2
Re(meas)
Im(meas)
Re(calc)
Im(calc)
Freq.[GHz]
Z[Ω
]
Fig. 5-3 ループアンテナの入力インピーダンス特性の測定値と計算値 5.5. アンテナによる電磁界分布の測定 作成したループアンテナによる電磁界を実験的に測定した．測定は，等方性の電
界プローブおよび磁界プローブを用いて行った．これらのプローブは，DASY3システム(Fig. 5-4)のものであり，このシステムはロボットアームにより空間をスキャンして電磁界分布を測定知ることができる．DASY３システムの外観を Fig. 5-4に示す．また，アンテナ付近の電磁界分布を測定する際のプローブ付近の様子を Fig. 5-5 に示す． 測定された電界分布および磁界分布を Fig. 5-6に示す．また，比較のため，FDTD法による計算結果も示す．
29
Fig. 5-4 DASY3システム Fig. 5-5 プローブとアンテナ周辺をスキャンしている様子
測定結果 計算結果 アンテナ 測定結果 計算結果
電界分布 磁界分布
Fig. 5-6 電界分布および磁界分布の測定結果と計算結果 5.6. ばく露評価の方法 5.6.1. 数値的評価の方法 ループアンテナによるラット頭部内の SAR分布を時間領域差分法で推定した．計算には CT 画像に基づく数値モデルを用いた．ラットの数値モデルとアンテナのモデルを Fig. 5-7に示す．
30
Fig. 5-7 数値ラットモデル 組織の電気的な不均一を考慮した数値解析を行う場合，各組織の電気定数の違い
を計算に反映する必要がある．使用した電気定数を Tabel 5-1に示す． 計算に用いたラットとアンテナの相対的な配置を Fig. 5-8に示す．
COLOR TISSUE(組織） （比誘電率） （導電率）[S/m]
Air（空気） 1.000000 0.000000 Brain（脳） 43.408279 1.193568 Cerebral Spinal Fluid（脳脊髄液） 67.084656 2.982283 Nerve(Spine)（延髄近傍） 30.768017 0.870682 Eye（眼球） 53.447453 1.649688 Bone（骨） 15.484262 0.451195 Muscle（筋肉） 54.332108 1.436068 Skin 38.744930 1.216511（皮膚）
COLOR TISSUE(組織） （比誘電率） （導電率）[S/m]
Air（空気） 1.000000 0.000000 Brain（脳） 43.408279 1.193568 Cerebral Spinal Fluid（脳脊髄液） 67.084656 2.982283 Nerve(Spine)（延髄近傍） 30.768017 0.870682 Eye（眼球） 53.447453 1.649688 Bone（骨） 15.484262 0.451195 Muscle（筋肉） 54.332108 1.436068 Skin 38.744930 1.216511（皮膚）
Table 5-1 ラットの各組織の電気定数（1.88GHz）
Fig. 5-8 ラットとアンテナの数値モデル 5.6.2. 実験的なばく露評価
SARを実験的に測定する方法として，本検討ではサーモグラフ法を用いた．生体組織と等価な電気定数をもつ媒質でラットファントムを作成し，アンテナに大電力
を給電してファントムに電磁波を照射する．電力を吸収したラットファントムの各
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部は，その部分の SARの大きさに応じて温度が上昇する．時間とともに熱は拡散するが，照射電力が十分に大きければ過熱は急速であるため，熱伝導による温度の拡
散は無視できる．したがって，電波を照射する前と照射したあとのファントム内部
の温度分布を測定することによって SARの分布を知ることができる． SARの推定には次の式が用いられる．
tTc
dtdTcSAR
∆∆
≅=
ここで，ｃは比熱 [J/K・kg]，∆T は電磁波ばく露による温度上昇 [K]，∆ｔは電磁波の照射時間 [sec]である． この方法による測定精度を高くするには，ファントム内での熱伝導による温度の
拡散を小さくすること，外気に放射による熱放散を小さくすることが必要である．
このため，十分に大きな電力で照射する必要がある． ラットファントムは，使用するラットホルダーに入れたラットの X 線 CT 画像をもとに，バルサ材で形状の立体モデルを作成し，これをもとに型を作成して生体等
価媒質のファントムを作成した(Fig. 5-9)．
（ａ）ラットのＸ線ＣＴ画像
（ｂ）バルサ材による形状モデル
（ｂ）バルサ材による形状モデル
Fig. 5-9 ラットファントムの作成過程
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Fig. 5-10に，ラットホルダーに入れた生体等価媒質で作成したラットファントムとアンテナを示す． 本実験では，アンテナ入力として 16.26[W]，ばく露時間を 30秒とした．本方法
の一つの問題点は，実際に動物実験で使用する電力よりもかなり強い電力を使用し
なければならないため， 実験で必要な最大入力電力に比べてはるかに大きな入力電力にアンテナが耐える必要があることである．大きな電力を入力した場合に，アン
テナ自身が発熱する恐れがあり，これは測定の誤差およびアンテナ自体の焼損につ
ながる．
Fig. 5-10 サーモグラフによるSAR測定用ラットファントム 5.7. ばく露評価の結果 5.7.1. 均一モデルによるばく露評価 サーモグラフ法では通常は均一な媒質を用いる．はじめに，均一媒質のラットフ
ァントムを用いてサーモグラフ法により求めた SAR分布と，同様の均一な数値ラットモデルを用いた FDTD法による数値解析を行った．サーモグラフによる温度上昇分布の画像を Fig. 5-11に示す．周波数は 1.88[GHz]，入射電力 20[W]，照射時間 30[sec]で測定を行った．また，FDTD法による SAR分布の数値計算結果を Fig. 5-12に示す．計算条件は，周波数 1.88 [GHz]，セルサイズ 1 [mm]，解析領域 290×280×200，タイムステップ数 2763である．実験による SAR分布と数値計算による SAR分布はほぼ一致している．
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Fig. 5-11 ばく露後のサーモ画像（アンテナと頭部の距離１ｍｍ）
Fig. 5-12 FDTD法によるSAR分布の数値計算結果（アンテナと頭部の距離１ｍｍ）
次に，アンテナとラット頭部の距離をやや離した場合として，距離を 5mmとした
ときの実験および計算結果を Fig. 5-13および Fig. 5-14に示す．
Fig. 5-13 ばく露後のサーモ画像（アンテナと頭部の距離5ｍｍ）
Fig. 5-14 FDTD法によるSAR分布の数値計算結果（アンテナと頭部の距離5ｍｍ）
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距離が５mm程度になると，SARが小さくなり，分布もやや広がる．これらの結
果を定量的に比較するために，深さ方向の SAR分布を，実験測定結果と数値計算結果を重ねて図示したものが Fig. 5-15である．この方法の精度からみて十分によく一致しているということができる．
0
10
20
30
40
50
60
70
0 5 10 15 20 25 30 35
1mmup[MEAS]1mmup[CALC]5mmup[MEAS]5mmup[CALC]10mmup[MEAS]10mmup[CALC]
Depth [mm]
SAR
[W/k
g]
Fig. 5-15 深さ方向のSAR分布： アンテナ入力電力は1W 以上の結果から，数値解析の結果は十分信頼できるといえる．したがって，ラッ
トの電気定数の不均一を考慮したときの影響は，数値解析で評価できる．また，さ
まざまなばく露条件における SAR分布は，実験によらなくても数値計算を用いて推定できる． 5.7.2. 不均一モデルによる検討
FDTD 法による数値解析では，ラットの解剖学的構造を考慮した不均一モデルを用いた解析が可能である．数値解析によって求めたラット内の SAR分布を Fig. 5-16に示す．
Fig. 5-16 解剖学的構造を考慮した不均一ラットモデル内のSAR分布（計算値）
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数値解析結果から，アンテナ入力電力１Wあたりの脳での平均 SARを算出すると13 W/kgとなる．これに対して全身平均 SARは 0.64 W/kgである．すなわち，両者の比は約 20となり，目的としたレベルに達している．一方，従来用いられてきたモノポールアンテナによるばく露装置では，アンテナ入力電力１W のときの脳平均
SARは 1.8W/kgであり，全身平均 SARは 0.25 W/kgである．すなわち，局所 SARと全身平均 SARの比は約７倍であった． 5.7.3. クラニアルウィンドウの影響 本研究で目的としている動物実験では，ラットにクラニアルウィンドウを装着す
る．この影響を数値解析により検討した． Fig. 5-17はクラニアルウィンドウを装着したラットの数値モデルである．ウィン
ドウがある場合とない場合の SAR分布の計算値を Fig. 5-18に示す．
Fig. 5-17 クラニアルウィンドウを装着したラットの数値モデル
Fig. 5-18 クラニアルウィンドウの有無によるSAR分布への影響
(a)ウィンドウ無し (b)ウィンドウ有り
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数値的には，ウィンドウ無しの場合 13W/kgであった脳平均 SARは，ウィンドウがあると，10 W/kgになる．全身平均 SARも小さくなり，0.64W/kgが 0.51 W/kgになる．すなわち，局所に集中させるという意味ではウィンドウの存在は無視でき，
単に反射がやや増大するのみであるということができる． 5.8. まとめ 脳の局所に集中したマイクロ波のばく露を行うことのできるばく露システムとし
て，ループアンテナを用いたばく露システムを開発した．このシステムのばく露評
価を行ったところ，従来のモノポールアンテナによるばく露より，全身平均 SARを十分に低減できることを示した． また，本システムは，クラニアルウィンドウを装着したラットに対しても，同様
に局所に集中したばく露を行うことができることを確認した．
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6. 結論
携帯電話で用いられている電磁波（1,439MHz, PDC方式）が脳微小循環動態に及
ぼす急性および慢性影響を評価するため，新たに開発したループアンテナを用いて
ラットを対象に脳微小循環動態変化を検討した．その結果，電波防護指針値及びこ
れを超える電波あるいは電波防護指針にほぼ等しい電波をラットの脳に局所的にば
く露しても，脳微小循環動態に急性の影響，慢性の影響ともに認められなかった．
組織学的評価法を用いた実験の結果，電波防護指針値を超えるかなり強い電波を２
時間ばく露しても，頭部温度が 42℃を下回っているため，BBB機能の変化は認められなかった．
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7. 文献
1. Tsurita G, Nagawa H, Ueno S, Watanabe S, Taki M. (2000) Biological and morphological effects on the brain after exposure of rats to a 1439MHz TDMA field. Bioelectromagnetics 21:364-371 2. Fritze K, Sommer C, Schmitz B, Mies G, Hossmann KA, Kiessling M, Wiessner C. (1997) Effect of global system for mobile communication (GSM) microwave exposure on blood-brain barrier permeability in rat. 94:465-470 3. Mayhan WG. (2000) Leukocyte adherence contributes to disruption of the blood-brain barrier during activation of mast cells. Brain Res. 869:112-120 4. Mayhan WG. (2001) Regulation of blood-brain barrier permeability. Microcirculation. 8:89-104 5. Töre F, Dulou PE, Haro E, Veyret B, Aubineau P. (2002) Effect of 2 hour GSM-900 microwave exposure at 2.0, 0.5, and 0.12 W/kg on plasma protein extravasation in rat brain and dura mater. 24th Annual Meeting of Bioelectromagnetics Society, Abstract Book p60 6. Goldman H, Lin JC, Murphy S, Lin MF. (1984) Cerebrovascular permeability to 86Rb in the rat after exposure to pulsed microwaves. Bioelectromagnetics 5:323-330 7. Lin JC, Lin MF. (1980) Studies on microwave and blood-brain barrier interaction. Bioelectromagnetics 1:313-323
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