目前颁布的射频暴露指南和标准涵盖了整个射频辐射范围，主要用于限制射频，包括5G频率，引起的短期加热以防止组织温度升高。这些公认的健康安全保护指南和标准存在重大异常。从安全和公共卫生保护的角度来看，一些安全限制并不相关且具有争议，并缺乏科学依据。此外，蜂窝移动5G技术被誉为比其前身系统更快、更安全的无线通信技术，其关键支持架构使用毫米波（mm波）和天线阵列技术，以实现更好的方向性、更低的延迟和更高的数据传输速率。就辐射防护而言，5G毫米波辐射对健康的影响是否与前几代辐射类似尚不清楚。毫米波与皮肤中相关细胞元件和皮肤神经受体的结构功能的相互作用是特别值得关注的。目前的科学数据库在毫米波长上不足以提供可靠的评估。
2023年1月，美国伊利诺伊大学芝加哥分校电气和计算机工程系、生物工程系、生理学系和生物物理学系James Lin教授在Environmental Research期刊上发表了题为《Incongruities in recently revised radiofrequency exposure guidelines and standards》的文章。研究简要介绍了暴露阈值的发展历史，简要评估了最近修订发布的射频暴露指南和标准修订版的有效性和缺陷，并讨论了射频和微波辐射（包括5G毫米波）应用于手机和无线移动通信的重大健康安全问题。
原文信息：
Incongruities in recently revised radiofrequency exposure guidelines and standards
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0013935123001615
期刊信息：
Environmental Research, IF: 8.431
一、引言
手机和无线移动通信技术已经在人类生活中占据重要地位，据估计全球有150亿注册手机，同时手机在多个领域为人类提供帮助，约两年前推出的5G技术比其前身的移动通信系统更快、更安全。其关键支持架构使用毫米波（24 GHz至60 GHz的毫米波）和天线阵列技术，以实现更好的方向性、更低的延迟和更高的数据传输速率。
不久前国际非电离辐射防护委员会（ICNIRP，2020）和电气与电子工程师协会（IEEE）国际电磁安全委员会（IEEE-ICES，2019）已发布了修订版的安全指南和标准，主要用于限制射频辐射的短期加热效应并防止人体组织温度升高。此外，就辐射防护而言，5G频率的提高对健康的影响是否与前一代类似还尚不清楚。
二、暴露阈值的发展历史
自二十世纪中期以来，暴露于微波和射频辐射的生物效应一直是科学研究的主题。初步研究表明，暴露可以通过加热体内组织对人体产生生物学影响。简单的温度传感器可能检测不到因暴露而加热产生的温度升高。在1982年，新的研究导致对1966年编写的人类暴露于微波和射频场的安全指南文件进行一些修改。这项工作是在美国海军部和现在称为IEEE的共同赞助下进行的。但是，由于当时可用的科学数据很少，无法为精确的暴露阈值提供基本依据。因此，对微波和射频辐射的生物效应和使用安全的研究兴趣持续不断，生物医学和生物医学研究不断扩大，科学知识和数据库稳步增长。
三、NCRP
除了对生物反应的各种观察性研究之外，研究提供了定量估计体内沉积功率密度或吸收能量的方法，以通过给定的入射射频功率密度可靠地诱导生物反应。比吸收率 (SAR) 概念的提出及其与入射功率密度的频率相关连接构成了最大允许暴露水平的基础。SAR可以用于将射频和微波辐射与身体的特定反应联系起来，有助于理解生物现象，并独立于相互作用的机制。它可用于分析不同实验模型和受试者中各种观察到的生物反应之间的关系。
四、ANSI/IEEE
科技进步与发展极大地促进了上述暴露阈值的完善。例如，在其关于微波和射频辐射的生物效应和暴露标准的报告 (NCRP，1986) 中，美国国家辐射防护和防护委员会 (NCRP) 建议将SAR专用于量化暴露下的生物材料或动物体内的射频和微波分布和吸收。此外，SAR被用于IEEE标准协会开发的1992版标准中，该标准也被美国国家标准协会 (ANSI) 认可。
五、FCC
蜂窝移动通信设备和系统的快速扩散以及公众对微波暴露的生物效应和安全性的担忧，导致美国联邦通信委员会 (FCC) 于1996年实施一项人类暴露于手机和无线基站的射频和微波辐射的准则。FCC (1996) 规则与NCRP推荐的规则相同，其相关频率也基本上与ANSI/IEEE-1992相同。但是，FCC规则可以通过法律强制执行。
六、ICNIRP
随后，新成立的国际非电离辐射防护委员会 (ICNIRP) 于1998年发布了其推荐的指南[ICNIRP，1998]。其大部分类似ANSI/IEEE-1992和FCC-1996，并选择将平均超过10 g的组织质量的SAR值设置为2.0 W/kg，但没有明确阐述其科学依据。
七、IEEE-ICES
2001年，IEEE标准协会批准使用了国际电磁安全委员会 (ICES) 的名称以代替其先前制定ANSI/IEEE-1992标准的实体。2006年，IEEE-ICES发布了修订的暴露标准，在主要方面与1992 年的ANSI/IEEE版本具有明显差别。其采用了ICNIRP的2.0 W/kg值的SAR值 (IEEE-ICES，2006)。这显然是朝着全球标准统一迈出的一步，不一定是为了反映健康安全保护知识的当前进展状况。最近ICES和ICNIRP都发布了他们对暴露阈值的建议报告 (IEEE-ICES，2019; ICNIRP，2020)。修订后的阈值主要基于对射频和微波辐射的短期 (6或30分钟) 的生物数据，并且几乎没有解决有关长期、低水平暴露的相关问题。在世界各地，人们表达对这些射频暴露准则缺乏信心的情景反复出现。
八、5G无线移动通信技术
5G是一种移动电信技术，其频谱覆盖范围是多层的，具有不同的性能和操作范围。它包括射频和微波频率的多个频带，可以大致分为小于6 GHz频率和24 GHz至60 GHz范围的两个频带，这些频带扩展到毫米波区域。频谱覆盖范围通常进一步分为高，中，低带5G。主要的5G技术进步与高频带5G息息相关，高频带5G承诺具有多输入，多输出架构的性能带宽高达20 GHz。它采用64 256短距离天线阵列，性能比4G系统高10倍。
从频谱分配的角度来看，5G涵盖了从3到60 GHz甚至更高的频率范围，比3G和4G更大。承诺的20 GHz执行带宽显然在低频段是不可行的，甚至是不可支持的。根据设计默认或频谱要求，带宽性能只能通过跳到高频带5G来实现。较高的5G频段 (其中可获得较宽的毫米波频谱) 主要可在较短的距离上运行。大规模部署5G将导致手机上出现大量微蜂窝。对于大多数部署毫米波天线阵列的城市环境，这种情况将普遍出现并可能具有侵入性。
九、生物系统中的毫米波
毫米波与富含神经的皮肤细胞以及组织 (例如神经感受器) 的相互作用是深受关注的生物学效应。人的皮肤是异质的，由角质层，表皮层，真皮层和较深的皮下真皮层组成。皮肤的厚度取决于其在身体上的位置，并取决于身体的特定部位。此外，皮肤是一种重要的感觉组织，具有对疼痛，温度和触觉敏感的外周受体或神经末梢。随着频率的增加，针对毫米波长而言，皮肤的功率反射和透射系数分别从60%减小到20%，并从50%增大到65% (如图1所示)。功率沉积所通过的渗透深度呈e-2指数下降。对于平面毫米波，它在人体皮肤组织中从1.2减少到0.4毫米 (如图2所示)，而吸收的能量随着频率的增加而增加。然而，在较高的频率下，由于在这些毫米波频率下的渗透深度减小，皮肤内较深区域中的能量吸收可能变得较低。
图1. 对于具有角质层，表皮和真皮的三层皮肤模型，手掌和前臂的功率反射系数是mm波频率的函数。误差线是标准偏差。
图2. 人手掌和前臂皮肤平面毫米波场的穿透深度 (δ)。图1和2通过采用不同的介电常数值来表示前臂。
（1）毫米波的生物学效应
毫米波辐射与生物系统的相互作用及其生理效应和医学应用已成为近半个世纪的科学研究主题。对早期 (最著名的是前苏联) 的毫米波生物效应研究的全面回顾表明，在大约100 W/m2的能量密度下，毫米波可能会影响酶活性、遗传状态、细胞生长和增殖、外周受体和其他生物系统。然而这些研究普遍存在的问题是报告的实验方案缺乏细节或清晰度、未进行原位剂量测定、未进行假暴露和温度控制、统计分析的严格性不足以及报告总体上缺乏研究细节。
（2）发表论文的回顾
本文着重于在细胞和亚细胞水平上对毫米波影响进行实验观察，包括基因表达和细胞增殖。它还包含对免疫反应和组织的影响，以及对眼睛和皮肤的影响。调查研究得出功率密度低于100 W/m2的毫米波不会对眼睛造成任何损害。然而，暴露于更高水平的毫米波可能会导致有害影响，具体与暴露频率和持续时间有关。同样，研究尚未证明在没有明显温度升高的情况下，低功率密度的毫米波暴露对皮肤细胞有任何遗传毒性后果或改变其基因表达。然而关于不同细胞类型所产生的结果一直存在争议。此外，毫米波能量吸收的速率在神经细胞的测量电行为中起重要作用。有研究表明毫米波暴露会对人和动物产生全身效应，如痛觉低下，并对100 W/m2时的免疫和神经系统反应产生影响。
在关于原代细胞 (n=24) 或细胞系 (n=29) 的53个体外研究中，约70%的原代细胞研究和40%的细胞系研究的结果表明与毫米波暴露相关。然而，许多研究中用于管理毫米波辐射期间细胞或培养基温度的方案尚不清楚。最近的一篇文章研究了107项 (一个人，15个体内和91个体外) 实验研究，这些研究评估了毫米波暴露的各种生理反应，例如基因表达，遗传毒性，膜功能，细胞信号传导，细胞增殖和其他特性。该文章声称目前的实验室调查报告没有提供任何佐证证明非热级毫米波与适用于人类安全和健康的生物反应有关。它暗示许多报告生物效应的论文来自相同但数量有限的研究实验室，并断言许多调查采用了不充分的方法进行暴露评估和管理，因此不能消除测量伪影的可能性。其进一步指出许多报告的反应可能与来自毫米波辐射的未测量或未指定吸收的组织加热有关，因此许多报告的研究中关于低水平毫米波效应的主张值得商榷。值得注意的是，迄今为止没有一个报告进行流行病学调查研究5G毫米波暴露及其可能的安全和健康影响。研究建议任何新的实验室研究都应提供具有统计有效性的实验设计，这些实验设计由独立复制的方法、程序和协议支持，并且必须包括定量暴露测定、剂量测定、温度传感和监测。
十、修订健康安全指南和标准
最近，通用的射频安全和健康保护指南的修订版已经发布。修订后的指南 (ICNIRP，2020) 和标准与可测量的组织温度升高相关的急性热效应密切相关。关于长期安全暴露于低水平射频辐射 (与暴露时间短于6-30分钟相比) 的这些准则和标准仍然存在问题。人们普遍认为，在通过这些暴露准则和标准颁布的基本限制之下，缺乏对长期人类暴露的科学知识的理解。
ICNIRP据报道与工业有着密切的联系，德国联邦辐射防护办公室 (BfS) 为ICNIRP的年度运营预算做出了80% 贡献。IEEE-ICES的领导层和委员会会议主要由行业代表组成。值得注意的是，有媒体报道指出有理由怀疑手机行业等赞助商有组织的贬低射频辐射健康和安全研究的科学，一些人推测手机公司经常驳斥任何有关其产品可能对人体健康有害的说法。此外研究结果表明，由行业专门资助的研究不太可能报告统计上显著的结果。
十一、评估最近修订的健康安全保护限制
（1）对射频加热的坚定信念
最近发布的ICNIRP安全指南和ICES标准提出了一些建议，据称可以防止暴露于100 kHz至300 GHz频率范围内的射频辐射对人体造成的不良健康影响。事实上，指南和标准是基于短期暴露6或30分钟下控制全身温度或局部组织温度增加从高于1摄氏度到5摄氏度 (IEEE-ICES，2019a，2019b; ICNIRP，2020)。修订后的安全指南和标准证明该组织坚信射频辐射只需担心热量问题。颁布的安全保护建议在国家毒理学计划 (NTP) 的大鼠研究实验中忽略了射频辐射的独立暴露剂，该研究是美国国家环境健康科学研究所 (NIEHS) 的组成部分。他们似乎采取了荒谬的立场，即全身温度升高1摄氏度会导致癌症。因此，为公众暴露设立50的安全因子对于其既定目的是微不足道的，并且从安全保护的角度来看实际上毫无意义。
（2）脉冲调制的限制不足
奇怪的是，ICNIRP选择从修订的2020版指南中删除其脉冲暴露限制。因此对ICNIRP 2020中的任何种类或形式的脉冲调制不再有特定的限制。请注意，在6分钟内的时间平均暴露限制和基本限制不足以说明脉冲调制的独特特性或捕获脉冲调制暴露的影响。众所周知，实验研究的结果受射频参数和暴露条件差异的影响。
高功率微波脉冲产生的声波可以起源于大脑，然后在人的头部内产生共振。然而，由此计算出的温度升高将约为1摄氏度，这被修订的保护指南和标准假定为 “安全”。
（3）毫米波的高温42摄氏度
从表1中可以看出，对于毫米波 (30 GHz-300 GHz)，人类的头部，四肢和躯干中的局部组织温度升高5摄氏度。该温度升高水平将导致组织温度从37 °C的标称值上升到温度42 °C。42摄氏度的组织温度被认为是细胞毒性的，具有指数级细胞杀伤能力。它是癌症热疗中恶性肿瘤临床治疗的基础。最近的安全保护指南和标准为公众安全提供了10的 “降低系数”，或者为射频工作场所提供了2的 “安全系数”。在这种情况下，这些指南和标准的效力是最小的，从辐射保护的角度来看，它们是无关紧要的。此外，推荐的长期安全暴露于低水平射频辐射的限值的适用性问题仍然不明确。修订后的暴露限值未对长期人体暴露可能产生的影响进行任何调整。人们认为缺乏对低于所颁布的基本限制的射频暴露的慢性毒理学和致癌性的科学知识的理解。
表1. 对当前指南或标准的摘要，内容为基于 “假定安全” 情况下，人体暴露于射频辐射的短期热效应。
十二、IARC将射频辐射纳入可能对人类致癌的分类
国际癌症研究机构(IARC)将暴露于射频辐射列为人类可能的致癌因素。IARC的作用是进行和协调癌症原因的研究。它评估了可访问的科学调查，并认为尽管数据库不完善且受实验室动物实验结果的限制，但对人类的流行病学调查表明，在手机的重度或长期用户中，神经胶质瘤和听神经瘤 (前庭神经鞘瘤) 的风险较高，足以支持此分类。
（1）暴露大鼠中癌症的明确证据
美国国家毒理学计划 (NTP) 报告提供了两种类型的实验室大鼠癌症的动物实验结果。结果表明，有统计学上显著且明确的证据表明，暴露于射频辐射已导致雄性大鼠心脏恶性神经鞘瘤的发展，其射频诱导的体温升高不超过1 ℃。此外有迹象表明雌性大鼠具有相同的神经鞘瘤风险。NTP研究还指出，与同时进行的对照组相比，暴露于射频的雄性和雌性大鼠的心脏组织 (心肌病) 均存在异常的损害模式。此外，根据统计学意义，病理检查的结果显示了雄性大鼠 (尤其是神经胶质瘤) 大脑中射频依赖性致癌活性的迹象。尽管如此，与对照组大鼠相比，雌性的结果被认为所提供了恶性神经胶质瘤的证据不够准确。值得注意的是，在其他心脏神经鞘瘤和脑胶质瘤与射频暴露的效应研究中呈现了相似的结论。因此，使用相同品系的大鼠进行了两次射频动物暴露研究，一致证明了致癌性发现。
但是最近修订的安全保护指南和标准完全忽略了射频暴露 (实验的独立变量)，或者倾向于通过诸如证据或发现不能提供由慢性射频暴露引起的不利影响的可靠指示的借口来进行逃避。这些团体继续使用模棱两可的短语，如 “实质性限制” 来断言他们的理由，禁止任何 “关于射频EMF和致癌作用的结论”以证明他们的射频安全保护指南和标准是合理的。
（2）人类流行病学的致癌性
最近修订的安全指南和标准认为，尽管已经进行了许多关于手机射频辐射和致癌性的流行病学研究，但对脑肿瘤，听神经瘤，脑膜瘤和腮腺肿瘤的研究结果并未提供足够的迹象表明癌症风险增加。其对于积极结果的拒绝和对于消极结果的热情这一倾向是显而易见和令人担忧的。事实上，根据最近对手机使用的病例对照研究的系统评价，与1000或更多小时的手机使用相关的脑肿瘤风险在统计学上显著增加。尽管如此，值得注意的是，一份新的报告发现，英国女性每周使用手机20分钟 (暴露程度低得多) 在2001年和2011年的10年中，总体脑肿瘤发病率或肿瘤亚型没有统计学上的增加。
十三、讨论
目前颁布的射频暴露准则和标准主要适用于限制射频辐射的短期加热以防止组织温度的提高。这些指南存在重大异常。此外，当前有关毫米波长对健康影响的科学数据库不足以做出可信赖的评估。从安全和公共卫生保护的角度来看，某些安全指南是无关紧要的，且由于缺乏科学依据而具备争议。
（1）IARC分类
IARC根据当时可获得的流行病学报告的强度，将来自手机的射频辐射分类为人类可能的致癌物，但其中部分数据来自动物实验。后来由NTP/NIEHS (2018) 和Ramazzini研究所 提出的数据在逻辑上和科学上补充了IARC的早期决定。尽管如此，这些修订通过宣布这些发现并不能提供由慢性射频治疗引起的不良反应的可靠证据来回避它们。而最新的动物数据应该有助于将分类升级到可能致癌的类别。
（2）SAR协调与霸权
在暴露阈值设定的问题上，应该基于科学证据而不是有缺陷的假设。自20世纪80年代以来，对SAR作为剂量测定量的采用和在每克质量上1.6 W/kg的数值设定的建立进行了极大的科学研究和审议。事实上，对公众进行射频暴露限制的全球协调将是一个值得的目标。但是，不应使其被其他目的利用。曾存在提议要求将手机射频限制相比于FCC的限制进行降低以致降低SAR测定精度的10倍，这降低安全保护的行为令人思考其背后是自愿的协调行为还是代表相关利益者的霸权。
（3）射频安全和公共卫生保护
鉴于技术发展的快速步伐和进入商业领域的速度，公共健康风险更难被大众充分认识，尤其可能引起那些可能从大规模营销中获利的人的强烈反对。公平地说，科学家对利益冲突并不无懈可击，可能被以自我为中心的动机驱动。偏见会损害理性思维，并导致有缺陷的决策。当决策是通过错误的判断做出的，或者没有通过谨慎地权衡科学信息来达成的，可能会通过偏见导致糟糕的结论。
十四、结论
最近修订的射频暴露安全指南和标准中调整了射频暴露阈值。这些调整主要是为了限制射频辐射的短期加热进而导致组织温度提高而设计的。但这些限制是基于过时的信息并且规避了重要的动物数据，针对5G移动通信的毫米波辐射的情况下更是如此。在已发表的文献中，对健康影响的研究很少，且不适用于低水平的长期暴露。部分研究基于错误的假设，这些假设具有过时的暴露指标，无法充分保护儿童，工人和公众免受射频辐射。
目前尚不清楚5G毫米波辐射对健康的影响是否类似于前几代手机和无线通信技术。且目前仍没有出于健康和安全角度对数十亿手机用户可承受的射频辐射水平的准确判断。值得注意的是，当前手机运行的SAR值仅为ICNIRP和IEEE-ICES提出阈值的一小部分。可以想象未来的发展可以使手机功能 (包括数据和视频操作) 的暴露等级低得多。当面对无线射频辐射的有分歧的评估时，为了射频健康和安全，应该遵循ALARA的做法——保障其尽可能低。
