研究のタイプ: 医学／生物学の研究 (experimental study)

[マイクロ波が誘発したマウスの体の動きの特性] med./bio.

Characteristics of microwave evoked body movements in mice

著者: Brown DO, Lu ST, Elson EC
掲載誌: Bioelectromagnetics 1994; 15 (2): 143-161
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この研究は、マイクロ波照射によりマウスに生じる身体の動きを観察した。空洞共振器を用いて、空洞共振器内にマウスの頭部を差しだして、頭部に1.25GHzのパルス波電磁界または遮断制御連続波（Gated CW）電磁界のどちらかを与えた。その結果、平均電力が等しい場合、マウスの反応に2つの電磁界に対する反応に違いはなかった；全身平均SARを7300W/kg一定とした場合、SAに比例して、マイクロ波誘導性の身体の動きの発生頻度が高くなった；この一定値以下では、SAが0.9 kJ/kgで、身体動きの発生頻度はプラトーに達した；SAが0.9 kJ/kgを上回る場合、SARに比例して反応発生頻度は上昇し、900 W/kgでプラトーに達した；試験した全身SAの最小値は0.18 kJ/kg、その時の脳のSAは0.29 kJ/kgである；このSAの総加熱力は. 0.1℃以下である；外挿により求めた反応の絶対閾値（反応発生0%）は､温度上昇で1.21℃と温度上昇速度で0.24℃/秒であった；これらの結果は、高ピーク値は高いが平均電力は低い場合のマイクロ波ガイドラインの基礎資料となる、と報告している。

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研究目的(acc. to editor)

To study microwave evoked body movements in mice.

影響評価項目

ばく露

ばく露 パラメータ
ばく露1: 1.25 GHz
Modulation type: pulsed
  • 電力: 200 kW peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 0.29 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 0.18 kWs/kg mean (whole body) (dose 4 J)
ばく露2: 1.25 GHz
Modulation type: pulsed
  • 電力: 200 kW peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 0.59 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 0.36 kWs/kg mean (whole body) (dose 8 J)
ばく露3: 1.25 GHz
Modulation type: pulsed
  • 電力: 200 kW peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 1.18 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 0.73 kWs/kg mean (whole body) (dose 16 J)
ばく露4: 1.25 GHz
Modulation type: pulsed
  • 電力: 200 kW peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 2.36 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 1.45 kWs/kg mean (whole body) (dose 32 J)
ばく露5: 1.25 GHz
Modulation type: pulsed
  • 電力: 20 kW peak
  • 電力: 16 W mean
  • SA: 2.36 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 1.45 kWs/kg mean (whole body) (dose 32 J)
ばく露6: 1.25 GHz
Modulation type: single pulse
  • 電力: 160 W peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 0.77 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 0.36 kWs/kg mean (whole body) (dose 8 J)
ばく露7: 1.25 GHz
Modulation type: single pulse
  • 電力: 160 W peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 1.54 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 0.73 kWs/kg mean (whole body) (dose 16 J)
ばく露8: 1.25 GHz
Modulation type: single pulse
  • 電力: 160 W peak
  • 電力: 160 W mean
  • SA: 3.07 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 1.45 kWs/kg mean (whole body) (dose 32 J)
ばく露9: 1.25 GHz
Modulation type: single pulse
  • 電力: 98.6 W peak
  • 電力: 98.6 W mean
  • SA: 1.89 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 0.9 kWs/kg mean (whole body) (dose 19.7 J)
ばく露10: 1.25 GHz
Modulation type: single pulse
  • 電力: 28.6 W peak
  • 電力: 28.6 W mean
  • SA: 2.2 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 1.03 kWs/kg mean (whole body) (dose 22.7 J)
ばく露11: 1.25 GHz
Modulation type: single pulse
  • 電力: 7.2 W peak
  • 電力: 7.2 W mean
  • SA: 2.21 kWs/kg mean (mid-brain average)
  • SA: 1.05 kWs/kg mean (whole body) (dose 23 J)

General information

Twelve different MW events including sham were tested in two series of experiments. The first series was designed to compare the twofold increase in the response rate (evoked body movements) by pulsed to gated CW (single pulse) MW (E1, E2, E3, E6, E7, E8). The second series was designed to supplement and to expand the dose-response curve of the first series (E4, E5, E9, E10, E11, and sham). Each mouse was exposed in three sessions, at least 24 h apart. Each session comprised six consecutive randomised MW events, the testing period for each event lasting 15 s. To evaluate thermal stimulation and hyperthermia, rectal and four subcutaneous cranial temperatures were measured in an anaesthetised mouse for five different MW exposures (E4, E5, E9, E10, E11) and eight replications. Positive controls were performed using 100-ms acoustic (104 dB SPL, 2.5-25 kHz noise) and tactile (40 psi air puff) stimuli using a procedure similar to the MW exposure.

ばく露1

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type pulsed
Pulse width 10 µs
Repetition frequency 80 Hz
Additional information

train of 2 pulses and 25 ms duration
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
ばく露装置の詳細 A mouse holder (10-cm metal tube with 2.5-cm acrylic liner) with a protruding nose cone was attached from outside to the center of the end-wall.
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 200 kW peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 0.29 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 0.18 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 4 J
Additional parameter details

The tuning of the cavity was optimised for the pulsed MW source impedance. Therefore, two different mid-brain SAR values were used for the pulsed (73.7 W/kg per W) and the gated CW (96.0 W/kg per W) MW.

測定および計算の詳細

Incident and reflected powers were measured using crystal detectors and an oscilloscope. A network analyser was used for daily system calibration. The low-Q cavity was tuned for minimum reflection (-10 to -15 dB) before each series of experiments and daily in two steps using a 20-g muscle phantom and a live mouse. Local SAR was determined by a thermometric method inserting the temperature probe into the brain. The whole-body average SAR was calculated from the incident power and the body weight of the mouse resulting in an over-estimation due to the return loss (3-10%) and waveguide absorption (10-20%).

ばく露2

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type pulsed
Pulse width 10 µs
Repetition frequency 80 Hz
Additional information

train of 4 pulses and 50 ms duration
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 200 kW peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 0.59 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 0.36 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 8 J

ばく露3

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type pulsed
Pulse width 10 µs
Repetition frequency 80 Hz
Additional information

train of 8 pulses and 100 ms duration
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 200 kW peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 1.18 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 0.73 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 16 J

ばく露4

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type pulsed
Pulse width 10 µs
Repetition frequency 80 Hz
Additional information

train of 16 pulses and 200 ms duration
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 200 kW peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 2.36 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 1.45 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 32 J

ばく露5

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type pulsed
Pulse width 10 µs
Repetition frequency 80 Hz
Additional information

train of 160 pulses and 2000 ms duration
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 20 kW peak 測定値 - -
電力 16 W mean 測定値 - -
SA 2.36 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 1.45 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 32 J

ばく露6

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type single pulse
Pulse width 50 ms
Additional information

gated CW (wide pulse)
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 160 W peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 0.77 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 0.36 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 8 J
測定および計算の詳細

Incident and reflected powers were measured using power sensors and power meters.

ばく露7

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type single pulse
Pulse width 100 ms
Additional information

gated CW (wide pulse)
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 160 W peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 1.54 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 0.73 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 16 J

ばく露8

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type single pulse
Pulse width 200 ms
Additional information

gated CW (wide pulse)
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 160 W peak 測定値 - -
電力 160 W mean 測定値 - -
SA 3.07 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 1.45 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 32 J

ばく露9

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type single pulse
Pulse width 200 ms
Additional information

gated CW (wide pulse)
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 98.6 W peak 測定値 - -
電力 98.6 W mean 測定値 - -
SA 1.89 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 0.9 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 19.7 J

ばく露10

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type single pulse
Pulse width 800 ms
Additional information

gated CW (wide pulse)
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 28.6 W peak 測定値 - -
電力 28.6 W mean 測定値 - -
SA 2.2 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 1.03 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 22.7 J

ばく露11

主たる特性
周波数 1.25 GHz
タイプ
  • electromagnetic field
特性
  • guided field
Modulation
Modulation type single pulse
Pulse width 3,200 ms
Additional information

gated CW (wide pulse)
ばく露装置
ばく露の発生源／構造
  • E1と同じ装置
Sham exposure A sham exposure was conducted.
パラメータ
測定量 値 種別 Method Mass 備考
電力 7.2 W peak 測定値 - -
電力 7.2 W mean 測定値 - -
SA 2.21 kWs/kg mean 測定値 - mid-brain average
SA 1.05 kWs/kg mean 計算値 whole body dose 23 J

ばく露を受けた生物:

方法 影響評価項目／測定パラメータ／方法

研究対象とした生物試料:
調査の時期:
  • ばく露中

研究の主なアウトカム（著者による）

No difference in response to pulsed and gated continuous wave stimuli of equal average power was observed.
The incidence of evoked body movements increased proportionally with specific absorption when the whole-body average specific absorption rate (SAR) was at a constant level (7300 W/kg). Under a constant average specific absorption rate, the response incidence reached a plateau at 0.9 kJ/kg. For higher doses (than 0.9 kJ/kg), response incidence was proportional to the specific absorption rate and reached a plateau at 900 W/kg.
Body movements could be evoked by a single microwave pulse.
The lowest whole-body specific absorption investigated was 0.18 kJ/kg, and the corresponding brain specific absorption was 0.29 kJ/kg. Bulk heating potentials of these specific absorptions were less than 0.1°C. For doses higher than 0.9 kJ/kg, the response incidence was also proportional to subcutaneous heating rate. The extrapolated absolute thresholds (0% incidence) were 1.21°C temperature increment and 0.24°C/s heating rate.
Data of this study should be considered in promulgation of personnel protection guideline against high peak power but low average power microwaves.

研究の種別:

研究助成