一、概述

应用波长为1米～1毫米（300～30,000兆赫）的特高频电磁波作用于人体以治疗疾病的要领，称为微波疗法。

凭据波长差别可将微波分为分米波（数10厘米～100厘米），厘米波（1～10厘米）以及毫米波（1～10毫米）三个波段。理疗中应用的微波一般指波长为10－30厘米的电磁波，目前治疗上最常用的微波其波长为12.5厘米，频率为2450兆赫 （MHz）。除连续式微波外，还有脉冲式微波治疗机。

二、生物物理学特征

微波振荡频率极高，波长介于长波红外线与短波之间。但微波的孕育产生、传输、丈量等原理既差别于光波，又差别于超短波。微波的某些物理特性类似光波，如呈波束状散播，具有弥散性能，遇差别介质可引起反射、折射、绕射、散射、吸收以及利用反射器进行聚集的作用，其规律与相应的光学规律接近。微波作用时称辐射（或照射）。因微波的弥散性大，故用特制的传输系统，包括波导管（同轴电缆）和辐射器。微波由辐射器中的无线辐射至空间作用于人体。辐射器有半圆形、矩形、圆柱形、耳道辐射器和鞍形辐射器。

当微波辐射到人体时，一部分能量被吸收，另一部分能量则为皮肤及各层组织所反射。厘米波辐射机体时的反射率为40～50％。富含水分的组织能较多地吸收微波能量，而脂肪、骨骼等则反射较多的微波。所以当微波作用到有多数界面的部位或器官（如眼、盆腔等）时应注意由此引起的过热现象。 

微波对人体组织的穿透能力与其振荡频率有关，振荡频率愈高，穿透能力愈弱。波长为12.5厘米的微波，穿透组织的深度一般可达3－5厘米。 

微波治疗的主要作用因素为热效应和非热效应。脉冲式微波治疗时，其所孕育产生的热为脉冲间期时的血流所消散，故其热作用小，适合于对热禁忌的疾病，如急性病。且能作用于更深的组织。但由于其物理特性所致，微波的热效应和非热效应与超短波引起的也不一样。  

（一）、热效应  

微波辐射人体后，电解质离子随微波频率迅速振动以及电介质的束缚电荷作相对移动，偶极子孕育产生转动，为克服所在媒质的粘滞性而消耗能量并产热。实验证明使水分子转动180°所需的时间大约与微波之半周期相适应，水分子的固有振荡频率与波长3厘米之微波频率相近，可吸收微波能量的98％，10厘米微波可被水吸收50％，介电常数较大的组织吸收微波较多，水的介电常数大，故富含水分的组织（如血液、肝、肾、肌肉等）吸收微波能量最多而孕育产生大量热能，引起组织温度升高，而脂肪和骨组织吸收能量最少。    

微波对生物体加热的深度取决于波长、组织的导电率、反射能力、介电性、分层厚度、总的容积和几何形状等。厘米波最显著的能量吸收产生在表浅组织内，其穿透组织深度仅为数厘米，同时大部分能量在组织的交接面上被反射，在此处可能形成驻波而导致邻近组织的过热。微波透入机体组织的特点，使得在某一种动物身上所研究的结果很难或基本不可能应用到另一种动物身上，更不可照样地应用于人体。例如，用波长12.6厘米的微波同样作用于老鼠、兔和人，可刺激差别的器官引起反响。由于多种因素影响电磁能吸收的精确测定，故目前在临床治疗和实验研究中，微波对机体作用强度的最可靠的指标，仍然是丈量受作用组织或器官的温度转变。 

（二）非热效应  

动物和临床实验证明，微波的热作用是明显的，但实验中，出现一些不可用热效应解释的生物学现象，例如鸽子在微波束（雷达）中出现慌乱而离奇的飞行。鸽子这种异常活动，不可能与热有关，因为凭据辐射器的功率和辐射源与鸽子的距离剖析，其能量密度绝不会引起热效应。又如以脉冲连续时间为1/10微秒的微波作用于兔眼时，20分钟后可出现严重损害，但测到的平均功率远不足以引起热效应；还有当以不会引起产热的剂量作用于机体时，发觉可以血流加速，接受低场强微波照射后，在不引起温度升高的情况下，却能引起某些系统和器官的机能或形态学方面的转变，如嗜睡、心动过缓、血压下降等反响，苏联学派称此为热外作用。认为当接受作用的介质产生温度转变之前，已产生了非常纷乱的物理-化学过程，有机物和无机物荷电颗粒随电磁场偏向的转变而转移，膜上荷电粒子浓度和通透性转变,卵白结结构形过程的转变，细胞上的胺基基团及细胞的结构等方面的转变，这与电磁场频率与受作用的动物种类、作用部位和机体原始状态有关。这种特殊作用在较低强度微波作用时(小于10mw/cm2)体现明显，高强度作用时引起的明显热效应掩盖了细胞和组织内的小能量作用下孕育产生的物理化学转变反响，故非热效应就不易显示出来。因此，可以总结为：微波的非热效应在由于细胞内发生的布朗氏运动而孕育产生热效应之前最为突出，尤其是当应用低强度微波时最为明显。在微波的作用机制中，当受作用的细胞内结构的固有频率与电磁场频率相一致或成倍数时所孕育产生的效应最大。有人指出在微波作用上，细胞内水分产生构形过程，而这些水分的固有频率大抵为500MHz，而卵白质分子内的结合水自己又决定了分子形态的转变。因此整个机体系统对低强度微波振荡不但具有特殊的极高的敏感性，并且接受其影响的能力也增强。有人提出微波的非热效应需从信息学说的观点来认识电磁场的生物学活性问题。在基本相同条件下的外源热作用不引起类似的非热效应。但国际上对此尚有争议，需待继续研究。我科与生物教研室等协作，进行低场强微波照射小白鼠实验，在1mW/cm2组中，照射后，测动物皮温转变为－0.4℃（均值），肛温转变为－1.59℃（均值），但可见到心肌局部线粒体有溶合、变形、嵴数减少变短和局部空化，并偶见心肌肌丝轻微松散等转变，这就很难用热效应解释。1973年国际微波华沙会议曾建议1mW/cm2以下为非热效应，1～10mW/cm2为非热效应和热效应的复合作用，10mW/cm2以上为热效应作用，这与我科等所进行的实验中，各微波场强组小白鼠体温转变和心肌超微结构转变有相符之处。因此可以认为从微波卫生防护和微波临床应用出发，应考虑到微波的热作用和非热作用的生物效应因素。

三、生理作用和治疗作用 

（一）生理作用 

1.对心脏血管系统的作用 

（1）大多数实验研究证明治疗剂量的微波对心脏有拟迷走神经作用（心跳变慢、心电图R波T波幅度下降，P－R间期延长，房室传导延长和血压下降等）。小剂量能改进冠状动脉供血情况和改进心肌窒息时的血循环。但过大剂量照射对心脏有损害作用。 

（2）组织温度升高、增强血液循环，血流量可增加50％左右。用80mW/cm2的微波辐射兔耳时可见到迅速的充血现象；作用于人手指甲皱时，可见到微血管扩张和血运加速；辐射狗的后肢，肌肉内的静脉血增加104％。用微热热量微波10～15分钟作用心区，可使高血压患者血压下降，心肌供血改进。

2.对血液及免疫效用的影响 

大剂量微波有抗凝作用，小剂量对血小板和凝血时间无明显转变。大剂量可使红细胞脆性增高，降低血中磷的含量，血中胆碱脂酶的活性下降。有人用3.5mW/cm2的波长10cm的脉冲微波恒久辐射豚鼠和家兔，发觉周围血液中白细胞总数和淋巴细胞增多，红细胞数无明显转变，骨髓内呈红细胞有异常的染色质结构，核溶解和碎裂，有丝破裂异常。   

总之，由于实验要领和条件差别关于微波辐射对血液的影响的申报颇不一致。微波辐射对机体免疫机能影响报导亦不相同。动物实验证明，低强度的微波辐射可使嗜中性白细胞的吞噬活力下降，抗体生成严重受抑制。但有些作者在用微波治疗肺炎患者过程中发觉，血清中备解素，补体滴度升高，组织胺酶增加，提示微波可改进机体的非特异性免疫效用。我科与检验科协作应用频率为2450MHz微波，治疗剂量范畴（21.7mW/cm2－73.2mW/cm2），每日一次，每次照射15分钟，病区局部连续照射25～30次，凭据治疗前后细胞免疫、体液免疫和总补体、白细胞数检测，无明显差别，而所治患者均获得良好疗效，并未出现不良反响。 3.对神经系统影响   

短期中、小剂量加强大脑兴奋过程，恒久大剂量增强抑制，均可引起脑电图和条件反射转变。直接照射动物头部，小剂量引起暂时充血和线粒体等细胞转变，大剂量则有损害作用。恒久辐射可使大脑皮质细胞活动能力减弱。用非致热功率的微波永久辐射实验动物，可引起鞘磷脂和神经胶质代谢紊乱，在大脑白质和小脑中出现异染性球形小体，神经胶质细胞增生。恒久接受超出允许剂量微波辐射的人员，可有中枢神经系统机能紊乱，体现为头痛、头晕、易疲劳、记忆力减退、劳动能力减弱、睡眠障碍等。客观检查见腱反射减弱，手震颤，皮温过高，以及心动徐缓，血压颠簸等。但一些美国学者曾对雷达劳动人员进行观察，并未发觉以上异常现象，认为微波辐射不引起神经系统障碍。对植物神经可引起拟迷走神经的作用，能降低周围神经兴奋性和减弱支配肌张力的γ纤维的兴奋和传导效用，有缓解肌肉痉挛和止痛作用。  

4.对生殖系统影响  

睾丸由于血液循环较差，对微波特别敏感，当微波辐射使睾丸温度高于35℃时****的孕育产生即受到抑制或停止，过量辐射可使曲细精管萎缩，局灶性坏死。故用微波辐射睾丸相近部位时应将睾丸屏蔽防护。据有人报导，睾丸组织允许功率密度5mW/cm2。别的有报导，大剂量照射动物卵巢时也可受到损害，失去生育效用，照射妊娠动物可致动物早产或流产。现已有报道用微波照射睾丸进行男性避孕。 

5.对眼的影响   

由于眼球是富于水分和多层介面的组织，血循环差，容易积热，大剂量或恒久辐射微波后玻璃体和晶体出现浑浊，有人认为，可能由于微波作用后眼球组织温度升高使眼部焦磷酸酶、三磷酸腺苷酶活性降低有关。用180mW/cm2的微波作用于动物的眼球时，可导致晶体的浑浊和白内障，同时发觉眼睛的焦磷酸酶和三磷酸腺苷酶的活性下降；晶体内细胞的抗坏血酸、DNA的合成及细胞核的有丝破裂都产生转变；微波作用后，晶体中的电解质和水分增加，细胞膜的渗透性产生转变。一般认为形成晶体损害的临界微波功率密度为100mW/cm2；当晶体内温度达44℃时，便形成白内障。有人用兔子作实验证明，如果动物处于低温状态下，即使到达致白内障的强度和时间也不引起白内障。但小剂量照射未见到损害作用，国外报导利用小剂量治疗某些眼病有良好作用。应用微波治疗眼病时特别要注意用小剂量。  

6.对呼吸系统影响     

小剂量微波作用于肺部时发觉呼吸变慢，肺轻度充血，肺泡间隙有少量白细胞浸润，微波对肺炎有治疗作用。据国外报导，中、小剂量微波对小儿急性肺炎、迁延性肺炎、哮喘性支气管炎有良好效果。   

7.对消化系统的影响  

在治疗剂量下，发觉微波能够加强实验动物胃肠的吸收效用，对排泄和排空效用亦有调理作用，使胃蠕动减慢，胃的全酸和游离酸均见减少，当排泄和排空效用亢进时，微波的调理作用更为明显。但由于胃肠等空腔器官的调理机能较差，对热敏感，因此，不可用较大剂量微波治疗，不然可引起损伤。对肝脏作用，小剂量可引起充血反响，大剂量辐射亦有损害作用。 

8.对内排泄系统影响 

国外报导动物实验接纳微波一次或多次短时间（30分钟）3mW/cm2照射动物能使动物甲状腺效用增高。有人用1～10mW/cm2微波恒久照射动物，引起甲状腺和内排泄活动增高，甲状腺浓集放射性碘的能力明显增强。有人认为这可能是由于微波刺激了下丘脑垂体效用使垂体的促甲状激素增加之故。另有人研究报导，微波能够增强肾上腺皮质激素的合成。以治疗剂量的微波辐射关节病和皮肤病患者的肾上腺投影区，可使肾上腺皮质效用增强，血中抗炎激素增加，促炎激素减少，尿中儿茶酚胺排出减少，电解质代谢转为正常，提示交感－肾上腺系统的机能状态得到改进。 

9.对细胞染色体和核有丝破裂的影响  

用波长为10厘米，功率密度为3～7mW/cm2的微波，直接作用于人的淋巴细胞和猴的肾细胞培养物时，便可见到细胞染色体产生畸变和核有丝破裂的异常现象；如将波长为10厘米，功率密度为10mW/cm2的微波，作用于动物的眼球角膜时，便可发觉角膜的上皮细胞产生有丝破裂的转变，这些现象对研究微波细胞学和遗传学将有密切关系。   

10.对炎症过程的影响    

微波对亚急性、慢性及急性炎症有抗炎作用，这是因为：

（1）微波降低与炎症过程的始动机制有关的致炎介质，如用微热量和温热量作用后炎症组织和血液中增高的组织胺、加压素、缓激素肽等含量降低。但高热量微波可增加体内致炎介质的含量并使炎症过程恶化。

（2）降低微循环、微血管增高的通透性。发炎反响与微血管通透性增高的微血管反响有关，微血管细胞损伤及其通透性增高是受致炎介质影响的结果。微波（分米波和厘米波）作用后，这些活性物质在组织和器官内的含量减少，导致增高的组织通透性降低，使炎症过程的产生逆转。

（3）使局部血管扩张，血流加速，使组织内吸收加快。

（4）微波在抗炎中除对异化过程的抑制性影响外，对同化过程有激活作用。有人发觉，微波在不使细胞结构升温的剂量下，对细胞的氧化－还原过程有刺激和使之正常化的作用。

因此，有人认为对决定发炎水平的那些过程的抑制作用，对适应系统的激活和修复过程的刺激作用，是应用微热量微波抗炎作用的基础。