淺談次聲的存在及其基本生物效應(yīng)和研究意義

1、淺談當(dāng)今認(rèn)為:頻率為0.000 1 hz20 hz的聲波即次聲。它的產(chǎn)生和聲波相同,都是由于物質(zhì)(或物體)的機(jī)械性振動。次聲在本質(zhì)上與可聽聲和超聲沒有區(qū)別,但當(dāng)聲頻處于次聲頻率范圍內(nèi)時,可呈現(xiàn)一些新的特性,例如:已知聲在空氣中傳播時頻率高,衰減大,熱傳導(dǎo)和粘滯吸收效應(yīng)與頻率的平方成正比,故對次聲波的吸收非常小(如0.1 hz的次聲在空氣中傳播時,比頻率為1 000 hz的可聽聲吸收系數(shù)小1億倍!);大氣中的聲波導(dǎo)對次聲傳播發(fā)揮積極的作用,波導(dǎo)的作用與管子相當(dāng),它可使聲波沿波導(dǎo)層傳播,從而保障次聲波可遠(yuǎn)距離傳播。基于上述原理,故次聲在大氣中具有衰減小,傳播遠(yuǎn)的特性。據(jù)觀察;一顆氫彈在地面爆炸時產(chǎn)

2、生的次聲波可繞地球數(shù)圈;由于次聲波在空氣、水中、地面障礙物之間傳播時的吸收效應(yīng)很小,作用距離遠(yuǎn),穿透能力強(qiáng),用通常的隔聲或吸聲材料難以阻擋其作用,因此防護(hù)十分困難。 次聲在自然界和各種環(huán)境中比較廣泛地存在,其聲源主要有以下四個方面: 1在自然界存在次聲的聲源 當(dāng)?shù)卣鸹蚧鹕絿姲l(fā)時產(chǎn)生次聲;在海洋中當(dāng)風(fēng)速大于810 m/s時,由于浪對浪的拍擊可產(chǎn)生813 hz的次聲;出現(xiàn)颶風(fēng)時,所產(chǎn)生的次聲功率可達(dá)數(shù)十千瓦,甚至數(shù)百千瓦,可傳播數(shù)千公里,當(dāng)這種強(qiáng)大的次聲包圍船只時,有迅速致人死亡的危險;當(dāng)天氣變壞,狂風(fēng)大作時,在十幾層的高樓內(nèi)可產(chǎn)生110 hz的次聲,因而人們感到頭暈、厭倦、惡心和心神不安1。 2

3、在工業(yè)生產(chǎn)及交通運(yùn)輸?shù)拳h(huán)境中存在次聲聲源 次聲是生產(chǎn)噪聲和公共噪聲的重要組成部分,已引起不少國家的重視!由于在生產(chǎn)環(huán)境中采取吸聲和隔聲措施,在噪聲中可聽聲的比重下降,次聲的比重上升。在冶金生產(chǎn)、機(jī)器制造、建筑、交通、運(yùn)輸、筑路等行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境中均有次聲的存在,大功率的聯(lián)合機(jī)械設(shè)備、渦輪機(jī)、壓縮機(jī)、振動設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、推土機(jī)、挖掘機(jī)、各類汽車、火車、電機(jī)車、船舶、港口設(shè)備等在工作時間均可產(chǎn)生次聲2,3。 3人工次聲裝置 實(shí)驗用次聲發(fā)生裝置,即次聲壓力倉系統(tǒng)部分包括次聲信號發(fā)生器、功率放大器、共振室(密閉倉和共振喇叭)、次聲測量裝置(傳聲器、超低頻信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng));另一類型為機(jī)械振蕩式次聲源,主

4、要由活塞式次聲源、聲振動阻尼裝置及隔聲的密閉倉組成。其振動面為金屬板,由電動活塞推動,與電動揚(yáng)聲器相比,其振動面積和振幅均顯著增加,因此可產(chǎn)生高強(qiáng)度次聲4。 4人體次聲 研究次聲之所以具有重要的意義,最根本的原因在于人體內(nèi)存在次聲。從物理角度看,人體器官是一系列多支點(diǎn),多重心的彈簧模型,其固有振動頻率在次聲頻率范圍,例如頭部為812 hz、胸腔為46 hz、心臟為5 hz、腹腔為69 hz、盆腔為6 hz;據(jù)報告:在人體經(jīng)絡(luò)也可測到次聲;心音頻率范圍在5400 hz以內(nèi),其中也含次聲成分;人在呼吸時可產(chǎn)生次聲;人在活動時,如走路、跑步、游泳也可產(chǎn)生次聲,但強(qiáng)度較低,作用時間較短1,5。 次聲的

5、物理性質(zhì)及其生物學(xué)作用問題首先由法國學(xué)者加夫洛(gavreau)于1966年提出6、1972年巴黎國際噪聲專業(yè)會議正式確定了次聲的定義,并就有關(guān)次聲的研究問題展開了討論。此后,次聲研究逐漸在法、前蘇聯(lián)、美、英、日等國展開、故其研究的歷史較短。 在國際上有關(guān)次聲的生物效應(yīng)研究主要包括關(guān)于次聲的流行病學(xué)調(diào)查及相應(yīng)的臨床研究和動物實(shí)驗研究。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn):長期受環(huán)境中的低、中、強(qiáng)度次聲影響主要引起人體的應(yīng)激反應(yīng)及植物神經(jīng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂,進(jìn)而可致腦皮質(zhì)功能失調(diào),例如:對居住在高速公路附近,長期受到6792 db次聲作用的909名居民調(diào)查結(jié)果,主訴表現(xiàn)為:易怒(62.4%)、頭痛(57.6%)、

6、頭重(52.8%)、肢體疼痛(52.4%)、疲倦(48.0%)、失眠(47.6%)、思維障礙(42.6%)等共21種癥狀7。加夫洛把現(xiàn)代化的都市疲勞(city fatigue)歸咎于次聲暴露。據(jù)衛(wèi)生學(xué)調(diào)查: 生產(chǎn)環(huán)境中存在的次聲對中樞神經(jīng)系統(tǒng)、前庭分析器、心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)以及工作效率等有不良影響,且次聲與可聽聲綜合作用于人體時,不良作用加重1。 在有關(guān)次聲的實(shí)驗研究方面,國際上主要是前蘇聯(lián)、法、英、美、日等國的報道,其內(nèi)容涉及次聲對紅細(xì)胞膜及酶的作用效應(yīng),例如:2 hz、90 db的次聲作用后,與紅細(xì)胞膜結(jié)合的乙酰膽堿脂酶活性升高,而4 hz或8 hz、90 db作用后其活性降低8;次聲對

7、神經(jīng)系統(tǒng)的作用效應(yīng),例如:8 hz、大于90 db的次聲作用后,動物定向反應(yīng)潛伏期延長,拮抗肌時值比降低;以8 hz、120 db的次聲作用后,大鼠大腦皮層第3、4層神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)變化明顯,淡染色細(xì)胞增多、血管中度擴(kuò)張且周圍水腫,作用到第5 d,在上述部位有出血灶,作用到第1014 d,出現(xiàn)死亡的神經(jīng)元。當(dāng)140 db的次聲作用時,不論作用天數(shù)多少,均可見軟腦膜充血、蛛網(wǎng)膜下腔出血、皮質(zhì)區(qū)點(diǎn)狀出血、病變神經(jīng)元內(nèi)神經(jīng)纖維分解9;次聲對垂體-腎上腺皮質(zhì)系統(tǒng)的作用,例如:8 hz、16 hz、110135 db的次聲作用小鼠20 min后,血漿中acth含量明顯升高,血清中皮質(zhì)醇含量也明顯上升;分別以

8、波動(220 hz、100110 db)次聲和穩(wěn)態(tài)(16 hz、110 db)次聲作用15 min后,大鼠血漿中acth含量均上升,但波動次聲的作用較穩(wěn)態(tài)次聲強(qiáng)10;次聲對聽覺系統(tǒng)的作用效應(yīng),當(dāng)今認(rèn)為:在一般條件下人耳聽不到次聲,而當(dāng)其聲壓達(dá)到一定強(qiáng)度時,則可聽到,此時所聽到的是次聲在中耳、內(nèi)耳失真所造成的綜合諧音;在8 hz或16 hz、90120 db的次聲作用下,電鏡觀察到耳蝸毛細(xì)胞出現(xiàn)多形性核,停止作用后可恢復(fù)正常核形;次聲與低頻噪聲或低頻振動聯(lián)合作用,對聽力及前庭器官影響更大11;次聲對心臟的作用效應(yīng),例如:以10 hz、100110 db的次聲,每天6 h作用于兔,可引起心肌細(xì)胞線

9、粒體內(nèi)琥珀酸脫氫酶和細(xì)胞色素氧化酶活性降低,其部位主要局限在左心室和室間隔的內(nèi)膜下層;以8 hz、16 hz、120 db、140 db的次聲作用后,大鼠心臟動脈管徑變小,毛細(xì)血管擴(kuò)展,血液循環(huán)障礙,形成貧血區(qū)和局限性的肌原纖維溶解、氧化還原酶活性降低、線粒體腫脹、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)擴(kuò)張12;次聲對肝臟的作用效應(yīng),例如:8 hz、90 db的次聲作用2 h后,出現(xiàn)大鼠個別肝細(xì)胞活性喪失的病灶,135 db作用后出現(xiàn)肝細(xì)胞顆粒樣和脂肪樣萎縮,140 db次聲作用后首先損傷肝細(xì)胞核,部分肝細(xì)胞死亡13。 國內(nèi)有關(guān)次聲的生物效應(yīng)、衛(wèi)生學(xué)調(diào)查等開展的工作不多,中國科學(xué)院聲學(xué)所建有電動揚(yáng)聲器式次聲壓力倉系統(tǒng),并觀察

10、了次聲對人體的血壓、脈搏的影響14;廈門大學(xué)采用低頻信號發(fā)生器推動單個揚(yáng)聲器產(chǎn)生的次聲場研究了次聲對酶的影響15;衛(wèi)生部工業(yè)衛(wèi)生實(shí)驗所觀察了次聲作用對血中acth及皮質(zhì)酮含量的影響、次聲對小鼠生育能力及免疫功能的影響16;第四軍醫(yī)大學(xué)在科學(xué)院聲學(xué)所和航天工業(yè)總公司第41所的指導(dǎo)和協(xié)作下建立了兩套聲源為電動揚(yáng)聲器的次聲壓力倉系統(tǒng),并且開始了次聲對學(xué)習(xí)能力的影響17、次聲引起的腦應(yīng)激反應(yīng)及分子機(jī)制18、次聲對聽覺系統(tǒng)19、視覺系統(tǒng)的作用效應(yīng)和機(jī)制、次聲對一些主要系統(tǒng)器官的危害評價等方面的實(shí)驗研究,以為進(jìn)一步研究次聲的防護(hù)和利用奠定基礎(chǔ)。 次聲對機(jī)體的基本作用原理是生物共振,即次聲引起的原發(fā)性作用機(jī)

11、制是引起器官、組織直至分子水平的共振反應(yīng)。次聲的作用效應(yīng)與其各種參數(shù)如頻率、聲壓級水平、作用時間(每次作用時間和作用次數(shù))等有關(guān)。在生產(chǎn)環(huán)境中工作人員受到次聲作用的最大聲能相應(yīng)在16 hz,其次在8 hz1。 關(guān)于次聲的安全閾水平,johnson提出:120 db是引起次聲效應(yīng)的閾水平,但只限短時間作用;美國環(huán)保局認(rèn)為:低于130 db的次聲不構(gòu)成公害;前蘇聯(lián)學(xué)者認(rèn)為:90 db基本是次聲的生物效應(yīng)閾水平、90110 db次聲長期作用是一種強(qiáng)烈的應(yīng)激因子,可破壞機(jī)體的適應(yīng)機(jī)能1。 < br>關(guān)于次聲的生物學(xué)作用研究存在的問題,總的看來,至今關(guān)于次聲的生物學(xué)作用研究在國際范圍尚不夠普

12、遍,一些國家對其效應(yīng)的實(shí)驗觀察尚不夠系統(tǒng),其作用的分子機(jī)理不夠清楚,尚無公認(rèn)的衛(wèi)生安全標(biāo)準(zhǔn)。我國開展此項研究工作的單位甚少。 開展次聲的生物學(xué)作用研究具有多方面的重要意義,主要是:次聲在各類工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、交通環(huán)境、自然環(huán)境以及軍事環(huán)境中比較廣泛存在,已成為公共噪聲和生產(chǎn)噪聲的重要組成部分,且難于防護(hù)。因此,關(guān)于次聲的生物學(xué)作用及防護(hù)問題研究應(yīng)予重視,這一研究方向涉及環(huán)境醫(yī)學(xué)、公共衛(wèi)生學(xué)、勞動衛(wèi)生與職業(yè)病學(xué)、軍事醫(yī)學(xué)、航空航天醫(yī)學(xué)、航海醫(yī)學(xué)等;人體從腦到各內(nèi)臟器官存在次聲頻率范圍內(nèi)的固有振動,人體的這一基本物理信息在生命活動中的作用,尚不明了。體內(nèi)次聲頻率的振動在體外次聲作用下肯定會發(fā)生共振反應(yīng)

13、,因此它又是人類與外界環(huán)境進(jìn)行信息和能量交流的方式之一,故研究人體次聲也具有十分重要的意義,這一研究方向涉及生命科學(xué)、生物物理學(xué)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)等;低強(qiáng)度、小劑量的次聲對人體可能還有良好的作用,如俄羅斯學(xué)者提出弱次聲對人體的精神情緒有振奮作用20;已有報道發(fā)明了次聲診斷骨質(zhì)疏松、次聲按摩治療學(xué)生的漸進(jìn)性近視21;據(jù)初步分析,次聲頻段的心音變化可能反映心臟某些病變。進(jìn)一步研究次聲在臨床診斷和治療中的應(yīng)用具有一定的理論和實(shí)際意義?？傊?在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,開展次聲研究的內(nèi)容是豐富的,具有寶貴的科學(xué)價值、社會價值和經(jīng)濟(jì)價值。   參考文獻(xiàn) 1陳景藻.次聲的產(chǎn)生及生物學(xué)效應(yīng).國外醫(yī)學(xué)物理醫(yī)學(xué)與康復(fù)分冊

14、,1999,19:15-17. 2backteman o,kohler j,sjoberg l.infrasound-tutorial and review:part 2.j low freq noise vib,1983,2:176-210. 3妙中啟子.超低周波空氣振動的研究.日本耳鼻喉科學(xué)會學(xué)報,1989,92:1399-1415. 4馬大猷.聲學(xué)手冊.北京:科學(xué)出版社,1984.20-34. 5backteman o,kohler j,sjoberg l.infrasound-tutorial and review:part 4.j low freq noise vib.1984,3:

15、28-67. 6gavreau v.infrasound:generateurs detecturs proprietes physiques,effects biollgiques.acustica,1966,17:1-4. 7naoko n,masanobu m,yasukiyo y,et cess and emergence on the effects of infrasounic and low frequency noise on inhabitants.j low freq noise vib,1989,8(3):87-99. 8 , , . . ,19 85,10:

16、73-74. 9 . , . ,1992,78,62-64. 10yamsumi y.the pituitary adrenocortical response in rats exposed to fluctuating infrasound.j low freq noise vib,1994,13(3):89-90. 11 . - ,1990,24(6):39-41. 12 , . . ,1991,12:56. 13 , . . ,1991,2:45-47. 14田時秀,李金錫,胡冰.次聲對人血壓和脈搏的影響.聲學(xué)學(xué)報,1996,21:254-258. 15沈持衡,歐陽培.次聲信號對堿性磷酸酶活力的影響.生物化學(xué)與生物物理進(jìn)展,1987,5:38-43. 16趙乃坤,杜維霞,劉秀敏,等.次聲對動物生物效應(yīng)的研究.中華勞動衛(wèi)生與職業(yè)病雜志,1993,11:338-340. 17王斌,陳景藻,易南.不同聲強(qiáng)8 hz次聲對小鼠學(xué)習(xí)能力的影響.第四軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報,1997,18:442-445. 18袁華,陳景藻,李玲.次聲作用后大鼠皮質(zhì)和海馬hsp70表達(dá)的實(shí)驗研究.解放軍醫(yī)學(xué)雜志,