淺談次聲的存在及其基本生物效應和研究意義

1、淺談當今認為: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(或物體)的機械性振動。次聲在本質上與可聽聲和超聲沒有區(qū)別,但當聲頻處于次聲頻率范圍內時,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,熱傳導和粘滯吸收效應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!);大氣中的聲波導對次聲傳播發(fā)揮積極的作用,波導的作用與管子相當,它可使聲波沿波導層傳播,從而保障次聲波可遠距離傳播?；谏鲜鲈?故次聲在大氣中具有衰減小,傳播遠的特性。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很小,作用距離遠,穿透能力強,用通常的隔聲或吸聲材料難以阻擋其作用,因此防護十分困難。 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?shù)卣鸹蚧鹕絿姲l(fā)時產(chǎn)生次聲;在海洋中當風速大于810 m/s時,由于浪對浪的拍擊可產(chǎn)生813 hz的次聲;出現(xiàn)颶風時,所產(chǎn)生的次聲功率可達數(shù)十千瓦,甚至數(shù)百千瓦,可傳播數(shù)千公里,當這種強大的次聲包圍船只時,有迅速致人死亡的危險;當天氣變壞,狂風大作時,在十幾層的高樓內可產(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)、機器制造、建筑、交通、運輸、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)合機械設備、渦輪機、壓縮機、振動設備、通風設備、推土機、挖掘機、各類汽車、火車、電機車、船舶、港口設備等在工作時間均可產(chǎn)生次聲2,3。 3人工次聲裝置 實驗用次聲發(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存在次聲。從物理角度看,人體器官是一系列多支點,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)絡也可測到次聲;心音頻率范圍在5400 hz以內,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,但強度較低,作用時間較短1,5。 次聲的

5、物理性質及其生物學作用問題首先由法國學者加夫洛(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。 在國際上有關次聲的生物效應研究主要包括關于次聲的流行病學調查及相應的臨床研究和動物實驗研究。流行病學調查發(fā)現(xiàn):長期受環(huán)境中的低、中、強度次聲影響主要引起人體的應激反應及植物神經(jīng)和內分泌系統(tǒng)功能紊亂,進而可致腦皮質功能失調,例如:對居住在高速公路附近,長期受到6792 db次聲作用的909名居民調查結果,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)生學調查: 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。 在有關次聲的實驗研究方面,國際上主要是前蘇聯(lián)、法、英、美、日等國的報道,其內容涉及次聲對紅細胞膜及酶的作用效應,例如:2 hz、90 db的次聲作用后,與紅細胞膜結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,例如:8 hz、大于90 db的次聲作用后,動物定向反應潛伏期延長,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)元的結構變化明顯,淡染色細胞增多、血管中度擴張且周圍水腫,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、皮質區(qū)點狀出血、病變神經(jīng)元內神經(jīng)纖維分解9;次聲對垂體-腎上腺皮質系統(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10;次聲對聽覺系統(tǒng)的作用效應,當今認為:在一般條件下人耳聽不到次聲,而當其聲壓達到一定強度時,則可聽到,此時所聽到的是次聲在中耳、內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胞出現(xiàn)多形性核,停止作用后可恢復正常核形;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,例如:以10 hz、100110 db的次聲,每天6 h作用于兔,可引起心肌細胞線

9、粒體內琥珀酸脫氫酶和細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,毛細血管擴展,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、內質網(wǎng)擴張12;次聲對肝臟的作用效應,例如:8 hz、90 db的次聲作用2 h后,出現(xiàn)大鼠個別肝細胞活性喪失的病灶,135 db作用后出現(xiàn)肝細胞顆粒樣和脂肪樣萎縮,140 db次聲作用后首先損傷肝細胞核,部分肝細胞死亡13。 國內有關次聲的生物效應、衛(wèi)生學調查等開展的工作不多,中國科學院聲學所建有電動揚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;廈門大學采用低頻信號發(fā)生器推動單個揚聲器產(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)生實驗所觀察了次聲作用對血中acth及皮質酮含量的影響、次聲對小鼠生育能力及免疫功能的影響16;第四軍醫(yī)大學在科學院聲學所和航天工業(yè)總公司第41所的指導和協(xié)作下建立了兩套聲源為電動揚聲器的次聲壓力倉系統(tǒng),并且開始了次聲對學習能力的影響17、次聲引起的腦應激反應及分子機制18、次聲對聽覺系統(tǒng)19、視覺系統(tǒng)的作用效應和機制、次聲對一些主要系統(tǒng)器官的危害評價等方面的實驗研究,以為進一步研究次聲的防護和利用奠定基礎。 次聲對機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

11、制是引起器官、組織直至分子水平的共振反應。次聲的作用效應與其各種參數(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。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在16 hz,其次在8 hz1。 關于次聲的安全閾水平,johnson提出:120 db是引起次聲效應的閾水平,但只限短時間作用;美國環(huán)保局認為:低于130 db的次聲不構成公害;前蘇聯(lián)學者認為:90 db基本是次聲的生物效應閾水平、90110 db次聲長期作用是一種強烈的應激因子,可破壞機體的適應機能1。 < br>關于次聲的生物學作用研究存在的問題,總的看來,至今關于次聲的生物學作用研究在國際范圍尚不夠普

12、遍,一些國家對其效應的實驗觀察尚不夠系統(tǒng),其作用的分子機理不夠清楚,尚無公認的衛(wèi)生安全標準。我國開展此項研究工作的單位甚少。 開展次聲的生物學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。因此,關于次聲的生物學作用及防護問題研究應予重視,這一研究方向涉及環(huán)境醫(yī)學、公共衛(wèi)生學、勞動衛(wèi)生與職業(yè)病學、軍事醫(yī)學、航空航天醫(yī)學、航海醫(yī)學等;人體從腦到各內臟器官存在次聲頻率范圍內的固有振動,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

13、,因此它又是人類與外界環(huán)境進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、生物物理學、基礎醫(yī)學等;低強度、小劑量的次聲對人體可能還有良好的作用,如俄羅斯學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)明了次聲診斷骨質疏松、次聲按摩治療學生的漸進性近視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。進一步研究次聲在臨床診斷和治療中的應用具有一定的理論和實際意義?？傊?在生物醫(yī)學領域,開展次聲研究的內容是豐富的,具有寶貴的科學價值、社會價值和經(jīng)濟價值。   參考文獻 1陳景藻.次聲的產(chǎn)生及生物學效應.國外醫(yī)學物理醫(yī)學與康復分冊

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