次聲在生物醫(yī)學(xué)中的研究及應(yīng)用

1、次聲在生物醫(yī)學(xué)中的研究及應(yīng)用    【摘要】 次聲廣泛存在于人類生存的環(huán)境中，它具有穿透力強(qiáng)、衰減小等顯著特點(diǎn)，并能通過共振機(jī)理對人體神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)臟器官等產(chǎn)生一定的生物學(xué)效應(yīng)。恰當(dāng)?shù)睦么温暤奶匦?，可以轉(zhuǎn)害為利，讓次聲在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，為人類的健康做出貢獻(xiàn)。     【關(guān)鍵詞】 次聲；生物效應(yīng)；應(yīng)用     Research and application of infrasound in biomedicine    LU Rong,WANG

2、 Gui-xue,ZHAO Zhi-qiang.Biology Engineering College of Chongqing University Chongqing 400044,China    【Abstract】 Infrasound widely exists in the environment where people live. It has noticeable features such as powerful capability of through objects with small attenuation in transmiss

3、ion. It affects the function of nerve-system and viscera due to resonance. Using the characteristic of infrasound in a right way can make harm to be benefit. It can be used widely in biomedical engineering, and would make great contribution for human health.    【Key words】 infrasound；

4、biological effect；application    次聲是頻率為0.000120Hz的彈性波。它與可聽聲一樣，由各種物體的機(jī)械振動產(chǎn)生，通過各種彈性介質(zhì)(空氣、液體、固體)的分子作稀疏或緊密的交替波向四周擴(kuò)散傳播。次聲也是一種聲音，在本質(zhì)上與可聽聲或超聲沒有什么區(qū)別，例如傳播速度、傳播過程中的透射、反射以及吸收衰減規(guī)律等。當(dāng)然，由于次聲的頻率很低、波長很長，所以它也就具有一些不同于可聽聲或超聲的特性1，2。    1 次聲的基本物理性質(zhì)    1.1 次聲的特性 與可聽聲相比，次聲的特性主要

5、有兩點(diǎn)：一是人耳感受不到。次聲的頻率很低，超出了人耳的聽覺閾，所以不能引起人的聽覺。二是不易衰減。在相同的傳播路徑上，介質(zhì)吸收聲波能量，進(jìn)而使其衰減的多少與聲波的頻率正相關(guān)，即頻率低則衰減小，所以次聲比一般聲波的衰減要小得多。0.1Hz的次聲繞地球一周，其能量僅損失5%左右，這也說明次聲可以傳播很遠(yuǎn)的距離。例如一顆幾公斤重的炸彈爆炸時(shí)產(chǎn)生的可聽聲一般只能傳播幾公里遠(yuǎn)，而它產(chǎn)生的次聲在八十公里之外仍然可以被記錄到2。    1.2 次聲的產(chǎn)生 產(chǎn)生次聲波的原因是多種多樣的，大體可以歸納為兩個(gè)方面。一是由于自然現(xiàn)象而產(chǎn)生的，這種次聲主要由風(fēng)的波動、空氣湍流、火山爆發(fā)、

6、地震、臺風(fēng)、海浪拍擊等產(chǎn)生。二是由于人為因素而產(chǎn)生的：如核爆炸、火箭發(fā)射、超音速飛機(jī)的飛行等都伴有次聲波產(chǎn)生。然而，對人類造成危害最多的是在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的次聲波，在冶金、建筑、機(jī)器制造等行業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境中均有次聲的存在。這些次聲波給人類都會帶來程度不同的威脅24。    2 次聲的生物效應(yīng)及作用機(jī)理    2.1 次聲的生物效應(yīng) 次聲的物理性質(zhì)及其生物學(xué)作用問題首先由法國學(xué)者Gavreau于1966年提出，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。  

7、60; 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(yàn)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6792dB次聲作用的居民調(diào)查結(jié)果，主要表現(xiàn)為：易怒、頭痛、頭重、肢體疼痛、疲倦、失眠、思維障礙等共21種癥狀。Gavreau把現(xiàn)代化的都市疲勞歸咎于次聲暴露。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(shí)，不良作用加重3，5。 &

8、#160;  關(guān)于次聲的實(shí)驗(yàn)研究方面，主要涉及到次聲對神經(jīng)系統(tǒng)、臟器等的生物學(xué)效應(yīng)。（1）神經(jīng)系統(tǒng)：受次聲作用后，易出現(xiàn)倦怠、頭暈、頭痛、語言不清、精力分散、心情焦燥、精神錯(cuò)亂，甚至失去知覺。（2）呼吸系統(tǒng)：人接受110dB的次聲作用1min，呼吸次數(shù)有減少的傾向；對次聲敏感的人，在受到20Hz、120dB、10min的次聲作用后，會出現(xiàn)呼吸波形和節(jié)律不整以致呼吸困難和停止。（3）循環(huán)系統(tǒng)：當(dāng)10Hz、20Hz、100dB的次聲作用人體1min，心率有減慢的傾向。如用感覺最不愉快的次聲頻率作用人體1h，心率則有所增快，次聲對人體的損傷嚴(yán)重時(shí)可造成血管破裂、脫水休克, 甚至死亡。（4）

9、聽視器官：次聲為1Hz、172dB，暴露60min，或4Hz、暴露15min，或8Hz、暴露715min，可使鼓膜發(fā)生破裂，聽閾值下降；7Hz的次聲是誘發(fā)眼球震顫最為敏感的頻率，可出現(xiàn)視覺模糊，定向障礙。此外，次聲還可造成肌肉痙攣、震顫、肌力降低等運(yùn)動功能障礙，以及口干、吞咽困難、惡心、嘔吐、食欲缺乏等消化系統(tǒng)征象68。    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。目前，衛(wèi)生部工業(yè)衛(wèi)生實(shí)驗(yàn)所、中國科學(xué)院聲學(xué)所、廈門大學(xué)、第四軍醫(yī)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)都已經(jīng)在次聲的生物效應(yīng)等方面展開了相應(yīng)的研究工作，并取得了一定的成果，為進(jìn)一步研究次聲的防護(hù)和利用奠定了基礎(chǔ)5

10、。    2.2 次聲的作用機(jī)理 次聲在本質(zhì)上是聲波的振動。在聲場中, 聲波的能量釋放出來， 使聲場中的空氣、水、固體等物體產(chǎn)生共振。從物理的角度來分析，人體器官是一系列多支點(diǎn)、多重心的彈簧模型。生理學(xué)研究結(jié)果表明, 人體的各種器官都有一個(gè)固定的振動頻率, 這些頻率均處在次聲的頻率范圍內(nèi), 例如頭顱、胸腔、腹腔等的固有頻率大都在120Hz之間。故人體從腦到各內(nèi)臟器官均有可能受到次聲的影響2，3，9。    3 次聲的防護(hù)    由于次聲的性質(zhì)，決定了它在空氣、水中、地面、障礙物之間傳播時(shí)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?？蒲泄ぷ髡咴噲D從以下幾個(gè)方面來降低次聲的損害，以期對生物體進(jìn)行有效的防護(hù)。（1）制訂次聲安全閾水平：次聲作用于人體23min，人體可耐受的界限是150dB ；Johnson提出120Hz是引起次聲效應(yīng)的閾水平，但只限于短時(shí)間作用；美國環(huán)保局認(rèn)為，低于130dB的次聲不構(gòu)成損害。（2）限制次聲的作用時(shí)間：由于在相同次聲作用條件下，隨著作用時(shí)間的延長而對生物體的損害作用加重。對于一些必須在次聲環(huán)境中完成的工作，建議戴無孔的耳塞，同時(shí)戴上耳罩，并制訂適宜的每次工作最長暴露時(shí)間。（3）應(yīng)用防