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编号:10205548
慢性次声暴露对豚鼠听阈及耳蜗毛细胞的影响
http://www.100md.com 《第四军医大学学报》 2000年第1期
     慢性次声暴露对豚鼠听阈及耳蜗毛细胞的影响

    张术 黄维国 邱建华 贾克勇 刘顺利

    摘 要:目的 观察慢性次声暴露对豚鼠听阈及耳蜗毛细胞形态学的影响和作用 特点. 方法 通过听觉脑干诱发电位测试(ABR)及扫描电镜分别观察了豚 鼠在8 Hz,125 dB SPL,1次.d-1, 2 h/次的次声暴露条件下,其听阈和耳蜗毛细胞听毛形态的变化情况. 结果 豚鼠在click声 及9个频率的短纯音的听阈均有升高,最大阈移为26 dB (4 kHz短纯音),最小阈移为18 dB (c lick声);豚鼠听阈的升高缺乏频率选择性,各频率阈移间无显著差异. 扫描电镜观察可见耳 蜗毛细胞出现了以外毛细胞为主的损伤表现,且由底周至顶周外毛细胞听毛的损伤逐渐加重 . 结论 慢性次声暴露确可使豚鼠听力出现下降,但与白噪声相比其又有 自己的声损伤特点,可能在声损伤机制上二者是有差别的.
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    关键词:次声;听阈;毛细胞;豚鼠

    0 引言

    次声是频率低于20 Hz的声波,系由各种物体振动产生的,通过弹性介质的分子作用形成疏 密 交替的纵向波向四周传播. 其物理特性是波长长,能够绕射,大气衰减程度低,在空气中传 播远. 由于其听阈较高,故一般认为是听不见的. 随着工业、交通业及环保运动的发展,次 声作为环境污染因素正日益引起人们的关注. 国外一些劳动卫生部门报告:部分产业工人经 常遭受高于90 dB的次声作用;高速公路上行驶的车辆中可产生高达120 dB声强的次声波 [1,2] . 次声生物学效应的研究涉及职业卫生、劳动保护、物理医学和生命科学,我国在这方面的 研究尚处起步阶段,也未引起足够的重视. 我们应用西京医院理疗科研制的次声波发射舱系 统,就次声波对豚鼠可听声听阈及耳蜗毛细胞形态学的影响进行了合作研究.

    1 材料和方法
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    1.1 动物 健康成年杂色红眼豚鼠16只,体质量250~300 g,雌雄不限,双 耳廓反射灵敏. 用完全随机法将动物分为实验组8只,对照组8只.

    1.2 次声暴露 次声舱系统为我院理疗科与航天工业总公司 第41所联合研制,主要由低频 信号发声器、电动扬声器、功率放大器、次声检测系统、密闭次声压力舱等构成. 实验组次 声暴露条件为8 Hz,120 dB SPL,1次.d-1,2 h/次;对照组亦每日置于次声舱中2 h,但不接受次声暴露.

    1.3 听阈测试 采用我科自行开发的动物听觉脑干诱发电位 测试系统,主要由SS-1型声刺 激器及TDH-39耳机给声,衰减器用ND6型精密声级计校正. 交替声刺激,扫描时程20 ms, 刺激重复率20次.min-1,滤波带通为80~1500 Hz,叠加256次. 电极放置:用3.3 c m不透钢毫针 作电极,记录电极刺于豚鼠颅顶中线皮下,参考电极刺于受测耳后皮下,接地电极刺入鼻尖 . 所有动物在次声暴露前先行测定click声及125,250,500,1×103,2×103,4×103,6 ×103,8 ×103,10×103 Hz短纯音诱发的听性脑干诱发电位(ABR)并确定各频率下的阈值. 随后 在动物经次声暴露后5, 10, 20, 30 d分别按上述各频率行ABR测试,确定听力阈值.
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    1.4 耳蜗扫描电镜标本的制备 当实验组动物听阈出现显著 升高时,将实验组及对照组的 所有动物用5 g.L-1戊巴比妥钠按40 mg.kg-1麻醉后,打开胸腔行活 体左心室主动脉插管,生 理盐水200 mL灌注冲洗,40 g.L-1多聚甲醛500 mL(4℃)灌注固定,取出耳蜗挑出 镫骨并刺破卵 圆窗和蜗尖后置于40 g.L-1多聚甲醛与5 g.L-1戊二醛混合液中4℃过夜. 在 解剖显微镜下挑除耳蜗 各回外侧骨质,游离附带基底膜的蜗轴,10 g.L-1锇酸后固定,乙醇逐级脱水,乙 腈置换,临界点干燥,离子镀膜后于日立S-520型扫描电镜下观察.

    1.5 统计学分析 采用SPLM统计分析软件包. 实验组次声暴 露前、后click声及各频率短纯 音听阈均值用团体t检验进行比较;次声暴露后click声及各频率短纯音阈移均值之间用 方差 分析进行比较. 在次声暴露后的各时间点上,实验组与对照组的click声及各频率短纯音听 阈均值用团体t检验进行比较.
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    2 结果

    2.1 听觉脑干诱发电位 豚鼠click声及各频率短纯音诱发的听觉脑干诱发电 位图可见Ⅰ~ Ⅳ四个波. 其中以波Ⅲ最为明显,随刺激声强的减弱而最晚消失,故选用波Ⅲ的消失作为听 阈的判定指征.

    2.2 听阈变化 对照组豚鼠在实验前后其click声及各频率 短纯音听阈值 无变化(P>0.05). 实验组豚鼠在接受不同时间的次声暴露后,click声及各频率短纯音 听阈值如Tab 1. 可见实 验组动物在接受次声暴露30 d后,豚鼠的click声及各频率短纯音的听力阈值均出现升高. 经 统计分析显示,次声暴露后5,10,20 d时较次声暴露前click声及各频率短纯音听阈无显著 差别(P>0.05);次声暴露后30 d时较次声暴露前听阈有显著差别(P<0.05). 与对照 组比较亦 于次声暴露后30 d听阈出现明显升高(P<0.05). 与次声暴露前相比,豚鼠的clic k声及各 频率短纯音听力最大阈移为26 dB (4 kHz短纯音),最小阈移为18 dB (click声),但经方差 分析显示click声及各频率短纯音平均听力阈移间无显著性差异(P>0.05, Tab 1).
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    表1 实验豚鼠在不同次声暴露时间下的click声及各频率短纯音平均听力阈值

    Tab 1 The auditory threshold of guinea pigs after exposed to infrasound in di fferent time

    (X±s,dB SPL,n=8)

    t/d

    Click

    sound

    f(Toneburst)/Hz

    125

    250

, 百拇医药     500

    1×103

    2×103

    4×103

    6×103

    8 ×103

    10×103

    0

    10.5±1.6

    44.5±1.6

    44.0 ±2.1
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    40.0± 2.4

    34.5±1.6

    34.0±2.1

    21.0±2.1

    16.5±2.4

    1 3.5±2.4

    11.5±2.4

    5

    11.5±2.4

    46.5±2.4

    46.0±2.1

    43.5±2.4
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    37.0±3.5

    34 .5±1.6

    24.5±3.5

    20.0±4.7

    14.0±3.2

    13.0±3.5

    10

    12.5±3.5

    47.5±4.2

    45.0±4.7

    42.0±4.9

    38.0±4.2
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    33. 0±4.2

    24.0±2.9

    22.5±4.2

    16.5±4.3

    14.0±3.9

    20

    17.5±2.8

    53.0±2.6

    50.5±3.7

    51.0±4.1

    48.0±5.3

    42. 5±3.5
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    33.5±2.4

    28.5±2.4

    22.0±2.1

    21.5±4.2

    30

    28.5±3.5a

    65.0±3.9a

    65.0±3.9a

    60.0±5.1a

    56.0 ±4.3 a

    50.0±3.3a
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    47.0±4.2a

    39.0±3.2a

    35.5±3.1a

    33.0±3.9 a

    aP<0.05 vs before exposure and time zero.2.3 耳蜗毛细胞形态变化 耳蜗扫描电镜观察可见,对照组 耳蜗各周内、外毛细胞听毛排 列整齐,无缺失,外毛细胞听毛略呈V形. 实验组耳蜗各周内毛细胞听毛数量及排列与对照 组比较无明显差别. 但其外毛细胞听毛有损伤表现,其中耳蜗底周的三排外毛细胞听毛基本 正常,未见明显损伤(Fig 1);耳蜗Ⅱ周第三排外毛细胞听毛出现了排列不齐,轻度水肿及 部 分倒伏、缺失(Fig 2);耳蜗Ⅲ周第三排外毛细胞听毛的损伤情况有所加重,同时第二排外 毛细胞听毛也出现了损伤表现(Fig 3);耳蜗Ⅳ周三排外毛细胞听毛均出现了较严重的损伤 表现,听毛失去V外形,排列混乱,明显水肿,倒伏严重(Fig 4).t11-1.gif (28001 字节)
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    图1 耳蜗底周的三排外毛细胞听毛基本正常,未见明显损伤

    Fig 1 First turn: The hairs of three rows of OHCs is normal SEM ×1700t11-2.gif (26842 字节)

    图2 耳蜗Ⅱ周第三排外毛细胞听毛出现了排列不齐,轻度水肿及部分倒伏、缺失

    Fig 2 Second turn: Disarrange, collapse and disappearance of hairs can be se en in the third row of OHCs SEM ×2500t11-3.gif (26830 字节)
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    图3 耳蜗Ⅲ周第三排外毛细胞听毛的损伤情况有所加重,同时第二排外毛细胞听毛也出 现了损伤表现

    Fig 3 Third turn: Destruction of hairs of OHCs appears in the second row SEM ×1000t11-4.gif (29527 字节)

    图4 耳蜗Ⅳ周三排外毛细胞听毛均出现了较严重的损伤表现,听毛失去“V”字外形,排 列混乱,明显水肿,倒伏严重

    Fig 4 Fourth turn: Irregularly shaped, disarrange, edema in all three rows app ear extensively and havily SEM ×1700
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    3 讨论

    次声在各类工业生产、交通运输、高层建筑群等环境中广泛存在. 国外初步研究证明: 在一定作用条件下,次声对机体可造成危害,但在其致伤条件、致伤机制上存在许多分歧. 另外各国的次声损伤安全标准也有较大差别,我国目前尚无此类安全标准. 近年来军事环境 中的次声,如装甲车辆、潜艇、爆炸及次声武器等对作战人员的影响渐为各国军队所重视, 因此,对次声的生物物理特性进行实验研究并为制定其安全标准及防护措施提供参考是十分 有意义的. 本次实验选择次声作用频率为8 Hz是因为目前环境中存在的次声,其频率多在8 Hz附近[1,3].

    从本实验中ABR的测试结果可以看出,慢性次声暴露的确可以造成听力的损害. 听力减退呈 缓慢进行性,与慢性白噪声所致的听力损害比较,有其自身的特点. 表现为在听阈损害的频 率特性上次声使受试动物各频率短纯音及click声的听阈一致性升高,相互间阈移无明显差 异,缺乏听力损伤的频率选择性.
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    从扫描电镜的结果可以发现,经次声暴露后耳蜗毛细胞的听毛出现了损伤性改变,特点为以 外毛细胞的损伤为主;由底周至顶周外毛细胞听毛的损伤逐渐加重,损伤从第三排外毛细胞 开始逐渐扩展至第一排外毛细胞.

    从本实验以上的观察结果中我们考虑在听力损害的机制上,次声与白噪声是有差别的. 一定 频率的声波传入耳蜗后,只在耳蜗基底膜一定的部位产生最大的机械性位移,即频率共振, 同时该部位的毛细胞产生电冲动,进而产生某一频率的听觉[4,5]. 当声强达到损 伤性阈值 后,与其产生频率共振的耳蜗基底膜区域将首先出现受损现象. 而耳蜗由底周至顶周,其基 底膜共振频率是逐渐降低的,因此白噪声引起的外毛细胞听毛的损伤靠近底周,而次声引起 的外毛细胞听毛的损伤靠近顶周. 但次声引起的听阈提高却不像白噪声那样表现出了相应的 频率选择性,与外毛细胞听毛的损伤情况并不一致. 我们认为在次声损伤听力的过程中,除 次声波经耳传音系统可致耳蜗基底膜损伤外,次声特有的生物物理特性是一个重要的因素.
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    关于次声对生物体的作用原理,目前的研究认为主要是引起组织器官、细胞、细胞器及生物 大分子的共振[6,7]. 生物体可以认为是一系列多重心、多支点的弹簧质量模型, 各部分及 结构均有一定的固有振动频率频带,如头部为8~12 Hz,胸部为4~6 Hz,腹部为6~9 H z,盆腔为6 Hz左右,均在次声频率范围内. 当生物体暴露于次声场中时,次声可以诱发生 物 体组织结构发生共振,使其吸收次声波能量,引起细胞、分子结构发生改变,进而影响生物 体内的理化过程和功能状况. 因此次声对听力的损害,因共振机制而有多层次、全方位的特 点[8]. 故除耳蜗基底膜外,听觉传导通路、听皮层乃至整个神经系统的功能代谢 可能均同 时受到次声诱发的共振性损害,从而不表现出听力损失的频率选择性. 本次实验结果也同时 提示,次声的这种全方位损伤机制在声波致聋方面起着较大的作用,是以往白噪声致聋研究 中所见不到的.

    今后可经过对次声暴露下听觉传导通路上的各个部分进行系统的研究,以更多地了解次声 波对听觉系统影响的整体情况. 但从本次研究中至少可以看到,与可听声相比次声不仅是声 波频率上有改变,而且二者在对生物体的作用机制上也是有差别的.
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    基金项目:全军重点指令性课题基金资助项目(96Z042)

    作者简介:张术(1969-),男(满族),辽宁本溪市人. 住院医师,硕士生(导师黄维国). Tel. (029)3373740 Email. zs666@263.net

    张术(第四军医大学西京医院:耳鼻咽喉科,陕西 西安 710033)

    黄维国(第四军医大学西京医院:耳鼻咽喉科,陕西 西安 710033)

    邱建华(第四军医大学西京医院:耳鼻咽喉科,陕西 西安 710033)

    贾克勇(第四军医大学西京医院:理疗科,陕西 西安 710033)

    刘顺利(第四军医大学西京医院:耳鼻咽喉科,陕西 西安 710033)
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    参考文献

    [1]陈景藻. 次声的产生及生物学效应[M]. 北京:军事医学科学出版社, 1997:194-197.

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    [6]妙中启子. 超低周波空气振动に关实验研究[J]. 日本耳鼻喉科学会学报, 1989;92(9):1399-1408.

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