学文网当今认为:频率为0.000 1 Hz～20 Hz的声波即次声。它的产生和声波相同,都是由于物质(或物体)的机械性振动。次声在本质上与可听声和超声没有区别,但当声频处于次声频率范围内时,可呈现一些新的特性,例如:已知声在空气中传播时频率高,衰减大,热传导和粘滞吸收效应与频率的平方成正比,故对次声波的吸收非常小(如0.1 Hz的次声在空气中传播时,比频率为1 000 Hz的可听声吸收系数小1亿倍!);大气中的声波导对次声传播发挥积极的作用,波导的作用与管子相当,它可使声波沿波导层传播,从而保障次声波可远距离传播。基于上述原理,故次声在大气中具有衰减小,传播远的特性。据观察;一颗氢弹在地面爆炸时产生的次声波可绕地球数圈;由于次声波在空气、水中、地面障碍物之间传播时的吸收效应很小,作用距离远,穿透能力强,用通常的隔声或吸声材料难以阻挡其作用,因此防护十分困难。
次声在自然界和各种环境中比较广泛地存在,其声源主要有以下四个方面:
1 在自然界存在次声的声源
当地震或火山喷发时产生次声;在海洋中当风速大于8～10 m/s时,由于浪对浪的拍击可产生8～13 Hz的次声;出现飓风时,所产生的次声功率可达数十千瓦,甚至数百千瓦,可传播数千公里,当这种强大的次声包围船只时,有迅速致人死亡的危险;当天气变坏,狂风大作时,在十几层的高楼内可产生1～10 Hz的次声,因而人们感到头晕、厌倦、恶心和心神不安［1］。
2 在工业生产及交通运输等环境中存在次声声源
次声是生产噪声和公共噪声的重要组成部分,已引起不少国家的重视!由于在生产环境中采取吸声和隔声措施,在噪声中可听声的比重下降,次声的比重上升。在冶金生产、机器制造、建筑、交通、运输、筑路等行业的生产环境中均有次声的存在,大功率的联合机械设备、涡轮机、压缩机、振动设备、通风设备、推土机、挖掘机、各类汽车、火车、电机车、船舶、港口设备等在工作时间均可产生次声［2,3］。
3 人工次声装置
实验用次声发生装置,即次声压力仓系统部分包括次声信号发生器、功率放大器、共振室(密闭仓和共振喇叭)、次声测量装置(传声器、超低频信号数据采集系统);另一类型为机械振荡式次声源,主要由活塞式次声源、声振动阻尼装置及隔声的密闭仓组成。其振动面为金属板,由电动活塞推动,与电动扬声器相比,其振动面积和振幅均显著增加,因此可产生高强度次声［4］。
4 人体次声
研究次声之所以具有重要的意义,最根本的原因在于人体内存在次声。从物理角度看,人体器官是一系列多支点,多重心的弹簧模型,其固有振动频率在次声频率范围,例如头部为8～12 Hz、胸腔为4～6 Hz、心脏为5 Hz、腹腔为6～9 Hz、盆腔为6 Hz;据报告:在人体经络也可测到次声;心音频率范围在5～400 Hz以内,其中也含次声成分;人在呼吸时可产生次声;人在活动时,如走路、跑步、游泳也可产生次声,但强度较低,作用时间较短［1,5］。
次声的物理性质及其生物学作用问题首先由法国学者加夫洛(Gavreau)于1966年提出［6］、1972年巴黎国际噪声专业会议正式确定了次声的定义,并就有关次声的研究问题展开了讨论。此后,次声研究逐渐在法、前苏联、美、英、日等国展开、故其研究的历史较短。
在国际上有关次声的生物效应研究主要包括关于次声的流行病学调查及相应的临床研究和动物实验研究。流行病学调查发现:长期受环境中的低、中、强度次声影响主要引起人体的应激反应及植物神经和内分泌系统功能紊乱,进而可致脑皮质功能失调,例如:对居住在高速公路附近,长期受到67～92 dB次声作用的909名居民调查结果,主诉表现为:易怒(62.4%)、头痛(57.6%)、头重(52.8%)、肢体疼痛(52.4%)、疲倦(48.0%)、失眠(47.6%)、思维障碍(42.6%)等共21种症状［7］。加夫洛把现代化的都市疲劳(city fatigue)归咎于次声暴露。据卫生学调查: 生产环境中存在的次声对中枢神经系统、前庭分析器、心血管系统、呼吸系统以及工作效率等有不良影响,且次声与可听声综合作用于人体时,不良作用加重［1］。
在有关次声的实验研究方面,国际上主要是前苏联、法、英、美、日等国的报道,其内容涉及次声对红细胞膜及酶的作用效应,例如:2 Hz、90 dB的次声作用后,与红细胞膜结合的乙酰胆碱脂酶活性升高,而4 Hz或8 Hz、90 dB作用后其活性降低［8］;次声对神经系统的作用效应,例如:8 Hz、大于90 dB的次声作用后,动物定向反应潜伏期延长,拮抗肌时值比降低;以8 Hz、120 dB的次声作用后,大鼠大脑皮层第3、4层神经元的结构变化明显,淡染色细胞增多、血管中度扩张且周围水肿,作用到第5 d,在上述部位有出血灶,作用到第10～14 d,出现死亡的神经元。当140 dB的次声作用时,不论作用天数多少,均可见软脑膜充血、蛛网膜下腔出血、皮质区点状出血、病变神经元内神经纤维分解［9］;次声对垂体-肾上腺皮质系统的作用,例如:8 Hz、16 Hz、110～135 dB的次声作用小鼠20 min后,血浆中ACTH含量明显升高,血清中皮质醇含量也明显上升;分别以波动(2～20 Hz、100～110 dB)次声和稳态(16 Hz、110 dB)次声作用15 min后,大鼠血浆中ACTH含量均上升,但波动次声的作用较稳态次声强［10］;次声对听觉系统的作用效应,当今认为:在一般条件下人耳听不到次声,而当其声压达到一定强度时,则可听到,此时所听到的是次声在中耳、内耳失真所造成的综合谐音;在8 Hz或16 Hz、90～120 dB的次声作用下,电镜观察到耳蜗毛细胞出现多形性核,停止作用后可恢复正常核形;次声与低频噪声或低频振动联合作用,对听力及前庭器官影响更大［11］;次声对心脏的作用效应,例如:以10 Hz、100～110 dB的次声,每天6 h作用于兔,可引起心肌细胞线粒体内琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶活性降低,其部位主要局限在左心室和室间隔的内膜下层;以8 Hz、16 Hz、120 dB、140 dB的次声作用后,大鼠心脏动脉管径变小,毛细血管扩展,血液循环障碍,形成贫血区和局限性的肌原纤维溶解、氧化还原酶活性降低、线粒体肿胀、内质网扩张［12］;次声对肝脏的作用效应,例如:8 Hz、90 dB的次声作用2 h后,出现大鼠个别肝细胞活性丧失的病灶,135 dB作用后出现肝细胞颗粒样和脂肪样萎缩,140 dB次声作用后首先损伤肝细胞核,部分肝细胞死亡［13］。
国内有关次声的生物效应、卫生学调查等开展的工作不多,中国科学院声学所建有电动扬声器式次声压力仓系统,并观察了次声对人体的血压、脉搏的影响［14］;厦门大学采用低频信号发生器推动单个扬声器产生的次声场研究了次声对酶的影响［15］;卫生部工业卫生实验所观察了次声作用对血中ACTH及皮质酮含量的影响、次声对小鼠生育能力及免***功能的影响［16］;第四***医大学在科学院声学所和航天工业总公司第41所的指导和协作下建立了两套声源为电动扬声器的次声压力仓系统,并且开始了次声对学习能力的影响［17］、次声引起的脑应激反应及分子机制［18］、次声对听觉系统［19］、视觉系统的作用效应和机制、次声对一些主要系统器官的危害评价等方面的实验研究,以为进一步研究次声的防护和利用奠定基础。
次声对机体的基本作用原理是生物共振,即次声引起的原发性作用机制是引起器官、组织直至分子水平的共振反应。次声的作用效应与其各种参数如频率、声压级水平、作用时间(每次作用时间和作用次数)等有关。在生产环境中工作人员受到次声作用的最大声能相应在16 Hz,其次在8 Hz［1］。
关于次声的安全阈水平,Johnson提出:120 dB是引起次声效应的阈水平,但只限短时间作用;美国环保局认为:低于130 dB的次声不构成公害;前苏联学者认为:90 dB基本是次声的生物效应阈水平、90～110 dB次声长期作用是一种强烈的应激因子,可破坏机体的适应机能［1］。
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关于次声的生物学作用研究存在的问题,总的看来,至今关于次声的生物学作用研究在国际范围尚不够普遍,一些国家对其效应的实验观察尚不够系统,其作用的分子机理不够清楚,尚无公认的卫生安全标准。我国开展此项研究工作的单位甚少。
开展次声的生物学作用研究具有多方面的重要意义,主要是:①次声在各类工业生产环境、交通环境、自然环境以及***事环境中比较广泛存在,已成为公共噪声和生产噪声的重要组成部分,且难于防护。因此,关于次声的生物学作用及防护问题研究应予重视,这一研究方向涉及环境医学、公共卫生学、劳动卫生与职业病学、***事医学、航空航天医学、航海医学等;②人体从脑到各内脏器官存在次声频率范围内的固有振动,人体的这一基本物理信息在生命活动中的作用,尚不明了。体内次声频率的振动在体外次声作用下肯定会发生共振反应,因此它又是人类与外界环境进行信息和能量交流的方式之一,故研究人体次声也具有十分重要的意义,这一研究方向涉及生命科学、生物物理学、基础医学等;③低强度、小剂量的次声对人体可能还有良好的作用,如俄罗斯学者提出弱次声对人体的精神情绪有振奋作用［20］;已有报道发明了次声诊断骨质疏松、次声按摩***学生的渐进性近视［21］;据初步分析,次声频段的心音变化可能反映心脏某些病变。进一步研究次声在临床诊断和***中的应用具有一定的理论和实际意义。总之,在生物医学领域,开展次声研究的内容是丰富的,具有宝贵的科学价值、社会价值和经济价值。
参 考 文 献
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