次聲作用對大鼠視覺電生理功能的影響
關鍵字: 次聲作用次聲是頻率低于20 Hz的聲波,系由各種物體振動產生,通過彈性介質的分子作用形成疏密交替的縱波向四周傳播.次聲的頻率低,波長長,一般不能引起人的聽覺.自然界的很多現象,如火山爆發、暴風驟雨、地震、臺風等,都能產生較強的次聲[1].在航天工業的研究、生產、實驗等活動中,也可有次聲的產生.載人航天器在發射時,運載火箭產生強烈的振動和巨大的轟鳴,同時含有很強的次聲成分,模擬實驗發現其聲壓級達150 dB以上,宇航員的視力敏銳程度受到了明顯的影響.由于在大多數情況下產生的次聲常混有一定程度的可聽聲,因而單純次聲作用對人體的生物學效應往往被人們所忽視.近年來,國內外一些科研機構對次聲的生物學效應進行了初步的研究,但有關次聲對視覺系統影響的報道甚少,國內研究尚屬空白.我們從次聲作用大鼠視覺電生理功能影響角度進行了觀察,為進一步探討次聲對人類致傷的作用機理和預防措施提供依據.
1 材料和方法
1.1 次聲壓力倉系統 采用我校研制的電激勵式次聲壓力倉系統.體積為0.86 m3,倉內各空間點次聲的頻率和聲壓級水平保持一致.
1. 2 動物 采用我校實驗動物中心提供的健康成年雄性SD大鼠48只,體質量200 g~250 g. 分籠飼養于安靜舒適環境下(基礎噪音聲壓級不高于40 dB). 用完全隨機法將實驗動物分為8組,每組6只.
1.3 次聲暴露方法 實驗組給予8 Hz,聲壓級130 dB的次聲暴露,1次/d,每次2 h,分別暴露1,4,7,11,14,18及21 d.根據暴露時間,在各個時間點進行電生理的檢測.對照組亦每日置于次聲倉中2 h,但不接受次聲暴露.
1.4 視覺電生理學檢測 采用VETS95型視覺電生理檢測儀(重慶醫用電子設備廠),在實驗動物次聲暴露前和暴露1’4,7,11,14,18及21 d,分別進行閃光視覺誘發電位(FVEP),視網膜電圖(ERG)和振蕩電位(OPs)的檢測.將大鼠用20 g/L戊巴比妥納腹腔麻醉,5 g/L托吡卡胺散瞳后安置電極:FVEP采用12 mm長不銹鋼針作電極,記錄電極置于大鼠矢狀縫前囟后6 mm~7 mm皮下,參考電極置于鼻骨中部皮下,接地電極置于耳后皮下,兩眼分別檢測,(對側眼用遮眼罩蓋。.記錄方法:給予白光刺激,刺激頻率2 Hz,疊加100次,記錄時間250 ms,通頻帶范圍為0.1 Hz~85 Hz. 記錄P波潛伏期與振幅. ERG電極放置:記錄電極采用24號銀絲制成環行角膜接觸鏡,參考電極、地極同FVEP記錄.記錄方法:給予白光刺激,刺激頻率0.5 Hz,疊加5次,通頻帶、記錄時間同FVEP.記錄a波、b波的潛伏期和振幅. Ops電極放置同ERG,記錄方法:通頻帶范圍為75 hz~300 Hz,其余同ERG. 記錄ΣOPs波的振幅.
1.5 統計方法 采用多因素方差分析的方法,對次聲暴露前后各參數的變化進行統計學檢驗.
2 結果
2.1 次聲暴露后大鼠FVEP-P波的變化 次聲暴露前后對照組大鼠P波潛伏期、振幅無差異,實驗組P波潛伏期無差異,而振幅則在暴露1 d后明顯降低(P<0.01,Tab 1). 暴露時間增加,P波振幅仍然下降差異顯著(P<0.01).至暴露18 d后,振幅下降較前有所恢復,但與實驗前相比仍有差異(P<0.05).各實驗組間振幅下降無明顯差異.
2. 2 次聲暴露大鼠ERG-a波的變化 次聲暴露前后對照組大鼠ERG-a波潛伏期、振幅無差異,實驗組在次聲暴露11 d以后,大鼠a波潛伏期與實驗前相比明顯延長(P<0.05’Tab 2),而振幅在次聲暴露1 d后明顯下降(P<0.01’Tab 3)。隨著暴露時間延長,振幅有所恢復。暴露至14 d時,振幅再次出現明顯下降。但與暴露1 d后相比無明顯差異。此后增加暴露時間,振幅恢復。
2.3 次聲暴露后大鼠ERG-b波的變化 次聲暴露前后對照組大鼠ERG-b波潛伏期、振幅無差異,實驗組次聲暴露前后大鼠ERG-b波潛伏期無明顯改變,而振幅在暴露1 d后明顯下降(P<0.01’Tab 4).隨后振幅有所恢復,與實驗前相比無差異. 暴露至11 d,振幅又出現下降(P<0.05).至14 d,振幅出現明顯下降(P<0.01).再增加暴露時間,振幅與實驗前相比下降仍有差異。3 討論
當今國外航天工業部門在進行工業科技研究、生產和現場發射的全過程中,已注意到在某些環節實踐中產生的次聲和屬于可聽聲范圍的低頻噪聲對人體的影響,并開展了職業衛生學和有關基礎問題的研究.次聲對生物體、特別是人體的作用,已開始引起科研機構的重視,并進行了一些初步的研究.但至今有關次聲對視覺影響的報道甚少,僅有關于視物模糊及眼結膜血管變化的描述[1.2].因此,次聲對視覺系統的影響極待深入的研究.
3.1 關于視覺電生理功能的評定 對于視覺電生理功能的評定,有多種方法. fVEP是用光刺激視網膜后,通過視路傳遞,在枕葉視皮層誘發出的電活動。它反映出視網膜神經節細胞到視皮層的功能狀態,是對視路功能的客觀的檢查方法,其正常與否決定于是否具有正常的視網膜,是否具有正常傳導功能的視神經、外側膝狀體和視放射纖維,以及正常功能的視皮層.主要觀察指標是P波的潛伏期和振幅.潛伏期的長短反映神經傳導途徑中是否有阻滯的存在,而振幅則主要反映視網膜黃斑部的感受機能,同時也受到中樞傳導功能的影響[3]. eRG主要反映視網膜的機能. 其中a波起源于視網膜視感受器層,是一種超級化的動作電位,主要由視感受器電位構成,代表光感受器的電活動,是刺激后發生的最初反應[4];b波代表視網膜內核層區域細胞的電活動,是視感受細胞興奮后產生的電位變化,并以沖動的形式傳向視神經.因此,a波取決于光刺激的強度及光感受器的完整性;b波則取決于a波和視網膜內信號傳遞過程的完整性[5]. ops是附加在a波和b波上的一系列節律性的低振幅電位,其狀態取決于視網膜血液循環變化情況[6].
3.2 保證大鼠視覺電生理檢查穩定性 臨床視覺電生理學檢查是一種客觀的檢查方法,該方法可用于對動物視覺電生理功能的評定,但國內的研究較少。因生理、物理、化學等因素的改變,正常的視覺電生理指標其形狀和特性有很大差異,而且各實驗室正常值變異較大.我們在實驗中通過控制動物麻醉深度、瞳孔散大程度,固定電極放置、動物與光源角度,調節室內溫度、環境照度等一系列措施,使實驗前、后各種客觀因素的影響降到最小,而使電生理指標最大限度的反映動物視神經系統的機能狀態。我們在實驗中還發現,周期性節律對電生理指標影響較大。對每一個特定的個體,同一天的不同時間,各指標的潛伏期基本一致,但振幅值不盡相同[7].我們觀察到,大鼠晚上電生理指標振幅值較白天為高,可能是由于大鼠多為夜間活動的緣故。因此,我們選定每個觀察日的同一時間進行電生理檢測,而排除動物生理性節律的影響.在ERG的檢測中,我們選擇銀質角膜接觸鏡是由于其對眼刺激性較小,而且與液體接觸時本身不產生電信號. sD大鼠的FVEP,ERG波形與人相似,但是其波幅值相對較低,峰潛時較短. fVEP-P波峰潛時為(68±8)ms ,振幅為(12±3)μV ;ERG-a波峰潛時為(21±10) ms ,振幅為(-32±14)μV:ERG-b波峰潛時為(45±5)ms ,振幅為(102±36)μV;OPS振幅為(35±15)μV.
3.3 次聲對大鼠視覺電生理的影響 從本實驗的結果可以看出,次聲確可造成一定程度的視覺功能的損害.動物在次聲暴露1 d后,即有明顯FVEP-P波、ERG-a波、ERG-b波振幅下降.這種異常是即刻發生的,而且隨著暴露時間延長,有明顯的適應現象. fVEP-P波在暴露18 d后,振幅下降有所恢復;ERG-a波、ERG-b波恢復后也直到暴露14 d,才再次出現振幅的明顯下降,可能是由于機體對于次聲環境敏感的閾值提高,直到累積效應再次達到提高了的閾值,才能引起視覺機能的損害.次聲對視覺功能的影響機制,首先是基于生物共振.人體器官可以認為是一系列多重心、多支點的彈簧質量模型,各部分均有一定的固有振動頻率頻帶,如頭部為8 hz~12 Hz,胸部為4 Hz~6 Hz,腹部為6 Hz~9 Hz等,均在次聲頻率范圍內.次聲作為一種異常的物理信號,其特有的壓力感和振動感誘發機體組織器官發生共振,刺激軀體的本體感受器和內臟器官的感受器,通過神經反射,作用于中樞,進一步反射性地引起一些器官和生理系統的反應,包括視覺系統。另外,次聲以一種能量形式直接作用于組織,其機械能可轉化為熱能、生物化學能或生物電能,進而引起組織細胞分子結構的改變[8,9].ΣOPs的振幅作為反映視網膜循環功能狀態的指標,隨著次聲暴露時間的延長,振幅下降隨之增多.說明次聲不僅通過中樞反應間接引起視覺機能的異常,還有可能通過能量轉換直接造成視網膜血液供應的改變,而影響神經傳導.
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