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1、1次声在生物医学中的研究及应用【摘要】 次声广泛存在于人类生存的环境中，它具有穿透力强、衰减小等显著特点，并能通过共振机理对人体神经系统、内脏器官等产生一定的生物学效应。恰当的利用次声的特性，可以转害为利，让次声在生物医学领域得到广泛的应用，为人类的健康做出贡献。【关键词】 次声；生物效应；应用Research and application of infrasound in biomedicineLU Rong,WANG Gui-xue,ZHAO Zhi-qiang.Biology Engineering College of Chongqing University Chongqing 4
2、00044,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 transmission. It affects the function of nerve-system and 2viscera due to resonance. Using the characteristic of in
3、frasound 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；biological effect；application次声是频率为 0.000120Hz 的弹性波。它与可听声一样，由各种物体的机械振动产生，通过各种弹性介质(空气、液体、固体)的分子作稀疏或紧密的交替波向四周扩散传播。次声也是一种声音，在本质
4、上与可听声或超声没有什么区别，例如传播速度、传播过程中的透射、反射以及吸收衰减规律等。当然，由于次声的频率很低、波长很长，所以它也就具有一些不同于可听声或超声的特性1，2 。1 次声的基本物理性质1.1 次声的特性 与可听声相比，次声的特性主要有两点：一是3人耳感受不到。次声的频率很低，超出了人耳的听觉阈，所以不能引起人的听觉。二是不易衰减。在相同的传播路径上，介质吸收声波能量，进而使其衰减的多少与声波的频率正相关，即频率低则衰减小，所以次声比一般声波的衰减要小得多。0.1Hz 的次声绕地球一周，其能量仅损失 5%左右，这也说明次声可以传播很远的距离。例如一颗几公斤重的炸弹爆炸时产生的可听声一
5、般只能传播几公里远，而它产生的次声在八十公里之外仍然可以被记录到2 。1.2 次声的产生 产生次声波的原因是多种多样的，大体可以归纳为两个方面。一是由于自然现象而产生的，这种次声主要由风的波动、空气湍流、火山爆发、地震、台风、海浪拍击等产生。二是由于人为因素而产生的：如核爆炸、火箭发射、超音速飞机的飞行等都伴有次声波产生。然而，对人类造成危害最多的是在日常生活和工业生产过程中产生的次声波，在冶金、建筑、机器制造等行业的生产环境中均有次声的存在。这些次声波给人类都会带来程度不同的威胁24 。2 次声的生物效应及作用机理42.1 次声的生物效应 次声的物理性质及其生物学作用问题首先由法国学者 Ga
6、vreau 于 1966 年提出，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。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 6792dB 次声作用的居民调查结果，主要表现为：易怒、头痛、头重、肢体疼痛、疲倦、失眠、思维障碍等共 21 种症状。Gavreau 把现代化的都市疲劳归咎于次声暴露。据卫生学调查:生产环境中存在的次声对中枢神经系统、
7、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3， 5 。关于次声的实验研究方面，主要涉及到次声对神经系统、脏器等的生物学效应。 （1）神经系统：受次声作用后，易出现倦怠、头晕、头痛、语言不清、精力分散、心情焦燥、精神错乱，甚至失去知觉。（2）呼吸系统：人接受 110dB 的次声作用 1min，呼吸次数有减5少的倾向；对次声敏感的人，在受到 20Hz、120dB 、10min 的次声作用后，会出现呼吸波形和节律不整以致呼吸困难和停止。 （3）循环系统：当 10Hz、20Hz、100dB 的次声作用人体 1min，心率有减慢的倾向。如用感觉
8、最不愉快的次声频率作用人体 1h，心率则有所增快，次声对人体的损伤严重时可造成血管破裂、脱水休克, 甚至死亡。 （4）听视器官：次声为 1Hz、172dB，暴露 60min，或4Hz、暴露 15min，或 8Hz、暴露 715min，可使鼓膜发生破裂，听阈值下降；7Hz 的次声是诱发眼球震颤最为敏感的频率，可出现视觉模糊，定向障碍。此外，次声还可造成肌肉痉挛、震颤、肌力降低等运动功能障碍，以及口干、吞咽困难、恶心、呕吐、食欲缺乏等消化系统征象68 。国内有关次声的生物效应、卫生学调查等开展的工作不多。目前，卫生部工业卫生实验所、中国科学院声学所、厦门大学、第四军医大学等研究机构都已经在次声的生
9、物效应等方面展开了相应的研究工作，并取得了一定的成果，为进一步研究次声的防护和利用奠定了基础5 。2.2 次声的作用机理 次声在本质上是声波的振动。在声场中 , 声波的能量释放出来， 使声场中的空气、水、固体等物体产生共振。6从物理的角度来分析，人体器官是一系列多支点、多重心的弹簧模型。生理学研究结果表明, 人体的各种器官都有一个固定的振动频率, 这些频率均处在次声的频率范围内, 例如头颅、胸腔、腹腔等的固有频率大都在 120Hz 之间。故人体从脑到各内脏器官均有可能受到次声的影响2， 3，9 。3 次声的防护由于次声的性质，决定了它在空气、水中、地面、障碍物之间传播时的吸收效应很小，作用距离
10、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。科研工作者试图从以下几个方面来降低次声的损害，以期对生物体进行有效的防护。（1）制订次声安全阈水平：次声作用于人体 23min，人体可耐受的界限是 150dB ；Johnson 提出 120Hz 是引起次声效应的阈水平，但只限于短时间作用；美国环保局认为，低于 130dB 的次声不构成损害。 （2）限制次声的作用时间：由于在相同次声作用条件下，随着作用时间的延长而对生物体的损害作用加重。对于一些必须在次声环境中完成的工作，建议戴无孔的耳塞，同时戴上耳罩，并制订适宜的每次工作最长暴露时间。 （3）应用防护性药物：采用抗氧化
11、系统功能的制剂(适应剂) ，减轻次声对机体的损伤。 （4 ）还有人7建议用音乐来“掩盖”次声，可能使次声引起的某些症状缓解。总之，次声防护是一个难度颇高的问题，现在研究的措施中单靠一种方法还不能满足防护的要求，效果也都不是太好。从目前来看，为了防护次声的作用必须采用综合性措施，包括药物和技术的手段，并尽量缩短次声作用时间6，10 。4 次声的医学应用次声波对人体健康也有益。科学家发现，呼吸运动、胃肠蠕动、胆囊排空、子宫、输尿管和膀胱收缩都会发出次声波，心音振动频率也包含有次声波信号。利用特殊的次声听诊器可以将人体心、肺、胆囊、胃肠、膀胱、子宫等脏器发出的次声波分别接受下来，然后输入电脑进行处理
12、分析，往往可以发现其他诊断技术难以发现的疾病。目前已有利用次声诊断心脏病、骨质疏松和利用颈动脉的振动信息协助诊断颈动脉机能不全综合征等的报道。次声波也能用于治病。科学家制成的次声波按摩机就是利用次声对人体皮肤、肌肉、血管和内脏进行柔中有刚的按摩，其按摩的深度、面积和均匀程度超过了人工，有时能取得意想不到的治疗效果。利用次声治疗机还可以代替药物或手术来治疗胃肠功能紊乱、肠胀8气、胆囊功能不良等病症。此外，还有利用次声按摩治疗近视和小儿厌食症的报道。近年的研究还发现经络具有良好的传导次声性能，可以试探性的进行“次声针灸” ；另有望通过次声诊断，把握和分析次声提供的有关人体内的重要信息，更好的诊断病
13、变，达到中医辨证和西医辨病的统一，从而在中西医结合方面取得进展；另外还可通过检出致病频率，再向人体输入相关治疗信号，运用生物共振原理，使致病频率恢复正常，从而使人体处于正常机能和健康状态3，11，12 。5 讨论与展望对于次声的生物学效应的研究，总的看来，至今在国际范围尚不够普遍，由于研究目的的不同，对其效应的实验观察尚不够系统，尤其是对次声作用机理尚不够清楚，对次声作用参数受实验条件限制，决定了许多结果还不能进行比较。有低频噪声的地方，也可能存在不同频率和声压级的次声，次声的广泛存在，就决定了次声的生物效应和影响的研究涉及到多学科。9从前面的综述可知，次声对人体的影响主要是伤害。但是只要我们
14、在研究中正视次声波的各种危害性，有的放矢地切中它的要害，用特殊办法处理特殊问题。在实践中总结出它的不同于其他自然现象的科学规律，最大限度地把它的弊转化成利，想必在医学上安全利用和科学利用次声波决不会成为一道难题。况且，次声波的弊病在今天的科技水平面前并非是不治之症。现在，国际上基本上还没有次声波技术在医学上成功应用的典型报道。因此，在生物医学领域开展次声的研究具有很宝贵的科学价值和社会价值。【参考文献】1 华兴恒.次声波及其应用. 物理教师，2004 ，25(9):23-25.2 杨继庆 .医学物理学.西安：第四军医大学出版社，2005，102-103.3 张永元.次声的研究与应用进展. 宝鸡
15、文理学院学报( 自然科学版)，102004，24(3):89-90.4 陈景藻. 次声的产生及生物学效应.国外医学物理医学与康复医学分册，1999，19(1):56-57.5 陈景藻.次声的存在及其基本生物效应和研究意义.中华物理医学与康复杂志，1999，21(3):74-76.6 陈建明.次声对人体的损伤与防治. 前卫医药杂志，1997，14(3):43-44.7 裴兆辉. 次声对人类的影响.中国自然医学杂志，2004，6(2):111-112.8 王在忠.次声生物作用的研究进展.预防医学情报杂志，2001，17(5):64-67.119 邱萍.次声的物理存在及研究意义.中华预防医学杂志，2003，37(1)：246-247.10 徐灵活.次声防护的研究进展.声学技术，2003，22(2):154-155.11 童娜.次声的特点及其应用.声学技术，2003，22(3):78-79.12 王建国.医学应用次声波的理论基础.数理医药学杂志，2001，(14):142-143.13 陆晓军.次声多人体生理的影响.吉林大学自然科学学报，2000，4(30):54-56.
