次声波的生理作用研究概况

50 第 1 1卷 第 1 0 期 2009 年 10 月 辽 宁 中 医 药 大 学 学 报 JOURNAL OF LIAONING UNIVERSITY OF TCM Vol. 11 No. 10 Oct .，2009 · 博士风采 · 次 声 波 又 称 亚 声 波，其 频 率 范 围 为 0.001~20Hz，是人耳听不到的一种声波。其频率小， 波长长，不易被吸收，传播较远。次声波的危害是， 当次声波和人本固有频率接近时，会在腹腔里产生 共振，影响人体健康，严重时会致人死亡。但是，次 声波对人类仍具有潜在的应用价值。随着人们对其 认识的加深，次声波已逐渐应用于地震预测、医疗、 地质勘探等领域[1-2]。 1 次声波对人体及动物影响的研究 1.1 次声波危害人体健康 1948年，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时， 一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光 ；1980年， “马尔波罗”号帆船在由新西兰驶往英国的途中突 然神秘地失踪。经过长期研究，终于弄清了制造上 述惨案的“凶手”—次声波[2-3]。 次声波会对人体产生影响，例如晕船和晕车 就是由机器振动或空气和海浪摩擦发生的次声 波引起的。太强的次声波对人和动物都有害。 当次声频率和人脑固有频率(8.12Hz)接近时，会 引起共振，刺激人的大脑，对人的心理和意识产 生一定影响，轻者感觉不适，注意力无法集中，情 绪上恐惧不安 ；严重时使人神经错乱，癫狂不止， 休克昏厥，丧失思维能力。人体内脏的固有频率 一般都在10Hz以下，次声波的频率如果与人的 某个器官的固有频率相同，会引起共振。因此， 次声波对人的心脏、听觉、视力、语言会产生影 响，特别强烈的次声波还会使人四肢麻木、耳聋、 鼻孔出血、内脏破裂，甚至死亡。由此找到了次 声波杀人原因，原来，人体内脏固有的振动频率 和次声频率相近时(0.01~20Hz)，倘若外来的次声 频率与体内脏的振动频率相似或相同，就会引起 人体内脏的“共振”，从而使人产生上面提到的一 系列异常现象。特别是当人的腹腔、胸腔等固有 的振动频率与外来次声频率一致时，更易引起人 体内脏的共振，使人体内脏受损而丧命。前面提 到发生在马六甲海峡的那桩惨案，据说是这艘货 船在驶近该海峡时，恰遇到海上起了风暴。风暴 与海浪摩擦产生次声波，次声波使人的心脏及其 它内脏剧烈抖动、狂跳，以致血管破裂，最终导致 死亡[3]。 1.2 强次声波可导致豚鼠耳蜗外毛细胞功能减退 观察强次声波暴露后豚鼠畸变产物耳声发 射的变化，结果显示强次声波暴露后豚鼠畸变产 物耳声发射的幅度值在各个频率段与暴露前相 比均有明显降低，随着时间推移，各个频率的幅 度虽有一定恢复，但仍明显低于暴露前水平。可 见，强次声波可致豚鼠耳蜗外毛细胞功能明显减 退。后有研究明，这种功能的减退是因为强次 声波可引起豚鼠Corti器超微结构不同程度的损 伤[4-5]。 1.3 次声波可促进成骨样细胞增殖和分泌 观察100分贝条件下不同频率次声波对小鼠 成骨样细胞生物学特性的影响，结果显示 ：小鼠 成骨样细胞的形态为不规则的多角形，受次声波 作用后形态无明显改变，经次生处理后的小鼠成 骨样细胞密度均较高，骨钙素浓度也均明显高于 未经次生处理的。并且，次声波作用后小鼠成骨 样细胞碱性磷酸酶表达均较低。可见，次声波不 同频率下可以促进成骨样细胞的体外增殖和分 泌功能[6-7]。 次声波的生理作用研究概况 倪士峰1，刘 惠2，黄 楠1，吴一飞1，仝 瑛1，崔延堂1 （1.西北大学生命科学学院中药系，陕西 西安 710069 ；2.西北大学附属小学，陕西 西安 710069） 摘 要：在广泛文献检索的基础上，综述了次声波对生物的危害、防护以及应用等方面的研究。 关键词：次声波；危害；防护；应用 中图分类号：R339.5 文献标识码：A 文章编号：1673-842X (2009) 10- 0050- 03 收稿日期：2009-06-11 基金项目：陕西省科技厅基金项目（FH07343） 作者简介：倪士峰（1974-），男，江苏沛县人，副研究员，博士后，研究方向 ：中药化学、中药资源学。 The Study of the Role of Infrasound in Physiological Processes NI Shi-feng1，LIU Hui2，HUANG Nan1，WU Yi-fei1，TONG Ying1，CUI Yan-tang1 （1.College of Life Sciences,Northwest University，Xi'an 710069, Shaanxi, China; 2.the Primary School Affiliated to Northwest University,Xi'an 710069, Shaanxi, China） Abstract ：Based on a lot of literature search, summarized that the biohazard of the infrasound, how to protect ourselves from the infrasound and the application of the infrasound in many fields were discussed. Key words ：Infrasound ；biohazard ；protection ；application 51 1 1 卷 辽 宁 中 医 药 大 学 学 报 2 次声波的防护 次声波防护主要是屏蔽，但由于次声波的传播 速度快、作用距离远、穿透能力强，因此，普通屏蔽材 料和方式是不能解决次声防护的。近年来，有源 噪声控制引起了普遍关注。有源噪声控制是指使 用人为产生次级声信号去控制原有噪声的方法。 在有源降噪中，原有噪声的能量被次级声源吸收 并转化为热能的情况又称为有源吸声，而原有噪 声被次级声源反射达到降噪目的的又称有源隔 声。因此，若在空间设置一个和原有噪声声波近 似反相的次级声信号，即可达到消弱乃至完全消 除空间噪声的目的。依据这种的具体屏障操作方 法仍在研究中[8]。 3 次声波的应用 3.1 次声波可预测自然灾害性事件 3.1.1 次声波可预警海啸 海啸的产生是由海底 地展所引发的，深海大地震所引发的海啸的波长可 达数百公里甚至上千公里，这种海啸的能量巨大， 它在推进过程中会向空中和水体同时发射低频次 声波信号，由次声波的衰减特性和传播特性所决 定，次声波在空气中传播距离很远。然而，次声波 在空气中的传播速度没有在海水中的速度快，次声 波在空气中的传播速度约为340m/s，而在海水中的 传播速度约为1500m/s。利用次声波在海水中传播 速度快于在空气传播速度这一特性，可提前测量到 海啸的信息[9]。 3.1.2 次声波可以用于地震预测 次声波的测量表 明，次声波是平面波,沿着与地球表面平行的方向传 播。在强烈地震时，沿地面传播的地震波有纵向波、 横向波和表面波，它们所激发的次声波的强度各不 相同。接收这3种不同的次声波，可以推算出地震 波的垂直幅度、方向和水平速度[10]。 次声波可以用于动物预测地震。动物的听觉范 围与人不同，人耳听不到的次声波，某些动物却可以 听得到。大地震前动物听到由于前震产生的次声波 而烦躁不安，我们可据此预测大地震将要来临[2]。 3.2 是某些生物信息交流的途径 3.2.1 兽中之王凭借次声波维持领地 有研究表 明，所有老虎吼叫的共同特点是能发出大量的低频 声能。通过对老虎内耳形状的研究证实，它们肯定 能听到次声波频率的声音。由于低频声音传播的距 离远，老虎可能是用人类听不见的低频“声振”驱赶 敌手离开它们的领地的。这一发现可以解释动物如 何保持大范围领地，并可能有助于自然保护学家保 护濒危动物[11]。 3.2.2 用次声波聊天的大鸟 有的研究表明，一种 名叫食火鸡的大鸟相互间能够利用低频率的次声波 进行交流[12]。 3.3 次声波在临床医学及麻醉中的应用 3.3.1 在医学中的应用 医生用仪器测试人体器 官发出的微弱的次声波，可以帮助确诊疾病的位 置[2]。 3.3.2 在临床麻醉中的应用 一定参数的次声可 通过刺激身体本体和内脏感受器，将次声的刺激 传递到中枢神经系统，引起中枢神经系统一系列 功能和形态的变化。人体作为次声波接受者产生 生物学效应，次声波振动使神经元膜的电学特性 发生改变，接着引起神经循环回路神经冲动传递 次数发生改变，进而改变了从丘脑到大脑皮层循 环回路神经活动的频率,可产生催眠作用。研究 发现 ：次声波有助于消除硬膜外麻醉患者的紧张 情绪，尽管处于清醒状态，患者对围麻醉期的镇 静水平均表示满意。次声波作用于中枢产生的镇 静效应，术中的应激反应降低，可减少手术刺激 所致不良反应[13]。 3.4 在军事上的应用 3.4.1 次声武器 次声武器是由一系列高能放大器 驱动，通过特制的扬声器，将大功率次声波定向辐射 于人体，使人产生强烈的共振。它可扰乱、破坏人的 神经系统和内脏器官，使人产生恶心、呕吐，失去平 衡感和方向感，出现强烈不适而失去战斗力甚至死 亡。次声武器正是利用次声对人体的不良影响来打 击敌人[14]。 次声武器有4个主要特点 ：一是隐蔽快速，便 于突然袭击 ；二是传播距离远，不易被削弱 ；三是 穿透力强，不易防护。声音的频率越低，穿透力也 就越强。次声波既能穿透空气、海水、土壤，也能穿 透飞机体、舰艇壳体、坦克车体，以及坚固的钢筋混 凝土构件。四是次声武器在杀伤敌人的同时，不会 造成环境污染，不破坏对方武器装备，可作为战利 品取而代之[14-15]。 3.4.2 侦察探测 由于次声波在介质中传播时，能 量衰减缓慢，隐蔽性好，不易为敌方察觉，所以军事 上常用次声波接收装置来探测目标和侦察敌情。 次声监测已被联合国列入全面核禁试条约的国际 监测系统，一套完善、可靠、实时的监测系统能及时 发布公报并为现场核查提供依据。最新的次声监 测系统和先进分析方法能有效地监督全球核试验。 它可对大气层核爆炸，尤其是陆地上空的大气层爆 炸进行检测和定位。此外，水声系统和次声系统结 合，对于发生在海洋域上空的核爆炸可产生有益协 同作用[15]。 3.5 次声波在油田开发中的应用 次声波在传播过程中衰减极小,这就使它能够 在大范围内进行作用。石油开发中利用次声波对储 油层进行振动处理,可以提高原油的采收率、降低产 出液的水油比[16]。 4 结论与展望 次声波在声学范围内仍是一个比较新的领域， 对次声波产生、传播、接收、影响和应用的研究，已促 使次声学这一分支的形成[10]。 目前，次声波的研究和应用还只是刚刚开 始，人们研究和利用次声波的热情方兴未艾，但 是预防次声波危害仍是需要人们攻克的难之 一[2，10]。◆ 参考文献 [ 1 ] 袁国江.声波中的”小字辈”—次声波[ J ] . 中学物理教学参 考，2003，32 ( 3 ) ：63. 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Key words ：CAO He; reading summary to medical book; document value