變壓器噪聲暴露對豚鼠曠場行為及聽功能的影響△

張光偉　易星#　肖伯奎　楊琨　張建功　劉興發　孔勇剛　陶澤璋　陳始明

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變壓器噪聲暴露對豚鼠曠場行為及聽功能的影響△

張光偉1易星1#肖伯奎1楊琨1張建功2劉興發2孔勇剛1陶澤璋1陳始明1

【摘要】目的探討變壓器噪聲對豚鼠曠場行為及聽功能的影響。方法取32只健康成年(5~6月齡)豚鼠隨機分為實驗組和對照組，每組16只。實驗組給予錄制的變壓器噪聲(聲壓級范圍40.8~55 dB SPL，頻譜范圍150~2 000 Hz)連續暴露28天，10小時/天(晚10點到早上8點)，對照組在相同條件下飼養，無噪聲暴露。在噪聲暴露前1天、噪聲暴露第28天記錄實驗組、對照組的曠場行為并對兩組豚鼠進行DPOAE、ABR檢測后，取耳蝸行常規耳蝸鋪片和硝酸銀染色，觀察耳蝸毛細胞損害情況。結果噪聲暴露28天后，兩組豚鼠曠場行為差異無統計學意義(P>0.05)；1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0 kHz DPOAE反應幅值差異無統計學意義(P>0.05)。噪聲暴露前1天及噪聲暴露28天后實驗組豚鼠的ABR反應閾分別為31.38±1.78、32.13±2.24 dB SPL，與對照組(分別為31.89±1.03和31.75±1.57 dB SPL)比較差異均無統計學意義(P>0.05)。噪聲暴露28天后實驗組豚鼠耳蝸外毛細胞形態基本正常，毛細胞缺失率(1.31%±0.52%)與對照組(0.85%±0.23%)比較差異無統計學意義(P>0.05)。結論聲壓級范圍為40.8~55 dB SPL、頻譜范圍為150~2 000 Hz的變壓器噪聲連續暴露28天(10小時/天)對成年豚鼠曠場行為及聽功能無明顯影響。

【關鍵詞】變壓器噪聲；動物行為學；耳聲發射；聽性腦干反應；耳蝸毛細胞

網絡出版時間：2015-12-2815：12

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20151228.1512.018.html

電是居民生活不可缺少的能源，隨著國民經濟的增長，人們生活水平的提高，居民小區變壓配電箱已成為必備設施，變壓器則是其主要的變電裝置。民用變壓器電壓等級低、體積小、功率低，通常是從10 kV降至380 V或220 V，安裝的位置一般緊靠居民住宅樓，有些直接安裝在居民樓的地下室內。雖然民用變壓器的安裝一般均符合國家標準，噪聲亦能達到排放要求[1]，但部分居民仍擔心變壓器持續的低分貝噪聲會影響其身心健康。為進一步探討民用變壓器噪聲是否對人的聽覺有影響，本研究將豚鼠適時暴露于民用變壓器噪聲環境中，觀察并探討此類變壓器噪聲對豚鼠行為學及聽功能的影響。

1材料與方法

1.1實驗動物及分組選取成年健康紅目純色豚鼠32只(由武漢大學醫學院實驗動物中心提供，鼠齡5~6月)，雌雄各半，體重300～350 g，耳廓反應靈敏，顯微鏡下檢查外耳道及鼓膜無異常，無強噪聲暴露史，實驗前均行ABR 檢測，排除反應閾大于25 dB SPL的動物。將豚鼠隨機分為實驗組及正常對照組，兩組各16只，均為雌雄各半。

1.2噪聲暴露方法

1.2.1民用變壓器噪聲采集于某居民小區內，在距型號為SCB10-2000/10，額定頻率50 Hz、3相、額定容量2 000 kVA、電壓等級10 500/400 V換流變壓器外立面約1.0 m處，采用兩通道聲學測試分析儀(型號：MC3622 北京聲望聲電科技有限公司)采集變壓器噪聲，采集外立面為變壓器風扇側(此處聲壓級最大)，采集時間為夏天變壓器滿負荷運轉時，晚6點至12點；經分析所采集的變壓器噪聲聲壓級為40.8~55 dB SPL，頻譜范圍為150~2 000 Hz。

1.2.2噪聲暴露方法實驗組豚鼠給予錄制的變壓器噪聲暴露，將采集的變壓器噪聲通過功率放大器(型號：SWA100 北京聲望聲電科技有限公司)調節強度后，通過正十二面體無指向性聲源(型號：OS003 北京聲望聲電科技有限公司)播放，利用吸聲隔聲裝置的組合布置，用AWA6291 型聲級計(杭州愛華儀器有限公司)檢測鼠籠內豚鼠活動范圍聲強差值在1 dB以內， 噪聲暴露時間為10小時/天(晚10點到早上8點)，連續暴露28天。對照組豚鼠置于相同條件下喂養，不給予噪聲暴露，籠內本底噪聲小于25 dB SPL，避免噪聲影響。

1.3曠場行為檢測在噪聲暴露前1天及噪聲暴露第28天對每只動物進行曠場行為檢測，曠場實驗(可反映動物的抑郁焦慮行為)參照Elliott等[2]的方法，自制大小為120 cm×90 cm×35 cm的曠場，四周和底壁均為黑色，底壁等分為9個40 cm×30 cm的方格，位于正中的為中央格，于上午8:00～12:00在安靜、光線及溫度適宜的房間內進行觀察。使用動物行為自動跟蹤系統(Ethovision3.0，荷蘭)記錄并分析豚鼠在曠場內10分鐘的總行程、平均速度、直立次數(動物雙前足離開底面為標志，無論動物站立多長時間直至放下雙前足為1次)、中央格停留時間及糞便粒數。檢測時每只豚鼠置于中央格內，完畢后清理曠場內的糞便，用75%的酒精徹底清潔消毒曠場，待酒精揮發后，再進行下一只測試。

1.4畸變產物耳聲發射(DPOAE)測試噪聲暴露前1天及噪聲暴露第28天后在本底噪聲小于2 dB A的電屏蔽隔聲室內分別對兩組動物進行DPOAE測試(Celesta-503型耳聲發射分析儀，Madsen，丹麥)。測試時，將清醒豚鼠輕輕置于自制固定器內，以鼻環將其頭部固定，測試探頭自外耳道內采集信號；選用兩初始純音信號f1和f2，頻率之比f2/f1=1.22，強度分別為L1=70 dB SPL和L2=65 dB SPL。以兩初始音頻率的幾何均數f0[f0=(f1×f2)0.5]為測試頻率，分別測試f0=1.0、2.0、3.0、4.0、6.0和8.0 kHz各頻率頻譜中2f1-f2處的幅值，測試時以反應幅值高于本底噪聲3 dB且超出其1倍的標準差為DPOAE的引出標準，當2 f1- f2處DPOAE幅值高于本底噪聲加上3倍標準差時，儀器自動提前終止對該頻率的測試，并確認結果。

1.5聽性腦干反應(ABR)測試實驗組及對照組豚鼠在噪聲暴露前及最后一次噪聲暴露結束后1小時在電屏蔽隔聲室內行ABR測試。按40 mg/kg劑量腹腔注射2%戊巴比妥鈉麻醉豚鼠后置于固定架上，記錄電極插于豚鼠耳間線中點顱頂皮下，參考電極插于給聲耳乳突皮下，地線插于鼻尖，采用TDT(美國TDT公司)系統SigGenRP軟件單耳給聲并采集信號，刺激聲為click，刺激頻率21次/秒，最大刺激聲強度為110 dB SPL，衰減間隔5 dB，濾波帶寬300～3 000Hz，持續時間10 ms，疊加1 024次，以引出可重復波Ⅲ的最小刺激聲強度為標準判斷反應閾。

1.6耳蝸鋪片及毛細胞計數

1.6.1耳蝸基底膜鋪片及硝酸銀染色兩組動物完成ABR、DPOAE檢測后，脫臼，斷頭，迅速取出聽泡，分離出耳蝸，在解剖顯微鏡下(OLYMPUS，TOKYO，297261)放大10倍，用纖細鋼針在耳蝸尖頂鉆一小孔，將前庭膜挑破，再挑破圓窗膜和卵圓窗膜，去除鐙骨，使鼓階及前庭階開放。注射器抽取0.5%硝酸銀溶液，從蝸尖的小孔和兩窗反復灌入，每只耳蝸約灌注2～3 ml, 然后抽取蒸餾水同法灌注以沖洗耳蝸, 一般2 次即可。用1 毫升注射器抽取10%中性福爾馬林固定液同法灌注耳蝸3 次, 再放入10%中性福爾馬林固定液, 將標本保留在4 ℃冰箱內繼續固定還原4小時；在日光下曝光2~4 h后，在解剖顯微鏡下分離鋪片，將耳蝸置于純凈蒸餾水中，用細鋼針先挑破耳蝸骨壁，用密合良好的纖細鑷子去除血管紋和前庭膜，并平行于Corti器輕取蓋膜及遮蓋基底膜的組織，小剝離子將耳蝸基底膜按螺旋轉數切成四段后分別移放到清潔載玻片上, 用濾紙吸干, 在上面點一滴純甘油。然后在解剖顯微鏡下檢查、調整標本, 保證正面朝上,鋪放平整, 放上蓋玻片, 周圍用中性樹膠封固, 供光鏡觀察。

1.6.2耳蝸毛細胞觀察及計數在Olympus光鏡400倍視野下，每回基底膜觀察不少于6個視野，每個視野內各排細胞數為50個，分別計數各排毛細胞的缺失數，以各排毛細胞缺失率之和計算該回基底膜的毛細胞缺失率(%)；以千屏醫學影像圖文分析系統進行照相。

1.7統計學方法數據分析采用SPSS18.0統計分析軟件，組間比較采用單因素方差分析(One-way ANOVA)，方差齊性檢驗采取Levene檢驗，組間兩兩比較采用LSD 法和Dunnett’t 法，外毛細胞缺失率行χ2檢驗，以P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

2.1兩組豚鼠曠場行為的改變(表1) 噪聲暴露28天后實驗組豚鼠的運動總行程、速度、直立次數、中央格停留時間、糞便數量與對照組比較差異均無統計學意義(P>0.05)。

2.2DPOAE的測試結果噪聲暴露28天后實驗組與對照組豚鼠DPOAE引出率均為100%，實驗組豚鼠各頻率DPOAE反應幅值與對照組比較，差異無統計學意義(P>0.05)(表2)。

±s)(n=16只)

(n=16只)

2.3ABR反應閾噪聲暴露前后實驗組與對照組ABR反應閾見表3，可見噪聲暴露28天后實驗組ABR 反應閾與正常對照組比較差異無統計學意義(P>0.05)。

表3　兩組動物噪聲暴露前及暴露28天后ABR反應閾

2.4耳蝸毛細胞形態及計數對照組豚鼠耳蝸毛細胞染色均勻，外毛細胞靜纖毛束呈“V”字型，三排外毛細胞(OHC)和一排內毛細胞(IHC)排列整齊，毛細胞自然缺失率極低(圖1)。實驗組豚鼠噪聲暴露28天后耳蝸外毛細胞形態結構基本正常，排列整齊，少數細胞腫脹，纖毛未出現倒伏、融合、斷裂等情況，無明顯細胞缺失(圖2)。

噪聲暴露28天后實驗組豚鼠耳蝸外毛細胞計數毛細胞缺失率為1.31%±0.52%，對照組為0.85%±0.23%，兩組差異無統計學意義(P>0.05)。

3討論

圖1　對照組豚鼠耳蝸基底膜鋪片　三排外毛細胞清楚，無明顯缺失(×400)

隨著社會經濟的發展，噪聲污染已成為影響人類健康的重大公共衛生問題。研究表明，過度暴露于噪聲環境下可以引起煩惱[3]、睡眠障礙[4]、認知功能障礙[5]、高血壓和心血管疾病[6,7]、聽力損失等身體各部功能障礙。住宅區變電箱中的變壓器不是一個點聲源，而是由多個小體聲源合成的一個不均勻的大體聲源， 所產生的噪聲包含變壓器本體的電磁噪聲、冷卻風機的機械噪聲、變壓器油冷卻系統的液體流動動力噪聲、設備運行中由電磁變化和機械運動產生的振動噪聲等[8]。這種變壓器噪聲為非穩態連續噪聲，其對動物精神心理的影響可以通過曠場行為實驗進行觀察。曠場行為實驗主要是基于一種動物(尤其是嚙齒類動物)進入到一個由四周都是墻壁封閉的空曠場地中，在未知環境中產生的行為變化而研究其情緒的過程，該方法由Hall于l934年首次提出并應用于動物情緒方面的研究，目前已發展成為動物心理學方面尤其是抑郁、焦慮方面常用的模型之一[9]，其優點在于可在同一時間段內和相同環境條件下比較不同組動物的活動狀態，客觀定量的反映動物活動量和自主活動能力。中央格停留時間反映動物對環境的認知能力，正常動物會避開空曠環境，迅速離開中央格，沿周邊活動，這是嚙齒類動物天生的防御反應。如果對新環境的認知能力較差，則停留在中央格的時間就會延長[9]。水平活動和垂直活動反映動物的探索行為、興奮性和運動水平，而曠場中的糞便量則反映了動物的緊張程度，糞便越多，緊張度就越高。候公林[10]選取100±2 dB SPL的多用木工機床和沖擊電鉆噪聲，對SD大鼠分別暴露5、10、20 d，結果此非穩態噪聲可引起動物曠場反應中跨格數減少，站立次數增加，說明該噪聲可以對動物行為產生影響，并隨噪聲暴露時間的延長而增強。本研究結果顯示，經錄制的變壓器噪聲暴露28天后，實驗組豚鼠總行程、平均速度、直立次數、中央格停留時間及糞便粒數均無明顯變化(P>0.05)，表明變壓器噪聲暴露28天后實驗組動物的情緒、心理方面無明顯變化，未影響豚鼠日?；顒?。

有實驗發現耳蝸螺旋器遭受噪聲暴露后，首先引起機械性損傷，繼而引起代謝性損傷[11]，組織學表現為細胞內逐漸出現變性損傷表現，可引起耳蝸內外毛細胞靜纖毛倒伏、散亂、部分或全部脫落，代謝性變化可見內外毛細胞靜纖毛融合、氣球樣改變、團狀改變等，以外毛細胞改變為主。以往國內外學者在研究噪聲對聽功能影響的實驗研究中多采用高強度、窄頻譜以及短時程的噪聲刺激，可導致動物耳蝸大量外毛細胞凋亡及其附屬纖毛的變性損傷[12,13]。本研究采用的是錄制的民用變壓器噪聲，可見實驗組動物在該噪聲暴露28天后耳蝸基底膜三層外毛細胞排列整齊，細胞邊界清楚，無明顯溶解、崩裂，靜纖毛呈規則的“V”字型，纖毛未出現倒伏、融合、斷裂等情況，與對照組相比無明顯形態上的變化；且實驗組耳蝸外毛細胞缺失率與對照組比較差異也無統計學意義，說明本研究采用的民用變壓器噪聲暴露28天后，實驗組動物耳蝸螺旋器未發生機械性或代謝性損傷。

Rosanowski等[14]研究證明，當噪聲性聽力損失發生、純音聽閾尚無明顯變化時，DPOAE就可能異常，且可以定位聽力損失的相應頻段，DPOAE是監測噪聲性外毛細胞功能失調的一種敏感手段。在105 dB SPL白噪聲與娛樂噪聲造成豚鼠聽力損傷的實驗研究中[15]，DPOAE檢測發現，在相同強度的噪聲刺激下，高頻噪聲較低頻噪聲對豚鼠的聽損傷更明顯。本實驗錄制的民用變壓器噪聲聲壓級范圍為40.8~55 dB SPL，強度較低，頻譜分布以中低頻為主(150~2 000 Hz)，實驗組豚鼠于該噪聲間斷暴露28天后，DPOAE引出率及各頻率反應幅值與對照組比較差異無統計學意義，表明其未造成豚鼠內耳損傷。周彬等[16]認為ABR反應閾能夠敏感地反映長期噪聲環境下外毛細胞的損傷，在噪聲刺激后豚鼠表現為永久性ABR閾移的模型中[17]，其實驗中所用白噪聲強度(120 dB SPL)要遠遠高于本實驗所采用的民用變壓器噪聲。另外，石闖等[18]采用100 dB SPL的寬頻帶白噪聲對C57BL/6J小鼠暴露2小時，成功構建了小鼠暫時性噪聲性聾的聽力損傷模型。而本研究結果顯示，實驗組豚鼠噪聲暴露前后ABR反應閾差異無統計學意義(P>0.05)，且實驗組噪聲暴露28天后ABR反應閾與對照組亦無明顯差異(P>0.05)，表明在該強度、頻譜范圍、噪聲暴露時長內，實驗組動物聽力未受損傷。

綜上所述，本實驗證實在聲壓級范圍為40.8~55 dB SPL的民用變壓器噪聲間斷暴露28天(10小時/天)后，豚鼠行為無明顯改變，聽功能無明顯損傷。但動物和人體對噪聲的敏感性與耐受性不完全相同，噪聲暴露的時間也只是影響聽功能的一種要素，本研究中豚鼠噪聲暴露時間相對較短，更長時間的該類噪聲暴露是否對聽功能有影響有待進一步研究證實。

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(2015-02-09收稿)

(本文編輯雷培香)

·實驗研究·

The Effects of Transformer Noise on the Behavior and Auditory Function in Guinea Pigs

Zhang Guangwei*, Yi Xing, Xiao Bokui, Yang Kun, Zhang Jiangong, Liu Xingfa,

Kong Yonggang, Tao Zezhang, Chen Shiming

(*Department of Otolaryngology Head and Neck Surgery，Renmin Hospital of

Wuhan University, Wuhan, 430060,China)

【Abstract】ObjectiveTo study behavioral and auditory changes in guinea pigs after being exposed to transformer noise. MethodsA total of 32 guinea pigs were grouped randomly into noise group(16) and normal group(16).The noise group was exposed to the transformer noise(sound pressure level: 40.8~55 dB SPL, frequency content: 150~2 000 Hz) for consecutively 28 days(10 hours per day,10:00 pm~8:00 am).Animal behaviours were observed respectively by automatic tracting system. Auditory brainstem response (ABR)thresholds and distortion product otoacoustic emission(DPOAE) were measured before and after noise exposure (28 days) .After the measurement, the organs of Corti were processed.Their basilar membranes were stained by silver nitrate and the hair cell injuries were quantitatively assessed using the light microscope.ResultsCompared with the control group the basic indexes of animal behaviour in psychopharmacology were not markedly different in the noise group(P>0.05). The guinea pigs exposed to the noise showed no significant decreases of DPOAE leveles(1.0,2.0,3.0,4.0,6.0,8.0 kHz)(P>0.05). The ABR thresholds of the guinea pigs before and after exposure were 31.38±1.78 and 32.13±

△國家電網公司總部科技項目

1武漢大學人民醫院耳鼻咽喉頭頸外科(武漢430060)；2中國電力科學研究院

#為并列第一作者

2.24 dB SPL. The ABR thresholds of the normal group were 31.89±1.03 and 31.75±1.57 dB SPL. The ABR thresholds of the guinea pigs exposed to the noise showed no significant difference with normal group(P>0.05). Outer hair cells in noise group were normal, percentages of outer hair cell loss in noise group and normal group were 1.31%±0.52% and 0.85%±0.23%. They showed no significant difference (P>0.05).ConclusionExposure of the transformer noise(sound pressure level: 40.8~55 dB SPL, frequency content: 150~2 000 Hz) for 28 days(10 hours per day,10:00 pm~8:00 am) does not cause behavioral changes and auditory changes in guinea pigs.

【Key words】Transformer noise;Ethology;DPOAE;ABR;Hair cell

通訊作者：陶澤璋(Email：taozezhang@163.com)；陳始明(Email：shimingchen@163.com)

作者簡介：張光偉，男，湖北人，主治醫師，主要研究方向為鼻科基礎及臨床。

【中圖分類號】R764.43+3

【文獻標識碼】A

【文章編號】1006-7299(2016)01-0049-05

DOI：10.3969/j.issn.1006-7299.2016.01.012