变压器噪声暴露对豚鼠旷场行为及听功能的影响△

张光伟　易星#　肖伯奎　杨琨　张建功　刘兴发　孔勇刚　陶泽璋　陈始明



变压器噪声暴露对豚鼠旷场行为及听功能的影响△

张光伟1易星1#肖伯奎1杨琨1张建功2刘兴发2孔勇刚1陶泽璋1陈始明1

【摘要】目的探讨变压器噪声对豚鼠旷场行为及听功能的影响。方法取32只健康成年(5~6月龄)豚鼠随机分为实验组和对照组，每组16只。实验组给予录制的变压器噪声(声压级范围40.8~55 dB SPL，频谱范围150~2 000 Hz)连续暴露28天，10小时/天(晚10点到早上8点)，对照组在相同条件下饲养，无噪声暴露。在噪声暴露前1天、噪声暴露第28天记录实验组、对照组的旷场行为并对两组豚鼠进行DPOAE、ABR检测后，取耳蜗行常规耳蜗铺片和硝酸银染色，观察耳蜗毛细胞损害情况。结果噪声暴露28天后，两组豚鼠旷场行为差异无统计学意义(P>0.05)；1.0、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0 kHz DPOAE反应幅值差异无统计学意义(P>0.05)。噪声暴露前1天及噪声暴露28天后实验组豚鼠的ABR反应阈分别为31.38±1.78、32.13±2.24 dB SPL，与对照组(分别为31.89±1.03和31.75±1.57 dB SPL)比较差异均无统计学意义(P>0.05)。噪声暴露28天后实验组豚鼠耳蜗外毛细胞形态基本正常，毛细胞缺失率(1.31%±0.52%)与对照组(0.85%±0.23%)比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论声压级范围为40.8~55 dB SPL、频谱范围为150~2 000 Hz的变压器噪声连续暴露28天(10小时/天)对成年豚鼠旷场行为及听功能无明显影响。

【关键词】变压器噪声；动物行为学；耳声发射；听性脑干反应；耳蜗毛细胞

网络出版时间：2015-12-2815：12

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

电是居民生活不可缺少的能源，随着国民经济的增长，人们生活水平的提高，居民小区变压配电箱已成为必备设施，变压器则是其主要的变电装置。民用变压器电压等级低、体积小、功率低，通常是从10 kV降至380 V或220 V，安装的位置一般紧靠居民住宅楼，有些直接安装在居民楼的地下室内。虽然民用变压器的安装一般均符合国家标准，噪声亦能达到排放要求[1]，但部分居民仍担心变压器持续的低分贝噪声会影响其身心健康。为进一步探讨民用变压器噪声是否对人的听觉有影响，本研究将豚鼠适时暴露于民用变压器噪声环境中，观察并探讨此类变压器噪声对豚鼠行为学及听功能的影响。

1材料与方法

1.1实验动物及分组选取成年健康红目纯色豚鼠32只(由武汉大学医学院实验动物中心提供，鼠龄5~6月)，雌雄各半，体重300～350 g，耳廓反应灵敏，显微镜下检查外耳道及鼓膜无异常，无强噪声暴露史，实验前均行ABR 检测，排除反应阈大于25 dB SPL的动物。将豚鼠随机分为实验组及正常对照组，两组各16只，均为雌雄各半。

1.2噪声暴露方法

1.2.1民用变压器噪声采集于某居民小区内，在距型号为SCB10-2000/10，额定频率50 Hz、3相、额定容量2 000 kVA、电压等级10 500/400 V换流变压器外立面约1.0 m处，采用两通道声学测试分析仪(型号：MC3622 北京声望声电科技有限公司)采集变压器噪声，采集外立面为变压器风扇侧(此处声压级最大)，采集时间为夏天变压器满负荷运转时，晚6点至12点；经分析所采集的变压器噪声声压级为40.8~55 dB SPL，频谱范围为150~2 000 Hz。

1.2.2噪声暴露方法实验组豚鼠给予录制的变压器噪声暴露，将采集的变压器噪声通过功率放大器(型号：SWA100 北京声望声电科技有限公司)调节强度后，通过正十二面体无指向性声源(型号：OS003 北京声望声电科技有限公司)播放，利用吸声隔声装置的组合布置，用AWA6291 型声级计(杭州爱华仪器有限公司)检测鼠笼内豚鼠活动范围声强差值在1 dB以内， 噪声暴露时间为10小时/天(晚10点到早上8点)，连续暴露28天。对照组豚鼠置于相同条件下喂养，不给予噪声暴露，笼内本底噪声小于25 dB SPL，避免噪声影响。

1.3旷场行为检测在噪声暴露前1天及噪声暴露第28天对每只动物进行旷场行为检测，旷场实验(可反映动物的抑郁焦虑行为)参照Elliott等[2]的方法，自制大小为120 cm×90 cm×35 cm的旷场，四周和底壁均为黑色，底壁等分为9个40 cm×30 cm的方格，位于正中的为中央格，于上午8:00～12:00在安静、光线及温度适宜的房间内进行观察。使用动物行为自动跟踪系统(Ethovision3.0，荷兰)记录并分析豚鼠在旷场内10分钟的总行程、平均速度、直立次数(动物双前足离开底面为标志，无论动物站立多长时间直至放下双前足为1次)、中央格停留时间及粪便粒数。检测时每只豚鼠置于中央格内，完毕后清理旷场内的粪便，用75%的酒精彻底清洁消毒旷场，待酒精挥发后，再进行下一只测试。

1.4畸变产物耳声发射(DPOAE)测试噪声暴露前1天及噪声暴露第28天后在本底噪声小于2 dB A的电屏蔽隔声室内分别对两组动物进行DPOAE测试(Celesta-503型耳声发射分析仪，Madsen，丹麦)。测试时，将清醒豚鼠轻轻置于自制固定器内，以鼻环将其头部固定，测试探头自外耳道内采集信号；选用两初始纯音信号f1和f2，频率之比f2/f1=1.22，强度分别为L1=70 dB SPL和L2=65 dB SPL。以两初始音频率的几何均数f0[f0=(f1×f2)0.5]为测试频率，分别测试f0=1.0、2.0、3.0、4.0、6.0和8.0 kHz各频率频谱中2f1-f2处的幅值，测试时以反应幅值高于本底噪声3 dB且超出其1倍的标准差为DPOAE的引出标准，当2 f1- f2处DPOAE幅值高于本底噪声加上3倍标准差时，仪器自动提前终止对该频率的测试，并确认结果。

1.5听性脑干反应(ABR)测试实验组及对照组豚鼠在噪声暴露前及最后一次噪声暴露结束后1小时在电屏蔽隔声室内行ABR测试。按40 mg/kg剂量腹腔注射2%戊巴比妥钠麻醉豚鼠后置于固定架上，记录电极插于豚鼠耳间线中点颅顶皮下，参考电极插于给声耳乳突皮下，地线插于鼻尖，采用TDT(美国TDT公司)系统SigGenRP软件单耳给声并采集信号，刺激声为click，刺激频率21次/秒，最大刺激声强度为110 dB SPL，衰减间隔5 dB，滤波带宽300～3 000Hz，持续时间10 ms，叠加1 024次，以引出可重复波Ⅲ的最小刺激声强度为标准判断反应阈。

1.6耳蜗铺片及毛细胞计数

1.6.1耳蜗基底膜铺片及硝酸银染色两组动物完成ABR、DPOAE检测后，脱臼，断头，迅速取出听泡，分离出耳蜗，在解剖显微镜下(OLYMPUS，TOKYO，297261)放大10倍，用纤细钢针在耳蜗尖顶钻一小孔，将前庭膜挑破，再挑破圆窗膜和卵圆窗膜，去除镫骨，使鼓阶及前庭阶开放。注射器抽取0.5%硝酸银溶液，从蜗尖的小孔和两窗反复灌入，每只耳蜗约灌注2～3 ml, 然后抽取蒸馏水同法灌注以冲洗耳蜗, 一般2 次即可。用1 毫升注射器抽取10%中性福尔马林固定液同法灌注耳蜗3 次, 再放入10%中性福尔马林固定液, 将标本保留在4 ℃冰箱内继续固定还原4小时；在日光下曝光2~4 h后，在解剖显微镜下分离铺片，将耳蜗置于纯净蒸馏水中，用细钢针先挑破耳蜗骨壁，用密合良好的纤细镊子去除血管纹和前庭膜，并平行于Corti器轻取盖膜及遮盖基底膜的组织，小剥离子将耳蜗基底膜按螺旋转数切成四段后分别移放到清洁载玻片上, 用滤纸吸干, 在上面点一滴纯甘油。然后在解剖显微镜下检查、调整标本, 保证正面朝上,铺放平整, 放上盖玻片, 周围用中性树胶封固, 供光镜观察。

1.6.2耳蜗毛细胞观察及计数在Olympus光镜400倍视野下，每回基底膜观察不少于6个视野，每个视野内各排细胞数为50个，分别计数各排毛细胞的缺失数，以各排毛细胞缺失率之和计算该回基底膜的毛细胞缺失率(%)；以千屏医学影像图文分析系统进行照相。

1.7统计学方法数据分析采用SPSS18.0统计分析软件，组间比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA)，方差齐性检验采取Levene检验，组间两两比较采用LSD 法和Dunnett’t 法，外毛细胞缺失率行χ2检验，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1两组豚鼠旷场行为的改变(表1) 噪声暴露28天后实验组豚鼠的运动总行程、速度、直立次数、中央格停留时间、粪便数量与对照组比较差异均无统计学意义(P>0.05)。

2.2DPOAE的测试结果噪声暴露28天后实验组与对照组豚鼠DPOAE引出率均为100%，实验组豚鼠各频率DPOAE反应幅值与对照组比较，差异无统计学意义(P>0.05)(表2)。

±s)(n=16只)

(n=16只)

2.3ABR反应阈噪声暴露前后实验组与对照组ABR反应阈见表3，可见噪声暴露28天后实验组ABR 反应阈与正常对照组比较差异无统计学意义(P>0.05)。

表3　两组动物噪声暴露前及暴露28天后ABR反应阈

2.4耳蜗毛细胞形态及计数对照组豚鼠耳蜗毛细胞染色均匀，外毛细胞静纤毛束呈“V”字型，三排外毛细胞(OHC)和一排内毛细胞(IHC)排列整齐，毛细胞自然缺失率极低(图1)。实验组豚鼠噪声暴露28天后耳蜗外毛细胞形态结构基本正常，排列整齐，少数细胞肿胀，纤毛未出现倒伏、融合、断裂等情况，无明显细胞缺失(图2)。

噪声暴露28天后实验组豚鼠耳蜗外毛细胞计数毛细胞缺失率为1.31%±0.52%，对照组为0.85%±0.23%，两组差异无统计学意义(P>0.05)。

3讨论

图1　对照组豚鼠耳蜗基底膜铺片　三排外毛细胞清楚，无明显缺失(×400)

随着社会经济的发展，噪声污染已成为影响人类健康的重大公共卫生问题。研究表明，过度暴露于噪声环境下可以引起烦恼[3]、睡眠障碍[4]、认知功能障碍[5]、高血压和心血管疾病[6,7]、听力损失等身体各部功能障碍。住宅区变电箱中的变压器不是一个点声源，而是由多个小体声源合成的一个不均匀的大体声源， 所产生的噪声包含变压器本体的电磁噪声、冷却风机的机械噪声、变压器油冷却系统的液体流动动力噪声、设备运行中由电磁变化和机械运动产生的振动噪声等[8]。这种变压器噪声为非稳态连续噪声，其对动物精神心理的影响可以通过旷场行为实验进行观察。旷场行为实验主要是基于一种动物(尤其是啮齿类动物)进入到一个由四周都是墙壁封闭的空旷场地中，在未知环境中产生的行为变化而研究其情绪的过程，该方法由Hall于l934年首次提出并应用于动物情绪方面的研究，目前已发展成为动物心理学方面尤其是抑郁、焦虑方面常用的模型之一[9]，其优点在于可在同一时间段内和相同环境条件下比较不同组动物的活动状态，客观定量的反映动物活动量和自主活动能力。中央格停留时间反映动物对环境的认知能力，正常动物会避开空旷环境，迅速离开中央格，沿周边活动，这是啮齿类动物天生的防御反应。如果对新环境的认知能力较差，则停留在中央格的时间就会延长[9]。水平活动和垂直活动反映动物的探索行为、兴奋性和运动水平，而旷场中的粪便量则反映了动物的紧张程度，粪便越多，紧张度就越高。候公林[10]选取100±2 dB SPL的多用木工机床和冲击电钻噪声，对SD大鼠分别暴露5、10、20 d，结果此非稳态噪声可引起动物旷场反应中跨格数减少，站立次数增加，说明该噪声可以对动物行为产生影响，并随噪声暴露时间的延长而增强。本研究结果显示，经录制的变压器噪声暴露28天后，实验组豚鼠总行程、平均速度、直立次数、中央格停留时间及粪便粒数均无明显变化(P>0.05)，表明变压器噪声暴露28天后实验组动物的情绪、心理方面无明显变化，未影响豚鼠日常活动。

有实验发现耳蜗螺旋器遭受噪声暴露后，首先引起机械性损伤，继而引起代谢性损伤[11]，组织学表现为细胞内逐渐出现变性损伤表现，可引起耳蜗内外毛细胞静纤毛倒伏、散乱、部分或全部脱落，代谢性变化可见内外毛细胞静纤毛融合、气球样改变、团状改变等，以外毛细胞改变为主。以往国内外学者在研究噪声对听功能影响的实验研究中多采用高强度、窄频谱以及短时程的噪声刺激，可导致动物耳蜗大量外毛细胞凋亡及其附属纤毛的变性损伤[12,13]。本研究采用的是录制的民用变压器噪声，可见实验组动物在该噪声暴露28天后耳蜗基底膜三层外毛细胞排列整齐，细胞边界清楚，无明显溶解、崩裂，静纤毛呈规则的“V”字型，纤毛未出现倒伏、融合、断裂等情况，与对照组相比无明显形态上的变化；且实验组耳蜗外毛细胞缺失率与对照组比较差异也无统计学意义，说明本研究采用的民用变压器噪声暴露28天后，实验组动物耳蜗螺旋器未发生机械性或代谢性损伤。

Rosanowski等[14]研究证明，当噪声性听力损失发生、纯音听阈尚无明显变化时，DPOAE就可能异常，且可以定位听力损失的相应频段，DPOAE是监测噪声性外毛细胞功能失调的一种敏感手段。在105 dB SPL白噪声与娱乐噪声造成豚鼠听力损伤的实验研究中[15]，DPOAE检测发现，在相同强度的噪声刺激下，高频噪声较低频噪声对豚鼠的听损伤更明显。本实验录制的民用变压器噪声声压级范围为40.8~55 dB SPL，强度较低，频谱分布以中低频为主(150~2 000 Hz)，实验组豚鼠于该噪声间断暴露28天后，DPOAE引出率及各频率反应幅值与对照组比较差异无统计学意义，表明其未造成豚鼠内耳损伤。周彬等[16]认为ABR反应阈能够敏感地反映长期噪声环境下外毛细胞的损伤，在噪声刺激后豚鼠表现为永久性ABR阈移的模型中[17]，其实验中所用白噪声强度(120 dB SPL)要远远高于本实验所采用的民用变压器噪声。另外，石闯等[18]采用100 dB SPL的宽频带白噪声对C57BL/6J小鼠暴露2小时，成功构建了小鼠暂时性噪声性聋的听力损伤模型。而本研究结果显示，实验组豚鼠噪声暴露前后ABR反应阈差异无统计学意义(P>0.05)，且实验组噪声暴露28天后ABR反应阈与对照组亦无明显差异(P>0.05)，表明在该强度、频谱范围、噪声暴露时长内，实验组动物听力未受损伤。

综上所述，本实验证实在声压级范围为40.8~55 dB SPL的民用变压器噪声间断暴露28天(10小时/天)后，豚鼠行为无明显改变，听功能无明显损伤。但动物和人体对噪声的敏感性与耐受性不完全相同，噪声暴露的时间也只是影响听功能的一种要素，本研究中豚鼠噪声暴露时间相对较短，更长时间的该类噪声暴露是否对听功能有影响有待进一步研究证实。

参考文献4

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14Rosanowski F, Eysholdt U, Hoppe U. Influence of leisure-time noise on outer hair cell activity in medical students[ J]. Int Arch Occup Environ Health, 2006, 80: 25.

15倪坤,黄红彦,冰丹，等. 两种噪声刺激对豚鼠听觉早期损伤的比较[J].听力学及言语疾病杂志,2007,12:142.

16周彬 , 杜波 . 噪声暴露不同时程中大鼠 ABR 及 DPOAE 的变化[J ]. 吉林大学学报(医学版),2006 ,32 :26.

17刘晓薇，孙敬武.噪声暴露后豚鼠耳蜗电生理和超微结构的改变[J]. 听力学及言语疾病杂志,2008,16:13.

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(2015-02-09收稿)

(本文编辑雷培香)

·实验研究·

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±

△国家电网公司总部科技项目

1武汉大学人民医院耳鼻咽喉头颈外科(武汉430060)；2中国电力科学研究院

#为并列第一作者

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

通讯作者：陶泽璋(Email：taozezhang@163.com)；陈始明(Email：shimingchen@163.com)

作者简介：张光伟，男，湖北人，主治医师，主要研究方向为鼻科基础及临床。

【中图分类号】R764.43+3

【文献标识码】A

【文章编号】1006-7299(2016)01-0049-05

DOI：10.3969/j.issn.1006-7299.2016.01.012