Действие шума на организмы

По интенсивности все звуки можно разделить на три основные области. Первая область распространяется от слухового порога человека до уровней звукового давления 40 дБи охватывает весьма ограниченное количество сигналов внешней среды. Вследствие отсутствия повседневной тренировки звуковой анализатор мало чувствителен к восприятию звуков таких уровней. Вторая область включает уровни звукового давления от 40 до 80—90 дБи содержит основную массу полезных и бесполезных звуков окружающей среды; повседневное воздействие их приводит к созданию навыков восприятия. В пределах этой области расположены уровни звукового давления речи от шепота до самой громкой передачи по радио, музыкальные звуки, большинство шумов в быту и на производстве, предупредительные сигналы и т. д. В этой области наблюдается способность к наиболее тонкой дифференциации и анализу всех качеств звука.

Третья область охватывает уровни звукового давления от 80— 90 дБдо порога болевого ощущения звука (до уровня 120— 130 дБ). Благодаря развитию современной техники эти уровни начинают приобретать существенное значение в жизни человека. Сильный звуковой раздражитель выступает, с одной стороны, в качестве помехи, с другой, — в виде полезных сигналов. В этой области уровней звукового давления наблюдаются существенные отличия в деятельности звукового анализатора по сравнению с первой и второй областями. Важнейшее значение приобретает в третьей области явление утомления и в связи с этим фактор времени действия раздражителя.

Чувствительность слуха во время действия шума или звуков не остается без изменения. В условиях полной тишины чувствительность его возрастает, а под влиянием шумового воздействия снижается. Такая временная перестройка функции звукового анализатора, выражающаяся в некотором повышении порога слышимости, называется адаптацией слуха.

Временное умеренное понижение слуховой чувствительности является целесообразной приспособительной реакцией организма к условиям внешней среды и играет защитную роль против сильных и продолжительно действующих шумов.

Длительное воздействие шума или звука приводит к патологическому состоянию органа слуха и его утомлению, которое характеризуется не только более значительными сдвигами в чувствительности, но и более замедленной обратной адаптацией.

Утомление наступает при перераздражении звукового анализатора, является процессом длительным и в отличие от адаптации, которая способствует сохранению работоспособности, всегда снижает работоспособность анализатора; при частых и длительных перераздражениях в случае недостаточного отдыха наступают стойкие явления понижения функции, и выявляется картина шумовой (звуковой) травмы. Вредное влияние производственного шума на рабочих хорошо известно.

Предельная граница шума, при которой не повреждается орган слуха, в условиях производства составляет примерно 85— 90 дБ А. Под воздействием шума высокой интенсивности, превышающего на средних частотах 85—90 дБ, в органе слуха возникают явления утомления, которые могут перейти постепенно в тугоухость и глухоту, обнаруживаемые через несколько лет работы.

Однако и в повседневной жизни человек подвержен действию шума таких же высоких уровней. В результате постоянного длительного кумулятивного действия шума в условиях города может возникнуть хроническое расстройство слуховой функции.

Действие шума на организм человека может проявляться в трех основных направлениях:

1) воздействие шума на орган слуха;

2) воздействие шума на функции отдельных органов и систем (сердечнососудистая, пищеварительная, эндокринная, мышечная системы, вестибулярный аппарат, обменные процессы, кроветворение и т. д.);

3) воздействие шума на организм в целом, в частности на высшую нервную деятельность и вегетативную реактивность.

Раздражающее действие шума зависит от его физических свойств. Так, шумы со сплошными спектрами являются менее раздражающими, чем шумы, содержащие тональные составляющие. Шумы с высокочастотными компонентами дают более раздражающий эффект, чем с низкочастотными. Наиболее неприятны шумы, изменяющиеся по частотам и уровням звукового давлении.

Психологическая сторона проблемы шума имеет большое значение, особенно в отношении шумов малой интенсивности (до 60 дБ). Так, шум, производимый самим человеком, не беспокоит его, в то время как небольшой шум, вызванный каким-либо посторонним источником, дает раздражающий эффект.

Что касается шума высокого уровня, то исследованиями доказано, что наиболее ранние нарушения под воздействием такого шума развиваются со стороны центральной нервной системы, а поражения органа слуха возникают позднее (не менее чем через 5 лет).

На производствах, где профессиональной вредностью является шум и вибрация, у рабочих обнаружены резкие сдвиги биоэлектрической активности коры головного мозга, что проявляется в уменьшении силы и подвижности нервных процессов и в торможении возбудимости с наклонностью к образованию застойных очагов возбуждения в двигательной и акустической зонах коры. Наблюдались также нарушения взаимоотношений между корой и подкоркой мозга.

В условиях жизни человека, как на производстве, так и в быту большое значение имеет скорость реакции, определяемая временем, которое необходимо человеку для того, чтобы осознанное вызвало моторное действие. Скорость реакции характеризует состояние центральной нервной системы. Обнаружено удлинение времени условной двигательной реакции в ответ на звуковые и световые сигналы при уровне шума более 80 дБ.

Вопросы производительности труда и интенсивности шума имеют большое экономическое значение. Многие исследователи отмечают снижение производительности труда в ряде отраслей промышленности, где производственные процессы сопровождаются шумом. Понижение работоспособности происходит вследствие ослабления внимания и замедления латентного времени реакций. Производительность труда понижается как в количественном, так и качественном отношении. По некоторым данным шум может снизить производительность труда до 60%. При уменьшении шума на производстве, наоборот, растет общая производительность труда, уменьшаются непроизводительные затраты и сокращается заболеваемость. Многочисленные данные свидетельствуют о неблагоприятном влиянии шума на производительность умственного труда.

Известно, что шумы большой интенсивности вызывают изменение вегетативных реакций, важнейшая из которых функция кровообращения. Первые вегетативные реакции выявляются при шуме 60—70 дБи проявляются тем сильнее, чем выше уровень шума. При этом имеет значение ширина полосы действующего шума. Работы последних лет выявили действие шума на сердечнососудистую систему даже в том случае, когда в кровяном давлении, частоте пульса и электрокардиограмме не было никаких изменений. Исследования влияния шума на пищеварительную систему, почки, селезенку и другие органы показали весьма неблагоприятное воздействие шума и на их функциональное состояние.

Отсюда видно, что шум вызывает реакцию организма в целом. Нарушения в органах и системах зависят от уровня шума, распределения его по частотам, времени воздействия и от индивидуальных особенностей человека. Интенсивные высокочастотные шумы приводят к быстрому развитию патологического состояния.

Эту патологическую картину, возникшую под влиянием шума, рассматривают как «шумовую болезнь».

Долгое время биологи проявляли интерес к биологическому действию звука с точки зрения его экологического значения, физиологи исследовали механизм звуковой рецепции, врачи исследовали и контролировали нормальное и патологическое состояние органов слуха. Однако в настоящее время на человека действуют звуки небывалой интенсивности, в миллион раз превышающей ту, на фоне которой протекала вся предшествующая история его развития. Это приводит к глубоким патологическим процессам, угрожая в будущем судьбе человека — этого царя природы (Андреева-Галанина и др., 1972). Возникла настоятельная необходимость более глубокого исследования, механизма биологического действия звуковой энергии, прежде всего смешанного спектра частот. Речь идет, как и в случае вибрации, о прямом, нерецепторном действии звуковых колебаний на клетки и ткани организма, минуя специализированный орган слуха. При этом следует помнить, что звуковые колебания продолжают свое патологическое действие на организм и в тех случаях, когда орган слуха, как некий предохранитель «высокого напряжения», выбывает из «строя. Сведения Всемирной организации здравоохранения о числе профессиональных заболеваний рабочих предприятий с повышенной интенсивностью шума, к сожалению, касаются лишь утраты слуха, жалоб на головные боли, неврозов и др. Это результат действия шума на рецепторы, но есть и прямое действие звука помимо рецепторов. Пока нет сводок о прямом действии механических колебаний инфра- и звукового диапазона частот, вследствие чего стоит ограничиться лишь ссылкой на отдельные исследования, иллюстрирующие эффект биологического действия этого вида энергии. Известно, что действие мощных звуков на организм может привести к летальному исходу. Полагают, что гибель животных, подвергавшихся сильному звуковому воздействию (порядка 150 дБ) обусловлена действием температуры, которая при этом развивается. Звуковая энергия, абсорбированная поверхностью тела животного, преобразуется в тепло, которое в случае превышения определенных границ и вызывает смерть. Авторы отмечают, что при частоте 3000 Гц смерть наступает в течение 9 мин. Возможно, что эта частота является резонансной, при которой амплитуда, и в данном случае кавитация, резко увеличивается.

О прямом действии звука свидетельствуют опыты исследования микрофонного потенциала внутреннего уха (кохлеарного нерва) на наркотизированных животных. Было установлено видовое различие чувствительности ганглиозных клеток к интенсивности звука. Поскольку подопытные животные были наркотизированы, то, как надо полагать, действие звука воспринималось не рецепторами, а непосредственно ганглиозными клетками.

Известно, что звук интенсивностью 94 дБ подавляет экспериментально вызванный лейкоцитоз животных. Из этих данных следует, что звук пронизывает все тканиорганизма, вызывая в них функциональные и структурные нарушения. Если учесть при этом, что каждая клеточная популяция (нервная, мышечная, эпителиальная), каждая функциональная система обладают своей, специфической для нее чувствительностью к звуковым воздействиям, то становится понятным многообразие форм патологии, вызываемой звуком (шумом), как и вибрацией.

В норме шум воспринимается всеми рецепторами, а, например, для телец Пачини, он является адекватным раздражителем. Но при более мощных звуковых воздействиях, рецепторы перестают «работать». Происходит своеобразное «зашкаливание», и звуковая энергия воспринимается всеми тканями организма.

К сожалению, еще не известна степень чувствительности нерецепторных клеток к звуку и вибрации; таких исследований нет и поныне. Между тем отсутствие этих знаний затрудняет понимание механизма биологического действия звука и вибрации.

Итак, вибрация и звук при определенных условиях являются биологически опасным фактором, угрожающим целостности организма. Эта опасность для человека стремительно возрастает в связи с развитием техники, так как увеличивается интенсивность сопутствующих факторов, при действии которых и вибрация, и шум становятся особенно опасными. Речь идет о температуре окружающей среды, степени загрязнения атмосферы, радиации, магнитных полях и др. Следует иметь в виду и то, что наряду с физическими факторами в патогенезе вибрационной болезни важнейшую роль играет фактор социальный: моральная обстановка в трудовом коллективе, интерес к профессии, материальные условия жизни и др. Именно в силу своей массовости, в силу этих сопутствующих факторов новая нозологическая единица болезни, порожденная техническим прогрессом, — вибрационная болезнь — теперь стала предметом исследований медиков всех стран мира, ученых различных областей науки: физиологов, биофизиков, математиков и, как мы уже подчеркивали, социологов; эта проблема в наше время приобрела важнейшее социальное значение.



Заключение

Таким образом, необычность звуковой информации, к переработке которой организм не подготовлен в процессе эволюции, приводит к расстройству органов слуха и связанных с ним нервных центров. Для организмов с пониженным слуховым восприятием и невысоким уровнем развития нервных связей (глухих животных, низших насекомых и т. д.) последствия звукового воздействия незначительны.

Прямое энергетическое воздействие звука в природе почти не встречается. Изучать его очень сложно из-за повышенной чувствительности слухового аппарата к определенному диапазону звуковых волн. Выяснить его непосредственное действие на организм можно, только отключив или изолировав орган слуха. Поэтому ученым удалось сделать лишь разрозненные наблюдения, как действуют инфразвук и звук большой мощности (ватты и десятки ватт на квадратный сантиметр). Это действие, как правило, крайне неблагоприятно: прорастание семян задерживается, у животных нарушается работа кроветворных органов, развитие микроорганизмов тормозится.

Лучше изучено действие ультразвуковых колебаний, особенно больших частот (порядка десятков и сотен тысяч герц). В зависимости от мощности звукового потока, частоты колебаний, длительности воздействия, природы и состояния организма оно может быть стимулирующим, тормозящим, смертельным.

Так, при действии ультразвука интенсивностью 5—6 Вт/см2, частотой 380 кГц в течение 2 мин в воде из отстойного бассейна погибали почти все растения и животные — циклопы, дафнии, диатомовые водоросли, коловратки, -мелкие пиявки, крупные водоросли. При этом раковины оказывались продырявленными, содержимое клеток раздробленным, а сами клетки разорванными. Это свойство ультразвука применяется иногда для стерилизации воды, для очистки подводных сооружений в портах и подводной части кораблей от водорослей и ракушек. Однако некоторые организмы, например сформировавшиеся4 яйца аскарид, удивительно устойчивы к воздействию ультразвука. Это объясняется тем, что газовая прослойка в скорлупе яйца почти полностью отражает звуковую энергию.

На семена некоторых растений ультразвук оказывает стимулирующее действие. Сухие семена кукурузы облучали ультразвуком частотой 710 кГц, интенсивностью 12 Вт/см2 и затем проращивали. Оказалось, что энергия прорастания у таких семян много выше, чем у контрольных, они быстрее набухают. Как и в случае с другими организмами, прочная оболочка семян снижает степень стимулирующего и угнетающего действия ультразвука. Можно подобрать такие ультрачастоты, которые будут поглощаться почти полностью оболочкой семени. В этом случае, если плотная оболочка является основным препятствием для прорастания семян (у вишни, бересклета), действие ультразвука приводит к ускоренному прорастанию семян.

Механизмы действия ультразвука на живые организмы крайне многообразны. Это и мгновенное образование пузырьков газа в жидкой фазе клетки, обладающих взрывным действием, и произвольные разрывы полимерных молекул белков и нуклеиновых кислот, и образование вихревых потоков, в которые вовлекаются клеточные органеллы, и разрушение ферментов. Нужно изучать действие ультразвука на живые организмы, чтобы направленно использовать его в народном хозяйстве и чтобы применение ультразвука в технике было безопасным для человека.