噪声是一种存在于自然界、社会生活、工业生产、交通运输、城市建设、军事训练与作战及其他多种职业环境下的有害因素,当前大量人群普遍暴露于不同水平的具有潜在危害的噪声环境中。研究表明,噪声对机体的损害是多方面的,它不仅会直接对听觉系统造成特异性损伤,还可通过听觉器官作用于中枢神经系统,进而对听觉外的神经内分泌、心血管、免疫、呼吸、消化、生殖等多个系统以及精神心理和认知方面产生不同程度的非特异性损伤,其损伤程度与噪声的性质、强度、频率、暴露时间、个体易感性等有关。目前学术界从不同角度对此进行了许多调查研究,但对强噪声的生物效应其机制的探索还不够系统深入,特异有效的预防措施更少。因此,本研究以健康成年豚鼠为研究对象,给予120d B白噪声持续暴露4小时后,用摄像机实时录像观察其神经行为活动变化;用Morris水迷宫测试其空间认知能力;用自发活动箱测试其自发活动性的变化;用听觉脑干诱发电位(ABR)测试判定其听功能损失情况;利用耳蜗铺片和免疫组化观察耳蜗结构形态变化;用全自动血液分析仪和生化仪检测血常规和生化代谢酶;用酶联免疫吸附试验检测豚鼠血清中应激激素、神经肽和脑红蛋白的含量;通过解剖学和病理学方法观察颞叶皮层、海马、下丘脑等认知相关脑区以及其他各脏器的大体和显微病理形态。通过上述实验观察强噪声急性暴露后豚鼠机体多方面的改变,探讨强噪声对机体和神经认知功能的损伤效应及其特点,寻找强噪声性机体和神经认知功能损伤的早期敏感生物标志物,从而为强噪声对机体和神经认知的作用规律、机制、防护的深入研究以及军事应用提供生物学参考。研究内容分为四个部分,其主要研究结果如下:1.强噪声对豚鼠行为活动和认知功能的影响我们采用现场摄像实时观察分析、Morris水迷宫测试和自发活动实验,比较噪声组和对照组豚鼠的神经行为、自发活动性和空间学习记忆能力的差异,确定120d B白噪声持续暴露4h对豚鼠神经行为和认知功能的影响。1.1神经行为表现通过观察分析强噪声暴露前、中、后豚鼠的战斗逃避行为、心理情绪行为、饮食排便行为等的变化发现:强噪声暴露初期(5分钟内),豚鼠出现惊恐、躁动和逃避反应,随后表现为逐渐安静、背向声源躲避、缩头缩脑、毛发耸立、双眼微睁等;暴露中后期(1-3h),有呆立、抓耳挠腮,精神萎靡、僵卧、排便增多等;暴露停止后:部分表现为焦躁转圈和惊叫,部分呆头呆脑、对刺激反应迟钝,不活跃,个别动物出现偏瘫甚至死亡。上述结果表明该参数的强噪声累积暴露量引起了以神经系统不适症状为主的神经行为异常和功能障碍。1.2空间学习和记忆能力进一步用Morris水迷宫实验检测了两组豚鼠的空间学习记忆能力,结果显示:经120d B的强噪声连续暴露4h后,豚鼠的平均逃避潜伏期较对照组明显延长,跨越平台次数和目标象限停留时间均较对照组明显降低,并且强噪声暴露结束后三天,豚鼠的逃避潜伏期基本恢复到噪声暴露前水平。这说明该参数的强噪声导致豚鼠的空间学习和记忆能力下降,显著损伤其认知功能,但此改变是暂时和可逆的。1.3自发活动性自发活动实验结果分析显示:与对照相比,强噪声急性暴露后即刻,豚鼠自发活动的运动总距离、移动时间和休息次数均显著降低,休息时间明显增加而平均运动速度有下降趋势,但没有明显的统计学差异。而强噪声暴露后7天再次进行该实验,发现豚鼠自发活动的运动总距离和移动时间又有所增加,但与对照组仍存在差异,这表明该参数强噪声暴露可使豚鼠的自发活动性显著下降,但噪声去除后活动性可随时间推移逐渐恢复。通过上述实验,我们确定了120d B的强噪声急性暴露4h可造成成年豚鼠神经认知功能的可逆性损伤,表现为神经行为异常变化、自发活动性和空间学习记忆能力的可逆性下降。2.强噪声暴露对豚鼠听觉系统功能和形态的影响噪声可直接对听觉系统造成特异性损伤,引发噪声性听力损失,其主要原因是噪声对耳蜗结构的破坏引起的。故对噪声暴露后耳蜗外毛细胞受损情况的评估对判断噪声性听力损失的程度有重要意义,受损的部位和程度取决于噪声的频率、强度和作用时间。为阐明120d B白噪声持续暴露4h对豚鼠听觉功能和形态的影响,我们分别进行了以下研究。2.1听力功能检测将豚鼠暴露于120d B的白噪声4h后,用听觉脑干诱发电位(ABR)检测该参数的的强噪声急性暴露对豚鼠听功能的影响。结果显示:与对照组相比,豚鼠的听力阈值显著升高,平均听力阈移为48d B,这说明强噪声造成了豚鼠听功能的严重损伤,达到了不完全可逆的程度。2.2耳蜗的显微病理形态观察为进一步确定该参数的强噪声急性暴露对听觉系统形态结构的影响,我们在暴露后即刻对噪声最易损伤的部位—耳蜗的病理形态观察发现:部分毛细胞纤毛轻至重度的散乱倒伏,散在局部或广泛性脱落缺失及部分毛细胞凋亡坏死等不同程度损伤。这种形态的改变是强噪声造成听功能不可逆性损伤的病理学基础。总之,听觉脑干诱发电位测定和耳蜗形态学观察结果提示:120d B强噪声持续暴露4h引起了耳蜗毛细胞的缺失凋亡和结构损伤以及不完全可逆的听力损失,对听觉功能和结构均造成了明显的损伤。3.强噪声对血液中生理生化指标的影响3.1血常规的变化血常规的检测显示:强噪声暴露后血液中红细胞、血红蛋白和血小板均明显增高,而淋巴细胞和嗜酸性粒细胞显著减少,其余各细胞虽有上升的趋势,但其变化幅度无统计学差异,这与以往研究证实的应激时血细胞的变化状态基本一致。说明强噪声对血常规也有一定影响,血液系统参与了噪声应激,淋巴细胞绝对值降低还提示强噪声可能引起机体细胞免疫能力的下降。3.2血生化代谢酶的变化血液生化酶检测显示:强噪声暴露后血清中ALT、AST、LDH、CK等生化代谢酶的含量均明显增加,其中以CK含量变化最为明显。说明此参数的强噪声能引起豚鼠体内多种生化代谢酶紊乱,对脑和心、肝、肾等多脏器的结构和功能有一定损伤,CK含量测定可考虑作为评价噪声性机体和脑损伤程度的一项敏感的参考指标。3.3血清应激激素和C反应蛋白的变化ELISA检测结果显示:120d B白噪声连续暴露4h后,豚鼠血清中应激激素CRH、ACTH、CORT、AVP、OT、NE和C反应蛋白等的含量均明显减少,ALD和E均明显增加,其中以CORT和NE含量变化最为明显,AngⅡ的含量虽有上升趋势但其变化无统计学意义。3.4血清中神经肽和脑红蛋白的变化ELISA检测结果显示:强噪声急性暴露后即刻,豚鼠血清中NP-P、NP-Y、NGB的含量均明显增加,其NGB变化尤为明显。提示它们可能对噪声性神经认知功能损伤的定量评价有一定意义。经强噪声急性暴露后,豚鼠血细胞以及血清应激激素、生化代谢酶、神经肽和脑红蛋白等生理生化指标均出现了不同趋势和程度的变化,尤以CORT、CK、NE、NPY、NPP和NGB的含量变化较为显著,提示强噪声造成了机体生理生化代谢的紊乱,同时它们也可考虑作为噪声性机体和认知损伤的敏感指标。4.强噪声暴露对豚鼠各脏器形态结构的影响4.1大体病理观察强噪声暴露后即刻大体解剖可见:豚鼠部分内脏器官出现了不同程度的损伤,其中大脑皮层弥漫性充血、肺片状充血明显最为明显。4.2显微病理观察豚鼠各脏器病理切片观察分析显示:120d B的强噪声暴露4h后豚鼠的肺脏出现充血、水肿和渗液;附睾出现有少量淋巴细胞侵润血管扩张充血;出现胃粘膜出现轻度脱落,胃壁轻度水肿;而颞叶皮层、海马、下丘脑、心、肝、脾、肾和胰腺等脏器未发现明显病理变化。上述病理结果提示,强噪声急性暴露可引起神经、内分泌、呼吸、消化、生殖等多系统形态结构的改变,从形态上直接揭示了强噪声损伤的效应器官。综上所述,本研究完成了豚鼠在强噪声急性暴露下的损伤效果的行为学和病理生理学检测,发现120d B的白噪声持续暴露4h可致使豚鼠:(l)出现明显的不适感、神经行为异常和认知功能损伤;(2)耳蜗毛细胞损伤凋亡以及听力功能的不可逆性损失;(3)脑、心、肺、肝、肾、胃、睾丸等多个器官系统的病理形态结构和功能不同程度的损伤;(4)血清中和噪声应激、脏器损伤及神经认知变化关系密切的激素、代谢酶和神经肽等生理生化指标呈现不同趋势不同程度的变化。这些研究结果从功能和形态两方面验证了强噪声损伤的效应器官和效应分子,证实了强噪声急性暴露可造成机体多个器官系统和神经认知功能不同程度的损伤,其损伤效应具有全身性特点,并初步筛选出了CORT、CK、NE、NPY、NPP、NGB等与噪声性机体和认知功能损伤有关的敏感指标群,联合检测血清中的这些指标的水平变化,有助于系统描述强噪声对机体和神经认知损伤的程度和效应特点,为损伤机制研究提供参考。