噪声对非听觉系统多器官组织的形态学影响*

李宁宁，崔亚男，余善法

(1.河南医学高等专科学校 a.科研外事处；b.公共卫生学院，郑州 451191； 2.郑州大学公共卫生学院，郑州 450001)

噪声对健康的影响已成为一个日趋严重的公共卫生和社会问题[1]。噪声除了对听觉系统造成损伤外，其对接触人群听觉以外的非特异性损伤作用也日益受到关注，如噪声可引起头疼[2]、影响睡眠质量和认知功能[3]、消化功能下降[4]等，涉及多个非听觉系统如神经系统、内分泌系统、消化系统、心血管系统、泌尿系统、免疫系统等的损害。噪声不仅会对人体器官造成器质性损伤，也会导致人体系统内的各器官出现功能性紊乱[5]。早在2006年，就有学者提出，噪声对神经系统的影响被认为是对人体健康影响较早且敏感的指标[6]；噪声可使大鼠处于明显的应激状态，造成胃肠激素分泌紊乱，导致胃肠蠕动受影响[4]；累积噪声暴露可增加接触者心电图的异常率[7]；飞船舱内的噪声可对豚鼠淋巴细胞增殖率产生影响，引起免疫功能异常。但目前关于噪声对非听觉系统多器官的器质性损伤的综合研究较少，也未见有关噪声对多系统器官损伤共同机制的报道[8]。本研究旨在观察95、105 dB SPL这两个强度噪声连续刺激30 d对大鼠非听觉系统多器官组织形态学的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物 SPF级雄性Wistar大鼠30只(购自北京维通利华)，体质量160～180 g，4～6周龄，耳廓反射灵敏，无耳毒性药物史及噪声暴露史。饲养于中国天津卫生与环境医学研究所实验动物中心。适应性饲养1周后，随机分成3组，对照组(Ctr组)、低噪声组(LN组)、高噪声组(HN组)，每组10只。动物实验通过环境医学与作业医学研究所实验动物福利伦理委员会审查批准(审查编号：IACUC of AMMS-04-2020-063)，动物饲养及动物实验方案均严格按照动物福利伦理委员会实验动物规范进行。

1.2 噪声暴露 根据美国职业安全与健康管理局(OSHA) (http://oshanoise.com/osha_standard.html) 建议的现行职业噪声暴露安全限值以及国内外的相关文献，选取95 dB SPL，4 h·d-1作为暴露条件；为了控制时间变量以及实验条件的限制，同时设置105 dB SPL暴露4 h·d-1的噪声暴露条件。将LN组和HN组大鼠单独关在噪声暴露笼中，笼子置于扬声器(中国天津振美电声设备有限公司，ZM-16 S)下方，噪声由噪声发生器(丹麦B&K 仪器，BK 3560C)产生，经功率放大器(中国北京电子科技集团第三研究所，扬声器P-150D)放大后传递到扬声器，分别暴露于95、105 dB SPL白噪声中，每天在8：30给予噪声暴露，持续4 h，连续暴露30 d，Ctr组大鼠暴露于背景噪声(≤40 dB)。每次暴露前，对测量噪声的声压计进行校准，笼内声压级变化<1 dB，以确保刺激的均匀性。噪声暴露时Ctr组同时禁食禁水，噪声暴露组除噪声暴露条件不同外，其他条件均与对照组一致。

1.3 组织病理 实验结束后，腹腔注射质量分数1%戊巴比妥钠(70 mg·kg-1)麻醉大鼠，立即取各组大鼠大脑、下丘脑、心脏、肝脏、胃、肠、肾脏及脾脏组织，体积分数4%中性甲醛固定液固定，经梯度脱水、透明、包埋、连续切片、脱蜡、水化、苏木精-伊红(HE)染色后，光镜下观察并拍照。

2 结果

2.1 神经系统、内分泌系统器官组织病理结果 与Ctr组比较，噪声暴露组大鼠的大脑、下丘脑组织无明显病理改变，垂体间质可见血管充血、扩张。见图1-2。

图1 各组大鼠大脑皮层、海马组织病理图(HE染色，A图10×20，B图10×40)

图2 各组大鼠下丘脑、垂体病理图(HE染色，10×40)

2.2 消化系统脏器组织病理结果 与Ctr组比较，噪声暴露组大鼠胃黏膜增厚，胃黏膜浅层组织脱落、缺损，可见少量炎症细胞；大肠黏膜坏死、缺损，腺体萎缩、减少，坏死处可见炎症细胞；肝脏中央静脉和肝血窦扩张、淤血，肝细胞呈点状、片状坏死，坏死区域多分布在中央静脉周围，并伴有炎症细胞浸润。见图3。

注：箭头表示黏膜脱落、缺失病变的区域；三角示肝细胞坏死，炎症细胞浸润；五角星示中央静脉扩张、淤血图3 各组大鼠胃、大肠、肝脏组织病理图(HE染色，10×20)

2.3 泌尿系统脏器组织病理结果 与Ctr组比较，噪声暴露组肾脏部分肾小球结构损坏，球内毛细血管扩张充血，肾小囊腔狭窄甚至消失；部分肾小管结构异常，管壁上皮细胞肿胀，管腔狭窄甚至消失，部分肾小管上皮细胞坏死，坏死区域有炎症细胞浸润。见图4。

注：箭头表示病变的肾小球，三角示坏死的肾小管图4 各组大鼠肾脏组织病理图(HE染色，10×40)

2.4 循环系统脏器组织病理结果 与Ctr组比较，噪声暴露组大鼠心内膜和心外膜无明显改变，心肌膜血管扩张、淤血，未见心肌细胞变性、坏死等病理改变。见图5。

注：箭头表示心肌间质血管扩张淤血图5 各组大鼠心脏组织病理图(HE染色，10×40)

2.5 免疫系统脏器组织病理结果 与Ctr组比较，噪声暴露组大鼠脾脏结构尚完整，脾血窦高度扩张、淤血，白髓淋巴组织增生，尤其是动脉周围淋巴组织增生活跃；脾小动脉管壁玻璃样变，管腔狭窄，甚至闭合。见图6。

注：三角形示正常脾小动脉；箭头表示玻璃样变脾小动脉图6 各组大鼠脾脏组织病理图(HE染色，10×20)

3 讨论

本研究结果显示，95、105 dB SPL这两种强度噪声可对非听觉系统中的多个器官造成器质性损伤。强烈的不良刺激往往会引起机体的应激反应，并因此引发一系列的病理生理过程[9-10]，早期下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)会对应激进行适应性调节[11]，但如果长期处于应激状态或应激过于强烈，较高浓度的噪声应激激素会使机体出现精神紧张和内分泌系统失调，则会造成器质性损伤[12]。本研究还发现，在噪声应激源长期刺激下，多数器官组织中的血管扩张、淤血，导致微循环障碍，从而影响器官的营养供应，这可能也是引起多器官损伤的机制之一。

本研究结果显示，噪声早期对大脑、下丘脑虽未造成明显的器质性的损伤，但噪声对接触人群神经系统功能的损伤还是要给予重视和关注的。有学者通过Meta分析指出，80 dB(A)以上的噪声暴露是神经衰弱的独立危险因素[13]；持续的噪声还可致大脑海马区域的神经元细胞活性物质受到抑制，影响神经系统细胞的功能活动[14]。暴露从听觉系统传入大脑皮层，通过HPA会增加人体应激激素水平，从而通过激活烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶，触发炎症和氧化应激通路，内皮/神经元一氧化氮合酶的解偶联诱导血管内皮和神经元功能障碍[15]。

本研究结果显示，噪声可引起胃肠黏膜发生坏死、缺损，肝小叶中央静脉扩张、淤血，肝细胞坏死等病理改变，与以往的研究结果一致，如张彦红等[16]发现，高频稳态噪声对肝脏有损伤作用，可致静脉、肝血窦和小叶间静脉扩张，肝小叶结构破坏，较多炎症细胞浸润。但也有学者认为，噪声长时间反复刺激还可致肝脏间质成分-胶原纤维形成增多，最终引起不可逆性肝损伤—肝纤维化[17]。关于噪声对消化系统的损伤机制早期报道显示，噪声刺激可致环磷酸腺苷、环磷酸鸟苷水平发生变化，环磷酸腺苷通过激活碳酸蛋白酶促进胃酸分泌，过量的胃酸侵蚀胃黏膜致胃溃疡的发生；环磷酸鸟苷通过激活激酶干预糖原的转化和分解，破坏肝脏的基本代谢和免疫、解毒功能[5]。HPA在消化系统损伤中也发挥着作用，下丘脑通过调控垂体控制与消化系统有关的激素水平，如噪声刺激可影响激素多巴胺、去甲肾上腺素水平的变化，改变血液中的生化指标和核苷酸含量，从而使消化功能发生紊乱。

目前关于噪声对肾脏功能和组织结构影响的报道较少，尤其是噪声对肾脏组织结构的影响研究更少[18]。本研究发现，长期噪声刺激下，大鼠肾脏部分肾小球和肾小管出现病变，肾小球结构损坏，部分肾小管上皮细胞坏死，坏死区域有炎症细胞浸润。肾脏是一个代偿功能较强的器官，每侧肾脏有100多万个肾单位独立工作，少量的肾单位发生病变，一般不会影响肾脏的泌尿功能，但已有报道显示，噪声刺激可致肾功能异常，如俞发荣等[19]研究结果显示，噪声暴露组大鼠血清肌酐水平升高，表明噪声长期刺激下肾组织结构已严重受损。

本研究结果显示，心肌间质血管扩张、充血，心肌纤维并无明显损伤，这可能与本实验噪声暴露的特性、暴露时间和使用的大鼠品系有关。但有研究[20]发现，噪声对心脏的功能和超微结构是有影响的，在暴露于噪声7 d(每天6 h)后，大鼠心肌超微结构(线粒体、肌浆网)发生改变，并认为噪声性心血管效应是噪声通过HPA导致应激激素-皮质激素释放增多，肾上腺素和去甲肾上腺素水平升高，致血管收缩和血压升高，或通过增加热休克蛋白引起细胞性皮质醇受体的敏感性变化，从而导致心脏超微结构变化。流行性病学调查结果表明，65 dB(A)以上的噪声可增加冠心病发病率和患心血管疾病的风险，增加病死率[21]。

目前关于噪声长期刺激对脾脏的影响相关报道较少[22]。本实验中噪声暴露组大鼠脾脏可见不同程度的白髓淋巴组织增生、脾窦扩张，此研究结果也与先前报道[16]的高频稳态噪声可致脾脏损伤的结果一致。脾脏微循环受损，而致血源性抗原抗体反应变迟缓，导致血清抗体浓度下降，从而可能影响机体的免疫功能，其机制可能是因为噪声作为一种应激源可激活HPA，引起内分泌系统激素水平的紊乱，干预细胞增殖、细胞因子分泌和抗体的产生，而引起机体免疫功能的改变[23]；也可能是噪声通过产生还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶和活性氧来影响免疫系统，并且噪声是通过影响中枢神经系统、听觉系统、循环系统、内分泌腺等身体其他系统和器官来影响免疫系统及其组成部分的功能[24]。

综上所述，噪声对神经系统、内分泌系统、消化系统、心血管系统、泌尿系统、免疫系统等的慢性损伤作用是值得关注和重视的，其机制可能主要集中在HPA参与的应激反应和微循环损伤这两方面。本研究尚有一些不足之处，如尚未结合分子生物学和毒理学等多学科知识探究多器官损伤的具体机制。但随着噪声对职业接触人群非特异性损伤的研究深入发展，期待早日探索出噪声性非特异性损伤早期敏感标志物，力争为早预防噪声所致非特异性损伤提供依据，更好地保护噪声环境下作业人群的健康。