Слуховая усталость - Auditory fatigue

Слуховая усталость определяется как временная потеря слуха после воздействия звука. Это приводит к временному сдвигу слухового порога, известному как временное смещение порога (TTS). Ущерб может стать постоянным (постоянный сдвиг порога, PTS), если до продолжения звукового воздействия не допускается достаточное время восстановления.[1] Когда потеря слуха связана с травмой, ее можно классифицировать как потеря слуха из-за шума, или NIHL.

Существует два основных типа слуховой усталости: краткосрочная и долгосрочная.[2] Они отличаются друг от друга несколькими характеристиками, индивидуально перечисленными ниже.

Кратковременная усталость

  • полное выздоровление от TTS может быть достигнуто примерно за две минуты
  • TTS относительно не зависит от продолжительности воздействия[2][3]
  • TTS максимальна на частоте воздействия звука

Длительная усталость

  • восстановление требует минимум нескольких минут, но может занять до нескольких дней
  • зависит от продолжительности воздействия и уровня шума[2][3]

Физиология

Затронутая анатомия

Анатомия человеческого уха.
  Браун наружное ухо.
  Красный среднее ухо.
  Фиолетовый внутреннее ухо.

Примечание: Полная анатомия человека ухо обширен и может быть разделен на внутреннее ухо и наружное ухо. Остальная часть этой статьи в основном ссылается на улитка, внешний волосковые клетки, и орган Корти.

Как правило, структурные повреждения любой анатомической части человеческого уха могут вызвать проблемы со слухом. Обычно незначительный изгиб стереоцилии внутреннего уха ассоциируется с временной потерей слуха и вызывает утомление слуха. Полная потеря стереоцилий вызывает необратимое нарушение слуха и больше связана с потерей слуха, вызванной шумом, и другими слуховыми заболеваниями.

В внешние волосковые клетки, или OHC, можно рассматривать как микроусилители, которые стимулируют внутренние волосковые клетки. OHC являются наиболее хрупкими из волосковых клеток, поэтому они участвуют в слуховой усталости и других нарушениях слуха.

Орган слуха у рыб называется отолит, который чувствителен к движению частицы, а не звуковое давление. У некоторых рыб также есть боковая линия.

Расположение анатомических частей
Gray920.pngCochlea.svgGray931.png
Внутреннее ухо показывая улиткаУлитка показывает орган КортиОрган Корти показывает волосковые клетки

Затронутые механизмы

Теория бегущей волны

Временные пороговые сдвиги, связанные со слуховой усталостью, связаны с амплитудой бегущей волны, вызванной стимулом.[4] Это считается правдой, потому что вибрация, распространяемая активным процессом, обычно не находится в центре максимальной амплитуды этой волны. Вместо этого он расположен намного ниже, и различия, связанные между ними, объясняют сдвиг порога.[2] Испытываемая TTS - это истощение активной системы, расположенной в локусе бегущей волны, вызванной кохлеарный усилитель описано ниже.[4] Слуховое утомление можно объяснить относительной активностью активного процесса при слабой стимуляции (<30 дБ).[2]

Классическая пассивная система

Есть две разные системы, связанные с механикой улитка: классическая пассивная система и активный процесс. Пассивная система работает для прямой стимуляции внутренних волосковых клеток и работает на уровнях выше 40 дБ.[4] При уровнях стимуляции, которые предотвращают возбуждение пассивной системы, длительное воздействие шума приводит к снижению громкости слышимого с течением времени, даже если фактическая интенсивность шума не изменилась.[2] Это вызвано исчерпанием активного процесса.

Активный процесс

Активный процесс также известен как кохлеарный усилитель. Это усиление увеличивает вибрации базилярной мембраны за счет энергии, полученной от Кортиевого органа.[4] По мере увеличения стимуляции предполагается, что базилярная мембрана смещение, вызванное бегущей волной, становится все более базальным по отношению к улитке.[5] Устойчивый стимул низкого уровня может вызвать энергетическое истощение активной системы, что, в свою очередь, не позволяет пассивной системе активироваться.

Чрезмерная вибрация

В настоящее время считается, что слуховая утомляемость и NIHL связаны с чрезмерными вибрациями внутреннего уха, которые могут вызвать структурные повреждения.[6][7][8] Метаболическая активность требуется для поддержания электрохимических градиентов, используемых в механо-электрическом и электромеханическом преобразовании во время воздействия шума и распознавания звука.[6] Метаболическая активность связана с активными смещениями, которые являются компонентами вызванной звуком вибрации, включающей престин, моторный белок, который вызывает моторику OHC.[6] Избыточные вибрации требуют повышенной метаболической энергии.

Кроме того, эти дополнительные колебания могут вызывать образование свободных радикалов, известных как активные формы кислорода или ROS.[9][10] Повышенный уровень АФК продолжает увеличивать метаболические потребности системы. Эти растущие требования утомляют систему и в конечном итоге приводят к структурным повреждениям кортиевого органа.[6][11]

Восстановление

Во всех случаях слуховой усталости достаточное время восстановления должно позволить полностью исправить нарушение слуха и вернуть пороговые уровни к их базовым значениям.[2] В настоящее время нет способа оценить количество времени, необходимое для восстановления после слуховой усталости, потому что обычно ее можно обнаружить только после того, как травма уже произошла. Исследования, в которых измерялось время восстановления, показали, что необходимое время зависит от степени первоначальной потери слуха.[12] Было обнаружено, что наиболее значительное восстановление произошло в течение первых 15 минут после прекращения воздействия шума.[13][14] Когда не выделяется достаточное время для восстановления, эффекты становятся постоянными, что приводит к приобретенной потере слуха, вызванной шумом.[12] При уровне шума всего 95 дБ может потребоваться до 120 минут на восстановление.[12] Для сравнения, обычные предметы, которые могут создавать шум на этом уровне, - это мотоциклы и метро.[15]

Защитные меры

Закалка и распространение энергии

Были исследованы две защитные меры, связанные с уровнем шума и продолжительностью этого воздействия. Хотя их было бы трудно регулировать в спонтанных случаях, они могли бы положительно повлиять на условия работы, если бы можно было установить правила для времени обработки или для других систем, которые производят громкие шумы в течение длительного периода времени. Эффект ужесточения достигается за счет увеличения устойчивости системы к шуму с течением времени.[16] В настоящее время не известны конкретные механизмы, вызывающие ужесточение улитки. Однако известно, что OHC и связанные с ними процессы играют роль.[17] Другой ужесточающей мерой является распространение определенного количества энергии на систему в течение более длительного периода времени. Это позволит процессам восстановления происходить во время тихих перерывов, которые достигаются за счет увеличения продолжительности воздействия.[16] Пока что исследования не показали прямой корреляции между степенью ужесточения и величиной сдвига порогового значения.[16] Это говорит о том, что даже закаленная улитка не может быть полностью защищена.

Вещества

Обе фуросемид и салициловая кислота считаются ототоксичный в определенных дозах. Были проведены исследования для определения их способности защищать от слуховой усталости и необратимого повреждения явления ужесточения, состояние, описываемое снижением активных смещений улитки. Несмотря на то, что с этими двумя веществами были проведены ограниченные исследования с точки зрения защитных режимов приема лекарств из-за связанных с ними рисков, оба показали положительные результаты в снижении утомляемости слуха за счет снижения образования ROS с помощью индивидуальных механизмов, описанных ниже.[6][18]

Фуросемид

Было показано, что инъекции фуросемида до воздействия шума снижают эндокохлеарный потенциал.[19] Это уменьшение приводит к уменьшению активных смещений улитки, и считается, что защита фуросемидом проистекает из ограничения чрезмерных вибраций при подавлении кохлеарного усилителя.[20]

Салициловая кислота

Салициловая кислота конкурирует с анион связывание с престином OHC, что снижает подвижность. Это уменьшение активного смещения снова связано с понижением давления в кохлеарном усилителе, что снижает чрезмерные вибрации, возникающие во время воздействия шума.[7][8][9][11]

Антиоксиданты

Витамины А, C и E было показано, что это 'свободные радикалы мусорщики 'исследованиями, посвященными защитным свойствам антиоксидантов.[21] Кроме того, NAC или N-ацетил-L-цистеин (ацетилцистеин ), снижает образование АФК, связанное с чрезмерными вибрациями, вызванными шумовым воздействием.[10][22][23]

Ограничения

Хотя слуховая усталость и защитные меры NIHL были бы полезны для тех, кто постоянно подвергается длительному и громкому звуку, текущие исследования ограничены из-за негативных ассоциаций с этими веществами.[6] Фуросемид используется при лечении застойной сердечной недостаточности из-за мочегонное средство характеристики. Салициловая кислота это соединение, наиболее часто используемое в моющих средствах от прыщей, но также антикоагулянт. Дальнейшее использование этих веществ должно быть индивидуализировано индивидуально и только под тщательным контролем. Антиоксиданты не обладают этими отрицательными эффектами и поэтому являются наиболее часто исследуемым веществом с целью защиты от слуховой усталости.[6] Однако в настоящее время продаваемого приложения не было. Кроме того, нет синергетический В настоящее время обнаружена взаимосвязь между препаратами по степени снижения слуховой утомляемости.[24]

Факторы, повышающие риск

  • Физическое упражнение
  • Тепловое воздействие
  • Нагрузка
  • Ототоксичные химические вещества

Есть несколько факторов, которые сами по себе могут не быть вредными для слуховой системы, но было показано, что в сочетании с длительным воздействием шума увеличивается риск слуховой усталости. Это важно, потому что люди удаляются из шумной среды, если она превышает их болевой порог.[12] Однако в сочетании с другими факторами, которые могут физически не распознаваться как повреждающие, TTS может быть выше даже при меньшем воздействии шума. Одним из таких факторов является физическое упражнение. Хотя в целом это полезно для организма, комбинированное воздействие шума при высокой физической активности, как было показано, дает более сильное TTS, чем просто воздействие шума.[25][26] Это может быть связано с количеством АФК, производимых чрезмерными вибрациями, которые дополнительно увеличивают необходимую метаболическую активность, которая уже увеличивается во время физических упражнений. Тем не менее, человек может снизить свою восприимчивость к TTS, улучшив свою сердечно-сосудистую систему в целом.[12]

Тепловое воздействие еще один фактор риска. При повышении температуры крови ВПС увеличивается в сочетании с воздействием высокочастотного шума.[12] Предполагается, что волосковым клеткам для высокочастотной трансдукции требуется больший запас кислорода, чем другим, и два одновременных метаболических процесса могут истощить любые запасы кислорода в улитке.[27] В этом случае слуховая система претерпевает временные изменения, вызванные снижением напряжения кислорода эндолимфы улитки, что приводит к вазоконстрикция местных судов.[28] Можно провести дополнительные исследования, чтобы выяснить, является ли это причиной повышенного TTS во время физических упражнений, а также во время длительного воздействия шума.

Еще один фактор, который может не проявлять признаков вреда, - это текущий нагрузка человека. Было показано, что воздействие шума более 95 дБ у людей с тяжелыми рабочими нагрузками вызывает тяжелые синдромы раздраженного восприятия.[12] Кроме того, рабочая нагрузка была определяющим фактором в количестве времени восстановления, необходимого для возврата пороговых уровней к их базовым значениям.[12]

Есть некоторые факторы, которые, как известно, напрямую влияют на слуховую систему. Связаться с ототоксичные химические вещества Такие как стирол, толуол и сероуглерод повышают риск слуховых повреждений.[12] Эти люди в рабочей среде с большей вероятностью столкнутся с сочетанием шума и химических веществ, которое может увеличить вероятность слуховой усталости.[10][29] Известно, что по отдельности стирол вызывает структурные повреждения улитки, фактически не влияя на функциональные возможности.[10] Это объясняет синергетическое взаимодействие между шумом и стиролом, потому что улитка будет все больше повреждаться из-за чрезмерных вибраций шума плюс повреждения, вызванные самим химическим веществом. В частности, шумовое повреждение обычно повреждает первый слой наружных волосковых клеток. Совместное воздействие стирола и шума показывает повреждения всех трех рядов, усиливая предыдущие результаты.[10] Кроме того, совместное воздействие этих химических веществ и шума вызывает большую утомляемость слуха, чем когда человек подвергается воздействию одного фактора, сразу за которым следует следующий.[10]

Важно понимать, что шумовое воздействие само по себе является основным фактором, влияющим на смещение пороговых значений и слуховое утомление, но что люди могут подвергаться большему риску, когда во время взаимодействия с вышеуказанными факторами возникают синергетические эффекты.[12]

Экспериментальные исследования

Исследования проводились на людях,[30][31] морские млекопитающие (дельфины,[32] морские свиньи[33] и портовые тюлени[33]) грызуны (мыши,[34][35] крысы[10] морские свинки[36][37][38][39] и шиншиллы[16]) и рыбу.[40]

Рекомендации

  1. ^ Барбара А. Боне; Гэри У. Хардинг (14 июня 1999 г.). «Шум и его воздействие на ухо». Потеря слуха, вызванная шумом. Отделение отоларингологии Медицинской школы Вашингтонского университета, Сент-Луис, Миссури. Архивировано из оригинал на 2016-07-01. Получено 5 июля, 2016. Параметры шума, влияющие на его повреждаемость
  2. ^ а б c d е ж грамм Charron, S. и Botte, M.C. (1988). Частотная избирательность при адаптации к громкости и слуховой утомляемости. [Статья]. Журнал Акустического общества Америки, 83 (1), 178–187.
  3. ^ а б Хирш И.Дж., Билгер Р.К., Бернс В. Восстановление порога слуха после воздействия чистых тонов. Журнал акустического общества Америки. 1955; 27 (5): 1013-1013.
  4. ^ а б c d Дэвис Х. Активный процесс в механике улитки. Слуховые исследования. 1983; 9 (1): 79-90.
  5. ^ McFadden D, Plattsmier H. Сдвиги громкости и пороговые сдвиги, вызванные воздействием. Новые перспективы потери слуха, вызванной шумом. 1982: 363-374.
  6. ^ а б c d е ж грамм Адельман, К., Перес, Р., Назарян, Ю., Фриман, С., Вайнбергер, Дж., И Зомер, Х. (2010). Фуросемид, введенный до воздействия шума, может защитить ухо. [Статья]. Анналы отологии, ринологии и ларингологии, 119 (5), 342-349.
  7. ^ а б Ou HC, Bohne BA, Harding GW. Шумовое повреждение улитки мышей C57BL / CBA. Слуховые исследования. 2000; 145 (1-2): 111-122.
  8. ^ а б Ван И, Хиросе К., Либерман М.С. Динамика индуцированных шумом клеточных повреждений и восстановления в улитке мыши. JARO - журнал Ассоциации исследований в области отоларингологии. 2002; 3 (3): 248-268.
  9. ^ а б Олемиллер К.К., Райт Дж.С., Дуган Л.Л. Раннее повышение содержания активных форм кислорода в улитке после воздействия шума. Аудиология и невротология. 1999; 4 (5): 229-236.
  10. ^ а б c d е ж грамм Чен Г.Д., Хендерсон Д. (2009). «Травмы улитки, вызванные комбинированным воздействием шума и стирола». Слуховые исследования. 254 (1–2): 25–33. Дои:10.1016 / j.heares.2009.04.005. ISSN  0378-5955. PMID  19371775.
  11. ^ а б Хендерсон Д., Билефельд Э, Харрис К., Ху Б. Роль оксидативного стресса в потере слуха, вызванной шумом. Ухо Слушай. 2006; 27: 1 - 19.
  12. ^ а б c d е ж грамм час я j Чен Си-Джей, Дай Й-Т, Сунь Й-М, Линь Й-К, Цзюань Й-Дж. Оценка слухового утомления при комбинированном воздействии шума, тепла и рабочей нагрузки. Промышленное здоровье. 2007; 45 (4): 527-534.
  13. ^ Ward WD. Временное смещение порога и критерии риска повреждения для прерывистого шумового воздействия. Журнал Акустического общества Америки. 1970 (48): 561-574.
  14. ^ Ward WD. Восстановление высоких значений временного смещения порога. Журнал Акустического общества Америки. 1970 (32): 497-500.
  15. ^ <«Архивная копия». Архивировано из оригинал на 2010-12-14. Получено 2010-12-05.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)>
  16. ^ а б c d <Хамерник Р.П., Арун В.А. Прерывистое шумовое воздействие: динамика сдвига пороговых значений и постоянные эффекты. Журнал акустического общества Америки. 1998; 103 (6): 3478-3488.
  17. ^ Чжэн Икс-И, Хендерсон Д., Макфадден С.Л., Ху Б-Х. Роль кохлеарной эфферентной системы в приобретенном сопротивлении потере слуха, вызванной шумом. Слуховые исследования. 1997; 104 (1-2): 191-203.
  18. ^ Адельман С., Фриман С., Паз З., Зомер Х. Введение салициловой кислоты перед воздействием шума снижает постоянный сдвиг порога. Audiol Neurootol. 2008; 13: 266 - 272.
  19. ^ Руджеро М., Рич Н. Фуросемид изменяет механизм кортиевого органа: свидетельства обратной связи внешних волосковых клеток на базилярной мембране. J Neurosci. 1991; 11: 1057 - 1067.
  20. ^ Икеда К., Моризоно Т. Влияние связанного с альбумином фуросемида на эндокохлеарный потенциал шиншиллы. Снижение ототоксичности, вызванной фуросемидом. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1989; 115: 500 - 502.
  21. ^ Ле Прелл К. Г., Хьюз Л. Ф., Миллер Дж. М.. Поглотители свободных радикалов, витамины A, C и E, а также магний снижают уровень шума. Свободная радикальная биология и медицина. 2007; 42 (9): 1454-1463.
  22. ^ Билефельд Э., Копке Р., Джексон Р., Коулман Дж., Лю Дж., Хендерсон Д. Защита от шума с помощью N-ацетил-1-цистеина (NAC) с использованием различных шумовых воздействий, доз NAC и способов введения. Acta Otolaryngol. 2007; 127: 914 - 919.
  23. ^ Копке Р.Д., Джексон Р.Л., Коулман Дж.К.М., Лю Дж., Билефельд Е.К., Балоу Б.Дж. NAC для шума: от рабочего места до клиники. Слуховые исследования. 2007; 226 (1-2): 114-125.
  24. ^ Tamir S, Adelman C, Weinberger J, Sohmer H. Равномерное сравнение нескольких препаратов, которые обеспечивают защиту от потери слуха, вызванной шумом. Журнал медицины труда и токсикологии. 2010; 5 (1): 26.
  25. ^ Линдгрен Ф., Аксельссон А. Влияние физических упражнений на восприимчивость к вызванному шумом временному смещению порога. Скандинавская аудиология. 1988; 17 (1): 11-17.
  26. ^ <Миани К., Бертино Дж., Франческато М., Ди Прамперо П., Стаффьери А. Временное смещение порога, вызванное физическими упражнениями. Скандинавская аудиология. 1996; 25 (3): 179-186.
  27. ^ Миллер Дж., Рен Т., Денгеринк Х., Наттолл А. Изменения кохлеарного кровотока при короткой звуковой стимуляции. Научные основы потери слуха, вызванной шумом. 1996: 95-109.
  28. ^ Аксельссон А., Вертес Д., Миллер Дж. Непосредственное шумовое воздействие на кохлеарную сосудистую сеть у морских свинок. Acta Oto-Laryngol. 1981; 91 (1-6): 237-246.
  29. ^ Мидзуэ Т., Миямото Т., Симидзу Т. Комбинированное воздействие курения и профессионального шума на потерю слуха у рабочих сталелитейных заводов. Медицина труда и окружающей среды. 2003; 60: 56-59.
  30. ^ Лин, К. Ю., Ву, Дж. Л., Ши, Т. С., Цай, П. Дж., Сунь, Ю. М., и Го, Ю. Л. (2009). Полиморфизмы глутатион-S-трансферазы M1, T1 и P1 как факторы восприимчивости к временному сдвигу порога, вызванному шумом. Исследование слуха, 257 (1-2), 8-15. Дои:10.1016 / j.heares.2009.07.008
  31. ^ Мельник, В. (1991). ЧЕЛОВЕЧЕСКИЙ ВРЕМЕННЫЙ ПОРОГ (TTS) И РИСК ПОВРЕЖДЕНИЯ. Журнал акустического общества Америки, 90 (1), 147-154.
  32. ^ Финнеран, Дж. Дж., И Шлундт, К. Э. (2010). Частотно-зависимые и продольные изменения потери слуха, вызванной шумом, у афалин (Tursiops truncatus) (L). Журнал акустического общества Америки, 128 (2), 567-570. Дои:10.1121/1.3458814
  33. ^ а б Kastelein, R., Gransier, R., van Mierlo, R., Hoek, L., & de Jong, C. (2011). Временное смещение порога слышимости и восстановление у морской свиньи (Phocoena phocoena) и морского тюленя (Phoca vitulina), подвергшихся воздействию белого шума в полосе 1/1 октавы около 4 кГц. Журнал Акустического общества Америки, 129, 2432.
  34. ^ Грошель М., Гоце Р., Эрнст А. и Баста Д. (2010). Различное влияние временной и постоянной потери слуха, вызванной шумом, на плотность нейронных клеток в центральном слуховом пути мыши. [Статья]. Journal of Neurotrauma, 27 (8), 1499-1507. Дои:10.1089 / neu.2009.1246
  35. ^ Housley GD et al., «АТФ-управляемые ионные каналы опосредуют адаптацию к повышенным уровням звука» Proc Natl Acad Sci U S A 2013 30 апреля; 110 (18): 79 = 494-9 .
  36. ^ Фетони, А. Р., Манкузо, К., Эрамо, С. Л. М., Ралли, М., Пьячентини, Р., Бароне, Э. и др. (2010). IN VIVO ЗАЩИТНОЕ ДЕЙСТВИЕ ФЕРУЛОВОЙ КИСЛОТЫ ПРОТИВ ШУМОВОЙ ПОТЕРИ СЛУХА У морских свинок. Неврология, 169 (4), 1575-1588. Дои:10.1016 / j.neuroscience.2010.06.022
  37. ^ Гуревич Б., Дойзи Т., Авиллак М. и Эделин Дж. М. (2009). Отслеживание латентных и пороговых сдвигов слуховых ответов ствола мозга после одиночной и прерывистой акустической травмы у морской свинки. Brain Research, 1304, 66-79. Дои:10.1016 / j.brainres.2009.09.041
  38. ^ Чен, Ю. С., Ценг, Ф. Ю., Лин, К. Н., Ян, Т. Х., Линь-Шиау, С. Ю., и Сюй, К. Дж. (2008). Хронологические изменения концентрации оксида азота в боковой стенке улитки и ее роль в постоянном сдвиге порога, вызванном шумом. Ларингоскоп, 118 (5), 832-836. Дои:10.1097 / MLG.0b013e3181651c24
  39. ^ Ямасита Д., Минами С. Б., Канзаки С., Огава К. и Миллер Дж. М. (2008). Гены Bcl-2 регулируют потерю слуха, вызванную шумом. Журнал исследований нейробиологии, 86 (4), 920-928. Дои:10.1002 / jnr.21533
  40. ^ Поппер, А. Н., Халворсен, М. Б., Миллер, Д., Смит, М. Е., Сонг, Дж., Высоцкий, Л. Е., ... и Стейн, П. (2005). Воздействие на рыбу низкочастотного активного гидролокатора системы наблюдения с буксируемой решеткой (СУРТАСС). Журнал Акустического общества Америки, 117, 2440.