Účinky expozice infrazvuku na míry endolymfatického hydropsu

Infrazvuk vzniká v lidském těle procesy, jako je dýchání a kontrakce myokardu. Externí zdroje zahrnují ty, které vznikají přirozeně, jako je vítr a zemětřesení, a ty, které jsou způsobeny člověkem, jako jsou automobilové motory a těžké stroje. Je známo, že větrné turbíny vydávají infrazvuk se základní frekvencí 1 Hz s intenzitou blížící se 100 decibelům (dB), v závislosti na rychlosti větru. Jen v USA bylo v letech 2003 až 2015 nasazeno více než 75 000 větrných turbín. Vzhledem k tomu, že s nástupem technologií, jako jsou velké větrné turbíny, vzrostla prevalence a intenzita environmentální expozice infrazvuku, byla obnovena pozornost zaměřena na účinky infrazvuku na exponované jedince.

Když klesne pod slyšitelné prahy, konvenční moudrost by diktovala, že infrazvuk neovlivňuje lidi. Někteří jedinci žijící v blízkosti větrných turbín však pociťují zvýšené úrovně obtěžování a poruch spánku v závislosti na dávce. Další hlášené příznaky z expozice infrazvuku zahrnují ušní plnost, tinitus, závratě a vertigo. Někteří vědci předpokládají, že tyto otologické příznaky souvisejí s infrazvukovou složkou hluku větrné turbíny ovlivňující funkci vnitřního ucha. Protože však mechanismus nebo kauzální role ještě nebyly stanoveny, jiní připisují takové symptomy psychosomatickému nebo „nocebo“ efektu (tj. zhoršující se příznaky způsobené negativním očekáváním). Vzhledem k tomu, že se větrné farmy a další zdroje generující infrazvuk rozšiřují, existuje nyní kritická potřeba určit účinky infrazvuku na funkci vnitřního ucha.

Studie provedené na lidech potvrdily, že infrazvuk má měřitelné účinky v hlemýždi. Hensel et al prezentovali infrazvukové tóny 6 a 12 Hz při hladině akustického tlaku 130 dB (SPL) při současném měření otoakustických emisí produktu zkreslení (DPOAE). Pozorovali značné zvýšení amplitud DPOAE v přítomnosti infrazvuku ve srovnání s tím, kdy tyto tóny chyběly. Autoři připisovali tento efekt posunutí kochleární přepážky během infrazvukové expozice. Dále Dommes et al prokázali aktivitu v primární sluchové kůře na funkčním zobrazování magnetickou rezonancí během expozice infrazvuku, což poskytlo důkaz, že k vnímání infrazvuku dochází prostřednictvím známých sluchových drah.

Reverzibilní hydropické změny endolymfatického prostoru byly pozorovány během krátkodobé expozice infrazvuku a nízkofrekvenčnímu zvuku u několika modelů morčat. Flock and Flock využili explantovaný model temporální kosti morčete k vizualizaci expanze endolymfatického prostoru na konfokální mikroskopii při aplikaci tónových impulzů 140 Hz mezi 88-112 dB. Krátce po této práci Salt detekoval změny indikující endolymfatický hydrops in vivo pomocí objemových a průtokových markerů iontoforézovaných do endolymfatického prostoru morčat během 3 minut expozice 200 Hz tónovým výbuchům při 115 dB SPL. Pozorované změny průtoku a objemu v endolymfatickém prostoru byly reverzibilní. Poločas zotavení v této studii byl 3,2 minuty. Následná práce Salta et al prokázala, že infrazvuk o frekvenci 5 Hz generoval větší endolymfatické potenciály ve třetím kochleárním obratu než frekvence ve slyšitelném rozsahu od 50 do 500 Hz. Stalo se tak navzdory očekávané úrovni prezentace pod prahem sluchu u morčat. Tyto studie ukazují, že infrazvuk a nízkofrekvenční tóny mají měřitelné účinky na fyziologii vnitřního ucha, a to i na podprahových úrovních sluchu.

I když existují důkazy, že lidská kochlea je stimulována infrazvukem, není známo, zda infrazvuk vyvolává u lidí endolymfatický hydrops. Navrhovaná práce bude testovat centrální hypotézu, že krátkodobá expozice infrazvuku indukuje reverzibilní endolymfatický hydrops ve vnitřním uchu člověka. Tato hypotéza je založena na pozorováních v prezentovaných studiích na zvířatech a na pozorované kombinaci sluchových a vestibulárních příznaků, o kterých se uvádí, že jsou spojeny s expozicí infrazvuku.

Za účelem testování hypotézy na živých lidech bude navrhovaná studie využívat elektrofyziologické testy, které se v současnosti používají jako klinické testy pro endolymfatický hydrops. Pomocí kombinace testů bude vyhledán důkaz hydropsu jak v kochlei, tak ve vestibulárním systému.

1. Elektrokochleografie (ECoG). ECoG je elektrofyziologický test kochleární funkce. Stavy, jako je Ménièrova choroba, které jsou charakterizovány endolymfatickým hydropsem, vykazují zvýšený poměr sumačního potenciálu k akčnímu potenciálu (SP/AP) na elektrokochleografii (ECoG). Předpokládá se, že zvýšení SP vzhledem k AP je způsobeno vychýlením polohy bazilární membrány směrem k scala tympani. V souladu s tím byl abnormální ECoG korelován s nálezem kochleárního hydropsu (v bazálním obratu) na MRI s gadoliniem.
2. Vestibulární evokované myogenní potenciály (VEMP). VEMP vznikají zvukem indukovanou aktivací otolitových orgánů a jejich přidružených vestibulárních neuronů. Cervikální VEMP (cVEMP) a oční VEMP (oVEMP) jsou teoretizovány tak, že pocházejí z vaku a utricule, v daném pořadí. Prahové hodnoty, definované jako nejnižší intenzita stimulu, při které je pozorována odezva, lze získat při více testovacích frekvencích stimulu (250, 500, 750, 1000 Hz) a lze sestavit křivky prahové odezvy. Nejnižší práh pro vyvolání odpovědi je typicky pozorován při 500 Hz pro oVEMP i cVEMP. V hydropických podmínkách, jako je Ménièrova choroba, mohou být prahové hodnoty VEMP zvýšené nebo zcela chybět ve všech testovaných frekvencích. Kromě toho lze křivky ladění VEMP posunout tak, že nejnižší práh je pozorován při jiné testované frekvenci (např. 750 nebo 1000 Hz). Předpokládá se, že tyto změny způsobí posun v rezonanční frekvenci otolitických orgánů v důsledku tlakových změn v endolymfatickém prostoru.

Úspěšné splnění cílů této studie umožní lépe pochopit potenciální účinky infrazvuku na funkci vnitřního ucha. Zjištění této práce podpoří další zkoumání rizik expozice infrazvuku a mohou podnítit úsilí o snížení expozice jednotlivců a životního prostředí. Nově popsaný mechanismus by poskytl výzkumníkům, regulačním orgánům a zájmovým skupinám dříve chybějící a zásadní pochopení účinků infrazvuku na funkci vnitřního ucha při vytváření politiky, navrhování nových technologií a zajišťování bezpečnosti exponovaných jedinců.