Effekter av infraljudsexponering på mätningar av endolymfatisk hydrops

Infraljud genereras i människokroppen genom processer som andning och myokardkontraktion. Externa källor inkluderar de som produceras naturligt, såsom vind och jordbävningar, och de som är gjorda av människan, såsom bilmotorer och tunga maskiner. Vindkraftverk är kända för att avge infraljud med en grundfrekvens på 1 Hz med intensiteter som närmar sig 100 decibel (dB), beroende på vindhastighet. Över 75 000 vindkraftverk har satts ut mellan 2003 och 2015 bara i USA. Eftersom miljöexponering för infraljud har ökat i förekomst och intensitet med tillkomsten av teknologier som storskaliga vindkraftverk, har förnyad uppmärksamhet riktats mot effekterna av infraljud på exponerade individer.

När det faller under hörbara trösklar, skulle konventionell visdom diktera att infraljud inte påverkar människor. Vissa individer som bor i närheten av vindkraftverk upplever dock ökade nivåer av irritation och sömnstörningar på ett dos-respons-sätt. Andra rapporterade symtom från exponering för infraljud inkluderar hörselfullhet, tinnitus, yrsel och svindel. Vissa forskare antar att dessa otologiska symtom är relaterade till infraljudskomponenten av vindkraftsljud som påverkar innerörats funktion. Men eftersom mekanismen eller orsaksrollen ännu inte har fastställts, tillskriver andra sådana symtom en psykosomatisk eller "nocebo"-effekt (dvs. förvärrade symtom orsakade av negativa förväntningar). När vindkraftsparker och andra infraljudsgenererande källor blir utbredda finns det nu ett kritiskt behov av att fastställa effekterna av infraljud på innerörats funktion.

Studier gjorda på människor har bekräftat att infraljud har mätbara effekter i snäckan. Hensel et al presenterade infraljudstoner på 6 och 12 Hz vid 130 dB ljudtrycksnivå (SPL) samtidigt som de mätte distorsionsproduktens otoakustiska emissioner (DPOAE). De observerade avsevärda ökningar i DPOAE-amplituder i närvaro av infraljud jämfört med när dessa toner var frånvarande. Författarna tillskrev denna effekt förskjutningen av cochlea-partitionen under infraljudsexponering. Vidare visade Dommes et al aktivitet i den primära hörselbarken på funktionell magnetisk resonanstomografi under infraljudsexponering, vilket ger bevis för att perception av infraljud sker genom kända hörselvägar.

Reversibla hydropiska förändringar av det endolymfatiska utrymmet har observerats under kortvarig exponering för infraljud och lågfrekvent ljud i flera marsvinsmodeller. Flock and Flock använde en explanterad tinningbensmodell för marsvin för att visualisera expansion av det endolymfatiska utrymmet på konfokalmikroskopi samtidigt som tonskurar på 140 Hz mellan 88-112 dB användes. Kort efter detta arbete upptäckte Salt förändringar som tyder på endolymfatiska hydrops in vivo med hjälp av volym- och flödesmarkörer jontoforerade i det endolymfatiska utrymmet hos marsvin under 3 minuters exponering för 200 Hz tonskurar vid 115 dB SPL. De observerade förändringarna i flöde och volym i det endolymfatiska utrymmet var reversibla. Återhämtningshalvtiden i denna studie var 3,2 minuter. Efterföljande arbete av Salt et al visade att infraljud vid 5 Hz genererade större endolymfatiska potentialer i den tredje cochlea-svängen än frekvenser i det hörbara området från 50-500 Hz. Detta trots en presentationsnivå som förväntades ligga under marsvinens hörselgräns. Dessa studier visar att infraljud och lågfrekventa toner har mätbara effekter på innerörats fysiologi, även vid hörselnivåer under tröskeln.

Även om det finns bevis för att den mänskliga snäckan stimuleras av infraljud, är det inte känt om infraljud inducerar endolymfatisk hydrops hos människor. Det föreslagna arbetet kommer att testa den centrala hypotesen att kortvarig infraljudsexponering inducerar reversibel endolymfatisk hydrops i det mänskliga innerörat. Denna hypotes är baserad på observationerna i de presenterade djurstudierna och den observerade kombinationen av hörsel- och vestibulära symtom som rapporterats vara associerade med infraljudsexponering.

För att testa hypotesen hos levande människor kommer den föreslagna studien att använda elektrofysiologiska tester som för närvarande används som kliniska tester för endolymfatisk hydrops. Genom att använda en kombination av tester kommer bevis för hydrops att sökas i både snäckan och det vestibulära systemet.

1. Elektrokokleografi (ECoG). ECoG är ett elektrofysiologiskt test av cochlea funktion. Tillstånd som Ménières sjukdom, som kännetecknas av endolymfatisk hydrops, visar ett förhöjt förhållande mellan summateringspotential och aktionspotential (SP/AP) på elektrokokleografi (ECoG). En ökning av SP i förhållande till AP tros bero på en avböjning av basilarmembranets position mot scala tympani. Följaktligen har onormal ECoG korrelerats med upptäckten av cochlea hydrops (i den basala svängen) på gadoliniumförstärkt MRT.
2. Vestibulära framkallade myogena potentialer (VEMP). VEMPs uppstår från ljudinducerad aktivering av otolitorgan och deras associerade vestibulära neuroner. Den cervikala VEMP (cVEMP) och okulära VEMP (oVEMP) är teoretiserade att härröra från sacculum respektive utrikel. Tröskelvärden, definierade som den lägsta stimulansintensiteten vid vilken ett svar ses, kan erhållas vid flera teststimulusfrekvenser (250, 500, 750, 1000 Hz) och tröskelsvarskurvor kan konstrueras. Den lägsta tröskeln för att framkalla ett svar ses vanligtvis vid 500 Hz för både oVEMP och cVEMP. Vid hydropiska tillstånd som Ménières sjukdom kan VEMP-trösklar vara förhöjda eller saknas vid alla testade frekvenser. Dessutom kan VEMP-avstämningskurvor skiftas så att den lägsta tröskeln observeras vid en annan testad frekvens (t. 750 eller 1000 Hz). En förskjutning i resonansfrekvensen hos de otolitiska organen på grund av tryckförändringar i det endolymfatiska utrymmet antas orsaka dessa förändringar.

Ett framgångsrikt slutförande av syftena med denna studie kommer att ge bättre förståelse för de potentiella effekterna av infraljud på innerörats funktion. Resultaten av detta arbete kommer att underblåsa ytterligare undersökningar av risker med infraljudsexponering och kan stimulera ansträngningar att minska individuell och miljöexponering. En nybeskriven mekanism skulle ge forskare, tillsynsmyndigheter och opinionsbildningsgrupper en tidigare frånvarande och avgörande förståelse för effekterna av infraljud på innerörats funktion när de utformar policy, utformar ny teknik och säkerställer säkerheten för utsatta individer.