次声武器损伤

声音根据频率大小分为可听声（20～20 000Hz）、超声（20 000Hz以上）和次声（20Hz以下）。声学武器即是利用声波发生装置，产生并定向发射出高强度不同频率的声束，使人神经、内分泌、心血管、呼吸、生殖和听觉等系统功能发生障碍，轻者不适、烦躁，重者引起内脏器官损伤，降低或丧失战斗力的新技术武器。在某些特殊战斗需要时（如敌指挥部、点防御、关键地点空降作战等行动）应用声学武器可造成敌方人员神经行为错乱，甚至失能。

（一）次声与共振

1.次声

（1）次声（infrasonic weapon）的性质：次声和声波的本质基本一致，它们都是由物体振动产生，通过弹性介质（空气、液体、固体等）的分子作稀疏或紧密的交替波向四周扩散、传播的弹性波，它们的根本区别是次声的频率小，仅为0.000 1～20 Hz。

次声波频率很低，但是其波长却很长，可以传播很远的距离，并且比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。次声波具有极强的穿透力。次声穿透人体时，可以使人产生头晕、烦躁、耳鸣、恶心、心悸、视物模糊、吞咽困难、胃痛、肝功能失调、四肢麻木，次声还可能破坏大脑神经系统，造成大脑组织的严重损伤。次声波对心脏影响最为严重，可由此导致动物的死亡。

（2）次声的来源：次声广泛存在于各种环境中，其来源有两种：自然次声和人工次声。

自然次声为自然界本身产生，如大风天气可引起高层楼房的共振，会产生1～10 Hz的次声，使人感到头晕、恶心、厌倦和心神不宁。地震、火山爆发前也有次声的产生并可以导致许多动物恐慌不安。人体内也会产生次声如头部的固有频率为8～12 Hz、胸部为4～6 Hz、腹部为6～9Hz、盆腔为6Hz、心脏为5Hz，当人体的固有频率与外界次声频率相同时就会引起组织器官的共振性损伤。

人工次声指人为产生或人类在工业、农业等生产活动中附带产生的次声，主要包括工业次声、交通运输次声、军事及航天、航空部门产生的次声等。大功率的联合机械设备、涡轮机、压缩机、振动设备、通风设备、推土机、挖掘机、各类汽车、火车、电机车、船舶、港口设备、火箭发射、核武器爆炸、各种飞机和坦克等在工作时均可产生次声。这些人工次声强度一般可达90～120dB，有的机械所产生的次声可达130～135d B，在潜艇、火箭内部和大型火箭附近的次声则可达140～150dB以上。

2.共振 驱动力的频率和物体的固有频率相等时，受迫振动的振幅最大，这种现象叫共振。物体一旦发生共振，就会产生极为强烈的振动，振幅达到最大。一般情况下，共振并不会给人类带来危害，人们还可以巧妙的利用共振来为人类服务。但是在特定的条件下，共振会给人类带来很大的危害。

（二）次声的生物学效应与致伤作用

1.军事环境中的次声及其来源 声波在空气中传播时，可由于空气的热传导、黏滞和分子弛豫吸收等作用使声波衰减。热传导和黏滞吸收效应与其频率的平方成正比，频率越低，吸收越小，所以对次声波的吸收效应极其微小，如频率为0.1Hz的次声波在空气中传播时，其吸收系数为频率1 000Hz可听声的1/1亿。

军事环境也是次声产生的重要来源，如坦克或舰艇驶进、大炮或火箭发射、核武器爆炸等环境都存在大量次声。经检测常见的次声源及其声压级见表30-18。

人体器官的固有振动频率也在次声频率范围，具体为：头部8～12Hz，胸腔4～6Hz，心脏5Hz，腹腔6～9 Hz，盆腔6 Hz。另据报道，人体经络可能也存在次声。总之，人体次声问题值得重视和进一步研究。

表30-18　环境中的次声源及其声压级水平

2.次声的整体效应 次声作用于生物体，轻者可引起生物体情绪和行为的失常，重者可引起生物体的死亡。当185～195dB次声作用于各类动物时，小动物首先在短时间内死亡，随后一些大动物，例如狗和狒狒等也会相继死亡。频率为8 Hz、声压级为90～120dB的次声3 h/d作用于小鼠，14d后发现，试验组小鼠较对照组小鼠的学习记忆能力明显下降。脑皮质神经细胞出现脂褐素增多及线粒体肿胀，从而认为次声长时间作用引起学习记忆能力降低的原因与次声致使脂质过氧化有关。如果用15Hz以上的频率、115dB的次声作用于人体时，受试者难以完成简单的数学运算，并出现头晕、目眩、疲倦无力、恶心、呕吐、焦躁不安、工作效率明显下降等表现。Evans和Tempest用可控活塞式次声源研究了人体全身暴露于次声下的主观感觉，受试者体验情况如表30-19。

表30-19　次声对人体作用的宏观效应

3.红细胞及酶对次声的效应 红细胞是研究次声生物学作用的较理想的模型。在次声作用下红细胞膜结构及通透性可发生一定的改变，与膜相结合的酶活性也发生变化，例如，2Hz，90dB的次声作用后，红细胞膜上的乙酰胆碱酯酶的活性升高，而4 Hz或8 Hz，90d B作用后其活性反而降低；8Hz或16Hz次声作用时，在膜通透性升高的同时，转氨酶活性升高，而31.5Hz作用后却无改变；在一定声压级次声作用下，16 Hz的次声对膜结构损伤最重，表现为抑制ATP酶活性，激活过氧化反应；8Hz次声作用时引起上述变化的程度较轻，同时加强了抗氧化系统的功能、ATP合成及超氧化物歧化化酶的功能。4 Hz次声作用时，红细胞膜的变化不明显，但可显著加强抗氧化功能；2 Hz次声作用时，损伤作用最小，红细胞膜通透性无变化，但可加强ATP活性。

4.神经系统对次声的效应 中枢神经系统是次声作用于人体的重要靶器官，特别是在环境普遍存在中、低强度次声主要通过神经内分泌系统作用于人体，进而引起一系列生理、心理改变。

动物实验观察到：8 Hz，＞90d B的次声作用后，首先发生神经系统功能障碍，动物定向反应潜伏期延长，拮抗肌时值比降低，主动性抑制改变。135dB作用后，大脑皮质的一些部位兴奋性降低，脑组织中胆碱酯酶活性增加、交感-肾上腺系统的功能状态发生改变。4 Hz，100d B或130dB的次声作用于大鼠，每日3h，在40d的作用期内，在鼠脑组织中琥珀酸脱氢酶活性出现下降-恢复-下降的动态变化；以8Hz，100dB的次声作用时，该酶活性随作用次数的增加而持续下降；以16Hz，100d B和130d B的次声作用时，脑组织中该酶活性在前15d显著增强，进而无明显变化。在形态学改变方面，8Hz，120dB次声作用后，大鼠大脑皮质第3～4层神经元的结构变化最为明显，表现为淡染色细胞增多，血管中度扩张且周围水肿，作用到第5天时，在上述部位出现出血灶，第10～14天时，出现死亡神经元。当声压级增到140dB时，无论作用时间长短，均可见软脑膜充血、蛛网膜下腔出血、皮质区点状出血、病变区神经元内神经纤维分解。

关于次声对动物学习与记忆功能的影响问题，实验研究结果发现，8Hz，90～120d B次声每日3h作用于大鼠，14d后次声作用组小鼠的学习能力均较对照组小鼠降低，表现为建立条件反射所需训练次数明显增多，且随声压级增加，所需训练次数明显增多。

次声与应激反应之间的关系是中、低水平次声的作用基础。对次声引起应激反应的中枢机制进行了研究，结果表明，8 Hz，16Hz，120d B次声作用1次2h，作用后显示大鼠下丘脑室旁核小细胞部可见Fos免疫反应阳性神经元，同时有促肾上腺皮质激素释放因子（corticotropin-releasing factor，CRF）的表达与加压素（vasopressin，VP）的表达。以上观察结果表明次声引起的应激反应与激活下丘脑Fos表达，进而促进CRF和VP的释放有关。进一步研究发现，8Hz，120dB次声作用2h后的0.5h内下丘脑CRF m RHA均开始表达，随时间延长，表达渐增强，c-fos m RHA于次声作用后4h消失。同时8Hz，120dB次声1次2h作用后0.5h大鼠脑热休克蛋白70（HSP 70）表达即开始明显升高，此后随时间延长，HSP 70的表达呈增高趋势，观察至7h，HSP 70仍呈明显增高状态。这一结果表明，HSP 70也参与了次声作用后机体的反应机制。

5.听觉系统对次声的效应 一般认为，人耳听不到次声，但次声的声压达到一定强度时，人耳可以感觉到次声的存在，这可能是次声在中耳、内耳失真所造成的综合谐音。

次声可以直接作用于外周听觉器官，引起鼓膜穿孔与耳痛。关于次声对听阈的影响问题，有报道，以2～15Hz，115dB的次声作用40min，未发现暂时性听阈位移（TTS），次声超过137dB时，作用3 min即发生TTS现象。有关次声对前庭与耳蜗的影响，实验报告指出，在8Hz或16 Hz，90～120dB次声作用下，耳蜗毛细胞在电镜下出现多形核，停止次声作用后可恢复正常核形；次声与低频噪音或低频振动联合作用，对听力及前庭器官的影响更大；以10～15 Hz，130dB的次声作用于受试者30min，未观察到听力、前庭功能和自主神经功能的异常改变，但以同样频率与声压级的次声作用于豚鼠，发现耳蜗电位的异常变化。以8 Hz，120～140d B次声作用时，在豚鼠和大鼠的大脑听觉皮质出现组织形态学和超微结构的改变，其效应与声压级和作用时间相关，作用途径不是通过听觉器官，而是直接对大脑的组织结构产生机械作用。

6.心脏对次声的效应 动物实验结果表明，心脏也是对次声敏感的器官之一。以10Hz，100～110dB的次声，每日6h作用于家兔，可引起其心肌细胞线粒体相关酶的活性早而快速的进行性变化，表现为琥珀酸脱氢酶和细胞色素氧化酶活性降低，这些变化主要局限于左心室和室间隔的内膜下层。次声作用后心肌细胞超微结构观察发现，90d B次声可致部分毛细血管收缩，其内皮水肿，管腔被致密的内容物充填，线粒体肥大，而心肌细胞的变化较轻，115dB次声作用后，心肌毛细血管变化加重；135dB次声作用后，心肌细胞变化最显著，表现为毛细血管狭窄、水肿、心肌细胞膜破坏；以8 Hz、16 Hz，120d B、140dB次声作用后，发现大鼠心脏动脉管径变小、毛细血管扩张、血液循环障碍、形成贫血区和局限性的肌原纤维溶解、氧化还原酶活性降低、粘多糖含量减少、线粒体肿胀、内质网扩张，以上变化的程度随作用次数的增加而加重，并不受动物各属的影响。

7.肺对次声的效应 次声作用于大鼠3h急性实验结果表明，2Hz和4 Hz，90～100d B次声作用后在胸膜下肺表现出现散在的小点状出血；8Hz、110dB次声作用后引起更明显的新鲜的胸膜下出血；8Hz，16 Hz，120～140dB作用后在肺表现出现大的出血灶。组织病理学观察发现，2 Hz，4Hz，90～110dB次声作用后，肺小血管管径扩大，导致血细胞渗出和肺泡周围水肿，以上病理改变主要局限于肺泡毛细血管网扭曲部及毛细血管后小静脉部位。8Hz，16 Hz，110dB次声作用后，肺泡毛细血管被红细胞充盈，造成受损伤部气体代谢障碍，其后果是造成黏膜和黏膜下动脉丛以及大、小气管发生形态学改变。8 Hz，16Hz，120dB及140d B次声作用后，在支气管肺段的结缔组织间隔部有广泛出血灶，有的部位小血管壁断裂，外移的红细胞聚焦造成肺泡通道严重变形。次声声压级不超过120dB时，停止作用后上述病理变化可逐渐消失，进而恢复正常。140d B以上的次声作用于肺，由于共振反应，不仅造成肺泡壁的破坏，而且可引起较大血管的破裂。

8.肝脏对次声的效应 以8 Hz，90dB的次声，每日2h作用于大鼠，可造成个别肝细胞活性丧失；135dB作用后出现肝细胞粒样和脂肪样萎缩；115dB作用后，部分出现90dB组的变化，部分出现135dB组的变化；以8Hz，16 Hz，110～120d B的次声作用于大鼠后，出现肝细胞膜受损、胞浆部分溶解、形成大的空泡，线粒体肿胀及嵴变形，内质网小管扩张，肝细胞功能严重破坏。次声作用到第25日，在一些肝细胞中出现髓磷脂样小体和脂质颗粒；140d B次声作用时首先损伤肝细胞核，部分肝细胞死亡，有单核细胞吞噬现象和库普弗细胞蓄积，受损较轻的肝细胞可逐渐恢复功能。

综上所述，次声的生物学效应与其频率、声压级水平、作用时间及作用次数有关。90d B的次声对机体各系统即有一定的作用，声压级达到一定强度时，可造成不可逆的器质性损伤；声压级水平较低时，多造成可逆的神经内分泌改变，但长时间低水平的作用仍可造成严重影响。

次声对机体的基本作用原理是生物共振。人体器官及其构成的部位（如胸腔、腹腔等）的振动频率也在次声范围内（20 Hz以下），通过共振反应，次声可作用于机体各器官、组织、细胞及至细胞器，影响膜的通透性以及酶与质膜的结合状态，从而影响细胞的生物氧化过程和能量的代谢与合成，降低抗氧化系统的功能。次声还可导致微循环障碍，影响组织器官的营养。

对次声的防护目前尚无特殊方法。主要在于减少次声的产生来源，控制次声的声压级水平以及减少接触次声的时间。次声损伤的药物防护及治疗尚在研究之中。

（三）对次声武器的防护

次声武器是靠次声来杀伤人员的，所以对它的防护也就是对次声的防护。次声波在空中、水中、地面障碍物之间传播时吸收很少，传播速度快，作用距离远，穿透能力强，用通常的隔声或吸声材料难以阻挡其作用，因而防护相当困难。科研工作者一直在研究行之有效的方法来降低次声对有机体的伤害，以期对有机体进行有效的保护。

目前，对次声的防护主要包括物理防护和医学防护两个方面。

1.物理防护 主要是屏蔽、阻断次声的致伤作用，采用消声、隔声措施以及使用个人防护器材等。因为通常的防护器材不能很好的阻隔次声的作用，所以选用高科技研制的新型材料防护次声成为当务之急，对于执行特殊任务的部队应该迅速配备。

2.医学防护 医学防护主要是增强机体抵抗力，减轻次声对机体的不良作用。因为次声损伤机体的机制之一是引起机体细胞膜的氧化还原反应失调，所以次声武器作用前或作用后采用抗氧化系统功能的制剂可以减轻次声对机体的损伤。例如应用复方抗氧化药---维生素E、维生素C和2，3-二巯基丙磺酸钠合药能增加毛细血管和前毛细血管对次声的抵抗力，使脑各部的血管反应减轻，不出现溢血和出血，但是它们不能完全防止次声对大脑神经元和机体其他细胞的直接作用。咪唑衍生物（ethymizole和T-5化合物）能使脂质过氧化强度恢复正常，这两种化合物配伍应用具有较好的效果。用抗自由基药物，可使用药组小鼠学习记忆能力较无药物防护组小鼠有明显提高，提示用抗自由基药物对预防次声损害有一定效果。

另一种抵抗次声武器损伤的办法是用音乐来“掩盖”次声，因为音乐可以舒缓人的紧张情绪、减轻压力，从而可能使次声引起的某些症状缓解。

综上所述，对次声的防护是非常困难的，现阶段研究的措施基本上还不能满足有效防护的要求，效果都不理想。对次声的防护必须采取包括药物和技术手段在内的综合措施。对次声造成损伤的救治主要是采用对症治疗，可给予神经营养药物及镇静剂和血管扩张剂等。战时服温开水，全身保温等。随着医学水平的提高、治疗方法和技术手段不断改进，将来对次声武器损伤的有效防护和治疗是有可能达到的。

（张　蕾　余争平）