DK 612.85.012.4:612.181 FORSCH U N GSBE RICHTE DES WIRTSCHAFTS- UND VERKEHRSMINISTERIUMS NORDRH EI N-WESTFALE N Herausgegeben von Staatssekretär Prof. Dr. h. c. Leo Brandt Nr.517 Prof. Dr. med. Gunther Lehmann Dr. med. Joachim Meyer-Delius Max-Planck-Institut für Arbeitsphysiologie, Dortmund Gefäßreaktionen der Körperperipherie bei Schalleinwirkung Als Manuskript gedruckt WESTDEUTSCHER VERLAG I KOLN UND OPLADEN 1958 ISBN 978-3-663-03656-2 ISBN 978-3-663-04845-9 (eBook) DOI 10.1007/978-3-663-04845-9 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Gliederung . . . A. Einleitung s. 5 B. Methodik s. 6 c. s. Ergebnisse 10 Untersuchungen über die Frequenzabhängigkeit . . . . . . . . . . . . s. der Kreislaufreaktion bei Lärm 10 Lärmversuche mit Kindern im Alter von . . . . . . . . . . . . . . . . 10 - 14 Jahren " s. 14 Beobachtungen von GefäBkontraktionen in Abhängigkeit von der Lärmdauer bei kurzen Lärmzeiten S. 15 D. Diskussion der Ergebnisse S. 20 E. Zusammenfassung • • • • • S. 22 F. Literaturverzeichnis S. 23 Seite 3 Forschungsberichte des Wirtscbafts- und Verkehrsministeriums Nordrbein-Westfalen A. Einleitung Wie weit der Schall den Menschen belastet, ergibt sich aus seinen psychi schen und körperlichen Reaktionen auf akustische Reize. Die Untersuchung des Ohres kann nur einen Schaden am Sinnesorgan selber aufzeigen. Die da rüber hinausgehende Bedeutung der Schallreize erfordert die Verfolgung ihrer Wirkung vom Gehörorgan über die Großhirnrinde und die vegetativen Zentren bis zu den Reaktionen der peripheren Organe. In der Arbeit von LEHMANN und TAMM (1), die diesem Bericht vorausging, wurden Kreislaufanalysen nach WEZLER-BÖGER (2) bei verschiedenen Laut stärken durchgeführt. LEHMANN und TAMM konnten diesen Veränderungen des peripheren Kreislaufwiderstandes und des Schlagvolumens zuordnen. Weiter hin wurde dabei gesehen, daß die lärmbedingten Kreislaufreaktionen un abhängig davon auftraten, ob die Versuchspersonen psychisch positiv oder negativ zu den Geräuschen eingestellt waren. KLUGE und FRIEDEL (3) unter suchten die Einwirkung akustischer Reize auf den Funktionszustand der Großhirnrinde im Elektro-Encephalogramm. PERL (4) registrierte die Reak tionen im EEG bei Schallreizen während eines Wachzustandes, eines Dämmer zustandes und beim Schlaf. CANAC und BLADIER (5) arbeiteten mit einem weißen Geräusch in einer Lautstärke von 80 db. und stellten dabei im EEG Änderungen des Normalrythmus fest. Wie nun MEUSERT (6) in einem Überblick und in eigener Arbeit zeigt, hat die Großhirnrinde einen Einfluß auf die Organfunktionen. BYKOW (7) und seine Schule, die auf PAWLOW aufbaut, lehren darüber hinaus, daß es keine Reaktion des Körpers ohne eine ent scheidende Mitwirkung der Hirnrinde gibt. Hiernach genügen zeitlich kurze Rindenimpulse, um das Organsystem für Stunden und oft für Tage grundle gend umzustimmen. Die Großhirnrinde koordiniert die Organtätigkeit mit den ständig wechselnden Umweltsbedingungen. Zu den Reizen aus der Umwelt gehört der Schall, dessen Einfluß hier untersucht werden soll. Die ergotrope und die trophotrope Reaktion des vegetativen Nervensystems steuert den Rhythmus im Lebenslauf. Eine ergotrope Einstellung des vege tativen Nervensystems bedeutet eine Umstellung des Körpers auf Leistung. Eine trophotrope Einstellung hingegen bedeutet die Möglichkeit der Erho lung für die Organe und damit die Wiederherstellung der Leistungsbereit (9). schaft (hierzu W.R. HESS (8) und L.R. MÜLLER Seite 5 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Verschiedene Arbeiten zeigen die Wirkung des Schalles auf das vegetative Nervensystem. Er steigert den Sympathicotonus und betont somit die ergo trope Reaktionslage. TEN KATE (10) sah bei Katzen unter akustischen Rei zen eine Pupillenerweiterung. STEVENS u.a. (11), LAIRD (12), DAVIS (13), MORGAN (14), UGLOW u.a. (15) fanden bei Schall eine Zunahme des Muskel tonus und einen verstärkten Energieverbrauch. SMITH und LAIRD (16) be richteten über eine Beeinflussung der Verdauungswege durch einen plötz lich einsetzenden Lärm. Sie sahen dabei einen Abnahme der Magenperistal tik, sowie der Speichel- und Magensaftsekretion. FULLER und SMITH (11) beschrieben audiogene Krämpfe bei Mäusen, die starken Schallreizen aus gesetzt waren. MERCIER (18) beobachtete audiogene Krisen bei Albinorat ten. Dabei wurde die Auslösung dieser Krisen durch Coffein und Theophyl lin erhöht. KASJANOV und FRUKTOV (19) untersuchten den Einfluß akustischer Reize auf die Motorik. Sie sahen dabei eine Verkürzung der Latenzzeit und als Folge einen schnelleren Ablauf der motorischen Handlung. In der vorliegenden Arbeit wurde zum Studium des vegetativen Nervensy stems bei Schalleinwirkung die Reaktion der peripheren Gefäße untersucht. Dabei interessierten folgende Fragen: 1. Ist die nach WEZLER-BÖGER gemessene Kreislaufreaktion frequenzab hängig? 2. Besteht in bezug auf die Schallreaktion eine Altersabhängigkeit? 3. Wie verhält sich der periphere Kreislauf bei kurzdauerndem Lärm? B. Methodik Die Versuchspersonen wurden von 9 Lautsprechern beschallt, die in 3 MQ Viertelsäulen mit je 25 Watt dreieckförmig angeordnet waren. Die Schall stärke wurde in Kopfhöhe der Versuchspersonen durch einen Schallpegel messer der Type EZGN (ROHDE& SCHWARZ) gemessen. Das Gerät mißt DIN-phon. Als Schallquelle wurde bei den Kreislaufanalysen nach WEZLER-BÖGER ein Magnetophon-Bandgerät der Type AW 2 benutzt. Die Bänder mit weißen Ge räuschen waren von der Technischen Bundesanstalt in Braunschweig er stellt. Bei den Messungen der Fingervolumenpulse und der Hautdurchblu tung wurde als Schallquelle ein Rauschgenerator (RG 32, WANDEL u. GOLTER MANN) verwendet. Zwischen Schallquelle und Lautsprecheranlage wurde ein 100 Watt-Vollverstärker (Ela V 311, Telefunken) geschaltet. Seite 6 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Zur Bestimmung des peripheren Kreislaufwiderstandes nach WEZLER-BÖGER werden folgende Meßwerte benötigt: Der systolische Blutdruck, der dia stolische Blutdruck, die Pulswellenlänge, die GrundschwingunG der arte ria femoralis und die Pulswellengeschwindigkeit. Der Blutdruck wurde automatisch registriert nach einem von TAMM und DIEKMANN (20) - unter Verwendung eines Prinzips von BRECHT und Mitarbeitern (21) - entwickel ten Verfahren. Die Pulswellen wurden an der arteria subclavia und an der arteria femoralis mit Kristallmikrophonen der ATLAS-Werke und durch ein Atlas-EKG-Gerät gezeichnet. Bei den vorangegangenen Arbeiten von LEHMANN und TAMM (1) wurden während der Versuche die Meßgeräte abgenommen und konnten die Versuchspersonen in der Lärmzeit den Meßtisch für etwa 30 Minuten verlassen. Bei den hier vorliegenden Untersuchungen lagen die Versuchspersonen bei den Messungen in einem Liegestuhl in möglichst optimaler Ruhelage. Die Meßgeräte blie ben über die ganze Versuchszeit betriebsbereit. Um ein geschlossenes Bild des Reaktionsablaufes zu erhalten, wurde über die ganze Zeit in gleichen Abständen von 2 Minuten gemessen. Während bei den Arbeiten des ersten Berichtes durch kurzzeitige Vorversuche geprüft worden war, inwie weit sich bereits die Ruhewerte schon durch die Dauer des Versuches än dern könnten, wurde bei den jetzt vorliegenden Arbeiten die Versuchsan ordnung dadurch berücksichtigt, daß die Lärmwerte bei der Auswertung auf die Werte einer gleichen Anzahl von Ruheversuchen bezogen wurden. Die Erhöhung des peripheren Kreislaufwiderstandes wird durch die Kontrak tion der Arterien in der Körperperipherie verursacht. Es lag nahe, das Ergebnis der Untersuchungen nach WEZLER-BÖGER durch Beobachtungen an die sen Gefäßen zu ergänzen. Weiterhin war es für die Untersuchungen der Ge fäßreaktion bei kurzen Lärmzeiten notwendig, den Reaktionsablauf fortlau fend zu registrieren. Zur Erkennung der Reaktion an den praekapillaren Gefäßen bei kürzeren Lärmzeiten wurde die Aufzeichnung der Pulswellen form der Fingergefäße durch einen Infraton-Pulsabnehmer von BRECHT und BOUCKE (22, 23) verwendet. Dies ist ein Gerät auf elektrostatischer Grund lage mit elastischen Wickel-Kondensatoren hoher Kapazität. Es arbeitet in dem erforderlichen Frequenzbereich, bis 200 Hz., linear. In diesem Bereich bestehen keine Eigenschwingungen; die Empfindlichkeit ist bei der Größe der angewendeten Drucke linear. Vergleiche mit einer photo elektrischen Methode zeigten, daß der Infraton-Abnehmer die Pulskurve Seite 7 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen richtig wiedergibt. Dieser Pulsabnehmer kann den Versuchspersonen ohne größere Beeinflussung angelegt werden. Dies bedeutet einen Vorzug gegen über anderen Registrierverfahren. Die über den Abnehmer ausgelösten liegen zwischen und 20 mV. S~annuhgsschwankungen Wir gingen über einen Vorverstärker und registrierten mit dem "Oscillo script" PT 1000 (System Schwarzer) der Firma Philips. Es ist dies ein direkt schreibendes Gerät auf einem elektromagnetischen System mit der Grenzfrequenz 165 Hz. (-3 db.). A b b i 1 dun g 1 Fingerpulse bei Lärmdauer von 20 sec 3200 - 6400 Hz., 90 phon Abbildung 1 zeigt einen Registrierstreifen des "0scilloscript". Es sind die Pulswellen der Fingergefäße geschrieben. Ein weißes Geräusch des Frequenzbereiches von 3200 - 6400 Hz. wurde mit 90 phon in einer Dauer von 20 sec. gegeben. Mit Beginn des Lärmes wird die Pulsamplitude klei ner. Die Fingerarterien werden enger gestellt. Die Amplitude kehrt nach dem Ende des Lärmes langsam zum Ruhewert zurück. Die Abbildung 2 zeigt Pulswellenformen des Fingers aus der Kurve eines Lärmversuches. Die Pulswellen (2) zeigen die Kontraktion der Gefäße un ter Lärm. Die Amplitude ist gegenüber den Pulswellen bei Ruhe (1) stark verkleinert, die Incisur erscheint als flacher Einschnitt dicht hinter dem Kurvengipfel. Die Nebenwelle tritt stärker hervor und die kurzen Schwingungen werden sichtbar. Seite 8 Forschungsberichte des Wirtscbafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen 1 A b b i 1 dun g 2 Pulswellen des Fingers bej der Reaktion auf einen Schallreiz 1. Vor dem Schallbeginn, 2. bei der Gefäßkontraktion auf einen Schallreiz Die Fingerarterien haben eine periphere Windkesselfunktion für das Ka pillargebiet. Je größer der Abstrom in das Kapillargebiet ist, desto grö ßer ist die Dämpfung dieses Systems (BROEMSER und AUB). Die Pulswellen (2) der Abbildung 2 geben das Bild einer erhöhten Elastizität der Gefäß wände. Wie es die Abbildung 3 zeigt, ist der Abfluß in das Kapillarge biet erschwert. Die Abbildung 3 zeigt die Änderung des Blutgehaltes der Haut unter der Schalleinwirkung. Es wurde die Extinktionsänderung bei der Durchleuchtung der Zwischenfingerfalte gemessen. Auf dem Registrierstreifen ist oben die Atmung und darunter die Durchleuchtungskurve geschrieben. Die Atmungs excursionen wurden über Dehnungsmeßstreifen gemessen. Bei der Hautdurch leuchtung ist eine Germaniumzelle mit einer maximalen Empfindlichkeit bei 500 - 600 m)U verwendet worden. 100 Volt wurden als Vorspannung an gelegt. Als Lichtquelle diente eine 6 Volt, 2,7 Watt Birne. Sie war in ein Rohr versenkt und wurde aus einem Akkumulator gespeist. Eine Wärme wirkung auf die Haut wurde vermieden. Die Registrierung erfolgte auf dem "Oscilloscriptl1• Die Abbildung 3 zeigt ein Kleinerwerden des Volumenpul ses und eine Abnahme des Blutvolumens der Haut mit dem Einsetzen des Seite 9 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen Vp. D.U-f. Z. 1957 1.1 21 I I t o '0 20 JfJ ~ 50 6() ( ...c ] 1.1 Atmung 2.1 Durchl.uchfun9sl(Urv~ A b b i 1 dun g ~ Abnahme des Blutvolumens der Haut bei Lärm gemessen an der Zwischenfingerspalte 3200 - 6400 Hz., 90 phon Schalles. Kongruent mit dem zeitlichen Verlauf der Kontraktion der Fin gerarterien kehrt das Blutvolumen erst nach längerer Zeit nach Lärmende x) zu dem Ausgangswert zurück c. Ergebnisse Untersuchungen über di~ Frequenzabhängigkeit der Kreislauf reaktion bei Lärm Abbildung 4 zeigt die Änderung des peripheren Kreislaufwiderstandes (dyn· sec· cm-5), der Pulsfrequenz (Pulse/Min.) und des Schlagvolumens des Herzens (cm3). Die Versuchsperson wurde über 20 Minuten mit einem weißen Geräusch des Frequenzbereiches 200 - 400 Hz. der Lautstärke 90 DIN-Phon und in der gleichen Lautstärke über 20 Minuten mi.t einem weißen Geräusch des Frequenzbereiches 3200 - 6400 Hz. beschallt. Im Bild ist oben der Verlauf eines Einzelversuches gezeichnet. Darunter sind die Mittelwerte aus vier gleichen Versuchen mit derselben Versuchsperson dargestellt. Unter Berücksichtigung der Änderungen des Blutdruckes und x) Herrn THUTEWOHL wird an dieser Stelle gedankt für technische Unter stützung Seite 10 Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen ~~' fq so '0 [."!,.]J1/J 0L-~ _______________________________________ _ V,.. 101. Abwrtoichwt,.,., ...m NitWltItIII'rl .'R. ...." ......,.,., /zoo Hit'" WH'" .............W Nn 400 10 10 o~t-------~~~~~~~-=~~==~~-=~==~ -10 -'00 -10 o u n n Uso" n _ ~ ~ ~ ~ ~ fq ~ ~ ~ ~ .~ (min] A b b i 1 dun g 4 Der periphere Kreislaufwiderstand, die Pulsfrequenz und das Schlagvolu men (nach WEZLER-BÖGER) bei Lärm im Einzelversuch und im Mittelwert aus 4 Versuchen mit gleicher Versuchsperson 200 - 400 Hz., 3200 - 6400 Hz., 90 phon und der Pulswellenform allein schon durch die Atmung wurden die Einzel werte eines Versuches aus je 3 Messungen des systolischen und des diasto lischen Blutdruckes und je 20 Auswertungen der Pulswellen berechnet. Die für eine allgemeinere Aussage erforderlichen Mittelwerte über mehrere Versuche ergaben sich aus folgender Betrachtung: Die Einzelwerte in der Zeit vor dem Lärmbeginn wurden gemittelt. VQn diesem Mittelwert aus wur de die Differenz zu jedem einzelnen Meßwert der Ruhe-, Lärm- und Nach periode bestimmt. Diese Abweichungen in den einzelnen Kurven in jedem einzelnen Meßpunkt von dem Mittelwert der Ruheperiode dienten zur Mittel wertsbestimmung aus mehreren Versuchen. Der Einzelversuch inder Abbildung 4 zeigt mit Lärmbeginn einen Anstieg des peripheren Kreislaufwiderstandes, einen geringen Abfall der Pulsfre quenz und eine geringe Verkleinerung des Schlagvolumens. Aus den kleineren Seite 11