韓浩倫 張馳 吳瑋 陳娜 王剛 周麗斌 丁瑞英

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·基礎(chǔ)研究·

模擬長期微重力環(huán)境對大鼠聽力及內(nèi)耳淋巴液容積的影響△

韓浩倫 張馳 吳瑋 陳娜 王剛 周麗斌 丁瑞英

目的 探討長期微重力環(huán)境對大鼠聽力及內(nèi)耳淋巴液容積的影響。方法 健康SD大鼠22只，隨機分為實驗組(微重力組)12只和空白組10只。分別于實驗前，實驗后2、4、8周檢測大鼠雙耳聽性腦干反應(yīng)(ABR)閾值并行內(nèi)耳磁共振成像(MRI)掃描，應(yīng)用專用軟件計算內(nèi)耳淋巴液容積。結(jié)果 實驗組動物聽力在暴露后ABR閾值逐漸升高，實驗前與實驗后4周相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；與實驗后8周相比，差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。實驗組大鼠內(nèi)耳淋巴液容積在實驗后2周達最大值，與實驗前差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；之后逐漸下降，實驗后2周和實驗后8周相比，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；實驗后8周與實驗前相比，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)?？瞻捉M大鼠的內(nèi)耳淋巴液容積在實驗前、后差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論 長期模擬微重力環(huán)境可以損傷大鼠聽覺功能，且會導(dǎo)致大鼠內(nèi)耳淋巴液容積增大；但隨著時間的延長，內(nèi)耳淋巴液容積可以逐漸恢復(fù)接近正常。(中國眼耳鼻喉科雜志，2016，16：382-384)

模擬微重力；聽力；內(nèi)耳淋巴液；大鼠

我國作為世界第三宇航大國,宇宙探索的步伐不斷加大,空間站的建立正逐漸完善,下一步航天員將會較長時間駐守在空間站進行科學(xué)實驗。宇航員在太空中執(zhí)行任務(wù)時，面臨著失重、機器噪聲、輻射等諸多不利因素。既往本課題組發(fā)現(xiàn)短期失重環(huán)境可使豚鼠聽閾升高，內(nèi)耳淋巴液容積增大[1]。但隨著我國載人航天事業(yè)的發(fā)展，較長時間(2個月以上)航天環(huán)境對人類聽力學(xué)影響的研究仍是空缺。本文主要觀察較長時間模擬微重力環(huán)境對大鼠聽性腦干反應(yīng)(auditory brainstem response, ABR)閾值和內(nèi)耳淋巴容積的影響。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組 健康雄性SD大鼠(北京海淀區(qū)興隆實驗動物養(yǎng)殖場提供)22只，體重180～220 g，平均(205±15)g。實驗前行內(nèi)鏡下檢查：大鼠鼓膜標(biāo)志清晰，耳廓反應(yīng)靈敏，無強噪聲暴露及耳毒性藥物使用史。將22只大鼠隨機分為實驗組12只(24耳)及對照組10只(20耳)。

1.2 模擬微重力方法 參考大鼠尾懸吊法[2]。將大鼠尾部用膠布纏繞固定、懸吊，使后肢離地，保持頭低位，并使身體縱軸與水平線呈-30°夾角，前肢承受部分重量。懸吊過程中，大鼠頭部及上肢可以自由活動。過程中可自由進食水，持續(xù)8周。

1.3 ABR閾值測定 大鼠肌內(nèi)注射咪達唑侖(80 mg/kg體重)和鹽酸賽拉嗪注射液(200 mg/kg體重)混合麻醉劑。分別于實驗前及失重后2、4、8周，用ABR儀(MEDSEN，丹麥)檢測各組大鼠短聲誘發(fā)的雙側(cè)ABR閾值。以能誘發(fā)出可辨認波Ⅲ波的最低強度為反應(yīng)閾，在閾值強度重復(fù)檢測1次。

1.4 磁共振成像及測定 動物麻醉方法同以上復(fù)合麻醉方法。使用3T-Trio Tim (Siemens公司，德國)磁共振全身掃描儀檢測。用小柔線圈包裹大鼠，采用三維高分辨等體素FSET2WI序列：重復(fù)時間/恢復(fù)時間(TR/TE)=1 500/110，視野(FOV)=50 mm×50 mm，矩陣(Matrix)=128×128，分辨率=0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm，帶寬(BW)=210，采集時間(TA)=8 min 27 s，突出顯示內(nèi)耳淋巴液。對雙側(cè)內(nèi)耳淋巴最大處容積使用北京師范大學(xué)姚立課題組(國家重點實驗室)編寫的專用軟件進行測量，取其均值進行統(tǒng)計學(xué)處理。

1.5 統(tǒng)計學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用SPSS18.0統(tǒng)計學(xué)軟件進行處理，各組各實驗點ABR采用t檢驗及方差分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

大鼠內(nèi)耳磁共振成像可以成功顯像，內(nèi)耳結(jié)構(gòu)見圖1。實驗組大鼠聽閾見表1。大鼠內(nèi)耳淋巴液容積結(jié)果見表2。

圖1. 大鼠內(nèi)耳磁共振成像

側(cè)別ABR閾值0d2周4周8周左耳6.67±2.5811.67±5.1615.00±5.4819.17±4.92右耳7.50±2.7411.67±4.0816.67±6.8320.00±5.48

注：實驗后大鼠聽閾逐漸上升，8周時達最高，實驗前和實驗后4周比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，和8周比較差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)

表2 實驗組和空白組大鼠內(nèi)耳淋巴液容積(μL)

注：實驗組大鼠失重2周后，內(nèi)耳淋巴液容積增加到最大值，與實驗前比較差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義，與失重8周比較差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義，實驗前與失重8周比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義；空白組各組間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義

3 討論

人類在航天環(huán)境中所面臨的健康危害越來越受到重視。航天環(huán)境中的工作狀態(tài)與陸地不同，有著很多不可預(yù)見的影響因素。這些因素會時刻影響人體的健康。微重力便是其中一個重要的方面。有研究[3]發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境會對人聽力造成損傷。微重力是一種特殊的狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)：機體處于微重力狀態(tài)，體液重新分布會給人體各種器官造成諸多不良影響[3-4]，耳蝸即是受到影響的器官之一。本課題組曾經(jīng)研究模擬微重力環(huán)境5 d后，豚鼠聽閾升高，內(nèi)耳淋巴液容積亦增加，顯示失重可造成內(nèi)耳淋巴液容積增大，并對內(nèi)耳造成損傷。但長期的微重力環(huán)境對聽閾和內(nèi)耳淋巴液容積的影響尚未可知。本課題研究的是長期微重力狀態(tài)下對大鼠聽閾及內(nèi)耳淋巴容積的影響。

內(nèi)耳又稱迷路，其埋藏位置較深，結(jié)構(gòu)精細而復(fù)雜[5]。當(dāng)豚鼠處于頭低位時比平臥位時內(nèi)、外淋巴液壓力均會增高。動物長期處于失重狀態(tài)，體液大量流向頭側(cè)，造成腦循環(huán)淤血，有利于內(nèi)耳淋巴液的形成。內(nèi)耳淋巴液壓力的增高可壓迫血管紋、螺旋韌帶及微血管，內(nèi)耳對這種影響非常敏感，而微機械系統(tǒng)的改變可影響壺腹嵴頂?shù)倪\動和基底膜的反應(yīng)，從而導(dǎo)致內(nèi)耳功能損害[6]，進而導(dǎo)致聽力下降。這與本研究的結(jié)果相一致。

本研究發(fā)現(xiàn)，在模擬微重力狀態(tài)下，大鼠失重2周后，內(nèi)耳淋巴液容積增加到最大值。可能原因是：被懸吊的大鼠在2周時處于應(yīng)激狀態(tài)，此時大鼠自主神經(jīng)紊亂，交感神經(jīng)反應(yīng)性增高，造成內(nèi)耳微循環(huán)障礙，導(dǎo)致內(nèi)耳淋巴液壓力增高，從而使內(nèi)耳淋巴液容積增大。而失重4、8周后其容積反而有所減小。其原因可能是：應(yīng)激狀態(tài)后的動物經(jīng)過適應(yīng)并動態(tài)調(diào)整，微循環(huán)障礙得到緩解，使內(nèi)耳淋巴液容積又恢復(fù)到接近實驗前狀態(tài)。這種內(nèi)耳淋巴容積逐漸增大，之后又逐漸回縮的特點，在既往的研究中未見相關(guān)報道。

由于內(nèi)耳結(jié)構(gòu)精細、體積微小，前庭膜、基底膜解剖結(jié)構(gòu)菲薄，以及磁共振成像場強的限制，對內(nèi)耳淋巴液容積的顯像造成困難。但隨著磁共振成像硬件及軟件的迅速發(fā)展，已能較清楚地顯示內(nèi)耳淋巴液的容積。本實驗通過3T Trio Tim Siemens對大鼠進行內(nèi)耳磁共振掃描，通過不同的參數(shù)對內(nèi)耳結(jié)構(gòu)進行顯像。我們采用北京師范大學(xué)國家重點實驗室研制開發(fā)的磁共振成像分析軟件對圖像進行分析，選取大鼠內(nèi)耳淋巴液最大截面積進行測量[7]。但由于大鼠頭部狹小，內(nèi)耳磁共振成像精細顯像困難，為保證數(shù)值精確，所有測量結(jié)果均為雙盲、3次測量取平均值后進行統(tǒng)計學(xué)分析。

本課題研究了長期微重力環(huán)境對實驗動物聽功能及內(nèi)耳淋巴液容積兩方面的影響，表現(xiàn)為：在長期微重力環(huán)境下，大鼠聽閾逐漸提高，而內(nèi)耳淋巴液容積先增大后恢復(fù)，呈現(xiàn)兩者變化先一致、后分離的特點。這豐富了我們對微重力環(huán)境下機體損傷的認識，為載人航天醫(yī)學(xué)及進一步的防護提供了理論基礎(chǔ)。

致謝：本文內(nèi)耳淋巴液測量專用軟件系北京師范大學(xué)信息工程學(xué)院姚力教授課題組編寫，特此感謝！

[1] 吳瑋,韓浩倫,王鴻南,等.模擬失重條件下飛船內(nèi)噪聲對豚鼠耳蝸形態(tài)與功能的影響[J].中華耳科學(xué)雜志，2010，8(1):95-99.

[2] 韓浩倫,吳瑋,王鴻南,等.頭低位模擬失重狀態(tài)對豚鼠耳蝸聽功能與超微結(jié)構(gòu)的影響[J].聽力學(xué)及言語疾病雜志，2012,20(3):269.

[3] 閻露, 錢維權(quán), 李道德. 噪聲、模擬失重復(fù)合作用對豚鼠腦干聽覺誘發(fā)電位的影響(英)[J].航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程, 1994,7(Suppl):S52-S60.

[4] Sandler H, Vernikos J, Wegmann HM, et al. Introduction to counter measures:extended manned space flight[J]. Acta Astronaut, 1995, 35(4/5):247-251.

[5] 田勇泉.耳鼻咽喉頭頸外科學(xué)[M]. 北京:人民衛(wèi)生出版社,2008:264-268.

[6] 韓維舉.內(nèi)耳淋巴液壓力及其對內(nèi)耳功能的影響[J].國外醫(yī)學(xué)·耳鼻咽喉科學(xué)分冊，1996,20(4):193-196.

[7] 吳瑋,韓浩倫,金真,等.模擬失重和噪聲復(fù)合因素對豚鼠內(nèi)耳淋巴液容積的影響[J].中華耳科學(xué)雜志, 2011,9(3): 334-337.

(本文編輯 楊美琴)

Effects of the long-term microgravity on hearing and inner ear volume in rats

HANHao-lun,ZHANGChi,WUWei,CHENNa,WANGGang,ZHOULi-bin,DINGRui-ying.

DepartmentofOtorhinolaryngology,the306thHospitalofChinesePeople’sLiberationArmy,Beijing100101,China

HAN Hao-lun, Email: weisihan009@163.com

Objective To study the effects of weightlessness on rat hearing and the inner ear lymphatic fluid volume. Methods Twenty-two SD rats were randomly divided into the experimental group (n=12) and the control group (n=10). Auditory brainstem response (ABR) thresholds were tested bilaterally every time including pre-noise exposure and 2, 4, 8 weeks after exposure. The inner ear lymphatic fluid volume was calculated by professional software each time. Results In the experimental group, the ABR thresholds of the animals increased gradually. There were statistical differences after 4 weeks’ exposure (P<0.05) and after 8 weeks’ exposure (P<0.01). In the experimental group, the inner ear volume of rats reached the maximum after 2 weeks’ exposure. There was a statistically significant difference after 2 weeks’ exposure (P<0.05). Then the inner ear volume decreased gradually. There was a significant difference in the volume between 8 weeks’ exposure and 2 weeks’ exposure (P<0.05). But there was no significant difference between the volume after 8 weeks’ exposure and the volume at the beginning (P>0.05). In the control group, the inner ear lymphatic fluid volume has no significant change. Conclusions The weightlessness would cause damage on the auditory electrophysiology of the SD rats, which would lead to the expand in the rat inner ear fluid volume. But the inner ear volume could be gradually restored to normal as time going on. (Chin J Ophthalmol and Otorhinolaryngol,2016,16:382-384)

Simulated weightlessness; Audition; Inner ear lymphatic fluid; Rats

中國人民解放軍“十二五”重大課題子課題(AWS11J003)

中國人民解放軍第306醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科 北京 100101

韓浩倫(Email： wensihan009@163.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2016.06.002

2015-11-23)