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

韓浩倫 吳瑋 王鴻南 王剛 屈昌北 丁瑞英 薄少軍 李保衛(wèi)

失重作為一種特殊的狀態(tài)會給人體各種器官造成影響［1］，在航天過程中聽覺功能異常會影響宇航員正常工作狀態(tài)。以往研究多關(guān)注失重狀態(tài)下心血管、肌肉、骨骼等系統(tǒng)功能改變，但對聽覺器官的研究較少。為此，本研究觀察了頭低位模擬失重狀態(tài)下豚鼠耳蝸聽覺功能及超微結(jié)構(gòu)的變化特點(diǎn)，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物及分組 健康白色紅目豚鼠22 只（軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動物中心提供），雌雄不限，體重300～350g，耳廓反應(yīng)靈敏，鼓膜標(biāo)志清晰，隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組16只、對照組6只，對照組不做任何處理。

1.2 實(shí)驗(yàn)組頭低位模擬失重方法 采用頭低位模擬失重法［2，3］，前肢承受部分重量，頭低位，身體縱軸與水平面成－30°，模擬失重中豚鼠可以自由進(jìn)食水，頭部自由活動，共失重5天。失重引起的主要生理反應(yīng)是體液重新分布，動物頭低位后上身器官質(zhì)量明顯增加，循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，與人在失重或模擬失重時(shí)的變化趨勢一致，本實(shí)驗(yàn)所用方法是目前使用最廣泛的動物模擬失重方法。

1.3 ABR 反應(yīng)閾測試 實(shí)驗(yàn)組豚鼠以速眠新1 mg／kg腹腔注射麻醉，用腦干誘發(fā)電位儀（MEDSEN）分別于失重前、失重5天后即刻、脫離失重后3天進(jìn)行ABR 測試。刺激聲強(qiáng)度為10～90dB SPL，間隔5dB，以波III為標(biāo)準(zhǔn)判斷反應(yīng)閾值。對照組以同法進(jìn)行ABR 測試。

1.4 耳蝸超微結(jié)構(gòu)觀察 實(shí)驗(yàn)組于完成模擬失重5天后即刻及脫離失重后3天在完成ABR 測試后分別取2只豚鼠耳蝸進(jìn)行掃描電鏡（1只）和透射電鏡（1只）觀察。對照組取2只豚鼠耳蝸分別進(jìn)行掃描電鏡（1只）和透射電鏡觀察（1只）。

1.4.1 掃描電鏡（scanning electron microscopy，SEM）觀察 測試完ABR 后豚鼠快速斷頭取出耳蝸，經(jīng)過灌注、固定、浸洗，在解剖顯微鏡下仔細(xì)解剖剝?nèi)ザ伖菤?，充分暴露耳蝸各回Corti器，再經(jīng)過染色、脫水、鍍膜等常規(guī)處理后，于掃描電鏡（Hitachi S4800）下觀察，拍照。

1.4.2 透射電鏡（transmission electron microscope，TEM）觀察 迅速取出豚鼠顳骨，從蝸尖和前庭窗灌入固定液，取出內(nèi)耳膜迷路，分別經(jīng)過固定、脫水、包埋、切片、染色等程序，于透鏡電鏡（Philips）下觀察，拍照。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，統(tǒng)計(jì)學(xué)方法為t檢驗(yàn)及F 檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 ABR 反應(yīng)閾值 實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)組豚鼠ABR 反應(yīng)閾為24.22±4.04dB SPL，對照組為23.48±6.04dB SPL，兩組差異無顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；模擬失重5天后即刻，實(shí)驗(yàn)組ABR 反應(yīng)閾為41.61±7.01dB SPL；脫離失重3天后，ABR 反應(yīng)閾為27.50±3.54dB SPL。實(shí)驗(yàn)組模擬失重5天后即刻ABR 反應(yīng)閾較實(shí)驗(yàn)前及脫離失重后3天均升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；脫離失重后3天實(shí)驗(yàn)組ABR 反應(yīng)閾值與失重前相比差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

2.2 掃描電鏡觀察結(jié)果 對照組耳蝸各回內(nèi)外毛細(xì)胞排列整齊，無缺失，纖毛無倒伏；實(shí)驗(yàn)組失重5天后即刻耳蝸各回均可見到內(nèi)、外毛細(xì)胞纖毛散亂、倒伏及散在缺失，損傷程度由輕至重依次為內(nèi)毛細(xì)胞、第一排、第二排及第三排外毛細(xì)胞，自第一回至第四回內(nèi)、外毛細(xì)胞纖毛缺失逐漸加重；脫離失重后3天，可見內(nèi)毛細(xì)胞纖毛輕微倒伏，散亂，外毛細(xì)胞排列整齊，纖毛無紊亂及倒伏（圖1）。

2.3 透射電鏡觀察結(jié)果 對照組內(nèi)外毛細(xì)胞內(nèi)線粒體排列均勻，胞內(nèi)無空泡，細(xì)胞核完整。實(shí)驗(yàn)組失重5天后即刻透射電鏡觀察見內(nèi)、外毛細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)局部空泡；脫離失重3天后，內(nèi)、外毛細(xì)胞內(nèi)空泡明顯減少甚至消失（圖2）。

3 討論

長期處于失重環(huán)境可引起機(jī)體多個(gè)系統(tǒng)發(fā)生變化，故有學(xué)者稱此時(shí)機(jī)體的不良反應(yīng)為“空間適應(yīng)綜合征”。大部分研究表明失重時(shí)人腦血流流入時(shí)間延長，腦血流阻力和靜脈回流阻力增加，腦血流量減少［4］。在失重環(huán)境下血流動力學(xué)和體液分布發(fā)生的變化不利于聽覺器官保持正常的生理結(jié)構(gòu)和功能，此時(shí)內(nèi)耳功能將會受到一定影響。內(nèi)耳的血液主要由迷路動脈供給，耳蝸血管進(jìn)入耳蝸后即無側(cè)支循環(huán)，因此腦部供血不足勢必影響內(nèi)耳的血流。另外失重環(huán)境可以引起血液系統(tǒng)發(fā)生一系列變化如血紅蛋白含量和血液攜氧能力下降［5］，從而進(jìn)一步加重缺氧，影響耳蝸功能。

圖1 實(shí)驗(yàn)組豚鼠耳蝸掃描電鏡圖像

圖2 實(shí)驗(yàn)組豚鼠耳蝸透射電鏡圖像

Roller等［6］對386名宇航員的6 484例次純音測聽結(jié)果進(jìn)行了回顧性分析，提示宇航員著陸時(shí)存在的聽閾閾移有一部分能夠在3天左右恢復(fù)正?；蛘呓咏?，屬于暫時(shí)性聽力下降，而如果在著陸3天以后其聽力仍與正常范圍有差距則說明可能發(fā)生了永久性聽力損傷。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，豚鼠模擬失重5天后即刻其ABR 反應(yīng)閾均明顯升高，掃描電鏡觀察可見內(nèi)外毛細(xì)胞有纖毛倒伏，毛細(xì)胞散在缺失改變，透射電鏡觀察發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外毛細(xì)胞、支持細(xì)胞細(xì)胞質(zhì)的局部空泡形成，部分傳出神經(jīng)也受連累，說明模擬失重對豚鼠聽覺器官的影響較廣泛，不但導(dǎo)致耳蝸毛細(xì)胞的病理性改變，而且還可以導(dǎo)致聽覺相關(guān)神經(jīng)的超微結(jié)構(gòu)的改變。上述病變在脫離模擬失重環(huán)境3天后，超微結(jié)構(gòu)改變有所恢復(fù)，但沒有恢復(fù)正常，但豚鼠ABR 反應(yīng)閾恢復(fù)正常。頭低位模擬失重對豚鼠耳蝸結(jié)構(gòu)的影響分析原因可能是失重條件下，內(nèi)毛細(xì)胞與外毛細(xì)胞之間的各種支持細(xì)胞，特別是內(nèi)、外柱細(xì)胞在失去地球引力的情況下首先發(fā)生結(jié)構(gòu)變化，內(nèi)、外毛細(xì)胞與基底膜之間的角度出現(xiàn)變化，影響到內(nèi)、外毛細(xì)胞的穩(wěn)定性所致［3］。說明超微結(jié)構(gòu)應(yīng)該能繼續(xù)恢復(fù)，如延長觀察時(shí)間，可能會恢復(fù)正常。

本研究結(jié)果說明失重可損傷耳蝸毛細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，這種影響在本研究所設(shè)定的時(shí)間段內(nèi)具有一定的可復(fù)性，但是在長期的失重情況下聽覺功能和耳蝸結(jié)構(gòu)如何變化，尤其在伴噪聲等復(fù)合因素條件下聽覺功能的變化如何，還需要進(jìn)一步研究。

1 Sandler H，Vernikos J，Wegmann HM，et al.Introduction to counter measures：extended manned space flight［J］.Acta Astronaut，1995，35：247.

2 韓浩倫，吳瑋，薄少軍，等.豚鼠模擬失重的設(shè)計(jì)和應(yīng)用［J］.總裝備醫(yī)學(xué)學(xué)報(bào)，2011，13：107.

3 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，2010，8：895.

4 Frey MA，Mader TH，Bagian JP，et al.Cerebral blood velocity and other cardiovascular response to 2days of head down tilt［J］.J Appl Physiol1，1993，74：319.

5 董頎，沈羨云.失重對細(xì)胞造血系統(tǒng)影響的研究進(jìn)展［J］.航天醫(yī)學(xué)與醫(yī)學(xué)工程，2001，14：298.

6 Roller CA，Clark JB.Short－duration spaceflight and hearing Loss［J］.Otolaryngol Head Neck Surg，2003，129：98.