模擬長(zhǎng)期微重力環(huán)境對(duì)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

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·基礎(chǔ)研究·

模擬長(zhǎng)期微重力環(huán)境對(duì)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(zhǎng)期微重力環(huán)境對(duì)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(jī)分為實(shí)驗(yàn)組(微重力組)12只和空白組10只。分別于實(shí)驗(yàn)前，實(shí)驗(yàn)后2、4、8周檢測(cè)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(jì)算內(nèi)耳淋巴液容積。結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物聽力在暴露后ABR閾值逐漸升高，實(shí)驗(yàn)前與實(shí)驗(yàn)后4周相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；與實(shí)驗(yàn)后8周相比，差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。實(shí)驗(yàn)組大鼠內(nèi)耳淋巴液容積在實(shí)驗(yàn)后2周達(dá)最大值，與實(shí)驗(yàn)前差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；之后逐漸下降，實(shí)驗(yàn)后2周和實(shí)驗(yàn)后8周相比，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；實(shí)驗(yàn)后8周與實(shí)驗(yàn)前相比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)?？瞻捉M大鼠的內(nèi)耳淋巴液容積在實(shí)驗(yàn)前、后差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)論 長(zhǎng)期模擬微重力環(huán)境可以損傷大鼠聽覺功能，且會(huì)導(dǎo)致大鼠內(nèi)耳淋巴液容積增大；但隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，內(nèi)耳淋巴液容積可以逐漸恢復(fù)接近正常。(中國(guó)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(guó)作為世界第三宇航大國(guó),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(huì)較長(zhǎng)時(shí)間駐守在空間站進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)。宇航員在太空中執(zhí)行任務(wù)時(shí)，面臨著失重、機(jī)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(guó)載人航天事業(yè)的發(fā)展，較長(zhǎng)時(shí)間(2個(gè)月以上)航天環(huán)境對(duì)人類聽力學(xué)影響的研究仍是空缺。本文主要觀察較長(zhǎng)時(shí)間模擬微重力環(huán)境對(duì)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物及分組 健康雄性SD大鼠(北京海淀區(qū)興隆實(shí)驗(yàn)動(dòng)物養(yǎng)殖場(chǎng)提供)22只，體重180～220 g，平均(205±15)g。實(shí)驗(yàn)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(qiáng)噪聲暴露及耳毒性藥物使用史。將22只大鼠隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組12只(24耳)及對(duì)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(dòng)。過程中可自由進(jìn)食水，持續(xù)8周。

1.3 ABR閾值測(cè)定 大鼠肌內(nèi)注射咪達(dá)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(shí)驗(yàn)前及失重后2、4、8周，用ABR儀(MEDSEN，丹麥)檢測(cè)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(rèn)波Ⅲ波的最低強(qiáng)度為反應(yīng)閾，在閾值強(qiáng)度重復(fù)檢測(cè)1次。

1.4 磁共振成像及測(cè)定 動(dòng)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(guó))磁共振全身掃描儀檢測(cè)。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(shí)間/恢復(fù)時(shí)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(shí)間(TA)=8 min 27 s，突出顯示內(nèi)耳淋巴液。對(duì)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)編寫的專用軟件進(jìn)行測(cè)量，取其均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 數(shù)據(jù)采用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行處理，各組各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)ABR采用t檢驗(yàn)及方差分析，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)后大鼠聽閾逐漸上升，8周時(shí)達(dá)最高，實(shí)驗(yàn)前和實(shí)驗(yàn)后4周比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，和8周比較差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)

表2 實(shí)驗(yàn)組和空白組大鼠內(nèi)耳淋巴液容積(μL)

注：實(shí)驗(yàn)組大鼠失重2周后，內(nèi)耳淋巴液容積增加到最大值，與實(shí)驗(yàn)前比較差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與失重8周比較差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，實(shí)驗(yàn)前與失重8周比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；空白組各組間差異均無統(tǒng)計(jì)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(huì)時(shí)刻影響人體的健康。微重力便是其中一個(gè)重要的方面。有研究[3]發(fā)現(xiàn)微重力環(huán)境會(huì)對(duì)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(jī)體處于微重力狀態(tài)，體液重新分布會(huì)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(duì)內(nèi)耳造成損傷。但長(zhǎng)期的微重力環(huán)境對(duì)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(zhǎng)期微重力狀態(tài)下對(duì)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(xì)而復(fù)雜[5]。當(dāng)豚鼠處于頭低位時(shí)比平臥位時(shí)內(nèi)、外淋巴液壓力均會(huì)增高。動(dòng)物長(zhǎng)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(duì)這種影響非常敏感，而微機(jī)械系統(tǒng)的改變可影響壺腹嵴頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)和基底膜的反應(yīng)，從而導(dǎo)致內(nèi)耳功能損害[6]，進(jìn)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?？赡茉蚴牵罕粦业醯拇笫笤?周時(shí)處于應(yīng)激狀態(tài)，此時(shí)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(dòng)物經(jīng)過適應(yīng)并動(dòng)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(shí)驗(yàn)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(diǎn)，在既往的研究中未見相關(guān)報(bào)道。

由于內(nèi)耳結(jié)構(gòu)精細(xì)、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(chǎng)強(qiáng)的限制，對(duì)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(shí)驗(yàn)通過3T Trio Tim Siemens對(duì)大鼠進(jìn)行內(nèi)耳磁共振掃描，通過不同的參數(shù)對(duì)內(nèi)耳結(jié)構(gòu)進(jìn)行顯像。我們采用北京師范大學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制開發(fā)的磁共振成像分析軟件對(duì)圖像進(jìn)行分析，選取大鼠內(nèi)耳淋巴液最大截面積進(jìn)行測(cè)量[7]。但由于大鼠頭部狹小，內(nèi)耳磁共振成像精細(xì)顯像困難，為保證數(shù)值精確，所有測(cè)量結(jié)果均為雙盲、3次測(cè)量取平均值后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

本課題研究了長(zhǎng)期微重力環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)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(zhǎng)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(diǎn)。這豐富了我們對(duì)微重力環(huán)境下機(jī)體損傷的認(rèn)識(shí)，為載人航天醫(yī)學(xué)及進(jìn)一步的防護(hù)提供了理論基礎(chǔ)。

致謝：本文內(nèi)耳淋巴液測(cè)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(duì)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(duì)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(duì)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.

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(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(guó)人民解放軍“十二五”重大課題子課題(AWS11J003)

中國(guó)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)