頭低位模擬失重狀態對豚鼠耳蝸聽功能與超微結構的影響

韓浩倫 吳瑋 王鴻南 王剛 屈昌北 丁瑞英 薄少軍 李保衛

失重作為一種特殊的狀態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。以往研究多關注失重狀態下心血管、肌肉、骨骼等系統功能改變，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下豚鼠耳蝸聽覺功能及超微結構的變化特點，現報告如下。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組 健康白色紅目豚鼠22 只（軍事醫學科學院實驗動物中心提供），雌雄不限，體重300～350g，耳廓反應靈敏，鼓膜標志清晰，隨機分為實驗組16只、對照組6只，對照組不做任何處理。

1.2 實驗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食水，頭部自由活動，共失重5天。失重引起的主要生理反應是體液重新分布，動物頭低位后上身器官質量明顯增加，循環系統發生紊亂，與人在失重或模擬失重時的變化趨勢一致，本實驗所用方法是目前使用最廣泛的動物模擬失重方法。

1.3 ABR 反應閾測試 實驗組豚鼠以速眠新1 mg／kg腹腔注射麻醉，用腦干誘發電位儀（MEDSEN）分別于失重前、失重5天后即刻、脫離失重后3天進行ABR 測試。刺激聲強度為10～90dB SPL，間隔5dB，以波III為標準判斷反應閾值。對照組以同法進行ABR 測試。

1.4 耳蝸超微結構觀察 實驗組于完成模擬失重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，經過灌注、固定、浸洗，在解剖顯微鏡下仔細解剖剝去耳蝸骨殼，充分暴露耳蝸各回Corti器，再經過染色、脫水、鍍膜等常規處理后，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，取出內耳膜迷路，分別經過固定、脫水、包埋、切片、染色等程序，于透鏡電鏡（Philips）下觀察，拍照。

1.5 統計學方法 采用SPSS10.0軟件進行統計學分析，統計學方法為t檢驗及F 檢驗。

2 結果

2.1 ABR 反應閾值 實驗前，實驗組豚鼠ABR 反應閾為24.22±4.04dB SPL，對照組為23.48±6.04dB SPL，兩組差異無顯著統計學意義（P＞0.05）；模擬失重5天后即刻，實驗組ABR 反應閾為41.61±7.01dB SPL；脫離失重3天后，ABR 反應閾為27.50±3.54dB SPL。實驗組模擬失重5天后即刻ABR 反應閾較實驗前及脫離失重后3天均升高，差異有統計學意義（P＜0.05）；脫離失重后3天實驗組ABR 反應閾值與失重前相比差異無統計學意義（P＞0.05）。

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

2.3 透射電鏡觀察結果 對照組內外毛細胞內線粒體排列均勻，胞內無空泡，細胞核完整。實驗組失重5天后即刻透射電鏡觀察見內、外毛細胞細胞質局部空泡；脫離失重3天后，內、外毛細胞內空泡明顯減少甚至消失（圖2）。

3 討論

長期處于失重環境可引起機體多個系統發生變化，故有學者稱此時機體的不良反應為“空間適應綜合征”。大部分研究表明失重時人腦血流流入時間延長，腦血流阻力和靜脈回流阻力增加，腦血流量減少［4］。在失重環境下血流動力學和體液分布發生的變化不利于聽覺器官保持正常的生理結構和功能，此時內耳功能將會受到一定影響。內耳的血液主要由迷路動脈供給，耳蝸血管進入耳蝸后即無側支循環，因此腦部供血不足勢必影響內耳的血流。另外失重環境可以引起血液系統發生一系列變化如血紅蛋白含量和血液攜氧能力下降［5］，從而進一步加重缺氧，影響耳蝸功能。

圖1 實驗組豚鼠耳蝸掃描電鏡圖像

圖2 實驗組豚鼠耳蝸透射電鏡圖像

Roller等［6］對386名宇航員的6 484例次純音測聽結果進行了回顧性分析，提示宇航員著陸時存在的聽閾閾移有一部分能夠在3天左右恢復正?；蛘呓咏?，屬于暫時性聽力下降，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生了永久性聽力損傷。本實驗發現，豚鼠模擬失重5天后即刻其ABR 反應閾均明顯升高，掃描電鏡觀察可見內外毛細胞有纖毛倒伏，毛細胞散在缺失改變，透射電鏡觀察發現內、外毛細胞、支持細胞細胞質的局部空泡形成，部分傳出神經也受連累，說明模擬失重對豚鼠聽覺器官的影響較廣泛，不但導致耳蝸毛細胞的病理性改變，而且還可以導致聽覺相關神經的超微結構的改變。上述病變在脫離模擬失重環境3天后，超微結構改變有所恢復，但沒有恢復正常，但豚鼠ABR 反應閾恢復正常。頭低位模擬失重對豚鼠耳蝸結構的影響分析原因可能是失重條件下，內毛細胞與外毛細胞之間的各種支持細胞，特別是內、外柱細胞在失去地球引力的情況下首先發生結構變化，內、外毛細胞與基底膜之間的角度出現變化，影響到內、外毛細胞的穩定性所致［3］。說明超微結構應該能繼續恢復，如延長觀察時間，可能會恢復正常。

本研究結果說明失重可損傷耳蝸毛細胞的結構和功能，這種影響在本研究所設定的時間段內具有一定的可復性，但是在長期的失重情況下聽覺功能和耳蝸結構如何變化，尤其在伴噪聲等復合因素條件下聽覺功能的變化如何，還需要進一步研究。

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.豚鼠模擬失重的設計和應用［J］.總裝備醫學學報，2011，13：107.

3 吳瑋，韓浩倫，王鴻南，等.模擬失重條件下飛船內噪聲對豚鼠耳蝸形態與功能的影響［J］.中華耳科學雜志，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.失重對細胞造血系統影響的研究進展［J］.航天醫學與醫學工程，2001，14：298.

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