文摘

经常头晕和眩晕(CI)植入人造耳蜗手术后发生,特别是在早期阶段。随着时间的推移它可以恢复但有些病人遭受延误或持续的CI后前庭症状。本研究采用大鼠动物模型,探讨单侧cochleostomy对前庭器官的影响。27的雄性sd大鼠中接受cochleostomy评估术后听力阈值的变化,获得和对称的前庭眼反应,综合平衡功能,毛细胞数量冠,c-Fos脑干前庭神经核的活动。观察前庭功能丧失在早期阶段,但是功能恢复部分。组织病理学结果显示出轻微的前庭毛细胞数量的下降。前庭核增加c-Fos免疫反应性,观察到在早期阶段cochleostomy后,随着时间的推移下降。Cochleostomy周边前庭器官损伤的危险因素,可能会导致周边前庭器官功能障碍。改变前庭核活动可能与前庭单边cochleostomy后补偿和可塑性。

1。介绍

人工耳蜗植入术(CI)是一种广泛使用的外科手术患者恢复听力深刻的听力损失。在手术过程中,电极插入的耳蜗是必要的。耳蜗和前庭器官可能会破坏在这个过程中,导致前庭症状。曾有一些报道说头晕和眩晕的词后,包括良性阵发性位置性眩晕(1- - - - - -3和梅尼埃病(又名内耳眩晕病的症状4]。虽然症状的严重程度不同,大部分病人术后头晕(4- - - - - -6),一些患者出现持续推迟前庭症状(4,7]。

post-CI头晕的确切病因仍不得而知,但它已经表明,外淋巴瘘CI后可能会导致不平衡(8];改变在水平半规管(9)和囊状的功能(10)也可能是术后眩晕的危险因素。在人类颞骨研究[11),斯卡帕的神经节细胞计数和周边前庭毛细胞密度相似的植入和控制的耳朵。然而,耳蜗积水和倒塌的小囊观察更频繁地在植入耳朵,可能由于阻塞导管内淋巴的流动reuniens或钩部分耳蜗。损伤侧耳蜗墙引起的电极插入也可能导致耳蜗积水和延迟性眩晕11]。几个作者假定不同的手术也可能影响术后眩晕。最小的创伤或微创方法应该更倾向于降低前庭功能丧失的风险和眩晕12- - - - - -14]。

尽管一些病因和危险因素已经被怀疑的原因post-CI眩晕,前庭功能受损并不总是伴随着眩晕症状;此外,中央补偿机制的作用post-CI眩晕症状仍有待阐明。本研究用动物模型研究随时间变化在周边前庭器官功能和cochleostomy后前庭核活动的可塑性。

2。材料和方法

2.1。动物和外科手术

所有的动物实验都是忠南国立大学动物实验委员会批准的学校(cnu - 00321,制度- 00500)。三十男性的雄性sd大鼠中重150 - 180克,与听力正常手术之前,。有27个老鼠在实验组(单边cochleostomy;见下文);左耳朵接受cochleostomy和右耳朵不及时治疗控制。不同实验动物使用在每一个时间点(三种动物1和6小时和1、3、6、9和10天,动物在20天)。剩下的三个大鼠作为正常对照组在大脑组织病理学研究。在手术之前,老鼠麻醉结合肌内注射盐酸tiletamine + zolazepam盐酸(40毫克/ k;Zoletil Virbac,卡罗,法国)和甲苯噻嗪(10毫克/公斤;德国拜耳动物保健,Rompun Monheim); 0.5 mL of 1% lidocaine HCl was injected subcutaneously into the postauricular area for local anesthesia. The rats were placed in the prone position on a thermoregulated heating pad. After a retroauricular incision, the temporal bone was exposed and opened to visualize the round window membrane. Small cochleostomy was made in the bone near the round window with sharp pick on the left side. The cochleostomy site and bulla were then sealed with tissue adhesive (Durelon, 3M ESPE, Seefeld, Germany) and carboxylate cement (Durelon, 3M ESPE). The skin incision was closed in two layers.

2.2。听觉脑干反应

测量听觉阈值、听觉脑干反应(ABR)评估手术前和手术后1小时10和20天在9个老鼠;阈值变化比较。负系统3(塔克戴维斯技术,盖恩斯维尔,佛罗里达州美国)硬件和软件被用来获得核,1000刺激重复记录。老鼠麻醉结合肌内注射盐酸tiletamine + zolazepam HCl甲苯噻嗪和保暖加热垫在ABR录音。皮下的(积极的)顶点插入电极针。地面和参考电极被插入皮下的松散的耳廓皮肤下侧和侧耳朵,分别。点击和语调破裂,4 ms升降时间的持续时间和1女士在4、8、16和32 kHz,然后通过插图呈现给右耳外耳道窥器。声音强度不一10 dB的增量的猝发音声音和5 dB增量点击声音在近门槛水平。分析了波形使用自定义程序(BioSig RP,版本。4.1.1; Tucker Davis Technologies, Alachua, FL, USA) with the researcher blinded to treatment group. The threshold was defined as the lowest stimulus intensity capable of evoking a wave III response > 0.2 mV. Differences in ABR thresholds were averaged across the frequency range for each cochlea to yield individual mean rises in the ABR threshold. Threshold shift was defined as the difference between the preoperative value and one of the postoperative values. A positive threshold shift indicated an elevation of the auditory threshold.

2.3。前庭功能测试

cochleostomy评估周边前庭功能后,正弦谐波加速度(SHA)和rotarod测试进行手术前6小时和1、3、6、10和20天后手术,在9个随机选择的老鼠。

评价的功能水平半规管,vestibuloocular反射(伏尔)是衡量使用SHA测试在不同的旋转频率(0.02,0.04,0.08,0.16,0.32,和0.64 Hz)的峰值速度60度/秒使用一个动物旋转椅系统(Jeil听力、水、韩国)。老鼠被限制在一个转盘使用咬棒头牢牢固定。contact-lens-type磁线圈放置在右眼搜索伏尔测量。三维角运动的眼睛被记录在偏航,音高,飞机。为进一步伏尔水平半规管的分析,只有水平偏航眼球震颤。眼球运动的慢相速度提取并绘制作为增益和不对称的正弦曲线分析。获得被定义为最大速度幅值除以最大头速度。获得在向右和左旋转被当作一个值。不对称被定义为不同的最大振幅慢相速度在向右和左旋转,除以两个值的总和。规范获得和不对称值是基于我们之前的研究16老鼠(未发表的数据)和如下:0.17±0.11,2.59±9.8在0.02赫兹; 0.26 ± 0.21 and 1.33 ± 11.43 at 0.04 Hz; 0.53 ± 0.13 and 0.269 ± 10.94 at 0.08 Hz; 0.63 ± 0.17 and 1.4 ± 11.92 at 0.16 Hz; 0.59 ± 0.18 and 4.41 ± 9.29 at 0.32 Hz; and 0.51 ± 0.16 and 0.28 ± 11.95 at 0.64 Hz. Test-retest reliability was evaluated using another set of five rats: Cronbach’s alpha values were 0.88 (0.02 Hz), 0.88 (0.04 Hz), 0.89 (0.08 Hz), 0.81 (0.16 Hz), 0.96 (0.32 Hz), and 0.93 (0.64 Hz). When the value was within two standard deviations of the mean, it was considered to be within the normal range.

执行评估总体平衡,rotarod测试使用谢霆锋rotarod系统(rotarod先进,谢霆锋系统,Inc .,切斯特菲尔德,密苏里州,美国)。旋转杆放置在1米的高度引起恐惧的下降。杆是在18 rpm旋转;的时间长度的动物呆在旋转杆是用秒来衡量。

2.4。组织准备和免疫组织化学

评估周边前庭器官毛细胞生存cochleostomy之后,三只老鼠被牺牲手术后20天。深麻醉下斩首后,颞骨头被移除和内耳的流动空间和4%多聚甲醛灌注在PBS 1小时在室温下。切除人工耳蜗后骨壁和侧壁组织,三个(横向,前,后)半规管壶腹与小囊小囊组织准备疣状。三个半规管的壶腹,每个解剖肝使用10%,20%和30%蔗糖在PBS然后嵌入Tissue-Tek 10月化合物(日本东京樱花Finetek有限公司)在80°C (cryosection−厚度= 20μ米)。胞囊和小囊,组织与0.3% permeabilized Triton x - 100 (Sigma-Aldrich有限公司,圣路易斯,密苏里州,美国)10分钟,封锁在5%正常山羊血清(向量实验室,Inc .,伯林盖姆、钙、美国)30分钟,和f -肌动蛋白染色使用Alexa萤石488 phalloidin(分子探针,尤金,或者美国)的浓度1:500年15分钟。在PBS冲洗10分钟后,安装在玻片标本使用水晶山(Biomeda,促进城市、钙、美国)。每个外围的毛细胞前庭器官被计算。标本观察使用荧光显微镜数字化(蔡司Axio A1范围;德国蔡司)数码相机。

观察前庭核活动间接cochleostomy之后,c-Fos免疫反应性观察老鼠的大脑中,牺牲在1和6小时1,3、6、10和手术后20天。与100毫升冷冻盐水心脏灌注后,紧随其后的是灌注500毫升0.1 mol / L磷酸盐缓冲剂(pH值7.4)包含4%的多聚甲醛,大脑立即被移除,后缀一夜之间有4%多聚甲醛在4°C,并嵌入在石蜡。Five-micrometer日冕的大脑部分石蜡包埋组织阵列在分级deparaffinized和水化酒精系列。抗原是检索0.01柠檬酸缓冲(pH值6.0)通过加热样品的微波真空histoprocessor (RHS-1里程碑医疗技术,Inc .,卡拉马祖,MI,美国)的最终温度控制121°C,持续15分钟。免疫组织化学分析,内源性过氧化物酶活性被用0.3%过氧化氢。服用蛋白质块的部分解决方案(Dako) 20分钟,然后孵化与特定的多克隆抗血清对anti-c-Fos抗体(圣克鲁斯生物技术、圣克鲁斯、钙、美国)在一个潮湿在4°C室。与PBS洗涤后,组织受到生物素化的anti-rabbit免疫球蛋白和链霉亲和素过氧化物酶复合物(向量实验室)。疣状与diaminobenzidine可视化(DAB)和标本安装使用Polymount (Polysciences, Inc .,沃灵顿,PA,美国)。上级前庭核(SuVe)和magnocellular和parvicellular前庭内侧核(MVeMC和MVePC)观察冠状大脑部分(前囱−11.60毫米)。DAB-positive细胞数在五个不同的地区对于每个地区三个不同的动物在每个时间点。 The specimens were observed using light microscopy (Olympus BX51; Olympus, Tokyo, Japan). The timelines for all experiments are shown in Figure1。

2.5。图像处理和统计分析

调整图像对比和叠加的图像和彩色化的单色荧光图像进行使用Adobe Photoshop(版本。7.0;Adobe Systems Inc .)、美国加州圣何塞)。ABR阈值变动值和前庭功能测试成绩手术前后使用成对比较测试。周边前庭器官毛细胞计数,控制和手术后,使用学生的比较以及;的c-Fos前庭核手术后的免疫反应性是评估在一个时间序列利用克鲁斯卡尔-沃利斯检验,Bonferroni事后多重比较的测试申请。的值被送往显示统计学意义。InStat(版本。3.0;美国GraphPad软件,拉霍亚,CA)和SPSS为Windows(版本。13.0;美国SPSS Inc .,芝加哥,IL)软件包用于统计分析。

3所示。结果

3.1。ABR阈值变化

cochleostomy刚过,重要的听阈变化被观察,测量频率;这些都是持续直到手术后20天(;图2)。这些结果表明,耳蜗损伤或永久听力阈值变化cochleostomy后发生。

3.2。前庭功能测试

cochleostomy之前,获得在沙测试是在正常范围内,旋转频率;cochleostomy在6小时后,获得显著降低频率(),低于正常范围为0.02,0.08,0.16,和0.32赫兹(图3(a1))。6、10和20天,往往会随着时间的推移而退化(图3(b1));20天之后,它明显相对于术前水平较低频率(),低于正常范围为0.08,0.16,0.32,和0.64赫兹(图3(b1))。

对称是cochleostomy之前所有的频率都在正常范围内;cochleostomy在6小时后,有向边不对称操作在低频率(即。、0.02和0.04赫兹;,图3(a2)),这样在耳前庭功能的减少相对于耳朵不动手术。这在对称偏差1和3天后略有恢复,但仍在正常范围在0.08赫兹(图3(b2))。后6、10和20天,对称是在正常范围内,表明前庭功能不对称补偿虽然没有完全康复(图3(b2))。

在rotarod测试中,老鼠能够保持杆为30.0±43.3秒cochleostomy之前,减少到14.9±12.7秒在cochleostomy后6小时。后1、3、10和20天,老鼠能够保持杆为23.0±17.2、25.0±13.2、16.4±9.1、23.0±6.7秒,分别。虽然不显著,但术前占用时间比术后保持时间长,表明cochleostomy后更平衡。

3.3。组织病理学研究

3.3.1。周边前庭毛细胞生存

三壶腹的截面图像之间的相似cochleostomy(数字4(b1) -4(b3))和正常控制数据4(a1) -4(a3))的耳朵。虽然轻微下降毛细胞在外侧和后壶腹,没有明显减少任何肝cochleostomy后20天(图4(c))。整个支架的小囊,小囊cochleostomy后(数字5(b1)和5(b2))也表现出没有差异毛细胞数量比正常对照组(数字5(a1)和5(a2))细胞计数(图5(c))。

3.3.2。前庭核c-Fos免疫反应性

两国高级前庭核(SuVe) magnocellular前庭内侧核(MVeMC)的一部分,和parvicellular前庭内侧核的一部分(MVePC)观察前囱(图11.60毫米尾6)。增加免疫反应性在两国前庭核,包括在SuVe(图7),MVePC(图8),和MVeMC(图9cochleostomy后),相对于正常对照组。增加免疫反应性持续直到cochleostomy后1天,然后随着时间的推移略有下降(图10)。前庭核中,免疫反应性在SuVe相比更为明显,在MVePC和MVePC。这表明,甚至单方面cochleostomy可以改变两国前庭核活动;此外,周边前庭中断可能与中枢前庭神经束或核活动的变化。

4所示。讨论

我们的研究结果表明,cochleostomy本身可以显著损害前庭功能。低增益和不对称在沙测试是典型的急性单侧前庭的弱点。全球平衡rotarod cochleostomy后测试也恶化,虽然不是很多。尽管有这些功能变化,没有显著差异的毛细胞计数cochleostomy周边前庭器官后,符合以前的报告没有区别指示在毛细胞CI和侧控制耳朵之间的数11]。

从临床的角度来看,cochleostomy对前庭功能的影响应考虑患者接受CI。术前前庭功能测试可以用来评估前庭器官;如果发现前庭功能保留,这个病人应该警告说,cochleostomy和/或CI可能妥协这剩余函数。如果病人有功能的前庭器官只有一只耳朵,CI在这耳朵可能导致双边前庭的损失。单侧前庭弱点可以治疗成功在大多数情况下,但双边前庭的缺点是很难治疗15]。因此,前庭功能应该考虑当决定CI手术的一面。因为听力保护是一个重要的问题在CI手术,前庭function-preserving可能需要“软手术”。此外,患者应该被警告说,他们可能会经历眩晕手术后由于前庭功能的恶化。

病人接受CI和有一个非常重要的区别,我们的动物实验是前庭功能损害可能已经部分或全部的病人接受CI。前庭器官的病理也可能受损导致听力损失;前庭功能异常在一个大比例的耳聋患者甚至在CI (16]。如果前庭器官已经完全非功能性手术前,cochleostomy可能不会引起严重的附加功能恶化。然而,在我们的实验中,所有的动物在cochleostomy之前正常的听力和前庭功能;正常的前庭器官可能更敏感cochleostomy等潜在破坏性的手术。理解的后果cochleostomy对前庭器官是很重要的,因为在很多患者前庭功能部分或全部保留,尽管听力损失。另一个区别病人接受CI和我们的动物实验是一根电线或另一个数组中没有插入通过cochleostomy这个实验。为了复制条件类似于人工耳蜗植入,耳蜗内电极或线是至关重要的。在设计这一研究中,我们也想过这个问题非常重视。尝试几种不同的电线和硅管后,我们决定不通过cochleostomy插入任何异物。这是因为本研究的目的是揭示前庭系统的变化而不是耳蜗。 If the purpose of this study was to find changes inside the cochlea, despite all the shortcomings of the dummy electrode, we would have put an electrode in the cochlea. This will probably cause significant local reactions and fibrosis around the electrode. But since the vestibular organ was the target of evaluation, we thought that local reaction around the electrode was not important in this study. To mimic the current trend of minimally invasive human CI surgery, we thought that simply making cochleostomy and not inserting any nonoptimized foreign material in the cochlea would be much fairer. If we inserted something in the cochlea, we are quite sure that a larger amount of change (to be more precise, “damage”) would have resulted in the vestibule. In terms of the vestibular organs, we believe our experiment is closer to the real cochlear implant surgery (a minimally invasive surgical condition) because we did not damage the cochlea with a wire or another array.

值得注意的是,沙测试获得6 20天后逐渐恶化。6 20天后,额外伤害没有观察到在我们的组织病理学研究可能发展周边前庭器官,从而进一步损害利益。额外伤害的原因尚不清楚。不管发病机理,应该注意的是,术后前庭损伤并不发生在只有一个时间,在手术过程中;cochleostomy的有害影响的前庭器官似乎发生在一个渐进的、持续的过程,至少持续20天。某些患者接受CI经验直接术后头晕,但这是不太可能持续20天。病人不经历额外的头晕的原因尽管缓慢,持续的前庭损失尚不清楚,但可能是由于中央补偿发生的事实比逐渐前庭损失更迅速。所描述的结果,不对称在沙测试恢复正常后短时间内(< 6天),保持正常之后尽管减少收益。这可能构成证据表明中央补偿;cochleostomy可能导致正在进行,逐步恶化的前庭功能至少20天,但中枢神经系统似乎能够补偿这缓慢恶化。

曾有一些报道说在外围CI后前庭器官损伤。在人类颞骨研究个体接受CI、周边前庭器官损伤,如耳蜗积水和小囊崩溃,观察(11]。虽然我们没有观察到这些特性,毛细胞计数半规管的壶腹和胞囊,小囊cochleostomy耳朵在20天没有明显的区别于正常控制的耳朵。然而,有轻微下降的头发细胞和后外侧运河肝。因此,看来cochleostomy本身可能破坏周边器官,包括膜迷路。

中枢前庭系统是更复杂的比周边前庭器官;它包含四个前庭核(优越,外侧,内侧和劣质),+小脑和各种大片。GABA的变化,组胺H3受体,对羟苯甘氨酸也被报道在前庭补偿(17- - - - - -21]。最近的一份报告也c-Fos迷路切除术后脑干的变化(22),增加c-Fos免疫反应性在两国前庭内侧核(MVe),双边脊髓前庭神经核,侧prepositus舌下神经核,和侧下橄榄核。这种变化表明,塑料的事件将发生在前庭核后单方面迷路切除术或周边前庭器官传入神经阻滞和自发兴奋性和抑制性突触的可塑性活动与前庭补偿(23]。这些发现也观察功能性大脑成像研究[24]。在我们的研究中,我们评估c-Fos SuVe免疫反应性,magnocellular前庭内侧核(MVeMC)的一部分,和parvicellular前庭内侧核的一部分(MVePC) cochleostomy后随着时间的推移。增加c-Fos-positive细胞中观察到双边SuVe MVeMC, MVePC单边cochleostomy后,符合一个以前的报告22];SuVe等其他领域,也可能与中央有关薪酬和可塑性。

在这项研究中,我们评估了单边cochleostomy对周边前庭器官的影响通过测量中枢前庭核活动的变化。轻微的周边前庭器官的变化观察组织病理学调查期间;打乱了前庭功能观察cochleostomy但恢复后的早期阶段。Cochleostomy影响前庭神经核的活动,这可能与中枢前庭有关薪酬和可塑性。

5。结论

在这项研究中,周边前庭器官损伤和功能损失发生在cochleostomy耳朵;随着时间的推移这个函数恢复部分。两国中央前庭核与单边cochleostomy有关,也可能与中央有关补偿后前庭功能丧失。对于人工耳蜗植入患者,术前前庭功能测试可能是重要的;更少的破坏性或仔细手术应考虑患者的前庭器官保持功能。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

承认

这项工作是支持2013年忠南国立大学医院的研究基金。