模拟长期微重力环境对大鼠听力及内耳淋巴液容积的影响△

韩浩伦 张驰 吴玮 陈娜 王刚 周丽斌 丁瑞英



·基础研究·

模拟长期微重力环境对大鼠听力及内耳淋巴液容积的影响△

韩浩伦 张驰 吴玮 陈娜 王刚 周丽斌 丁瑞英

目的 探讨长期微重力环境对大鼠听力及内耳淋巴液容积的影响。方法 健康SD大鼠22只，随机分为实验组(微重力组)12只和空白组10只。分别于实验前，实验后2、4、8周检测大鼠双耳听性脑干反应(ABR)阈值并行内耳磁共振成像(MRI)扫描，应用专用软件计算内耳淋巴液容积。结果 实验组动物听力在暴露后ABR阈值逐渐升高，实验前与实验后4周相比，差异有统计学意义(P<0.05)；与实验后8周相比，差异有显著统计学意义(P<0.01)。实验组大鼠内耳淋巴液容积在实验后2周达最大值，与实验前差异有统计学意义(P<0.05)；之后逐渐下降，实验后2周和实验后8周相比，差异有统计学意义(P<0.05)；实验后8周与实验前相比，差异无统计学意义(P>0.05)。空白组大鼠的内耳淋巴液容积在实验前、后差异均无统计学意义。结论 长期模拟微重力环境可以损伤大鼠听觉功能，且会导致大鼠内耳淋巴液容积增大；但随着时间的延长，内耳淋巴液容积可以逐渐恢复接近正常。(中国眼耳鼻喉科杂志，2016，16：382-384)

模拟微重力；听力；内耳淋巴液；大鼠

我国作为世界第三宇航大国,宇宙探索的步伐不断加大,空间站的建立正逐渐完善,下一步航天员将会较长时间驻守在空间站进行科学实验。宇航员在太空中执行任务时，面临着失重、机器噪声、辐射等诸多不利因素。既往本课题组发现短期失重环境可使豚鼠听阈升高，内耳淋巴液容积增大[1]。但随着我国载人航天事业的发展，较长时间(2个月以上)航天环境对人类听力学影响的研究仍是空缺。本文主要观察较长时间模拟微重力环境对大鼠听性脑干反应(auditory brainstem response, ABR)阈值和内耳淋巴容积的影响。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组 健康雄性SD大鼠(北京海淀区兴隆实验动物养殖场提供)22只，体重180～220 g，平均(205±15)g。实验前行内镜下检查：大鼠鼓膜标志清晰，耳廓反应灵敏，无强噪声暴露及耳毒性药物使用史。将22只大鼠随机分为实验组12只(24耳)及对照组10只(20耳)。

1.2 模拟微重力方法 参考大鼠尾悬吊法[2]。将大鼠尾部用胶布缠绕固定、悬吊，使后肢离地，保持头低位，并使身体纵轴与水平线呈-30°夹角，前肢承受部分重量。悬吊过程中，大鼠头部及上肢可以自由活动。过程中可自由进食水，持续8周。

1.3 ABR阈值测定 大鼠肌内注射咪达唑仑(80 mg/kg体重)和盐酸赛拉嗪注射液(200 mg/kg体重)混合麻醉剂。分别于实验前及失重后2、4、8周，用ABR仪(MEDSEN，丹麦)检测各组大鼠短声诱发的双侧ABR阈值。以能诱发出可辨认波Ⅲ波的最低强度为反应阈，在阈值强度重复检测1次。

1.4 磁共振成像及测定 动物麻醉方法同以上复合麻醉方法。使用3T-Trio Tim (Siemens公司，德国)磁共振全身扫描仪检测。用小柔线圈包裹大鼠，采用三维高分辨等体素FSET2WI序列：重复时间/恢复时间(TR/TE)=1 500/110，视野(FOV)=50 mm×50 mm，矩阵(Matrix)=128×128，分辨率=0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm，带宽(BW)=210，采集时间(TA)=8 min 27 s，突出显示内耳淋巴液。对双侧内耳淋巴最大处容积使用北京师范大学姚立课题组(国家重点实验室)编写的专用软件进行测量，取其均值进行统计学处理。

1.5 统计学处理 数据采用SPSS18.0统计学软件进行处理，各组各实验点ABR采用t检验及方差分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

大鼠内耳磁共振成像可以成功显像，内耳结构见图1。实验组大鼠听阈见表1。大鼠内耳淋巴液容积结果见表2。

图1. 大鼠内耳磁共振成像

侧别ABR阈值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：实验后大鼠听阈逐渐上升，8周时达最高，实验前和实验后4周比较差异有统计学意义(P<0.05)，和8周比较差异有显著统计学意义(P<0.01)

表2 实验组和空白组大鼠内耳淋巴液容积(μL)

注：实验组大鼠失重2周后，内耳淋巴液容积增加到最大值，与实验前比较差异有显著统计学意义，与失重8周比较差异有显著统计学意义，实验前与失重8周比较差异无统计学意义；空白组各组间差异均无统计学意义

3 讨论

人类在航天环境中所面临的健康危害越来越受到重视。航天环境中的工作状态与陆地不同，有着很多不可预见的影响因素。这些因素会时刻影响人体的健康。微重力便是其中一个重要的方面。有研究[3]发现微重力环境会对人听力造成损伤。微重力是一种特殊的状态。研究发现：机体处于微重力状态，体液重新分布会给人体各种器官造成诸多不良影响[3-4]，耳蜗即是受到影响的器官之一。本课题组曾经研究模拟微重力环境5 d后，豚鼠听阈升高，内耳淋巴液容积亦增加，显示失重可造成内耳淋巴液容积增大，并对内耳造成损伤。但长期的微重力环境对听阈和内耳淋巴液容积的影响尚未可知。本课题研究的是长期微重力状态下对大鼠听阈及内耳淋巴容积的影响。

内耳又称迷路，其埋藏位置较深，结构精细而复杂[5]。当豚鼠处于头低位时比平卧位时内、外淋巴液压力均会增高。动物长期处于失重状态，体液大量流向头侧，造成脑循环淤血，有利于内耳淋巴液的形成。内耳淋巴液压力的增高可压迫血管纹、螺旋韧带及微血管，内耳对这种影响非常敏感，而微机械系统的改变可影响壶腹嵴顶的运动和基底膜的反应，从而导致内耳功能损害[6]，进而导致听力下降。这与本研究的结果相一致。

本研究发现，在模拟微重力状态下，大鼠失重2周后，内耳淋巴液容积增加到最大值。可能原因是：被悬吊的大鼠在2周时处于应激状态，此时大鼠自主神经紊乱，交感神经反应性增高，造成内耳微循环障碍，导致内耳淋巴液压力增高，从而使内耳淋巴液容积增大。而失重4、8周后其容积反而有所减小。其原因可能是：应激状态后的动物经过适应并动态调整，微循环障碍得到缓解，使内耳淋巴液容积又恢复到接近实验前状态。这种内耳淋巴容积逐渐增大，之后又逐渐回缩的特点，在既往的研究中未见相关报道。

由于内耳结构精细、体积微小，前庭膜、基底膜解剖结构菲薄，以及磁共振成像场强的限制，对内耳淋巴液容积的显像造成困难。但随着磁共振成像硬件及软件的迅速发展，已能较清楚地显示内耳淋巴液的容积。本实验通过3T Trio Tim Siemens对大鼠进行内耳磁共振扫描，通过不同的参数对内耳结构进行显像。我们采用北京师范大学国家重点实验室研制开发的磁共振成像分析软件对图像进行分析，选取大鼠内耳淋巴液最大截面积进行测量[7]。但由于大鼠头部狭小，内耳磁共振成像精细显像困难，为保证数值精确，所有测量结果均为双盲、3次测量取平均值后进行统计学分析。

本课题研究了长期微重力环境对实验动物听功能及内耳淋巴液容积两方面的影响，表现为：在长期微重力环境下，大鼠听阈逐渐提高，而内耳淋巴液容积先增大后恢复，呈现两者变化先一致、后分离的特点。这丰富了我们对微重力环境下机体损伤的认识，为载人航天医学及进一步的防护提供了理论基础。

致谢：本文内耳淋巴液测量专用软件系北京师范大学信息工程学院姚力教授课题组编写，特此感谢！

[1] 吴玮,韩浩伦,王鸿南,等.模拟失重条件下飞船内噪声对豚鼠耳蜗形态与功能的影响[J].中华耳科学杂志，2010，8(1):95-99.

[2] 韩浩伦,吴玮,王鸿南,等.头低位模拟失重状态对豚鼠耳蜗听功能与超微结构的影响[J].听力学及言语疾病杂志，2012,20(3):269.

[3] 阎露, 钱维权, 李道德. 噪声、模拟失重复合作用对豚鼠脑干听觉诱发电位的影响(英)[J].航天医学与医学工程, 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.耳鼻咽喉头颈外科学[M]. 北京:人民卫生出版社,2008:264-268.

[6] 韩维举.内耳淋巴液压力及其对内耳功能的影响[J].国外医学·耳鼻咽喉科学分册，1996,20(4):193-196.

[7] 吴玮,韩浩伦,金真,等.模拟失重和噪声复合因素对豚鼠内耳淋巴液容积的影响[J].中华耳科学杂志, 2011,9(3): 334-337.

(本文编辑 杨美琴)

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

中国人民解放军“十二五”重大课题子课题(AWS11J003)

中国人民解放军第306医院耳鼻咽喉头颈外科 北京 100101

韩浩伦(Email： wensihan009@163.com)

10.14166/j.issn.1671-2420.2016.06.002

2015-11-23)