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

韩浩伦 吴玮 王鸿南 王刚 屈昌北 丁瑞英 薄少军 李保卫

失重作为一种特殊的状态会给人体各种器官造成影响［1］，在航天过程中听觉功能异常会影响宇航员正常工作状态。以往研究多关注失重状态下心血管、肌肉、骨骼等系统功能改变，但对听觉器官的研究较少。为此，本研究观察了头低位模拟失重状态下豚鼠耳蜗听觉功能及超微结构的变化特点，现报告如下。

1 材料与方法

1.1 实验动物及分组 健康白色红目豚鼠22 只（军事医学科学院实验动物中心提供），雌雄不限，体重300～350g，耳廓反应灵敏，鼓膜标志清晰，随机分为实验组16只、对照组6只，对照组不做任何处理。

1.2 实验组头低位模拟失重方法 采用头低位模拟失重法［2，3］，前肢承受部分重量，头低位，身体纵轴与水平面成－30°，模拟失重中豚鼠可以自由进食水，头部自由活动，共失重5天。失重引起的主要生理反应是体液重新分布，动物头低位后上身器官质量明显增加，循环系统发生紊乱，与人在失重或模拟失重时的变化趋势一致，本实验所用方法是目前使用最广泛的动物模拟失重方法。

1.3 ABR 反应阈测试 实验组豚鼠以速眠新1 mg／kg腹腔注射麻醉，用脑干诱发电位仪（MEDSEN）分别于失重前、失重5天后即刻、脱离失重后3天进行ABR 测试。刺激声强度为10～90dB SPL，间隔5dB，以波III为标准判断反应阈值。对照组以同法进行ABR 测试。

1.4 耳蜗超微结构观察 实验组于完成模拟失重5天后即刻及脱离失重后3天在完成ABR 测试后分别取2只豚鼠耳蜗进行扫描电镜（1只）和透射电镜（1只）观察。对照组取2只豚鼠耳蜗分别进行扫描电镜（1只）和透射电镜观察（1只）。

1.4.1 扫描电镜（scanning electron microscopy，SEM）观察 测试完ABR 后豚鼠快速断头取出耳蜗，经过灌注、固定、浸洗，在解剖显微镜下仔细解剖剥去耳蜗骨壳，充分暴露耳蜗各回Corti器，再经过染色、脱水、镀膜等常规处理后，于扫描电镜（Hitachi S4800）下观察，拍照。

1.4.2 透射电镜（transmission electron microscope，TEM）观察 迅速取出豚鼠颞骨，从蜗尖和前庭窗灌入固定液，取出内耳膜迷路，分别经过固定、脱水、包埋、切片、染色等程序，于透镜电镜（Philips）下观察，拍照。

1.5 统计学方法 采用SPSS10.0软件进行统计学分析，统计学方法为t检验及F 检验。

2 结果

2.1 ABR 反应阈值 实验前，实验组豚鼠ABR 反应阈为24.22±4.04dB SPL，对照组为23.48±6.04dB SPL，两组差异无显著统计学意义（P＞0.05）；模拟失重5天后即刻，实验组ABR 反应阈为41.61±7.01dB SPL；脱离失重3天后，ABR 反应阈为27.50±3.54dB SPL。实验组模拟失重5天后即刻ABR 反应阈较实验前及脱离失重后3天均升高，差异有统计学意义（P＜0.05）；脱离失重后3天实验组ABR 反应阈值与失重前相比差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.2 扫描电镜观察结果 对照组耳蜗各回内外毛细胞排列整齐，无缺失，纤毛无倒伏；实验组失重5天后即刻耳蜗各回均可见到内、外毛细胞纤毛散乱、倒伏及散在缺失，损伤程度由轻至重依次为内毛细胞、第一排、第二排及第三排外毛细胞，自第一回至第四回内、外毛细胞纤毛缺失逐渐加重；脱离失重后3天，可见内毛细胞纤毛轻微倒伏，散乱，外毛细胞排列整齐，纤毛无紊乱及倒伏（图1）。

2.3 透射电镜观察结果 对照组内外毛细胞内线粒体排列均匀，胞内无空泡，细胞核完整。实验组失重5天后即刻透射电镜观察见内、外毛细胞细胞质局部空泡；脱离失重3天后，内、外毛细胞内空泡明显减少甚至消失（图2）。

3 讨论

长期处于失重环境可引起机体多个系统发生变化，故有学者称此时机体的不良反应为“空间适应综合征”。大部分研究表明失重时人脑血流流入时间延长，脑血流阻力和静脉回流阻力增加，脑血流量减少［4］。在失重环境下血流动力学和体液分布发生的变化不利于听觉器官保持正常的生理结构和功能，此时内耳功能将会受到一定影响。内耳的血液主要由迷路动脉供给，耳蜗血管进入耳蜗后即无侧支循环，因此脑部供血不足势必影响内耳的血流。另外失重环境可以引起血液系统发生一系列变化如血红蛋白含量和血液携氧能力下降［5］，从而进一步加重缺氧，影响耳蜗功能。

图1 实验组豚鼠耳蜗扫描电镜图像

图2 实验组豚鼠耳蜗透射电镜图像

Roller等［6］对386名宇航员的6 484例次纯音测听结果进行了回顾性分析，提示宇航员着陆时存在的听阈阈移有一部分能够在3天左右恢复正常或者接近正常，属于暂时性听力下降，而如果在着陆3天以后其听力仍与正常范围有差距则说明可能发生了永久性听力损伤。本实验发现，豚鼠模拟失重5天后即刻其ABR 反应阈均明显升高，扫描电镜观察可见内外毛细胞有纤毛倒伏，毛细胞散在缺失改变，透射电镜观察发现内、外毛细胞、支持细胞细胞质的局部空泡形成，部分传出神经也受连累，说明模拟失重对豚鼠听觉器官的影响较广泛，不但导致耳蜗毛细胞的病理性改变，而且还可以导致听觉相关神经的超微结构的改变。上述病变在脱离模拟失重环境3天后，超微结构改变有所恢复，但没有恢复正常，但豚鼠ABR 反应阈恢复正常。头低位模拟失重对豚鼠耳蜗结构的影响分析原因可能是失重条件下，内毛细胞与外毛细胞之间的各种支持细胞，特别是内、外柱细胞在失去地球引力的情况下首先发生结构变化，内、外毛细胞与基底膜之间的角度出现变化，影响到内、外毛细胞的稳定性所致［3］。说明超微结构应该能继续恢复，如延长观察时间，可能会恢复正常。

本研究结果说明失重可损伤耳蜗毛细胞的结构和功能，这种影响在本研究所设定的时间段内具有一定的可复性，但是在长期的失重情况下听觉功能和耳蜗结构如何变化，尤其在伴噪声等复合因素条件下听觉功能的变化如何，还需要进一步研究。

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

2 韩浩伦，吴玮，薄少军，等.豚鼠模拟失重的设计和应用［J］.总装备医学学报，2011，13：107.

3 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，2010，8：895.

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 董颀，沈羡云.失重对细胞造血系统影响的研究进展［J］.航天医学与医学工程，2001，14：298.

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