鼓膜穿孔对中耳传音功能影响的实验观察△

张秀玲 佘万东 赵青 陈金湘 张淑仪 戴艳红

鼓膜位于外耳道与鼓室之间，具有收集声波和扩音的作用，是鼓膜听骨链系统的关键组成部分，在中耳传音过程中发挥重要作用，一旦由于各种原因造成鼓膜穿孔，听力就会受到影响。关于鼓膜穿孔对中耳传音功能影响的研究，众多学者在动物以及颞骨标本上进行了大量实验，但目前鼓膜穿孔对中耳传音功能的影响及其具体机制仍存有争议。本实验拟通过应用激光多普勒振动仪(laser doppler vibrometer，LDV)检测系统观察豚鼠鼓膜不同位点的振动速度及穿孔前后锤骨柄不同位点的振动速度，分析在一定强度、不同频率的声刺激下穿孔鼓膜的频率响应规律，评价豚鼠鼓膜不同位置穿孔对其振动速度及振动形式的影响，初步探讨鼓膜穿孔对中耳传音机制的影响。

1 材料与方法

1.1实验动物及造模方法 选取健康杂色雄性豚鼠6只(12耳)，体重200～400 g，耳廓反射灵敏，鼓膜完整、标志清楚。2%戊巴比妥钠40 mg/kg腹腔注射麻醉后，快速断头取出双侧听泡，显微镜下用电钻磨除骨性外耳道，尽量暴露鼓膜。处理过程中不断给予生理盐水湿润并注意保护鼓膜完整，尽量缩短标本处理时间，使整个实验过程在听泡取出后6小时内完成。 记录好完整鼓膜的振动数值后，用直径1.1 mm的静脉留置针针芯穿刺鼓膜并旋转一周造孔，造孔位置为所有动物左耳鼓膜前下方或右耳鼓膜的后下方。

1.2LDV检测系统 本实验在南京大学声学研究所完成。LDV检测系统由两部分组成：声刺激系统和LDV系统。信号发生器和功率放大器产生0.5～8 kHz共14个频率的正弦信号，信号发生器及功率放大器与扬声器相连接，控制扬声器产生特定性质的声刺激，声刺激被贴近鼓膜的麦克风探头探测，麦克风探头与示波器连接，示波器上显示麦克风接收到的相当于鼓膜附近的声信号的特性。声信号的强度在每个频率用声级计校准到90 dB SPL。LDV系统包括自动聚焦光学头、控制系统及相关软件。LDV的原理是利用氦氖激光束瞄准运动中的物体，同时接收物体表面的反射光束，利用多普勒原理分析运动目标的速度、振幅和时相。氦氖激光束直接垂直照射到鼓膜脐部，反射信号由振动仪控制器检测和解码，换算成输出压，以速度、振幅和时相显示在显示屏上。运动物体在中耳内所有频率的位移其灵敏度和精确度可以测量到1 nm，由于LDV不直接接触被测目标，所以在测量中耳振动时无机械负荷和声的干扰。LDV检测系统的详细组成细节及稳定性测试见参考文献[1]。

1.3鼓膜振动检测方法 给予声强为90 dB SPL，频率分别为0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5、5.5、6、7、8 kHz的纯音刺激，每个频率的声音刺激持续1 min。用LDV测量鼓膜脐部的振动速度，将激光束几近垂直对准检测点，参数设定为采样时间1.28 s，每次显示的值为五个采样值的平均数，连续记录六个数据，再取平均数，即为该点某一频率固定强度的振动速度。完整鼓膜上六个测量位点分别为锤骨柄上的脐部、锤骨中部、短突及鼓膜紧张部上锤骨柄内侧、外侧、下部的三个点(图1)。造孔后再测量锤骨柄上的脐部、锤骨中部、短突三点的振动速度。

图1 豚鼠鼓膜及位点分布

1.4统计学方法 使用SPSS16.0软件包，采用配对t检验法进行统计学分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1完整鼓膜不同位点振动的频率响应曲线 12耳鼓膜上六个位点的振动速度检测结果见图2，可见，紧张部锤骨柄沿线上中点的位置振动速度最大，锤骨柄内外两侧的两个位点振动速度相当，短突的振动速度最小。

2.2不同位置鼓膜穿孔对脐部振动速度的影响 鼓膜穿孔前后脐部振动的频率响应曲线的形状基本相似(图3)，1.5 kHz以下频率范围内振动损失较明显，1.5 kHz以上频率范围内振动损失不明显甚至增加。鼓膜后下方穿孔后，500 Hz频率处，脐部振动损失最大为7 dB。1.5 kHz以下频率范围内鼓膜后下方穿孔比前下方穿孔引起的脐部振动损失大，但差异无统计学意义(P>0.05)。

图2 豚鼠完整鼓膜六个位点振动速度的频率响应曲线

图3 鼓膜不同位置穿孔前后脐部振动的频率响应曲线

2.3不同位置鼓膜穿孔对鼓膜振动形式的影响 鼓膜穿孔前后锤骨柄上三点振动速度的均值见图4、5。在所测频率范围内，鼓膜穿孔前锤骨柄上三点在所有频率均为脐部的振动速度最大，短突的振动速度最小，短突与脐部振动速度之比的均值在所有频率均接近0.5，且这三点振动的频率响应曲线形状相似。不同位置鼓膜穿孔后，锤骨柄上三点振动的频率响应曲线与穿孔前相似。在所测频率范围内不同位置鼓膜穿孔对短突与脐部振动速度的影响，除后下穿孔前后7 kHz频率以外(P=0.004)，差异均无统计学意义(P>0.05)。

图4 6左耳鼓膜前下方穿孔前(a)后(b)锤骨柄上

图5 6右耳鼓膜后下方穿孔前(a)后(b)锤骨柄上三点振动的频率响应曲线

3 讨论

Békésy[2]应用电容声探头直接研究人颞骨标本鼓膜振动时观察到，鼓膜不同位置的振幅不同，以锤骨柄下方近鼓环处振幅最大。而Khanna等[3]对猫鼓膜振动模式的研究进一步指出，在高频率声刺激时鼓膜振动形式比较复杂，分区段式振动，有相当区域的鼓膜振动未能传送到锤骨柄。本实验结果显示鼓膜紧张部的振动速度大于锤骨柄上的振动速度，其中紧张部位于锤骨柄沿线上中点的位置振动速度最大，与上述的研究结果基本一致。

国内外关于鼓膜穿孔对中耳传音功能影响的实验研究主要围绕鼓膜穿孔是否具有频率依赖性，鼓膜穿孔大小、穿孔部位、穿孔形状对传音功能是否有不同影响及其可能机制进行探讨。Bigelow[4]、Voss[5]、Mehta[6]等的实验结果均显示鼓膜穿孔引起的传音损失有频率依赖性，并且随着穿孔面积的增大传音损失更严重。本实验通过对鼓膜穿孔前后脐部振动速度的比较，发现穿孔引起的脐部振动速度的改变有明显的频率依赖性，在0.5 kHz处穿孔后脐部振动速度下降最大，而随着频率的上升振动速度的下降值越来越小，与上述实验结果一致。但本实验结果中鼓膜穿孔引起的传音改变仅为0～7 dB，比Voss[7]和Gan[8]等报道的损失要小，这可能由于本实验中用针头造的鼓膜穿孔接近梭形，面积小于同等直径大小的圆形穿孔的面积，且穿孔面积小于鼓膜总面积的5%。本实验结果显示鼓膜穿孔引起低频区的传音衰减与临床上鼓膜穿孔引起低频传导性听力下降的表现相符合。有学者推测其机制可能是面积小的鼓膜穿孔低频的声波容易通过，而高频声波则不易通过[4,9]。

临床上普遍认为与鼓膜前下穿孔相比，后下穿孔会造成更严重的听力损失，出现这种结果的原因是鼓膜的后下部更接近圆窗，因此鼓膜后下部穿孔使得声波可以通过穿孔直接作用于圆窗，从而部分抵消了从卵圆窗传入内耳的振动。本实验为了研究不同位置的鼓膜穿孔对脐部振动速度的影响，分别在鼓膜的前下部和后下部造孔观察脐部振动速度的变化，结果发现，1.5 kHz以下频率范围内，后下部穿孔造成的脐部振动速度的减少较前下部穿孔更明显，但差异没有统计学意义。Voss等[5,10，11]进行了一系列关于鼓膜穿孔对传音机制影响的实验研究，他们检测了鼓膜前下和后下穿孔前后镫骨的振动速度，结果显示不同部位穿孔对镫骨振动速度的影响无统计学差异，他进一步提出鼓膜穿孔对传音机制的改变与穿孔位置无关，而与中耳腔容积的大小有关。Mehta等[6]对56例(62耳)鼓膜穿孔患者进行了纯音听阈检测及鼓室测压，结果显示鼓膜前下部穿孔低频区引起的气骨导差均值为1～8 dB，小于后下穿孔引起的气骨导差均值，但无统计学差异；在所有频率范围内(除2 000 Hz外)中耳腔容积较小者(小于4.3 ml，n=23耳)鼓膜穿孔后的气骨导差明显大于中耳腔容积较大者(大于4.3 ml，n=39耳)，差异有统计学意义；与中耳腔容积较大者相比，中耳腔容积较小者的气骨导差平均高20 dB左右。Ibekwe等[12]的研究结果则显示急性鼓膜穿孔时，穿孔对中耳传音的影响与穿孔位置无关；而因慢性中耳炎所造成的穿孔，后下穿孔引起的听力损失更严重，这可能与后下穿孔更容易影响听骨链的活动有关。也许面积较大的穿孔对低频的影响更大，因此在以后的实验中应进一步研究不同位置的大穿孔对传音功能的影响。

早在1978年Fleischer[13]就提出哺乳动物中耳的振动轴根据锤骨的振动形式不同分为两种：在低频区振动轴近似平行于锤骨柄，高频区则近似垂直于锤骨柄。Saunders等[14]利用锤骨短突与鼓膜脐部的振动比值来评价小鼠中耳的传音功能，结果显示，在10 kHz以下频率范围内，锤骨短突与鼓膜脐部的振动速度比值接近0.8，进而推测在此频率范围内鼓膜沿着与锤骨柄平行的轴运动，在接近18 kHz频率时该比值下降到0.5，此时鼓膜的振动轴垂直于锤骨柄的方向。本实验测得在0.5～8 kHz范围内，锤骨短突与鼓膜脐部的振动速度比值均接近0.5，鼓膜穿孔对此比值未造成明显影响，并且不同部位的穿孔影响也无统计学差异。提示8 kHz以下豚鼠鼓膜的振动轴垂直于锤骨柄，与Fleischer的假设相矛盾。而Akache等[15]对6只大鼠鼓膜振动的研究结果显示低频区的振动比值为高频区的一半，与本研究结果一致。推测豚鼠鼓膜与大鼠相似，比小鼠鼓膜的面积大，鼓膜面积的改变可能导致振动轴形式的改变。此外，目前关于鼓膜穿孔对振动形式的改变的研究相对较少，推测有无鼓膜穿孔可能改变了鼓膜及听骨链系统的运动模式从而破坏了其高效率的传音模式，今后将在更宽的频率范围内继续进行一系列关于鼓膜不同穿孔大小、不同穿孔位置对中耳传音影响的研究。

4 参考文献

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11 Voss SE, Rosowski JJ, Merchant SN, et al. How does tympanic membrane perforations affect human middle-ear sound transmission[J]? Acta Otolaryngol, 2001, 121:169.

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14 Saunders JC, Summers RM. Auditory structure and function in the mouse middle-ear: an evaluation by SEM and capacitive probe[J]. J Comp Physiol, 1982, 146:517.

15 Akache F, Funnell WR, Daniel SJ. An experimental study of tympanic membrane and manubrium vibrations in rats[J]. Audiol Neurootol, 2007, 12: 49.