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编号:10268541
顺铂中毒后豚鼠耳蜗电位变化的特征及形态学实验观察
http://www.100md.com 《中华耳鼻咽喉头颈外科杂志》 1998年第4期
     作者:李兴启 孙伟 于宁 孙建和 姜泗长

    单位:100853 北京 解放军总医院耳鼻咽喉科

    关键词:顺铂;耳蜗;诱发电位;听觉;耳蜗微音电位

    中华耳鼻咽喉科杂志980402 【摘要】 目的 观察顺铂对耳蜗微音电位(cochlear microphone, CM)、总和电位(summating potential, SP)及复合动作电位(compound action potential, CAP)的影响及毛细胞形态学改变。方法 用人工外淋巴液和顺铂灌流豚鼠耳蜗,分别记录耳蜗第三回中阶的CM、-SP及CAP,琥珀酸脱氢酶染色观察毛细胞的数量变化,透射电镜观察外毛细胞结构。结果 顺铂灌流1h:≤60 dB SPL声强级刺激时CM、-SP和CAP幅度均较灌流顺铂前略下降,≥70 dB SPL声强级刺激时幅度比灌流顺铂前明显升高;90 dB刺激CM平均升高3.6 mV (P<0.01),CAP平均升高0.23 mV(P>0.05);120 dB刺激时-SP平均升高1.6 mV (P<0.05)。顺铂灌流2 h:40~90 dB SPL声刺激3种电位幅度均明显下降。琥珀酸脱氢酶染色的耳蜗铺片表明:灌流人工外淋巴液内、外毛细胞的琥珀酸脱氢酶活性正常;灌流顺铂2 h后,外毛细胞的琥珀酸脱氢酶活性下降,内毛细胞正常。透射电镜观察发现:灌流顺铂后外毛细胞胞核染色质消失,线粒体变性,数量减少;内毛细胞结构正常。结论 这种耳蜗电位的异常增长可能是由于Ca2+调控机制失去平衡的变化过程, 在CM、-SP 出现异常增长的同时,CAP也出现异常增长,提示外毛细胞和传出神经递质对内毛细胞及传入神经递质的抑制作用被解除。
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    Abnormal augmentation of the evoked potential and morphological changes of guinea pig cochlea induced by cisplatin Li Xingqi,Sun Wei,Yu Ning,et al.PLA General Hospital,Beijing 100853

    【Abstract】 Objective To investigate the characteristic of cochlear microphone(CM), summating potential(SP), compound action potential(CAP) and the morphological changes of hair cells after selective damage to the inner ear by acute cochlear perfusion of cisplatin. Methods Dynamic changes of CM, -SP and CAP were recorded by glass electrode from the third turn of the scala media guinea pig's cochlea before and during cisplatin perfusion of the whole cochlea for 2 hours. Results It indicated that after one hour of the perfusion, the amplitude of CM, -SP and CAP decreased at stimulation intensity ≤60 dB SPL, while the amplitude increased at stimulation intensity ≥70 dB SPL, as compared with those before perfusion (the average of CM increased by 3.6 mV at 90 dB SPL, average of -SP increased by 1.6 mV at 120 dB SPL, average of CAP increased by 0.23mV at 90 dB SPL). After two hours of perfusion, the amplitude of CM, -SP and CAP decreased in all the stimulation intensity. The succinic dehydrgenase (SDH) staining was decreased in OHCs, while that of IHC's remained normal. Transmission electron microscopic examination of organ of Corti showed morphological changes in OHCs, such as disappearance of nuclear chromosome , denature and reduction number, mitochondria while the structure of IHCs remained normal. Conclusion The abnormal augmentation phenomenon of CM and -SP may be due to the abnormal modulation of Ca2+ in IHCs and OHCs. The abnormal augmentation of CAP suggests that the suppression effects of OHCs and efferent neurotransmitter on IHCs and afferent neurotransmitter may be reduced after OHCs damage.
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    【Key words】 Cisplatin Cochlea Evoked potentials, auditory Cochlear microphonic potentials

    内外毛细胞相互作用的研究越来越深入,胞内记录技术的发展及应用证明内毛细胞对声音的感受比外毛细胞敏感,但必须依赖外毛细胞的完整[1],低强度声刺激时,外毛细胞通过其主动反馈机制、微机械作用影响内毛细胞的灵敏度。Dallos等[2]用卡那霉素引起耳毒性破坏外毛细胞后,通过复合动作电位(compaound action potential,CAP)的调谐曲线观察了传入的听神经反应变化特征,Salvi等[3]观察暂时阈移期间听神经纤维的反应模式,我们[4,5]早些时候的工作只观察了噪声暴露前后及缺氧前后+SP和-SP相互变化关系。我们在外淋巴液灌流技术改进基础上,应用顺铂灌流,同时动态观察耳蜗微音电位(cochlear microphone, CM)、总和电位(summating potential, SP)和CAP的变化规律,及耳蜗毛细胞形态变化,以期进一步认识顺铂耳中毒的特点。
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    材料和方法

    1.动物及玻璃微电极准备:体重200~300g杂色健康豚鼠(雌雄不限)15只,1% 戊巴比妥钠(40 mg/kg)腹腔麻醉,行气管切开,插气管套管行人工呼吸,呼吸频率60次/分,潮气量3 ml,肌注氯化琥珀酸胆碱0.1 ml,消除肌电干扰,用数字式温度计监测体温,保持在37.0~39.2℃之间。玻璃微电极用外径为1 mm的硬质有蕊玻璃管在水平控制仪上控制,内充1 mol/L的KCl, 微电极固定于电动步进式微电极操纵器。

    2.外淋巴液灌流:将上述已准备的动物,用头架固定其头部,经腹侧位暴露右侧听泡,在解剖显微镜下用自制探针分别在耳蜗底回鼓阶和前庭阶的骨壁上各钻一小孔(直径约0.2 mm),作为灌流液的进、出口,然后将无蕊玻璃灌流管(尖端直径约0.1 mm)插入鼓阶上的小孔(深约0.1 mm),用生物胶(本院制剂室), 将其封固,防止外渗, 用聚乙烯胶管两端分别与灌流管和微量注射泵相连(WZ-50型),灌流速度为5 μL/min,室温25 ℃。人工外淋巴液成分(浓度单位mmol/L ):NaCl 125, KCl 3.5,NaHCO3 35, CaCl2 1.3, MgCl2*6H2O 1.14, NaH2PO4 *H2O 0.51, 葡萄糖3.3,尿素 2.1;渗透浓度300 Osmmol/L, pH 7.3~7.4。顺铂(锦州制药一厂,批号:96071)灌注浓度3g/L。
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    3.刺激声选择:中阶记录感受器电位用ER-10C耳机给声,记录CM时用短纯音(上升、下降时间 2 ms,平台20 ms)刺激,放大器滤波带宽0.1~10 kHz,刺激声强级10~90 dB SPL。

    记录-SP亦用上述短纯音刺激,放大器滤波带宽0~100 Hz,刺激声强级10~120 dB SPL。

    记录CAP用短声,放大器滤波带宽0.1~3 kHz,刺激声强级10~90 dB SPL。

    4.耳蜗中阶CM、-SP和CAP的记录:打开听泡充分暴露耳蜗,在体视显微镜下于耳蜗第三回螺旋韧带处开一约0.3~0.6 mm小窗, 调整微电极与耳蜗骨面的角度大约90°,粗调使电极尖端与小窗液面接触,调节微电极放大器(Axonclamp-2A)至直流电位为零,电极阻抗10~20 MΩ。测试阻抗后,微电极在微操纵器控制下,以每步1μm的步距向基底膜方向推进,记录到正向直流电位时表明进入中阶,蜗内电位大于60 mV认为耳蜗功能正常,低于60 mV时认为内、外淋巴液混流,动物舍弃。
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    先行人工外淋巴液灌流,分别记录CM、-SP和 CAP;然后灌流顺铂15只成功,5只舍弃,分别在30 min记录-SP,60 min、120 min时记录CM、-SP和CAP。

    5.形态学标本制备:顺铂灌流2h后取5只动物做耳蜗铺片,蜗管内灌注氯化硝基氮唑蓝配制的琥珀酸脱氢酶作用液染色,37 ℃温箱内孵育60 min,固定,脱钙,解剖显微镜下剥去骨壳,去除螺旋韧带和前庭膜,按耳蜗各段制备,耳蜗铺片,行光镜观察。5只动物颞骨经戊二醛和锇酸双重固定后,分段取出Corti器,梯度酒精脱水,环氧树脂包埋,超薄切片,醋酸铀、柠檬酸铅双染,H-700透射电镜观察。

    结果

    1.CM变化特点:CM幅度随刺激声强级变化的输入-输出(I/O)曲线(图1)。灌流顺铂前CM的I/O呈非线性特点,刺激声80 dB SPL时CM接近饱和,灌流顺铂60 min时,45~60 dB SPL的CM幅度与灌流前相近,但90 dB时CM幅度平均升高3.6 mV(t检验,P<0.01),非线性特点较灌流顺铂前减弱,在灌流顺铂120 min后,CM幅度较灌流前减小,非线性特点也减弱。
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    图1 CM的输入-输出曲线(幅度量法:从波峰至波谷)

    2.-SP(负性总和电位)变化特点:-SP的输入-输出曲线(图2)。灌流顺铂前, 刺激声50~80 dB SPL时SP 幅度缓慢上升,80~100 dB时出现一个平台, 110~120 dB幅度又较快上升。但当灌流顺铂后,随着灌流顺铂时间的延长,从30~60 min上述平台逐渐消失,100~120 dB的电位幅度较灌流前上升幅度大,120 dB时平均增大1.6 mV,统计学处理差异有显著性(t检验,P<0.05)。灌流到120 min时,其所有刺激声强级的-SP幅度均下降。

    图2 SP的输入-输出曲线

    3.CAP的变化特点:CAP幅度变化的输入-输出曲线(图3)。灌流顺铂前,刺激声强20~40 dB时CMA幅度缓慢上升,50、60 dB时变得更为平缓,70~90 dB时幅度上升较快。灌流顺铂1 h后50、60 dB的CMP幅度较灌流前略低,但在70~90 dB其幅度反而较灌流前高,90 dB时平均增大0.23 mV;灌流2 h,60~90 dB的幅度均大大下降。可见,阈移小(10 dB)在较高声强时,其CAP幅度反而增大,在阈移大时(30 dB),CAP幅度则减小。
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    图3 CAP的输入-输出曲线

    4.形态观察结果:用琥珀酸脱氢酶染色的耳蜗铺片可见灌流人工外淋巴液时,内、外毛细胞的琥珀酸脱氢酶活性正常(图4)。灌流顺铂2 h后耳蜗外毛细胞琥珀酸脱氢酶活性下降,甚至消失,内毛细胞琥珀酸脱氢酶活性没有变化(图5)。灌流顺铂2 h后的透射电镜标本可见外毛细胞胞质空化,细胞核常染色质和异染色质消失,核溶解,核下区线粒体变性,数量减少(图6,7);内毛细胞结构正常。两种形态方法观察结果一致。

    讨论

    过去有人观察了顺铂对耳蜗功能的影响[6],我们使用的人工外淋巴液连续灌流耳蜗2 h,其功能和形态学无改变。以此为基础,用浓度为3 g/L的顺铂灌流2 h,取颞骨制做透视电镜及耳蜗铺片。观察发现:外毛细胞线粒体变性,核溶解,出现外毛细胞消失等损伤表现;但内毛细胞基本上无损。可见外淋巴液灌流顺铂2 h,仅破坏外毛细胞。
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    噪声暴露和耳毒性药物都可使听觉功能变差,而且首先是外毛细胞受到损伤。我们[7]以前的工作提示白噪声暴露后,CAP阈移10 dB时,外毛细胞胞内记录的交流感受器电位和中阶记录CM的输入-输出函数曲线的非线性特点减弱,线性特点增强。本实验用顺铂灌流2 h过程中, CM、SP和CAP的I/O曲线不仅出现非线性减弱,而且在灌流约1 h,在高声强下电位变化幅度反而较灌流前增大。梁之安等[8]曾发现在强噪声暴露后,皮层原发反应(primary response)较暴露前反而增大现象,称为听皮层活动的“易化现象”,但他同时强调指出,耳蜗电位、内膝体及小脑诱发电位均不增大,且不能用正常动物麻醉后自发活动减弱和同步化加强来解释此皮层活动的易化现象。显然,也不能用此种机理来解释我们实验中出现的耳蜗活动的异常增长现象。

    近年来细胞内记录技术的发展,对内毛细胞和外毛细胞各自的特点有了更深入的认识,Dallos[1]指出,外毛细胞具有主动的反馈机制(active feedback),通过微机械的作用影响内毛细胞的灵敏度,且这种主动反馈机制仅在低、中等声强级(10~40 dB SPL)时增加其耳蜗反应的灵敏度,而在高声强时被动成分(即内毛细胞)占优势。如果只有主动反馈机制受影响,而被动机制(内毛细胞)存在,则所有的反应在低声强时均降低,而高声强不受影响,此理论可以用来解释耳蜗电位幅度重振[7],但却不能解释本实验中出现的异常增长现象。结果提示,正常情况下可能存在着某种抑制因素,一旦这种抑制因素解除,耳蜗电活动显得更活跃[4]
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    灌流1 h耳蜗电位出现异常增长现象可以仅仅是一个Ca2+调控失衡的过程,如果观察了此时的毛细胞形态学变化和离体细胞的膜电位,可获得更深的认识。当然,也可能存在一种新的传入神经递质的作用,或传出神经递质与传入神经递质之间的相互影响,值得进一步研究。

    图4 灌流人工外淋巴液耳蜗内、外毛琥珀酸脱氢酶分布正常。×200 图5 灌流顺铂后耳蜗外毛细胞琥珀酸脱氢酶活性下降,细胞消失肭毛细胞琥珀酸脱氢酶活性无变化。×200 图6 灌流顺铂后耳蜗外毛细胞胞质空化。 ×6000 图7 灌流顺铂后耳蜗外毛细胞染色质消失,核下区线粒体变性,数量减少。×8000

    本课题为国家自然科学基金资助项目(39470744)

    参考文献
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    1Dallos P.The active cochlea.J Neurosci,1992,12:4575-4585.

    2Dallos P,Harris D.Properties of auditory nerve responses in absence of outer hair cells. J Neurophysiol,1978,41:365-383.

    3Salvi R,Hamernik RP,Henderson D.Response patterns of auditory nerve fibers during temporary threshold shift.Hear Res,1983,10:37-67.

    4李兴启,罗维民,孙建和.脉冲声暴露前后豚鼠耳蜗正、负总和电位的变化. 声学学报, 1993, 18:172-175.
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    5李兴启,孙建和,孙伟.缺氧豚鼠耳蜗总和电位和形态学实验观察.中华耳鼻咽喉科杂志,1994,29:74-78.

    6吴大正,吴佩君. 豚鼠外淋巴灌流顺铂对耳蜗电位的影响. 中华耳鼻咽喉科杂志, 1990, 25: 202-203.

    7孙伟,李兴启,姜泗长.白噪声暴露对豚鼠耳蜗毛细胞感受器电位非线性特性的影响.中华耳鼻咽喉科杂志,1997,32:88-91.

    8梁之安,冯俊明,强毓灏.强噪声作用后豚鼠听皮层诱发电位的增大.声学学报,1982,7:138-145.

    (收稿:1998-01-15 修回:1998-05-22), 百拇医药