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编号:10271316
一氧化氮合酶阻断剂对豚鼠耳蜗基底膜振动速度的影响
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第1期
     作者:郭梦和 黄以乐

    单位:郭梦和 黄以乐 第一军医大学珠江医院耳鼻咽喉科(广州 510282)

    关键词:基底膜;振动;电刺激;一氧化氮

    中国病理生理杂志990123 摘要 目的:观察N-甲基-左旋精氨酸(L-NNA)对基底膜振动速度(velocity of basilar membrane vibration, BMV)的影响,了解一氧化氮(NO)对耳蜗外毛细胞(cochlear outer hair cells, COHCs)的作用。方法:杂色豚鼠25只,麻醉、手术准备后用1.6 mmol/L的L-NNA 8 μL行耳蜗底圈鼓阶内灌注,测试BMV、听神经复合动作电位(cAP)、蜗内电位(EP),记录用直流电脉冲诱发的BMV。结果:蜗内灌注L-NNA后,BMV大约提高了3倍,耳蜗微音器电位振幅略有下降,而EP无明显变化。这一现象只出现在耳蜗灵敏度仅有轻微下降情况下,正常听敏度耳蜗或耳蜗功能严重损伤时BMV无提高作用。结论:NO可能促使耳蜗的声损伤加重,L-NNA可阻断NO的合成,从而起到保护耳蜗的作用。
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    Effect of nitric oxide synthase blockade on basilar

    membrane velocity in guinea pigs cochlea

    GUO Meng-He, HUANG Yi-Le

    Department of Otolaryngology, Zhujiang Hospital, The first Military Medical University, Guangzhou (510282)

    Abstract AIM:The effects of NO synthase (NOS) blockade on the cochlear outer hair cells were observed. N-nitro-L-arginine (L-NNA) was used and the vibration velocity of basilar membrane (BMV) was observed. METHODS: Pigmented guinea pigs were anesthetized and surgically prepared to permit infusion of L-NNA into the scala tympani of basal turn of cochlea. The basilar membrane ( BM) vibration and compound action potential (cAP), endocochlear potential (EP) and cochlear microphonic (CM) were monitored. 8 μL of 1.6 mmol/L L-NNA was infused into the perilymph of scala tympani. BM velocity responses elicited with direct current (DC) pulses were recorded. RESULTS: BMV was increased by approximately 3 folds following infusion of L-NNA. CM decreased by a small amount and there was no significant change in EP. This phenomenon occured only in cochlear sensitivity has been lost less than 40 dB. NO improvement in BM velocity if the cochlear sensitivity was normal or was severely damaged.CONCLUSIONS: The results imply that NO could promote the injury of cochlea when noise is exposed. L-NNA may act as a guardian when facts of trauma act on cochlea.
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    MeSH Basilar membrane; Vibration; Electric stimulation; Nitric oxide

    一氧化氮(nitric oxide, NO)对耳蜗的自身的稳定作用以及它对Corti器的作用至今尚不清楚。Ohlsen等[1]首先发现硝普钠引起耳蜗听敏度的损失。Chen,等[2]发现NO能直接作用于COHCs水平,影响离体毛细胞的电能动性,但对在体COHCs电能动性的作用难以检测。为了评价NO对在体COHCs的直接作用,我们用电刺激诱发基底膜(BM)振动,观察蜗内灌注L-NNA后对耳蜗的影响。

    材料和方法

    1.实验动物:杂色豚鼠30只,雌雄不拘。体重250~450 g,分成3组。L-NNA组15只,用于观察L-NNA对耳蜗的作用。5只空白对照组,仅用林格液作蜗内灌注。5只为内淋巴电位(endolymph potential, EP)组,专用于观察L-NNA对蜗内电位的影响,另5只为耳聋组。动物麻醉初次剂量用苯巴比妥钠15 mg/kg腹腔内注射,氯胺酮40 mg/kg肌注。以后每隔1h补充氯胺酮1个剂量,每4h或根据需要补充苯巴比妥半个剂量。豚鼠固定于头架上,心电检测、肛温保持在37.5~38℃。气管切开并插管,保持自主呼吸。腹侧进路,充分打开听泡,暴露耳蜗和圆窗龛。银-氯化银球电极置于圆窗龛作为记录听神经复合动作电位(compound active potential, cAP)、耳蜗微音器电位(cochlear microphone, CM)的记录电极。银-氯化银丝电极插入右颈部软组织内作为参考电极。切断镫骨肌键和鼓膜张肌。记录2kHz~32 kHz( 2 kHz步进)的cAP阈值,正常动物应佳于30 dB SPL。
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    2.耳蜗开窗:在耳蜗底圈鼓阶外侧壁距圆窗龛约2.5 mm处,削薄骨壁,开一个直径约0.4 mm的小

    窗(BMV测试窗)。紧靠该窗,在鼓阶侧开另一个直径约0.1 mm的小孔。将3 T铂-铱电极经此孔插入鼓阶内。在该小孔对应的前庭阶骨壁,也开一个更小的孔,将1 T铂-铱电极置入前庭阶。这一对电极作为电刺激电极。再次复查cAP阈值,L-NNA组动物的cAP阈值应佳于40 dB。

    3.刺激电流信号:由微机控制产生的直流方波,持续时间为1.5 ms,间隔48.5 ms,延迟1.0 ms,输入到光隔离恒流电刺激器的TTL端,由电刺激器输出100~500 μΑ的直流脉冲到上述跨在蜗管两侧的刺激电极。

    4.基底膜振动测试:将动物头下垂,使基底膜保持在大致水平位置,将直径约为20 μm的镀金玻璃微珠沉到基底膜上作为激光反射物。激光经光学显微镜耦合后,聚焦在选定的玻璃微珠上。用激光多普勒测速仪(OFV-1101,美国Polytec公司)分析BM振动信号,其速度信号经12位AD采样(采样速率120 kHz)、叠加平均,并用谱分析仪(SR-760,美国Stanford公司)分析频谱。1.6 mmol/L的L-NNA用林格液稀释,pH保持在7.4,渗透压大约为300 mOsm。用微量注射器抽取8 μL,用微量注射泵经拉细的聚乙烯管用4 min以上时间缓慢注入鼓阶。在注入L-NNA前以及注射后不同时间,测定BMV、记录cAP\,CM和EP。为使EP值可靠,在注入L-NNA前,测定EP值1 h,使其保持平稳,注射L-NNA后连续测定EP值2 h。
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    结 果

    1.基底膜振动速度提高与听力的关系:L-NNA作为NOS的阻断剂,能明显地影响电刺激诱发的基底膜振动速度。图1示300 μA直流脉冲注入到前庭阶(正极)和鼓阶的BMV约为300 μm/s(峰-峰值),而在注入电流前仅为100 μm/s,本图是试验中较为典型的例子。在L-NNA组15只豚鼠中有10只豚鼠在灌注L-NNA后有BMV的提高。当用低强度电流刺激(100 μA)时,BMV提高率为灌注前的1.3~6.0倍。L-NNA组中5只豚鼠在灌注L-NNA前听敏度完全正常,灌注L-NNA后未见BMV的提高现象。另5只豚鼠听力损失严重,亦未见BMV的提高。

    Fig 1 The vibration velocity of basilar membrane

    before infusion of L-NNA (Fig 1A) and 65 min
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    after infusion of L-NNA 1.6 mmol/L(Fig 1B)

    图1 基底膜振动速度波形

    2.基底膜振动速度提高与刺激电流强度的关系:BMV的提高程度与电流刺激强度有关。图2示8只豚鼠在灌注L-NNA前、后不同电流强度与BMV的关系。当电流强度最小时(100 μA)BMV提高最多。图3示蜗内灌注L-NNA 140 min内,3种不同电流强度的BMV提高的相对值,同样,在100 μΑ时BMV速度提高倍数最高。我们观察到,当蜗内灌注L-NNA后1 h BMV提高程度最大。由于蜗内灌注L-NNA后引起明显的BMV提高,相应要影响到cAP的阈值,所以有必要观察是否同时伴有听神经活动的增强。图4示其中1只豚鼠的cAP阈值在18 kHz处改善了9 dB( 18 kHz为玻璃微珠所在处的最佳频率点)。该动物cAP阈值在灌注前略有损失,灌注后阈值基本上恢复到正常水平。
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    Fig 2 The basilar membrane velocity before and after

    infusion L-NNA vs current level (±s, n=10)

    图2 蜗内灌注L-NNA前、后不同

    电流强度刺激的基底膜振动速度

    Fig 3 Normalization of enhancement of BMV

    vs current level in different time
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    图3 不同电流强度下及不同时间的

    基底膜振动速度归一化增生率

    Fig 4 The thresholds of cAP in 20 guinea pigs and threshold

    of an animal before & after infusion of L-NNA

    The solid line is the mean value of threshouds in normal guinea pigs. The dotted line is a standard deviation. The solid circle is the threshold of guinea pig before infussion of L-NNA. The open circle is the threshold 40 min after infussion of L-NNA
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    图4 20只豚鼠cAP阈值及一只豚鼠

    蜗内灌注L-NNA前后的cAP阈值

    3.蜗内灌注L-NNA后对CM、EP的影响:灌注L-NNA后,在BMV提高的同时伴有CM振幅的轻微下降。图5示10只豚鼠在蜗内灌注L-NNA后不同时间的CM等电位函数均值。灌注后1 h,在18 kHz处要保持CM 1 μV等电位,需增加6~8 dB声压级。灌注后2 h,CM基本恢复到灌注前水平。我们也测量了L-NNA对EP的影响。为了获得可靠数据,我们在蜗内灌注L-NNA之前连续观察1 h EP值,以能保持EP值在恒定水平为合格动物。图6示5只豚鼠蜗内灌注L-NNA后EP的平均值。从上述数据可以看出,L-NNA对EP无明显影响。

    Fig 5 CM 1 μV isopotential curve in 10 guinea pigs before
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    and after infusion L-NNA (±s, n=10)

    图5 10只豚鼠蜗内灌注L-NNA前、后CM等电位曲线

    Fig 6 The EP in 5 guinea pigs before and after infusion L-NNA

    图6 5只豚鼠灌注L-NNA前、后的蜗内电位

    讨 论

    在哺乳类动物中,NO是一个单分子生物活性物质,它参与调节许多生理反应。Bredt等[3]与Garthwaite[4]认为,它与谷氨酸盐耦联,可作为神经递质或调质。当从损伤的神经组织释放出过多的谷氨酸盐时,可增强兴奋毒性作用[5]。NO是一个强烈的血管平滑肌扩张剂,Brechtelsbauer等[6]发现,当NOS的另一种阻断剂L-NAME在蜗内局部应用后,耳蜗血流下降了10%~40%。但目前关于NOS阻断剂对耳蜗的作用仍不清楚。硝普钠可能是耳蜗血管的最强烈的扩张剂。Chen等[2]发现硝普钠可影响COHCs传入神经灵敏度和EP。可以推测,NO对耳蜗灵敏度的作用可能由于内源性NO产物对听敏度的调节。
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    本试验中,5只豚鼠听敏度一直保持正常水平,蜗内灌注L-NNA后未见BMV的提高。10只动物听敏度有轻微下降,灌注L-NNA后,BMV提高了1.5~6.0倍,CM电位下降以及伴有cAP振幅恢复。以上结果的解释比较困难。从现象推测,CM主要来源于COHCs,CM下降是由于COHCs有损伤(动物手术准备所致)。噪声刺激和耳蜗的轻度损伤可导致传出神经系统的激活,使其功能亢进,也可引起CM下降。当蜗内灌注L-NNA后,NO引起的神经兴奋毒性作用以及它对传出神经作用可被部分地阻断。根据以往的研究表明,传出神经兴奋可抑制CM和BMV。当它被阻断后,这种抑制作用可被消除,使cAP和BMV得以部分恢复。重度耳聋豚鼠的内、外毛细胞及传入神经已严重损伤,所以L-NNA不可能发挥“恢复”听敏度的作用。

    耳蜗传入神经系统的任何改变可影响EP,所以有必要测定EP。图6示本研究中5只豚鼠EP值的全过程。在这一过程中,EP值仅有轻微下降。我们认为,即使在不作任何处理的情况下,当微电极穿过血管纹,进入中阶,要保持EP值恒定不变是困难的。我们认为,这种变化在正常允许范围。
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    *本文动物实验部分在美国密执安大学Kresge听力研究所完成

    参考文献

    1 Ohlsen A, Hultcrantz E, Engstrom B. The effect of topical application of vasodilating agents on cochlear electrophysiology. Acta Otolaryngol (Stockh) 1993, 113:55.

    2 Chen C, Nenov A, Skellett R, et al. Nitroprusside suppresses cochlear potentials and outer hair cell responses. Hear Res, 1995, 87:1.

    3 Bredt DS, Hwang PM, Snyder SH. Localization of nitric oxide synthase indicating a neural role for nitric oxide. Nature, 1990, 347:768.
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    4 Garthwaite J. Glutamate, nitric oxide and cell-cell signaling in the nervous system. Trends Neurosci, 1991, 14:60.

    5 Zhang J, Dawson VL, Dawson TM, et al. Nitric oxide activation of poly (ADP-Ribose) synthetase in neurotoxicity. Science, 1994, 263:687.

    6 Brechtelsbauer PB, Nuttall AL, Miller JM. Basal nitric oxide production in regulation of cochlear blood flow. Hear Res, 1994, 77:38.

    收稿日期:1998年5月18日

    修稿日期:1998年8月28日, 百拇医药