聽覺生理學(xué)研究的進(jìn)展

聽覺生理學(xué)研究的進(jìn)展

耳蝸對聲的感受及其調(diào)控的生物機(jī)制在感知外部聲音刺激的過程中，聽覺生理化研究中產(chǎn)生的復(fù)雜神經(jīng)生態(tài)學(xué)和心理學(xué)過程。在生理情況下,耳蝸是連接有聲世界和中樞認(rèn)知的一道門戶,它把聲信號的物理刺激,轉(zhuǎn)變成聽神經(jīng)上的電信號。當(dāng)遇到噪聲、藥物等對聽覺有害的情況時,耳蝸又是首先受損的器官并導(dǎo)致耳聾。因此,系統(tǒng)研究耳蝸生理學(xué),探討耳蝸對聲的感受及其調(diào)控的神經(jīng)生物機(jī)制,是對耳聾進(jìn)行研究必須首先考慮的重要課題。解放軍耳鼻咽喉研究所聽覺生理實(shí)驗(yàn)室在連續(xù)的幾項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目的資助下,對耳蝸響度重振現(xiàn)象的發(fā)生機(jī)制、耳蝸傳入和傳出通路的調(diào)節(jié)、耳蝸支持細(xì)胞的生物學(xué)特性等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,本文總結(jié)了我所35年來在聽覺生理學(xué)研究方面的進(jìn)展、臨床應(yīng)用以及對未來的展望。1pohential類型耳蝸電位包括耳蝸微音器電位(CochlearMicro?phonics,CM)、總和電位(SummatingPotential,SP)、聽神經(jīng)復(fù)合動作電位(CompoundActionPotential,CAP)、耳蝸內(nèi)電位(EndocochlearPotential,EP)等。這些電位輸入/輸出(I/O)曲線都有非線性特征,能夠反映血管紋、Corti氏器、內(nèi)外毛細(xì)胞及聽神經(jīng)的功能,是耳蝸生理和病理狀態(tài)的觀察指標(biāo)。1.1外毛細(xì)胞的胞內(nèi)電位記錄Russell和Sellick于1978年在體記錄了豚鼠耳蝸底回內(nèi)毛細(xì)胞的交流和直流電位,發(fā)現(xiàn)其交流成分的頻率與刺激聲完全一致,與從耳蝸或外耳道內(nèi)記錄的耳蝸微音電位的波形非常吻合,提示內(nèi)毛細(xì)胞產(chǎn)生的交流電位是耳蝸微音電位的來源之一。此后,PeterDallos在1985年在體記錄了外毛細(xì)胞胞內(nèi)電位,結(jié)果與內(nèi)毛細(xì)胞的交流電位非常類似,都表現(xiàn)出非線性特性。我們實(shí)驗(yàn)室的孫偉也進(jìn)行了外毛細(xì)胞的胞內(nèi)電位記錄,同樣發(fā)現(xiàn)其交流電位的形狀與中階記錄的CM完全一樣,具有CM典型的非線性特征。CM的本質(zhì)是一種起源于毛細(xì)胞換能過程中的感受器電位,是在靜息膜電位基礎(chǔ)上因聲波振動引起的一種電位波動,是毛細(xì)胞感受器電位中的交流成分在生物電場中的綜合反映。CM可嚴(yán)格復(fù)制刺激聲的聲學(xué)波形,無潛伏期。如今認(rèn)為,CM主要來源于外毛細(xì)胞,占80-85%,其次來源于內(nèi)毛細(xì)胞,占15-20%。此后,孫偉首先在國內(nèi)建立一套記錄系統(tǒng),利用微電極技術(shù)記錄豚鼠耳蝸直流電位的同時,可記錄不同頻率和強(qiáng)度下的微音器電位(CM)、總和電位(SP)、和復(fù)合動作電位(CAP),可以即刻觀察到EM改變時,CM、SP和CAP是如何隨之改變的。當(dāng)給動物進(jìn)行一段時間的噪聲暴露后,外毛細(xì)胞交流感受器電位敏感性下降,且非線性特征消失,線性特征增強(qiáng),似出現(xiàn)反應(yīng)幅度重振。用順鉑選擇性的破壞豚鼠外毛細(xì)胞,CM的I/O曲線非線性減弱。而行全耳蝸灌流谷氨酸破壞內(nèi)毛細(xì)胞,則CAP幅度下降,閾值提高,但CM的輸入和輸出函數(shù)曲線仍然具非線性特點(diǎn)。1.2sp的+sp有致突變體的特性同樣是在Russell和Sellick于1978年的研究中,可以從豚鼠耳蝸內(nèi)毛細(xì)胞記錄到一直流電位,類似于體外記錄的總和電位,提示內(nèi)毛細(xì)胞是總和電位的來源之一。SP也是一種感受器電位,一般認(rèn)為無論是+SP還是-SP都與毛細(xì)胞或基底膜有關(guān),反映耳蝸毛細(xì)胞的功能。SP無不應(yīng)期,無疲勞現(xiàn)象和潛伏期且沒有真正的閾值,一般在聲強(qiáng)度較高時,才能誘發(fā)出來,刺激聲越大,SP幅度越大,但仍有非線性特點(diǎn)。各頻率的短純音均能誘發(fā)出SP,提示SP具有較好的頻率選擇性,為了能反映耳蝸各圈的毛細(xì)胞功能,可用頻率特異性較好的短純音來誘發(fā)SP。不少病理生理實(shí)驗(yàn)證明,+SP主要來源于OHC,-SP主要來源于IHC。我們認(rèn)為,在中階記錄的SP=(+SP)+(-SP),即+SP和-SP之代數(shù)和。這樣,可以解釋臨床上某些突發(fā)性耳聾病人治療前出現(xiàn)優(yōu)勢-SP,經(jīng)治療后隨聽力的恢復(fù)-SP消失或減小的可逆變化。而且我們的實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)噪聲暴露后出現(xiàn)OHC損傷時,+SP消失或減小,而-SP負(fù)值更大,隨恢復(fù)時間的延長,當(dāng)+SP恢復(fù)后,-SP又消失了。給豚鼠170dBSPL脈沖噪聲暴露后發(fā)現(xiàn),外毛細(xì)胞損傷嚴(yán)重,而內(nèi)毛細(xì)胞損傷比較輕微或無損傷,當(dāng)CAP閾移≥30dB時,才出現(xiàn)優(yōu)勢-SP,提示+SP來源于外毛細(xì)胞。另一證據(jù)來源于Konishi的實(shí)驗(yàn),他們用鏈霉素?fù)p傷外毛細(xì)胞后,+SP消失。急性缺氧狀態(tài)下,+SP消失,-SP呈優(yōu)勢,再給氧時-SP消失,+SP出現(xiàn)。但也有研究認(rèn)為IHC和OHC對-SP有相同的貢獻(xiàn),如鳥類的內(nèi)耳中的毛細(xì)胞無內(nèi)、外毛細(xì)胞之分,仍可記錄出+SP和-SP。1.3聲刺激強(qiáng)度與cap污染程度的關(guān)系CAP實(shí)際上是數(shù)以千計的單個聽神經(jīng)纖維動作電位(actionpotential,AP)之總和,對短聲引出的來自基底膜全長的神經(jīng)活動電位也被稱為“全神經(jīng)動作電位”(whole-nerveAP,WNAP),而用具有頻率特性的刺激引出的稱為復(fù)合動作電位(compoundAP)。CAP的幅度與刺激強(qiáng)度成特定的非線性關(guān)系。根據(jù)CAP為同步化反應(yīng)或瞬態(tài)反應(yīng)之特點(diǎn),當(dāng)短聲的刺激聲強(qiáng)較大時,其強(qiáng)度可在短時間內(nèi)其達(dá)到最大值,可使不同閾值、不同潛伏期的纖維在短時間內(nèi)達(dá)到興奮狀態(tài)而發(fā)放沖動。此時CAP的潛伏期短,幅度大,反之亦然。CAP符合全或無定律,有真正的閾值,反應(yīng)了耳蝸IHC及其突觸和突觸后(螺旋神經(jīng)節(jié))三個環(huán)節(jié)的功能,如其中一個環(huán)節(jié)或兩個以上環(huán)節(jié)有障礙,均會使聽力下降,CAP閾值提高。CAP的潛伏期隨刺激強(qiáng)度增加而縮短,二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在反應(yīng)閾處潛伏期約4ms,至90dBSL時潛伏期縮短到約1.5ms,反映了強(qiáng)度編碼功能。CAP的振幅則隨聲刺激強(qiáng)度增加而增加,但在聲強(qiáng)增加到40-50dBSL時振幅達(dá)到一穩(wěn)定平臺,而繼續(xù)增加至60dBSL時,振幅又突然急劇加大。振幅—強(qiáng)度函數(shù)曲線可分為“H”(高)、“平臺”和“L”(低)段。在高強(qiáng)度時CAP以N1為主;在低強(qiáng)度(40dBHL)時則以N2為主,在閾值強(qiáng)度(20dBHL)時以N3為主。因?yàn)閮?nèi)毛細(xì)胞主要由放射纖維支配,位于基底膜的邊緣,距離基底膜的最大振動處遠(yuǎn),弱刺激不足以興奮內(nèi)毛細(xì)胞,強(qiáng)刺激才能激活內(nèi)毛細(xì)胞。也就是說高強(qiáng)度時主要是由內(nèi)毛細(xì)胞及與之相連的神經(jīng)纖維發(fā)出的N1,即“H”段反映了這一群神經(jīng)單元的活動。N2則為外毛細(xì)胞及與之相連的神經(jīng)纖維產(chǎn)生的沖動,是“L”段的基礎(chǔ)。由于神經(jīng)沖動沿螺旋纖維的非髓鞘樹突傳遞比沿放射纖維傳遞的時間長,所以N2的潛伏期比N1的長。臨床上觀察到,梅尼埃病的CAP輸入/輸出函數(shù)曲線只?！癏”段。2響度振幅ablb和短增量敏感度指數(shù)sisi聽閾在60dBHL左右時,常出現(xiàn)響度重振現(xiàn)象,即低聲聽不到,高聲時感覺和正常一樣,甚至有不適感。響度重振可作為梅尼埃病、藥物性耳聾和噪聲性耳聾等耳蝸病變的一個診斷依據(jù)。經(jīng)典的雙耳響度平衡試驗(yàn)(ABLB)和短增量敏感度指數(shù)(SISI)是檢查響度重振的主觀檢查方法,其結(jié)果有時會受到被檢測者主觀因素的影響。我們通過一些聽覺誘發(fā)電位的檢測方法對響度重振現(xiàn)象的神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。2.1關(guān)于ap-sp的來源-SP/AP復(fù)合波:在臨床上常用-SP/AP>0.4為重振現(xiàn)象的佐證,作為梅尼埃病判斷的依據(jù)之一,其原因在于迷路積水使基底膜振動不對稱所致。然而對非迷路積水出現(xiàn)的重振現(xiàn)象無法解釋,如:噪聲性聾、老年性聾及突發(fā)性耳聾出現(xiàn)的響度重振。通常臨床上用短聲來誘發(fā)-SP-AP的復(fù)合波觀察-SP/AP的比值。但聽力下降時,會受到AP幅度下降的影響。我們采用短純音(toneburst)觀察誘發(fā)的動作電位-和電位(AP-SP)復(fù)合波及其與給聲強(qiáng)度的關(guān)系,并與濾波短聲(filteredclick)誘發(fā)的動作電位(CAP)做比較,結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是正常聽力,中耳炎還是內(nèi)耳病變,AP-SP如同CAP一樣,均可獲得反應(yīng)曲線,且AP-SP對內(nèi)耳病變更為敏感,說明AP-SP復(fù)合波的頻率選擇性比CAP好。在此基礎(chǔ)上,我們重點(diǎn)研究了+SP和-SP的來源(在上面已經(jīng)詳述了我們系統(tǒng)的研究工作)。我們認(rèn)為,+SP來源于OHC,-SP來源于IHC。當(dāng)OHC和IHC均正常時,SP和CM的I/O均有非線性特征,SP-AP復(fù)合波呈現(xiàn)低幅度的-SP。當(dāng)OHC部分損失后,OHC對IHC的驅(qū)動(增益)部分解脫,出現(xiàn)I/O的線性特征,與原正常的非線性飽和區(qū)相交,-SP增大時,即出現(xiàn)重振;當(dāng)OHC完全損失時,此時的I/O曲線超過上述的飽和區(qū),此為超重振。如果IHC已受損,即聽閾超過臨床水平60dbHL時,則無所謂重振了。當(dāng)然,響度重振畢竟是人們的主觀感覺。除了周邊的如上述所及耳蝸毛細(xì)胞產(chǎn)生的生物學(xué)機(jī)制外,可能中樞聽皮層也有類似現(xiàn)象發(fā)生。CAP的I/O,因?yàn)镃AP的振幅隨聲刺激強(qiáng)度增加而增加。CAP的I/O曲線“H”段反映了內(nèi)毛細(xì)胞及與之相連的神經(jīng)纖維的活動。“L”段為外毛細(xì)胞及與之相連的神經(jīng)纖維產(chǎn)生的沖動形成的。臨床中鏈霉素、卡那霉素中毒使外毛細(xì)胞損害時,“L”段消失而“H”段不受影響。梅尼埃病的CAP輸入/輸出函數(shù)曲線也只?！癏”段。此時只剩IHC正常,其I/O呈線性特點(diǎn)。其中從“L”到“H”段有一平臺(40-60dBHL)為從OHC過度到IHC,前者負(fù)責(zé)主動放大,后者為被動放大,對高聲強(qiáng)反映。胞內(nèi)電位記錄實(shí)驗(yàn)證明,內(nèi)毛細(xì)胞比外細(xì)胞敏感,但它必須依賴于外毛細(xì)胞的完整,表現(xiàn)出主動機(jī)制的非線性特點(diǎn),提示在正常情況下,OHC對IHC有驅(qū)動作用。當(dāng)OHC損傷時IHC靈敏度下降,CAP閾值升高,且耳蝸功能表現(xiàn)出被動的線性特征。即高聲強(qiáng)對CAP的幅度與正常時相近,故產(chǎn)生電位幅度重振。2.2反映響尾蛇尾性能的臨床應(yīng)用3循環(huán)應(yīng)用研究因研究響度重振現(xiàn)象的機(jī)理對各種耳蝸電位的來源和特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究,由此對其深入的認(rèn)識,使我們對ECochG的應(yīng)用得以擴(kuò)展。3.1新生兒聽神經(jīng)病變誠然,畸變產(chǎn)物耳聲發(fā)射(DPOAE)可以特異性反應(yīng)耳蝸毛細(xì)胞的功能,且具有頻率特異性,比CM更敏感,但是DPOAE易受中耳病變的影響而出現(xiàn)假陽性,而CM卻可克服此缺陷。嬰幼兒聽神經(jīng)病患者,可行疏密波短聲各自引導(dǎo)ABR相減后,可顯示出與短聲波形一致的CM,通過CM的I/0曲線,如CM的幅度略有下降,但仍呈非線性,提示IHC損傷,可能突觸后良好;如果呈線性,提示IHC完好,而OHC損傷,則提示聽神經(jīng)病病變位于突觸或突觸后。此規(guī)律與過去做的動物模型基礎(chǔ)研究結(jié)果相符。3.2聽神經(jīng)病理組織中-sp的均值既往,耳蝸病變引起的響度重振現(xiàn)象,多用-SP/AP>0.4作為判斷指標(biāo),但此指標(biāo)受AP幅度的影響。我們曾用SP-AP復(fù)合波相對波寬(即時域變化)和-SP的積分面積作為指標(biāo)判斷響度重振現(xiàn)象,后二者更能客觀反應(yīng)耳蝸病變。然而DavisH曾提出SP是耳蝸內(nèi)許多非線性成分的總和,所以我們就-SP的絕對值在聽神經(jīng)病患者的變化進(jìn)行觀察,果然,與正常對照組相比,聽神經(jīng)病患者的-SP絕對值高于正常對照組,也大于一般的感音神經(jīng)性耳聾(p<0.05)。也許這是聽神經(jīng)病患者耳蝸傳入纖維非同步化的表現(xiàn)。3.2臨床指標(biāo)的診斷既往認(rèn)為,CM沒有真正的閾值,但是最新的臨床觀察證明CM可反映真實(shí)的純音聽閾。CM閾值與純音聽閾相比,81%的患者二者相差10dBSPL以內(nèi),即使是在250Hz時,10dBSPL以內(nèi)差異的患者也占91.67%,只有少數(shù)患者二者相差大于20dBSPL?？梢?較之其他客觀反應(yīng)(如t-ABR,ASSR),CM的反應(yīng)閾與純音聽閾相關(guān)性更好。只是在今后應(yīng)用中,放置記錄電極必須規(guī)范化。2.2.1EcochG與突發(fā)性耳聾預(yù)后的關(guān)系:突發(fā)性聾往往出現(xiàn)CAP高反應(yīng),或出現(xiàn)優(yōu)勢-SP,可用優(yōu)勢-SP做為指標(biāo)來了解突聾的預(yù)后,治療前出現(xiàn)優(yōu)勢-SP的病例,預(yù)后較好且-SP/AP小于治療前。耳蝸非線性特性的喪失可以使得基底膜調(diào)諧曲線變寬,導(dǎo)致了響度重振、頻率選擇性變差、聽力減退等表現(xiàn)。2.2.2SP-AP復(fù)合波相對波寬對梅尼埃病的診斷:由于-SP/AP比值受聽力下降A(chǔ)P幅度隨之下降的