基于耳蜗微循环变化的听器爆炸冲击波损伤效应评估及影响机制研究

发布时间：2018-05-27 08:11

本文选题：听觉器官 + 爆炸冲击波损伤　；参考：《第三军医大学》2013年博士论文

【摘要】：在身体各器官中，听器由于其结构和功能，是对冲击波损伤最为敏感的器官[1,2]，在遭受冲击波暴露时极易受到损害，常导致长期的耳聋、耳鸣等后遗症。致伤初期对各种爆炸物的致伤效能的判断、伤情的准确评价和合理的处理措施往往对预后产生显著的影响。然而由于爆炸物种类的不同、爆炸环境的复杂性以及人体各个器官对冲击波的耐受程度的差异使爆炸冲击伤的伤情多样而复杂。听器虽是对冲击波损伤最为敏感的器官，但其伤情往往被其他症状所掩盖，在较为危重的情况下，治疗和处理措施主要集中于生命支持的器官和系统。因此早期如何准确快速地评价听器损伤的伤情，及时地采取合理有效的处理措施成为预防和治疗听器爆震伤的重点和难点[3-5]。在听器冲击波损伤的预防和处理中，早期对伤情的准确评估和处理十分重要。而对于各种爆炸物和爆炸环境的致伤效能和因素的判断可以对伤情评估提供重要参考。以往的评测标准中由于中耳伤情，尤其是鼓膜伤情较为敏感并易于检查，成为评测的重要指标。然而近年来许多学者对鼓膜穿孔在听器损伤评估中的有效性提出了质疑。究其原因在于鼓膜个体差异较大，人员在爆炸现场中的位置、面向以及防护设备及措施等均对鼓膜伤情产生影响。但由于缺乏更好的指标与方法，在爆炸现场的初步伤情评估中，鼓膜损伤依然是重要的评估指标。在此情况下，除了对伤者伤情的评测，对致伤武器的致伤效能评估显得非常重要，然而由于现代武器的发展，以及作战环境的变化，人员防护的进步，武器的致伤效能评估也趋于复杂。在各种损伤的生物效应评测中目前依然主要采用动物实验为主，但动物实验存在与人体结构差别大，个体差异性明显、结果不稳定、检测成本高、操作复杂费时等影响因素。因此如何找到更可靠、有效及简便的替代方法成为目前急需解决的问题。在听觉器官的爆炸冲击波损伤中，目前研究多集中于即时发生的中耳及内耳结构损毁，虽然对于距离爆炸点较近或者受到高强度爆炸物致伤的伤者来说，耳部的解剖结构破坏对于听觉器官的损伤是明显的，但这时往往伴随有全身其他部位、器官和系统的损伤，处理的重心也需要集中到重要的生命支持器官上，而此时听觉器官损伤的恢复程度相对也比较有限，并且对于整个爆炸环境来说受到中轻度冲击波致伤的患者相对更多，对于这些伤者听觉器官的损伤相对更加明显。因此对这些伤者的伤情评估和处理中听觉器官的损伤就显得比较重要。以往的研究中通过对听器爆炸伤的回顾性分析发现对伤者的初步伤情检测结果往往与后期的病情不一致，中耳结构的损伤也与听觉功能的损失不符，对于这些情况的出现许多研究者都提出了自己的假说，但都说明了在听觉器官的爆炸冲击波损伤中除了即时发生的结构破坏外同时也有其他的因素影响其病理过程。对这些影响因素的深入研究对于听觉器官的爆炸冲击波的致伤机理和病理过程的充分了解具有十分重要的意义。近年来在听觉器官的临床病理学研究的发展也促进了噪音性耳聋和听器冲击波损伤的研究，也有不少学者提出许多新的理论，其中代谢因素在内耳损伤中的作用也越来越受到重视，但对于耳蜗局部代谢十分重要的耳蜗循环功能由于受到检测核研究方法的限制，其在例如冲击波致伤条件下的耳蜗急性损伤中的作用依然没有一致看法。在以往的研究中认为耳蜗循环对于耳蜗的局部环境的稳定和生理功能的维持具有十分重要的意义，而耳蜗的微血管系统不仅给耳蜗的局部代谢提供能量，排除代谢废物，而且对于保持内外淋巴液的离子浓度差和局部张力等均具有十分重要的作用。同时由于耳蜗的局部血液循环系统与其他器官系统具有明显差异，无论在微血管的结构和调节特征等均有自身的独特之处。耳蜗局部的微血管缺少平滑肌细胞，也缺乏肾上腺素能神经的支配，因此交感神经系统的调节作用较微弱，同时由于缺乏有效的侧枝循环，代偿能力较差，耳听觉系统生理活动较为活跃，氧耗量较高，因此对于缺血、缺氧的耐受能力较低。这也是耳蜗循环障碍在许多耳蜗病损中成为主要的发病机制的原因之一。而在耳蜗局部的循环调节中，一氧化氮（NO）被认为是关键的调控因子，作为一种重要的血管舒张因子，NO通过NO/cGMP途径可以明显减弱由于ATP激活的细胞内钙离子浓度的升高。在各种刺激条件下，多种细胞均可合成NO以调节耳蜗生理和血液供应。NO对耳蜗血流的调节主要是通过耳蜗侧壁的血管（血管纹血管）进行调节，从局部血管的分布密度来看这种调节是较为快速和有效的。在爆炸冲击波致伤条件下各种细胞代谢活动的增加以及内环境的紊乱对于血液供应也比较高，而这时保持耳蜗局部血流的稳定也尤为重要，耳蜗由于较强的自我调节能力，此时的血流变化也将直接影响到耳蜗的病理变化过程。在听觉器官爆炸冲击波的损伤评估中，由于冲击波能量集中，作用时间短，爆炸环境往往较为复杂，因此伤情判断难以全面。以往的评估标准主要是鼓膜和中耳的结构性破坏，以及对听觉功能的简单检测结果。由于这些标准在实际应用中常常造成对伤情判断的遗漏和偏差，越来越多的研究者对其有效性提出了质疑。然而由于对听觉器官的爆炸冲击波损伤的病理过程和致伤机理研究目前多停留于局部组织的结构性损毁和功能性变化，在局部代谢等方面的了解仍然不够深入。而研究中所采用的动物模型虽然较为成熟，但针对性不强。而在致伤后的处理和治疗方法上多是凭经验，并且往往集中在创伤治疗的常规处理，不仅缺乏针对性，并且治疗效果也不能确定。细胞损伤在机体的生理过程和病理变化往往是重要环节，在听觉器官中，内耳各种细胞的损伤也是各种听觉系统病变的基础，其中感觉上皮细胞和初级神经元细胞由于承担着神经冲动的产生和传输的主要责任，其活性细胞数量和细胞正常功能的保持对于维持正常的听觉功能至关重要。其中内耳毛细胞在基底膜上的分布特点与感知声波的频率特性密切相关，而与之保持神经联系的耳蜗神经元担负着神经冲动传导中转站的作用。因此对于内耳毛细胞的损伤规律和分布特点的了解对于耳蜗病理研究十分重要。而在内耳的病理学研究中，耳蜗循环障碍与氧化损伤、钙稳态失衡等病理过程密切相关。以往研究表明在耳蜗组织结构中的各种细胞对缺血缺氧的耐受能力也有较大的差异，其中最为敏感的是内毛细胞，因此感觉细胞损伤也成为耳蜗循环障碍对其听觉功能的影响的重要机制。在听觉系统的损伤和疾病中细胞凋亡作为细胞损伤的重要机制越来越受到重视，其中感觉细胞和初级神经元细胞也成为研究的重点。以往研究表明在听觉系统的各种损伤和疾病中，虽然发病机制和病理过程各不相同，但均有细胞凋亡参与其中，因此对听觉细胞和神经细胞在病理过程中凋亡发生的机制和调控因素的了解在预防和治疗听觉器官损伤和疾病中的作用也成为了研究者的共识本课题针对目前听器爆震伤评估方法研究中存在的个体差异性大、评测方法复杂、成本较高等情况，采用室温固化型羟基硅胶制成各种力学参数与活体鼓膜较为接近的人工鼓膜，并研制了相应的检测装置，从而使对各种爆炸物和爆炸环境致伤效能的评测更加简便和准确。为检测耳蜗微循环变化及其对听觉功能的影响，本课题采用了小当量爆炸物（160mg黑索金，RDX）作为爆炸源，应用针式激光多普勒血流仪、听觉诱发电位仪等，观察了听器爆震伤后耳蜗微循环及其听觉功能的变化，并同时检测了冲击波峰压值及持续时间等参数。探讨了冲击波能量与耳蜗微循环变化和听觉功能损伤之间的关系。为对比不同致伤因素对耳蜗循环及功能的影响，本课题同时检测了强噪音条件下耳蜗循环和听觉功能的变化。为进一步探讨耳蜗微循环变化的调控机制与影响因素，本实验建立了耳蜗微循环的调控动物模型，采用小剂量NOS抑制剂：L-NAME耳蜗圆窗注射后观察微循环在爆震伤后变化趋势的改变，并以人工外淋巴液作为对照。同时观察了NOS在耳蜗中的分布及变化，并采用TUNEL法观察了不同情况下耳蜗毛细胞的凋亡情况，探讨耳蜗微循环变化在听觉功能损伤中的意义。实验结果表明在该冲击波强度范围内中耳及内耳的解剖结构均有轻度至中度的损伤，即使在最远的距离动物听觉功能也有较为明显的损害。在全省循环没有明显影响的情况下耳蜗局部血流呈现先增加后恢复的相对短暂变化，该变化与冲击波强度密切相关，引起耳蜗血流变化的阈值约35kPa，低于该强度的冲击波对耳蜗的血流没有明显影响。在局部应用相同剂量NOS抑制剂15min后暴露于中低能量爆炸冲击波（前面实验证明该范围的冲击波可引起耳蜗血流的增加）后，耳蜗血流的增加趋势受到抑制并较应用前的正常灌流水平减少，说明通过局部应用NOS抑制剂对耳蜗的局部血流血流具有明显的抑制效果，同时也可有效抑制冲击波引起的耳蜗血流增加，与此抑制相对应的是听觉损伤的明显加重，虽然在正常未致伤条件下局部小剂量NOS抑制剂的注射及产生的循环抑制对听觉功能没有明显影响，然而在冲击波致伤条件下L-NAME组的听觉损失却与人工外淋巴组相比更为明显，表明了耳蜗血流在致伤后的增加对听觉功能的保护作用，同时也提示除了中耳及内耳的结构性损伤，耳蜗循环变化在听器冲击波损伤病理过程中的作用。而免疫组织化学检测结果显示NOS在耳蜗局部的广泛表达，并在微血管系统和耳蜗神经节局部有相对集中的表达。实验中发现了与耳蜗血流变化相对应的NOS在冲击波致伤后耳蜗表达的增强，以耳蜗底回和顶回最为明显，这也与耳蜗血管分布结果相一致，同时图像分析结果表明爆炸冲击波致伤后耳蜗局部的NOS表达与CBF变化相一致。以上结果均提示了NO在耳蜗冲击波致伤后血流变化中的调控作用。耳蜗细胞凋亡检测结果表明了冲击波致伤内外毛细胞、支持细胞、血管纹缘细胞和耳蜗神经元均有不同程度的凋亡，以外毛细胞较为明显。在凋亡细胞的分布上，约靠近圆窗细胞的凋亡发生率越高，这也说明了在耳蜗冲击波损伤中，，细胞的凋亡对听觉的影响更多的集中于高频听力水平。而NOS的局部应用更加重了耳蜗细胞的凋亡，在凋亡细胞的分布上，耳蜗底回和顶回增加明显，此结果与免疫组织化学显示的NOS分布情况相一致。该结果也进一步证实了耳蜗循环功能在听器冲击波致伤后的病理发展和损伤进程中的作用。本实验的结果表明在听觉器官的冲击波致伤效能致伤后的伤情评估中，除了中耳及内耳的结构性损伤外还应该结合循环功能的因素。由此也可以认为耳蜗局部循环的障碍将会加重爆炸冲击波对听器的损害，而由于耳蜗微血管解剖分布的特点，耳蜗循环调节功能的障碍更多的体现于耳蜗两端，及底回和顶回，对应于高频听力和低频听力，因此由循环障碍导致的听觉功能损伤也较多地表现为以上两部分听力，这也造成了这种损伤在平时难以发现。这也解释了在听器爆炸冲击波损伤中部分伤者的听觉损伤在很多年之后才被发现。而本实验中L-NAME组的毛细胞凋亡分布情况也与梅尼埃病、老年性聋等以循环障碍为主要发病原因的听觉损伤特点相一致，均表现为听阈的低频高频损失较多的M型听力曲线。该结果也提示我们在爆炸伤患者的伤情检测和评价中，除常规检查外还应特别注意伤者的循环功能，同时对于听力学检查，除常规的语言频率检查外，对于高频和低频听力也应该一并检查，以免对于由于循环造成的听器损害造成遗漏。而本实验中建立的耳蜗局部循环调控动物模型也为将来的耳蜗循环生理和病理研究提供有效的模版。本实验的结果也为冲击波损伤的评测方法和标准提供了新的参考，同时也为听器爆震伤的预防和治疗方法以及药物的选择提供新的思路。本课题研究的主要结果和结论如下： 1.体外人工鼓膜检测装置各项物理参数和对冲击波的传导与耐受能力与人体鼓膜较为接近，具有较高的实用意义。 2.爆炸冲击波致伤后耳蜗局部血流呈现先增加后恢复的相对短期的变化过程，该血流变化与冲击波强度具有明显的量效关系，引起耳蜗血流变化的冲击波强度阈值约35kPa。 3.爆炸冲击波致伤后的耳蜗血流增加对听觉功能具有一定的保护作用，NOS抑制剂在耳蜗的局部应用对耳蜗血流在冲击波致伤致伤后的变化有明显的抑制作用，该抑制将会加重听觉功能在爆炸冲击波作用后的损伤。 4. NOS在爆炸冲击波致伤后的耳蜗表达明显增强，与耳蜗血流变化相一致，结合NOS抑制剂的作用说明NO血流变化中具有重要的调控作用。本实验不仅为耳蜗循环病理研究提供了新的动物模型也为听觉器官临床防治的药物选择提供了新的思路。 5.冲击波致伤后耳蜗细胞凋亡率明显增加，并与冲击波强度变化具有显著相关性。对耳蜗血流的抑制将会加重耳蜗感觉细胞和神经元的凋亡，其分布与NOS分布相一致，说明耳蜗血流变化对耳蜗细胞损伤的影响。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：第三军医大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R764

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