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噪声性耳聋动物模型

【造模机制】噪声性耳聋(noise-induced hearing loss)是由中强或强噪声暴露(80-120dB SPL)引起内耳毛细胞损伤的一种感音性聋。根据暴露的噪声性质和听力损伤的形成过程,噪声性耳聋分为由于长期暴露于连续噪声(continuous noise)引起的噪声性聋和暴露于强脉冲噪声(impulse noise)所致的爆震性聋两种。常用于动物造模的噪声主要有白噪声(white noise)和带宽噪声(band noise),白噪声是噪声中包含从低频到高频的所有声音,而以某一频率为中心,只包含部分频率的噪声为带宽噪声。大量的动物实验证实,长期反复的噪声暴露常造成耳蜗毛细胞的机械和听神经损伤的凋亡坏死,而毛细胞在噪声刺激下发生的病变,是噪声性聋的重要原因。一般噪声暴露后首先引起耳蜗底回距卵圆窗8mm处的毛细胞(4kHz特征频率)损伤。然后逐渐向基底回和顶回发展,但一般噪声造成耳蜗毛细胞损害严格遵循暴露噪声的频率及频带部位及范围的能量原则。在噪声暴露的初期,由于暴露强度低和暴露时间较短,作用于耳蜗的暴露声能量较小,造成短时间的耳鸣和听力下降,在离开噪声环境后数分钟症状消失,听力恢复正常,这种持续时间极短的听阈升高的现象称为听觉适应(auditory adaptation)。听觉适应是感受器一种自身保护的生理现象。如果噪声暴露时间较长或噪声强度较大时,造成的耳鸣和听阈升高的程度加重,而离开噪声环境后,要较长时间或数天后才能恢复,此阶段称为听觉疲劳(auditory fatigue)。听觉疲劳是耳蜗毛细胞开始出现损伤的重要标志。在听力检查中,噪声暴露后听阈暂时性提高,在恢复后阈值又恢复正常者,称为暂时性阈移(temporary threshold shift)。长期反复的噪声暴露,听觉疲劳的程度、症状加重,逐渐发展为某些频率的阈移永久不能恢复,此种阈移成为永久性阈移(permanent threshold shift)。永久性阈移表示毛细胞已被损害。在声损伤中,最早是外毛细胞(outer hair cells,OHC)在噪声暴露频率范围对应处的损害或消失,只有当噪声强度很大和暴露时间很长时,内毛细胞(inner hair cells,IHC)才有病变。OHC损伤的形式与噪声暴露的强度和持续时间有关。强度大时,OHC损害表现为静纤毛的紊乱、折断和倒伏,以及表皮板破裂、胞质外溢和纤毛融合是形成永久性阈移的原因之一。噪声损伤轻度时表现为第一排OHC的散在性消失,中度损害表现为三排OHC的散在或成片消失,重度损害表现为OHC大范围或全部消失,同时有IHC的消失,基底膜塌陷、萎缩和扁平上皮化。

声损伤中毛细胞损害消失的病理机制复杂多样。在强噪声环境中,噪声传入耳蜗后使基底膜过度振动,对毛细胞的机械性损伤是首要原因。噪声暴露后毛细胞顶部静纤毛的倒伏、折断和散乱,表皮板破裂穿孔和胞质溢出,以及胞膜的破裂是机械性损伤的典型标志。而中低噪声所致的噪声性聋,主要原因是耳蜗微循环受阻和细胞代谢障碍,在长期声损伤中,噪声导致毛细胞过度释放谷氨酸,谷氨酸在外淋巴液中堆积,通过毛细胞侧模上的谷氨酸受体介导,谷氨酸对毛细胞产生兴奋毒性而造成的毛细胞凋亡或死亡是其主要原因。耳蜗氧自由基的堆积,噪声可以使耳蜗内NO大量产生, NO气体分子能很快透过细胞膜,通过外淋巴进入 IHC和OHC,NO迅速与O-2反应生成硝基过氧化物(ONOO-),进而质子化生成过亚硝酸(ONOOH),它选择性氧化蛋白的硫基,形成细胞骨架蛋白损伤和DNA的裂解,导致毛细胞死亡。

【造模方法】制作噪声性聋动物模型的动物最常用的是豚鼠,其次是大鼠和小鼠。有时根据实验要求不同也有选择用鸡、鹌鹑和猫等动物。暴露噪声的方法一般有模拟播放法和自然接受法。前种方法是将仪器产生或录制的白噪声、工业噪声或环境噪声通过功率放大器进行放大后,由高音扬声器播放在一个特定的空间(密闭或隔声),把要暴露于噪声的动物放置其中,用声级计测量动物活动区的噪声强度,使实验动物能够普遍接受到基本相同强度的噪声,长时间暴露的动物能够自由活动和进食。后种方法是将实验动物放置在工厂车间,工业噪声产生的设备周围,火器周围(火炮、火箭或导弹)或潜艇舱内,也有的是放置在爆破、放炮和较大噪声周围。

用青年豚鼠制作噪声性聋动物模型最常见,因豚鼠性格温顺,容易饲养和捕捉,便于进行干预治疗,而且中耳和耳蜗结构明显,便于局部手术操作或给药,功能检查方便规范,耳蜗标本容易取材和制作,观察方法成熟和结果通用,常用于生理、病理和药理实验。大鼠噪声性聋模型常用于药理、毒理实验。而小鼠因遗传基因与人类同源和耳蜗结构与人类相似,在生理、病理、药理及毒理和遗传等方面广泛应用。其次,是鸟类因内耳毛细胞具有再生能力,用噪声致聋制作动物模型亦较普遍。猫等较大动物的大脑结构发达,是研究听觉生理的较好模型。

噪声暴露的强度和暴露持续时间要根据实验要求而定,研究噪声性聋病理生理机制,最好模拟人类工作、居住和生活的环境噪声的强度和暴露时间。而研究预防、干预和治疗的药效及药理实验,一般采用85-110dB SPL中强噪声(白噪声或带宽噪声)。

【模型特点】噪声性聋动物模型的特点是可以根据实验目的来选择耳蜗Corti器损害的部位和程度,对于研究耳蜗毛细胞早期病变的病理或干预治疗,最好选择中强白噪声来暴露动物,一般每天8小时,连续暴露7天,基本上可以看到噪声损害的耳蜗毛细胞主要出现在中回,表现为静纤毛束的散乱、倒伏和折断及融合,毛细胞消失呈散在性,主要是耳蜗第三和第二排外毛细胞损害消失,内毛细胞基本完好。可以对损害消失的外毛细胞进行计数。ABR测定噪声暴露后的动物听阈一般上升到50~60dB SPL,DPOAE测定显示在噪声损害频率范围振幅降低。而选择窄带噪声暴露动物可以观察到暴露噪声的频率部位局限的Corti器损害,其他部位的基底膜和毛细胞基本完好。选ABR测定也可仅对暴露频率的阈值进行测定,对比暴露前后的 ABR阈值改变及干预治疗的效果。其他如炮震性聋、工业噪声暴露等均可模拟人类遭受这类噪声的病理改变。

【模型来源】可以将豚鼠、鸡、大鼠、小鼠等动物放置在噪声环境暴露到需要的病理程度。

【模型评估和应用】噪声性聋动物模型在研究其病理机制以及预防和干预治疗感音神经性聋方面有广泛应用,尤其在研究耳蜗毛细胞修复再生,噪声性聋耳蜗毛细胞的凋亡机制及凋亡抑制剂的保护机制,不同动物对噪声的耐受性,噪声暴露与遗传基因突变的易感性,以及药物治疗效果评估所用的动物模型。另外,在耳鸣机制的研究中使用噪声动物模型。这些研究为人类噪声性聋的病理和防治提供了科学依据。

模型评估分为听功能测定和病理形态两种,前者主要是DPOAE、ABR、耳蜗电图等;形态观察评估使用电镜和光镜、免疫组织化学等;分子生物技术主要采用PCR、Western Blot、基因芯片等。

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