动物前庭功能的评价方法

李亚乔月华，2杨仕明

1徐州医学院听力中心

2徐州医学院附属医院临床听力中心

3中国人民解放军总医院，耳鼻咽喉头颈外科

·综 述·

动物前庭功能的评价方法

李亚1乔月华1，2杨仕明3

1徐州医学院听力中心

2徐州医学院附属医院临床听力中心

3中国人民解放军总医院，耳鼻咽喉头颈外科

前庭神经系统障碍可导致人和动物空间定向和平衡功能的紊乱；前庭是内耳的重要组成部分，其起源与耳蜗相同，发育早于耳蜗，哺乳动物出生时前庭发育基本完成[1-3]；随着各种前庭功能障碍的动物模型（大鼠“异食癖”晕动病模型、水貂呕吐模型等）不断建立，人们对该系统组织结构、功能的认识更加深入；系统的动物前庭功能评价方法不仅对动物前庭的基础研究至关重要，而且有助于对临床上前庭疾病的诊疗。评价人前庭功能的方法有很多：对半规管功能进行检测的冷热试验检查、对球囊斑功能进行检测的cVEMP、对椭圆囊斑进行检测的oVEMP等，由于人的实验研究受制于伦理学的限制，只有进行动物实验才能更深入地了解前庭的功能和结构，不断提升前庭系统临床疾病的诊断与治疗水平[4]。本综述主要介绍几种用于实验动物的前庭检查方法，并简述其与临床前庭功能检查的异同。

实验动物；前庭功能检测；前庭功能障碍

This work was supported by grants from the National Basic Research Program of China(973 Program)(#2012CB967900；2011CBA01000)，National Natural Science Foundation of China(81400472).

Declaration of interest:The authors report no conflicts of interest.

1 一般行为观察

①观察动物在防御过程中有无逃跑及在逃跑过程中有无步态不稳、头左右晃动等行为；②动物在平时活动状态下出现的特征性行为，如躯体卷曲、厌动喜卧、四肢外展及肌张力异常、不自主环行运动(转圈)以及兴奋过度等平衡功能的异常表现。③游泳实验：游泳实验是检验动物前庭功能最常用的行为学实验之一，根据动物的种类选取与之相适的装置，实验一般选取在暗室温水中进行，观察其在水面上游泳的情况，并记录其游泳的姿势，如头是否向上、是否完全露出水面以及游姿平稳性如何等[5-6]；一般情况下，行为观察主要是反映动物的前庭功能，与人的动态姿势图描记较为相似；其姿势调节和维持自身的平衡需要前庭系统、本体觉系统以及视觉系统共同协同作用完成，常用于评价动物在保持平衡过程中与前庭觉、本体觉以及视觉之间的关系；该检查方法不仅反映动物在前庭末梢的敏感性，同时还可以反映其前庭小脑、脊髓、自主神经通路等反射情况[5]。

2 空间姿势反射

空间姿势反射可以评定实验动物在不同条件姿势下的稳定性,有一定的实验室检查意义。一般认为：临床动态姿势图是反映受试者在非正常情况下维持自身平衡能力的表现,用以评价前庭觉、本体觉以及视觉在维持平衡过程中的依赖程度。在实验室，该反射用于评价动物前庭末梢的感受性和前庭脊髓神经的反射情况；将动物置于海绵垫上约50cm（具体高度根据动物个体大小而定）的高度，摆放成四肢向上的仰卧位，使其自由下落，观察其下落过程：正常实验动物表现为四肢着地，俯卧在地面上。当出现身体一侧或背部着地则视为异常；此检查适合于体积较小的啮齿类动物，其机制为前庭神经系统通过神经反射通路调节其所支配肌肉的张力，并发出指令使其适应相应的运动状态，进而纠正身体在空间上的异常姿势，以维持其自身的平衡；正常实验动物可保持“六字”姿势，如将其推倒则可立即翻正[7]，空间姿势反射在啮齿类动物身上（大鼠、小鼠、家兔等）出现的早，该反应通过球囊和椭圆囊感受器来感知头部空间位置的异常，将异常信号上传至中枢系统，进而完成一系列的空间姿势反射[8]。空间姿势反射不仅仅是人和动物自身的一种生理性反射，而且在人和动物出生后的成长过程中，还反应了躯体外周和中枢前庭系统不断成熟的过程，而且在骨骼肌的行为反应能力上也得到体现[9]。该试验反应了在触觉、视觉消失的情况下，单纯依靠前庭系统身体的翻正变化情况[10]。空间姿势反射实验适用于不依赖视觉触发姿势反射的动物，如豚鼠、小鼠、家兔等[11]。

3 前庭眼反射(vestibular ocular reflex，VOR)检测

眼震电图是临床上评价前庭功能的常用方法；但是，对于像小鼠这样的小动物记录眼震难度较大，有学者通过在小鼠结膜表面安装磁感应线圈，获得了较好的记录结果；该实验使用自旋转椅进行检测，该设备配有眼震电图记录仪，可以记录诱发出的眼震情况[12]。将清醒状态的实验动物固定于转椅中央，动物头的部位于转椅转轴中心部位，低头约30°，使其双侧水平半规管与地面平行，之后安插电极，调整实验设备参数，进行实验；通常旋转摆动刺激方式和频率与人体转椅实验方法相似，可根据实验动物模型进行相应的调整，刺激参数峰速为50d/s-70d/s，刺激频率为0.08Hz和0.16Hz两个频率[5]，角速度为60°/s-240°/s，该检测应确保在暗室中操作，为了预防实验动物因光线太弱进入睡眠状态，影响实验结果的准确性；在实验过程中应间歇性对实验动物采取声光刺激以确保其在清醒状态下进行实验。通过一定时间高强度旋转刺激后，可观察由前庭-内脏反射通路产生的恶心、呕吐、恐惧、异食癖等反应；该检测方法的神经通路有两条组成：一条为直接通路，经前庭-孤束通路进行传导，另一条是间接通路，由前庭-臂旁神经通路组成[13]。现阶段认为，直接通路在该机制中发挥主要作用，其参与前庭运动刺激后所引起的自主神经功能紊乱，如心率失常、血压升高、恶心呕吐、异食癖等症状[14]。

4 前庭诱发肌源性电位(vestibular evoked myogenic potential，VEMP)

VEMP检查在临床较为常用，动物检查应用较少,但该检查能较好的反映球囊功能[15-16]。在做此检查时，可以参照Matsuzaki[17]的方法用强短声进行刺激，记录部位可以选择颈部伸肌或咬肌，根据实验动物的种类不同进行自主设计；VEMP受动物的肌力及其表面肌电、头位、颈长和表皮厚度等影响，该检测在动物上实施较为困难、尤其是大型哺乳动物，有报道在豚鼠身上能很好的诱发出来，该检查需要进一步改进[17-18]。前庭诱发肌源性电位是用强声刺激一侧球囊斑，并在该侧紧张的背景肌肉上记录肌源性电位，是评价前庭丘脑通路完整性的一种重要方法，它是一种客观、无创的电生理测试技术，对于球囊病变及其相应的神经通路的完整性的评价具有重要的参考价值[18-19]，VEMP的反射通路包括:外耳、中耳传音系-内耳前庭(球囊斑)-下前庭神经-前庭神经核一脑干传导路(内侧前庭脊髓路)末梢运动神经(副神经)-所支配的骨骼肌，因此，当导性耳聋、内耳球囊障碍、下前庭神经障碍、脑干下部障碍、副神经以及胸锁乳突肌损害等时，所得到的VEMP结果均为异常表现[19]。

5 影像技术

随着计算机软件技术和数字成像技术的不断发展，常规的手术解剖不能满足临床医生对颞骨和颅底空间细微结构的认识，计算机虚拟交互技术对颞骨的形态研究提供了一种新技术；科学技术的进步推动了计算机体层摄像（computed tomography CT）与高场核磁共振成像技术（MRI)的发展，该技术不仅可以获得实验动物的前庭横断解剖图，并且通过计算机的处理既能获得立体的三维图形，又能得到精确的解剖测量数据；实验动物可在麻醉的状态下获得前庭各部位的参数，并且可以进行三维数字模型重建，可清晰直观的观察到前庭的立体形态结构，目前临床上用于前庭功能评估影像技术主要有计算机体层摄像、磁共振成像技术、血管造影等；高分辨计算机体层摄像成像技术，可以清楚显示前庭迷路结构的完整性，但对一些软组织结构（膜迷路结构）分辨不够清楚[20-21]，但核磁共振成像技术可以弥补计算机体层摄像的缺陷，对前庭膜迷路进行成像重建，可以获得较为清晰的图形。计算机体层摄像和核磁共振成像技术是实验室评估动物前庭功能状态的重要方法；将计算机体层摄像和核磁共振成像技术与计算机编程软件相结合是评价动物前庭功能的发展方向之一；组织切片技术可以观察到毛细胞等细微结构，从一定程度上可以弥补计算机体层摄像、微计算机体层摄像以及核磁共振成像技术的不足，是实验室研究前庭解剖精细结构的重要方法；共聚焦显微镜法和连续组织切片、微型CT也可获得内耳完整形态参数进行三维重建，但它们只能在实验室进行离体实验。

目前，评价动物前庭功能的检测方法还比较少，现有的一些检测方法还存在着一些问题，究其原因可能与以下三方面有关(1)、实验动物不能与人一样进行完全自主配合，临床上常用的一些简单实验在动物身上很难进行检测如自发眼震、位置和变位试验等；（2）、实验动物自身生理结构与人有所差异，一些无创、准确的检查方法很难在实验动物身上进行检测如cVEMP、oVEMP等检查[22]；（3）、现有的技术水平的限制，到目前为止，还不能只依靠一种方法就对前庭功能做出准确诊断，尤其是在实验动物上，由于各体差异大、动物类型多，找到一种适合所有动物的检测方法是很困难的。前庭神经系统组织结构、功能作用极其复杂，决定了必须引入新检查思想、新检查技术才能不断对前庭功能和结构不断深入了解。由于前庭解剖结构复杂，还有很多未知的东西，不是每种前庭功能检查方法都可以对前庭功能进行精确评价；因此，在进行综合分析的基础上多种检查方法合理选择，进行互补、互相印证应该是评价动物前庭功能的最好选择。

1 Khan Z,Carey J,Park HJ,et al.Abnormal motor behavior and vestib⁃ulardysfunction in the stargazer mouse mutant.Neuroscience,2004, 127(3):785-796

2 Pau H,Hawker K,Fuchs H,et al.Characterization of a new mouse mutant,flouncer,with a balance defect and inner ear malformation. Otol Neurotol,2004,25(5):707-714.

3 Dou H,Vazquez AE,Namkung Y,et al.Null mutation of alphalD Ca2+channel gene results in deafness but no vestibular defect in mice.J Assoc Res Otolaryngol,2004,5(2):215-226.

4 Diels C,Howarth PA.Frequency characteristics of visually induced motion sickness.Hum Factors.2013;55(3):595–604.

5 Kitada Y,Miyauchi T,Satoh S.Effects of antidepressants in the rat forced-swimming test.Eur J Pharmacol,1981,72(2-3):145-152.

6 邓安春、杨仕明、黄德亮等.Smad4条件基因敲出小鼠的前庭功能检测.第三军医大学学报.2012.34（7）：554.

Deng AC,Yang SM,Huang DL,et al.mad4 gene conditional knockout mice vestibular function test.Third Military Medical University stud⁃ies Reported.2012.34(7):554.

7 Hard E,Larsson K.Development of air righting in rats.Brain Behav Evol.1975,11（1）:53-59.

8 李亚，张悦.小型猪肌源性诱发电位的检测[J].中华耳科学杂志.2016,14（1）:21-26.

Li Y,Zhang Y.Estibular-evoked myogenic potentials in miniature pigs [J].Chinese Journal of Otology.2016,14（1）:21-26

9 Monnier M.New findings on the vestibular functions.Schweiz Arch Neurol Neurochir Psychiatr.1965;96(2):243-9.

10 Nishiike S,Okazaki S,Watanabe H,Akizuki H,Imai T,Uno A,et al.The effect of visual-vestibulosoma-tosensory conflict induced by virtual reality on postural stability in humans.J Med Invest. 2013;60(3-4):236-239.

11 Hromatka BS，Tung JY，Kiefer AK，et al．Genetic variants associat⁃ed with motion sickness point to roles for inner ear development，neurological processes and glucose homeostasis．Hum Mol Genet，2015，24(9):2700-2708．

12 Balaban CD.Neural substrates linking balance control and anxiety. Physiol Behav,2002,77(4-5):469-475.

13 李亚、袁硕龙.小型猪与大鼠不同部位诱发VEMP的比较[J].中华耳科学杂志.2016,14（14）:27-31.

Li Y,Yuan SL.Vestibular-evoked myogenic potentials recorded from miniature pigs and rats[J].Chinese Journal of Otology.2016,14（1）: 27-31 Ma.Du Shanshan.Hebei Normal University.2013.

14 Matsuzaki M,Murofushi T.Click-evoked potentials on the neck of the guinea pig.Hear Res,2002,165(1-2):152-155

15 Matsuzaki M,Murofushi T.Disappearance of click-evoked poten⁃tials on the neck of the guinea pig by pharmacological and surgical destruction of the peripheral vestibular afferent system.Hear Res, 2003，184(1-2):11-15

16 Beisel KW,Wang-Lundberg Y,Maklad A,et al.Development and evolution of the vestibular sensory apparatus of the mammalian ear. J Vestib Res,2005,15(5-6):225-241

17 Li Y,Yuan SL,Vestibular-evoked myogenic potentials recorded from miniature pigs and rats[J].Journal of Otology.11,（2016）138-143.

18 Arshad Q,Nigmatullina Y,Roberts RE,Bhrugubanda V,Asavarut P,Bronstein AM.Left cathodal trans-cranial direct current stimula⁃tion of the parietal cortex leads to an asym-metrical modulation of the vestibular-ocular reflex.Brain Stimul 2014;7:85-91.

19 K Shimizu,T Murofushi,M Sakurai.Vestibular evoked myogenic po⁃tentials in multiple sclerosis.Neurol Neurosurg Psychiatry,2000,69: 276-277.

20 Casselman J w,abnormalities Offeciers E F,De Foer B,et al.CT of the inner ear and internal auditory and MR imaging of congential canal.European journal of radiology,2001,40(2):94-104.

21 Namba T,Kobayashi Y,Tabuchi A,et al.Examination of visual function and asthenopia after continuous watching of Three dimen⁃sional images.Folia Japonica de Ophthalmo logica Clinica 2013;6 (1):10-16.

22 Golding JF,Gresty MA.Pathophysiology and treatment of motion sickness.Curr Opin Neurol 2015;28(1):83–88.

Methodsof vestibular function evaluation in animals

LI Ya1,QIAO Yuehua1,2,YANG Shiming31 Xuzhou Medical College Audiology Center
2 Center of Clinical Audiology,Affiliated Hospital of Xuzhou Medical College
3 Department of Otolaryngology,Head&Neck Surgery,Institute of Otolaryngology, Chinese PLA General Hospital,Beijing 100853,China

Vestibular nervous system dysfunction can cause spatial orientation and balance disorders in both people and animals.The vestibule is an important part of the inner ear,with the same origin as but earlier development than the cochlea,essentially matured at birth in mammals[1-3].With a variety of animal models of vestibular dysfunction being developed(pica rat model of motion sickness,vomiting mink model,etc.),understanding of the structure and function of the vestibular system has been continuously deepened.A systematic vestibular function evaluation system is not only important in basic research in animal models,but also helpful in diagnosis and treatment of vestibular diseases in the clinic.A number of vestibular evaluation methods exist,including caloric test to evaluate semicircular canal functions,cVEMP to evaluate saccular function and oVEMP to evaluate utricular function.Studies in human subjects are limited by ethical constrains,and animal studies are needed to advance understanding of vestibular structures and function and to improve diagnosis and treatment of vestibular disorders[4].Experimental animals,however,are unable to cooperate during vestibular function examination,the approach,therefore,must be different in animals than in people.This review focuses on several approaches for vestibular examination in animals.

experimental animals;vestibular function test;vestibular dysfunction

R764

A

1672-2922（2016）06-819-4

2016-01-26审核人：陈伟）

10.3969/j.issn.1672-2922.2016.06.022

国家973计划重大科学研究计划干细胞项目（2012CB967900）；国家973计划重大科学问题导向项目（2011CBA01000);国家自然科学基金青年项目（81400472）

李亚，硕士，研究方向：耳科学基础研究

杨仕明，Email:yangsm301@263.com