次声对耳蜗形态学影响的研究进展

尹建枚　傅仲鹰　陈伟伦　综述　　朱雷　审校



·综述·

次声对耳蜗形态学影响的研究进展

尹建枚1傅仲鹰1陈伟伦1综述朱雷2审校

网络出版时间：2016-4-2615：52

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1391.R.20160426.1552.012.html

次声是频率范围在0.000 1～20 Hz的机械振动波，由物体的机械振动产生。次声广泛存在于日常生活中，根据其来源可分为两种，来源于火山爆发、地震、海啸等的自然次声和来源于工业生产、交通运输、航天、航空等的人工次声。次声的特点是频率低、波长长、传播过程中不易被吸收、衰减甚小、传播远、穿透力强、能够绕射、听阈较可听声高，故人耳一般听不到。亦有研究报道认为人耳的最低可听频率为1.5 Hz，因此人耳可以听到次声[1]；还有报道认为次声是能被人耳感知的[2,3]，低于20 Hz的次声人耳是听不到的说法不准确[4]，只是因为自然界中的大多数次声频率低于1 Hz，低于人耳的最低可听频率，所以听不见[4]。

次声对生物体的基本作用原理是生物共振，即次声引起器官、组织直至分子水平的共振反应[5]。次声的生物学效应与其强度有密切关系，引起人体产生不良反应的最低次声强度称为安全阈；各国都制定了不同的安全阈，如美国低于130 dB，日本为不超过120 dB，前苏联为90 dB[6]。过度暴露于次声中可以引起烦恼、心理缺陷、压力、眩晕、身体失衡和睡眠障碍；此外，前庭系统、皮肤、心血管系统、呼吸系统和内耳器官都可受到影响[3,7]。现已明确内耳在感知几赫兹的低频声音时是最敏感的感觉器官[3]。目前关于次声对听觉系统的影响已有大量的研究，Hensel等[8]发现6 Hz、130 dB SPL的次声能够引起耳蜗隔部(cochlear partition,耳蜗中将前庭阶与鼓阶分开的结构)明显的位移，并影响人类耳蜗的听力编程。本文对次声对耳蜗形态学造成的影响进行综述。

1次声对耳蜗Corti器的影响

Corti 器是听觉感受器，位于膜蜗管的基底膜上，主要由Hensen细胞、外指细胞、外毛细胞(OHC)、外柱细胞、内柱细胞、内毛细胞(IHC)、内指细胞、齿间细胞以及盖膜组成。Corti器中包含一排内毛细胞和三排外毛细胞，分别沿着耳蜗螺旋管分布；外毛细胞静纤毛与盖膜接触，而内毛细胞静纤毛不与盖膜接触，这种解剖结构的不同使得两种毛细胞对机械刺激的反应不同。在低频刺激时，内毛细胞的反应是根据基底膜位移的速率，而外毛细胞的反应是根据自身的位移[9,10]。次声对Corti 器结构的影响重点在于对毛细胞的影响，其中尤以对OHC的影响最为显著[11～13]。 Lim等[11]首次报道了次声对毛细胞的影响，发现将豚鼠分别在150、160、163 dB SPL，20 Hz的次声环境下连续暴露10 min后，内毛细胞损伤非常轻微，而外毛细胞损伤和缺失极为广泛，损伤的外毛细胞零星地或者呈带状分布于耳蜗的中回和顶回，并且连续的次声暴露比间歇的次声暴露对外毛细胞的损伤更大，暴露于150 dB的次声组中内耳的病理损伤最大，而暴露于160 dB SPL的次声组中中耳的病理损伤最大。Hensel等[8]将12名健康成年自愿者(男2名,女10名, 年龄19～56岁,平均25.5岁 )分别暴露在6 Hz、130 dB SPL，12 Hz、116 dB SPL, 24 Hz、100 dB SPL的次声环境下，发现这几种次声并不能引起暂时性的畸变产物耳声发射(DPOAE)曲线的变化，说明此刺激在DPOAE产生的部位不能引起耳蜗外毛细胞的损害。Salt等[14]认为外毛细胞较内毛细胞对次声的敏感性更高，且低于可听声水平的低频声音即可以刺激外毛细胞。

冯勃等[15]将豚鼠置于8 Hz、135 dB SPL次声中连续暴露90 min后，处死动物用扫描电镜观察发现：①暴露后即刻组(2 h内)耳蜗底回和第二回交界区受损较重，表现为散在性OHC静纤毛缺失、散乱及倒伏，极少数呈广泛性缺失，OHC表皮板与Deiters细胞头板相互分离，部分静纤毛缺失的OHC可见表皮板，IHC静纤毛及表皮板完整；②损伤后7天组受损区集中在底回和第二回，表现为散在性或点状OHC静纤毛缺失、散乱及倒伏，部分残留的静纤毛相互融合，散在性OHC表皮板下陷或结构消失，被Deiters细胞指突所代替，Deiters细胞指突哑铃形结构消失，IHC静纤毛及表皮板结构完整。张术等[16]将豚鼠暴露于8 Hz、125 dB SPL, 1次/天、2小时/ 次的次声中，30天后扫描电镜同样发现毛细胞的损伤主要集中于OHC，所不同的是，OHC静纤毛的损伤由底回到顶回逐渐加重。

次声除造成外毛细胞静纤毛的损伤外，还导致了诸如线粒体、高尔基体、细胞核等的形态学变化。张桂茹等[13]分别将豚鼠暴露于8 Hz、120 dB SPL，8 Hz、130 dB SPL，12 Hz、120 dB SPL，12 Hz、130 dB SPL的次声声场中，每日持续5小时，持续给声4天；张术等[17]将豚鼠暴露于8 Hz、120 dB SPL，1次/天、2小时/次，连续30天的次声环境中；两人通过透射电镜观察均发现次声作用后：①细胞器减少，胞浆空泡化；②线粒体数量减少，形态异常，线粒体肿胀浑浊，呈球形，电子密度降低，线粒体空泡样变性，线粒体脊紊乱、断裂；③高尔基体数量减少，形态异常，部分高尔基体融合；④细胞核膨胀或固缩；⑤内毛细胞中可见髓样小体形成。另外，Lim等[11]发现次声(20 Hz、163 dB SPL和1 Hz、170 dB SPL)可导致Hensen细胞从基底膜上剥脱下来，漂浮于内淋巴中。

2次声对内淋巴及膜性结构的影响

耳蜗各周均是由充满淋巴的3个管道构成，鼓阶和前庭阶内充满外淋巴，其内的离子成分和细胞外液极为相似(高钠低钾)，位于中间位置的蜗管内充满内淋巴，其离子成分与之迥然不同(高钾，低钠低钙)[14]。次声对各管道内液体的最重要影响是“淋巴积水(hydrops)”和“耳蜗微出血(microscopic bleeding)”。，Lim等[11]报道次声作用下豚鼠耳蜗内出现明显的淋巴积水和鼓阶、前庭阶内的微出血，并发现伴有淋巴积水的耳蜗中存在个别的前庭膜崩解(collapsed Reissner’s membrane)。Flock等[18]认为次声主要影响内淋巴系统(endolymphatic system)；Salt[19]发现非损害水平的低频次声可以导致局限性的内淋巴积水，并且这种变化是可逆性的；Lim等[11]也发现了血管纹肿胀(swelling stria vascularis)及圆窗膜崩解(ruptured round window membrane)，但后续研究较少提及。

3次声对耳蜗的损伤机制

次声对耳蜗损伤的具体机制尚不明确，文献报告主要有两方面的损伤因素，即机械性损伤因素和代谢损伤因素[20]。

Lim等[11]及冯勃等[12]均根据次声作用后即刻观察耳蜗内结构的变化，发现内耳OHC的纤毛脱落、散乱、倒伏，少数支持细胞头板破裂，OHC表皮板与Deiters细胞头板相互分离，支持次声的机械共振损伤所致，尤其是根据行波理论，外毛细胞的损伤主要集中在中回和顶回，原因在于低频次声在此形成共振产生最大振幅。

然而，次声引发的生物组织共振，也可发生于细胞膜上，甚至可以作用到各组织和细胞的原生质膜和线粒体膜，改变细胞膜的通透性，影响膜的功能以及酶的状态，进一步影响生物氧化过程和能量代谢与合成，降低机体的抗氧化系统功能[21]。 因此，次声亦可以通过影响酶功能，进而影响细胞功能。在冯勃等[12]的研究中发现，次声作用后21天Corti器有散在OHC静纤毛的融合、表皮板下陷、破裂，表皮板被Deiters细胞指突所代替，Deiters细胞指突哑铃形结构消失，这些形态学改变是支持次声波可导致内耳代谢性损伤的证据之一；组织化学研究[15]发现次声暴露后豚鼠耳蜗OHC的脱氢酶活性明显下降，显示次声波能影响内耳毛细胞的有氧代谢，细胞线粒体的供能功能发生明显改变，这一结果是支持次声波可导致内耳代谢性损伤的又一证据；但其确切机制有待进一步研究。此外，毛细胞的损伤可能还与继发性内、外淋巴液混合引起的细胞损伤有关[22]。

总之，次声在生活中无处不在，它可来自于我们身体内部如呼吸、心脏跳动、咳嗽等[14]，也可来自日常生活的外部环境，如空调、交通运输、工业生产过程等[23]。目前有关次声对耳蜗形态学影响的研究尚不很明确，还有许多尚待解决的疑问；明确次声对耳蜗形态学的影响，将有利于我们国家制定次声的安全阈，使生活环境免受声污染，有利于保护身心健康，从而更好地利用次声。

4参考文献

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12冯勃, 姜泗长, 杨伟炎,等. 强次声波对豚鼠Corti器超微结构的损伤[J].中华耳科学杂志, 2006,4:65.

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14Salt AN, Hullar TE. Responses of the ear to low frequency sounds,infrasound and wind turbines[J].Hearing Research, 2010, 7:12.

15冯勃, 姜泗长, 杨伟炎,等. 强次声波对豚鼠Corti器外毛细胞脱氢酶活性的影响[J].中华航空航天医学杂志,2002,13:163.

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17张术, 黄维国, 邱建华,等. 慢性次声暴露对豚鼠下位听觉通路形态学的影响[J]. 中国临床康复, 2002,6:1276.

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21Harding GW, Bohne BA, Lee SC, et al. Effect of infrasound on cochlear damage from exposure to a 4 kHz octave band of noise[J]. Hearing Research, 2007, 225:128.

22Jerome B. Infrasound:a short review of effects on man[J]. Aviat Space Environ Med, 1975, 9:1135.

23Jeffery RD, Krogh CM, Horner B. Industrial wind turbines and adverse health effects[J]. Can J Rural Med, 2014, 19:21.

(2015-08-24收稿)

(本文编辑雷培香)

【中图分类号】R764.43+3

【文献标识码】A

【文章编号】1006-7299(2016)03-0305-03

DOI：10.3969/j.issn.1006-7299.2016.03.022

通讯作者：朱雷(Email：lifeislife2005@126.com)

1吉林大学第一医院耳鼻咽喉-头颈外科(长春130021)；2吉林大学第一医院急诊科