內耳感音系統中多結構與流體耦合動力學行為研究

《內耳感音系統中多結構與流體耦合動力學行為研究》是依託上海大學，由姚文娟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：內耳感音系統中多結構與流體耦合動力學行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姚文娟
• 依託單位：上海大學

中文摘要

感音神經性耳聾是一個重要醫學難題，至今為止，感音機理及病變機制尚未完全清楚，相應的治療措施及效果也十分有限。本項目擬運用現代生物力學、流體力學和結構動力學原理，建立真實全面的反映內耳耳蝸生理特徵的生物力學模型，通過刻畫感音主體結構基底膜及毛細胞與耳蝸淋巴液耦合作用的非線性動力學行為，揭示微觀因素與結構動力學行為之間的定量關係，闡釋其物理機制，探討感音機理及結構動力學行為的關係。在此基礎上，結合前期研究中已建立的外耳及中耳數值模型，分析外耳、中耳、內耳的相互作用機理以及中內耳病變對基底膜及毛細胞動力學行為的影響，探討生理及病理與力學行為的關係，最大程度的解決感音性耳聾中的疑難問題。本項目在力學解析模型、數值模型等方面的研究成果，有望從生物力學的視角詮釋內耳耳蝸的感音機理，為耳科醫學臨床提供理論依據和套用基礎。

結題摘要

迄今為止，內耳耳蝸的感音機理及耳聾病變機制尚未完全清楚，該問題是重要的醫學難題。本研究運用數學理論、現代生物力學、流體力學和結構動力學原理，建立了精確的內耳耳蝸數值計算模型，其中包括：內耳耳蝸巨觀結構、內耳耳蝸中微觀結構柯蒂氏器（Corti）的數值模型。在此基礎上，進一步建立了全面考慮多物理場耦合非線性的主動耳蝸系統感音過程的解析---數值聯合模型，完整的反映了耳蝸巨觀結構及微觀結構的被動及主動生物力學行為和多物理場耦合運動，逼真的刻畫了支撐結構基底膜在蝸腔體淋巴液中的運動；靜纖毛的電離子通道啟閉特性和外毛細胞電致運動特性以及主動力反饋機制。之後建立了整耳數值模型，分析外耳、中耳、內耳的相互關聯作用。此外，利用空間螺旋曲率的張量映射關係，建立了螺旋幾何特徵的耳蝸解析模型，分析得到了螺旋形體對耳蝸感音功能的貢獻。最後，研究噪音刺激及臨床典型的耳病變對基底膜及毛細胞動力學行為的影響導致聽了下降或發生感音神經性耳聾的機理。得到一個重大發現：耳蝸的主要結構基底膜除了以往諾貝爾獲獎者Von Békésy提出的行波振動外，低頻率區域還存在另一種新的振動形式——駐波。重要結論：耳蝸的螺旋形狀不僅使流場壓強沿徑向呈現偏態分布的特徵，導致Corti上的蓋膜和纖毛沿徑向產生相對剪下運動，促發聽覺的感知行為的產生，而且能增強淋巴液中的基底膜及毛細胞等的運動能力，使之信號增強而幫助耳蝸提高感受聲音的能力。噪音刺激及耳典型病變將引起耳蝸感音結構基底膜毛細胞等在生物電環境中與淋巴液耦合的生物動力學行為的改變而導致聽了下降或感音神經性耳聾的發生。新的發現的駐波振動不僅完善了目前實驗技術條件所無法得到的基底膜低頻率下的振動模式，而且詮釋了多年來許多科學家通過實驗提出對行波的種種質疑。 這個新發現是對耳科醫學及生物力學結合領域重大難題的一大突破，重要研究成果及結論為人類全面的揭示醫學難題----耳蝸感音機理增加了新的視角。為臨床治療感聲神經性耳聾提供理論支撐就套用基礎。