內耳淋巴壓力變化對前庭器官作用的微觀力學機制

《內耳淋巴壓力變化對前庭器官作用的微觀力學機制》是依託復旦大學，由戴培東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：內耳淋巴壓力變化對前庭器官作用的微觀力學機制
• 依託單位：復旦大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：戴培東

項目摘要

內耳的內、外淋巴液是維持膜迷路形態及前庭終器正常功能的重要因素，其循環障礙（如梅尼埃病等）引起內淋巴積水和內淋巴壓力的異常變化，甚至導致窗膜或膜迷路管壁破裂，引起眩暈等前庭功能障礙，但其中淋巴壓力變化對膜迷路各結構作用的力學機制仍不明。為此，本課題將建立豚鼠內耳淋巴積水模型，檢測分析前庭功能的變化，並分析膜迷路管道與前庭終器的形態變化。同時，通過有限元方法建立合理的迷路和淋巴液力學模型，在與實驗結果比較的基礎上，驗證和修正有限元模型，進而分析在淋巴液異常壓力狀態下，囊壁和膜壁的膨脹、變形、移位、甚至膜壁或窗膜破裂的力學行為特徵，以及淋巴液對囊斑、壺腹嵴微觀結構的力學作用，從而闡明前庭功能障礙的生物力學機制。本研究有助於加深認識前庭器官生理，特別是淋巴壓力變化對前庭器官的影響，進一步揭示梅尼埃病、半規管骨裂等疾病的病理生理機制，為其臨床診斷治療的改進提供新的思路。

結題摘要

內淋巴積水是內淋巴產生過多或吸收障礙所引起的內耳膜迷路內淋巴液異常增多，一般認為是梅尼埃病（Ménière’s Disease，MD）的病理基礎。但內淋巴積水及其壓力異常變化對前庭器官各結構作用的微觀力學機制仍不明。本課題通過建立豚鼠內淋巴積水模型，檢測前庭功能的變化，分析膜迷路管道與前庭終器的形態變化。同時，建立前庭迷路力學模型，分析在淋巴液異常壓力狀態下，囊壁和膜壁的膨脹、變形、移位等的力學特徵，以及淋巴液對囊斑、壺腹嵴微觀結構的力學作用，以闡明前庭功能障礙的生物力學機制。 本研究在光鏡和電鏡下觀察正常和內淋巴積水豚鼠前庭器的形態，發現豚鼠外膜半規管壺腹嵴毛細胞纖毛束的損傷存在明顯的區域差別，外半規管壺腹嵴嵴頂和橢圓囊斑微紋處的毛細胞損傷最為嚴重。在Micro-CT圖像清晰顯示前庭器膜壁的基礎上進行3D重建，觀察豚鼠前庭器結構的形態、空間位置及相互毗鄰關係；測量外膜半規管和橢圓囊在垂直於流體流動方向橫斷面的管徑，發現：外膜半規管橫斷面為橢圓形，其長徑和短徑之比恆定；橢圓囊和壺腹長徑與短徑之比明顯大於外膜半規管。內淋巴積水豚鼠橢圓囊和外膜壺腹的管徑明顯增大，而外膜半規管管徑無明顯改變，為研究內淋巴液在外膜半規管和橢圓囊的流動特徵、內淋巴液與壺腹嵴的相互作用提供了形態幾何參數。 藉助逆向工程軟體Geomagic Studio軟體對MIMICS重建的3D表面模型進行去除毛刺、填充空洞和曲面最佳化等處理，建立前庭膜迷路的三維幾何模型。根據前述形態測量結果，建立正常和積水豚鼠外膜半規管和橢圓囊二維和三維有限元模型，分析正常和積水豚鼠頭部旋轉過程中內淋巴液與壺腹帽的流固耦合作用，觀察由於內淋巴液的慣性作用而滯後於半規管的運動引起壺腹帽的變形，產生位移和剪下應變的區別。發現壺腹帽剪下應變可能是帶動壺腹嵴毛細胞纖毛偏轉的主要因素，積水豚鼠橢圓囊和半規管壺腹的膨大導致壺腹帽剪下應變的增加可能是積水豚鼠壺腹嵴嵴頂毛細胞損傷的重要原因之一。上述研究結果有助於理解EH發生髮展過程中前庭器損傷的力學機制，加深對前庭病理生理的認識。