人工耳蝸植入術殘余聽力保留現狀和研究進展

胡恒坤,趙斯君,2,黃敏,2

(1.南華大學兒科學院,湖南 長沙 410007;2.湖南省兒童醫院 耳鼻咽喉頭頸外科,湖南 長沙 410007)

聽力損失是人類最為常見的感覺神經障礙。對于輕度到中度感音神經性聾的患者,常規助聽器可以幫助患者實現聽覺補償,而對于重度及極重度感音神經性聾患者不能提供足夠的聲音清晰度來幫助患者進行有意義的言語識別,這時人工耳蝸植入就成為了首選治療方法。隨著技術的進步,人工耳蝸植入術后保留殘余聽力成為可能,擴大了人工耳蝸的受益群體,已從雙側重度-極重度感音神經性聾患者擴大到具有明顯殘余低頻聽力和單側耳聾的患者。這也讓更多的低頻殘余聽力保留的耳聾患者,能從聲電聯合刺激 (electric and acoustic stimulation,EAS) 中受益,特別是在噪聲環境中,可以提高患者的言語識別能力、音樂欣賞能力、聲源定位能力[1]。

盡管取得了這些重大進展,但人工耳蝸植入后的聽力結果差異很大,并且在植入后實現可靠的聽力保護的目標仍然難以實現。近年來,越來越多的研究發現,外科技術的改進、新電極的開發設計、主動監測耳蝸功能以及抗炎藥物的治療等,在保護患者殘余聽力方面取得了一定的進展[2],也為保護人工耳蝸植入術后殘余聽力帶來新的研究方向。

1 人工耳蝸植入后低頻殘余聽力損失機制

人工耳蝸植入后對殘余聽力的損害通?？煞譃閮蓚€階段[3]。發生在術后即刻為第一階段,被認為與手術和電極植入創傷有關,為急性機械性損傷。電極植入可能會造成螺旋板骨質斷裂、基底膜損傷、鼓階骨膜撕裂,影響螺旋器的結構與功能;術中電鉆的機械損傷、電鉆噪聲損傷傳入內耳及術中操作導致聽骨鏈損傷、鼓膜損傷、中耳積液等;內耳壓力瞬間改變致淋巴液平衡紊亂、淋巴液枯竭等[4]。術后數月至數年為第二階段,部分患者會發展到完全喪失殘余聽力,該過程可能與術后炎癥反應和免疫反應有關,為遲發性損傷。Quesnel等[5]通過分析單側耳植入人工耳蝸患者的雙側顳骨組織切片,發現在植入側耳蝸,疏松的纖維組織和形成的新骨充滿鼓階和部分前庭階。電極植入創傷可誘發炎癥反應,刺激耳蝸纖維化甚至骨化,引起電極阻抗增加和傳導到耳蝸頂端區域的聲能減少,導致低頻殘余聽力損失。內毛細胞與Ⅰ型傳入神經纖維形成突觸連接,并在沿聽神經的傳入通路中起主要作用。耳蝸頂圈突觸結構損傷可能導致低頻殘余聽力損失。在一項動物實驗中[6],將正?；蛟肼曇鸬亩@豚鼠在使用人工耳蝸電極進行慢性電刺激后出現1 kHz處的聽力損失;組織學研究表明,聽力損失可能與內毛細胞帶狀突觸和突觸后受體數量的減少相關。電刺激引起的突觸損傷也可能是導致低頻殘余聽力損失的因素之一。而Shen等[7]表明電刺激引起突觸損傷的機制可能與鈣通道異常開放有關。影響低頻殘余聽力損失的因素多種多樣,現有研究無法完全解釋其發生的機制。理論上,聽覺傳導通路上任何部分的病理變化都會影響低頻殘余聽力。人工耳蝸植入后損傷引起的炎癥被認為是顯著的,仍需要進一步研究以確定所涉及的具體機制。

2 人工耳蝸植入后低頻殘余聽力保護相關因素

2.1 電極序列的選擇

電極的長度、剛性、形狀等對于殘余聽力的保留非常重要,從理論上講短電極、彎電極和軟電極相對更適合殘余聽力的保留。軟電極尖端纖細柔軟,可以讓電極平滑地植入耳蝸,能夠減少術中對耳蝸造成的機械創傷,并保護了耳蝸內微結構和殘余聽力,術后聽覺效果更佳[8]。人工耳蝸電極通常按照植入后電極在鼓階中的位置分為直電極序列和彎電極序列(預彎電極序列)。在本節中,我們將討論為聽力保護和EAS目的而開發的兩種類型的直電極序列:短電極序列和纖細電極序列。

2.1.1 短電極序列 20世紀90年代末,發現EAS可提高患者人工耳蝸植入術后在噪聲下言語識別能力,使聲音更為清晰自然,因此,出現了以保護聽力為目標的電極序列設計的改變。Mowry等[9]提出了一種短的電極序列,供聯合EAS使用,其植入位置較淺,可減少電極植入對蝸頂基底膜及毛細胞造成損傷,因此可以用來保留低頻殘余聽力。一項關于S12 Hybrid系統的植入物(10 mm,10個電極觸點)在多中心臨床試驗中進行了評估[10],發現85%的參與者在12個月時保留了低頻殘余聽力[純音聽閾(pure tone average,PTA)在 125、250 和 500 Hz ≤ 85 dB]。另外一項長期研究顯示,L24、S8和S12使用者中有相當一部分在最初植入后15年內保留了低頻殘余聽力[11]。這些研究表明電極的長度和植入深度可能是影響低頻聽力的一個重要因素。

2.1.2 纖細電極序列 研究表明, 較粗的電極序列會增加損傷耳蝸的風險,而直電極的優勢在于易于植入,因此需要設計纖細和柔軟的電極,以便有效地保護殘余聽力。纖細電極已成為追求更大電極覆蓋率與聽力保留之間的潛在平衡方式。Lenarz等[12]對20例低頻殘余聽力較高的患者植入SlimJ電極進行回顧性研究,發現術后1個月,85%的患者低頻聽力保持在30 dBHL以內,50%的患者保持在15 dBHL以內,短期內獲得了較高的聽力保留率。在一項豚鼠模型研究中發現纖細電極剛度小,電極植入力均值更小,植入后聽力損失小[13]。一項探討電極特性對人工耳蝸植入力學特征的影響研究中[14],將標準電極、纖細電極、纖細加長電極,在耳蝸模型上進行電極植入,通過分析植入過程力學信息,發現纖細電極的植入力峰值顯著小于標準電極,表明電極的纖細化有助于植入力的減小,能更好地保護殘余聽力。

由于大部分為回顧性研究,對聽力保護定義不同,且由不同的外科醫生操作,因此很難得出一致性結論,還需要進一步的前瞻性隊列研究去證實。關于“理想”的電極,還與耳蝸解剖個體差異性、殘留聽力水平、聽力損失的病因等因素相關。

2.1.3 電極涂層 通常用于聽力保護的人工耳蝸設計主要集中在電極序列的直徑、長度和形狀改進上。人工耳蝸電極嵌入在有機硅聚合物外殼中,容易形成生物膜,易引發耳蝸內的異物炎性反應和新骨形成,甚至電極表面纖維組織形成等病理反應。使用親水性“水凝膠”涂層來改善有機硅的機械和防污性能已經引起了生物材料研究人員的關注。例如,正在研究的兩性離子水凝膠涂層可作為此目的的人工耳蝸涂層[15]。該涂層在體外試驗顯示出能夠減少蛋白質、細胞和細菌的粘附,減少電極表面纖維化,但尚未在人工耳蝸模型中進行研究,重要的是,這些涂層電極顯著降低了電極植入過程中的植入力,也可能有助于減輕急性插入創傷[16],對保護殘余聽力也具有非常重要的意義。高分子材料涂層本身也具有抑制表面纖維組織形成的特點,其他如透明質酸和星形聚乙二醇水凝膠涂層也已開發并在少量的人工耳蝸模型中進行測試[17],但還需要進一步的研究和臨床實踐來證明水凝膠涂層的實用性和耐受性。

2.2 圍手術期的藥物治療

糖皮質激素洗脫人工耳蝸電極可能成為減少手術后炎癥反應的潛在方法。在人工耳蝸植入電極的豚鼠模型中,已證明從人工耳蝸電極中洗脫糖皮質激素可減少炎癥反應、纖維化和降低電極阻抗。在最近一項研究中,與植入后長達 6 個月的傳統人工耳蝸相比,地塞米松洗脫電極降低了聽性腦干反應閾值變化并降低了電極阻抗[23],研究中組織學分析還顯示,實驗組的耳蝸內纖維化和新骨形成減少。Briggs等[24]研究使用一種新型地塞米松洗脫耳蝸電極與常規的耳蝸電極相比,檢查了電極阻抗測量值,發現在實驗組中,電極阻抗在術后 24 個月內顯著降低且更穩定,穩定的低阻抗表明減少了對人工耳蝸的炎癥反應。上述研究表明,糖皮質激素洗脫電極能夠有效地抑制局部炎癥反應,對殘余聽力有保護作用。

2.2.2 其他藥物 如前所述,在人工耳蝸植入手術中對局部和全身使用糖皮質激素進行了廣泛研究,然而,糖皮質激素具有許多副作用,例如高血糖、機會性感染、消化性潰瘍等。Gantz等[25]建議需要預防人工耳蝸植入后的延遲性聽力損失,而長期使用糖皮質激素會增加該群體的不良反應。因此,需要更多的研究來發現新的藥物對人工耳蝸植入術殘余聽力的保護。一項旨在評估全身硫辛酸對人工耳蝸植入后聽力保護的影響研究,該研究將豚鼠隨機分為對照組和硫辛酸組。實驗組動物經腹腔內注射硫辛酸治療4周后,組織學檢查顯示,沿電極插入部位的耳蝸內纖維化明顯少于對照組,基底、中間和頂端的螺旋神經節細胞密度較對照組顯著升高。該研究表明全身性硫辛酸給藥可能能夠有效地保護接受人工耳蝸植入患者的低頻聽力,其作用機制可能歸因于保護螺旋神經節細胞和預防耳蝸內纖維化[26]。其他藥物作用機制包括抑制細胞凋亡、刺激神經突生長和溶解耳蝸內血栓[27]等,在動物模型中也顯示出對聽力保護的一些益處,但由于缺乏重復性,未經過臨床試驗,目前很難得出結論。

2.3 人工耳蝸植入手術現狀與進展

手術方法或電極植入技術的改進也可以減少術中對耳蝸的創傷,從而減輕耳蝸炎癥反應和纖維化。Lehnhardt等[28]在20世紀90年代率先提出使用“柔”手術技術進行人工耳蝸植入,其方法強調在不破壞骨內膜的情況下,圓窗龕前端開窗進入鼓階,鉆孔時多采用低鉆速鉆頭,鉆至骨內膜處停止,換由小刀或探針輕輕劃開骨內膜,耳蝸造口處用藥,植入電極時不應直接使用吸引器抽吸或者過快地暴力插入電極,應勻速、靈活而輕柔,并在植入后對植入體和術區形成完全覆蓋與保護。來自動物和人類顳骨研究的結果表明創傷性植入對聽力保護和耳蝸結構完整性存在負面影響,因此建議使用“柔”手術技術[29]。此外,還有嚴控電極的植入時間、采用圓窗或圓窗前下植入和“進極止芯”技術均有利于殘余聽力的保留[30-31]。

2.3.1 機器人輔助人工耳蝸植入 人工耳蝸電極植入的速度和穩定性被廣泛認為是減少術中創傷相關的重要因素,并可能改善術后聽力效果。機器人輔助人工耳蝸植入將成為一種可能在人工耳蝸植入手術中標準化植入速度和軌跡的工具。Kaufmann等[32]在人類尸體顳骨上使用新型機器人比較了機器人與手動植入,發現機器人輔助降低了植入力且保持了植入力的穩定,植入樣本的組織學檢查還顯示,機器人輔助植入中的耳蝸損傷減少,同時標間易位和骨螺旋板的破壞也減少。Barriat等[1]使用機器人輔助技術對5例患者進行了初步研究,認為在臨床環境中執行此操作具有良好的耐受性和可行性。潘金錫等[14]分別應用傳統技術、機器人輔助技術在耳蝸模型上進行電極植入,在電極條件相同的情況下,機器人技術均能較傳統技術降低電極植入的力峰值和力變化,表明機器人輔助技術的應用有助于植入力的減小,應用機器人輔助技術可實現良好力控。

新技術的應用勢必存在一定的風險,范登堡大學團隊[33]采用框架式輔助系統定位時出現了術中面神經損傷。因此,機器人輔助人工耳蝸植入的研發還需要多學科合作, 包括手術器械設計、影像學定位、術中操作、聽力及言語的術中術后評估等,需要更多的研究結果來證明其對聽力的保護。

2.3.2 圖像和電生理引導的人工耳蝸植入手術 人工耳蝸植入術中電極的植入軌跡、深度和最終位置難以控制,并且可能因患者解剖結構和外科醫生經驗而存在較大差異。最近研究發現使用CT進行圖像引導的人工耳蝸植入手術,可以更精確地規劃耳蝸植入的向量和深度。圖像引導是利用患者特定的解剖參數來實施理想的植入向量和植入深度[34]。Labadie等[35]研發了一種可用于圖像引導的人工耳蝸植入手術系統,將術前計算機斷層掃描圖像對標準層面進行標記,并使用微創方式植入人工耳蝸。結合圖像引導和機器人輔助植入的集成系統,可以對植入過程提供實時控制。同樣,通過機器人技術實現的電極植入精確控制與耳蝸電圖實時動態的監測,可以檢測耳蝸局部區域誘發的頻率特異性耳蝸微音電位,在耳蝸內、外記錄耳蝸電圖。當術中耳蝸電圖信號異常時,可提示是否存在電極插入導致的耳蝸損傷,這樣可能會減少手術創傷并改善手術效果。

3 結論

本文總結了關于保留殘余聽力相關的電極設計、新型電極涂層、藥物治療、機器人輔助、圖像引導等方面的最新進展,為獲得更好的殘余聽力,改善患者的生活質量帶來了新的基礎及臨床研究方向。未來,我們還需要更多更大規模的前瞻性隊列研究,獲得更多的循證學依據,最大程度保護殘余聽力。