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Average Spectrum of Electrophysiological Cochleoneural Activity in Guinea Pig
Huang Zhiwu,Wu Zhanyuan,Cao Yongmao,et al.
(Department of Otolaryngology，Head and Neck Surgery,First Affiliated Hospital,Hubei Medical University,Wuhan,430060)
【Abstract】ObjectiveTo investigate the spectral features of average spectrum of electrophysiological cochleoneural activity(ASECA) recorded from the round window,and to observe the alteration of ASECA under sedation,anesthesia and operation.MethodThe recording of electrophysiological cochleoneural activity was to implant an electrode at the round window, the ASECA was obtained to FFT transform for the signal recorded.ResultThe pattern of in silent conditions from awake guinea pigs exhibited a similar pattern from all animals with a first peak of maximal energy at the lowest frequencies up to 100 Hz followed by a valley near 500 Hz and a broad peak centered 1 kHz. We found that the valley 500 Hz was deepened and not shifted, and that the CAP threshold was not increased under sedation and anesthesia with maintenance of temperature. But we found also that the valley 500 Hz was towards 400 Hz and deepened, and the ASECA-1kHz was shifted towards 0.8 kHz and decreased under sedation and anesthesia with decreasing temperature. Conclusion Our study shows that ASECA-1 kHz is the spectral feature of ASECA,and that the minimum normal value of ASECA-1 kHz is 36 dB(re 1nv).
【Key words】CochleaSpontaneous activityAnesthesiaSpectrum
在安静条件下，电极放置于听神经上所记录到的听神经活动研究表明它和听神经自发活动相关［1～4］。Dolan(1990)［3］等在豚鼠耳蜗圆窗记录到可代表听神经活动的电信号。在晚近临床上记录到耳蜗神经电生理活动的平均谱(average spectrum of electrophsiological cochleoneural activity,ASECA)的变化表明ASECA特征值极可能和耳鸣的主观症状有关［5，6］，此外，动物实验研究已表明大剂量水杨酸盐注射后(ASECA)出现特征变化，并借此来建立耳鸣动物模型［2，5，6］。
本研究通过观察慢性园窗电极植入术中、术后二周ASECA变化的动态跟踪以及镇静、麻醉状态下ASECA的改变，研究了有关ASECA的特性并讨论了在应用ASECA对耳蜗神经电生理活动研究时应注意避免的事项。
1材料与方法
1.1动物准备成年杂色豚鼠，实验开始时体重在250～350克，雌雄不分，耳廓反射灵敏，均进行慢性园窗电极植入。术后两周测试0.25～32 kHz CAP阈值，正常者选用作实验动物。
1.2慢性园窗电极植入采用Ketamine(50 mg/kg)及2%的Xylazine(10 mg/kg)的混合液肌注麻醉。作耳廓后切口，暴露听泡并钻直径1 mm左右的洞，在手术显微镜下并将铂金电极球轻轻地放入园窗龛并与园窗膜相贴，作为记录听神经复合动作电位和ASECA的记录电极。
1.3耳蜗神经电生理活动平均谱实验在隔声屏蔽室内进行，噪声底为25 dB(A)。动物置于特制的固定夹内，记录信号经过滤波带宽为10 Hz～10 kHz直流前置放大器，将信号放大1 000倍后通过一个16位的A/D转换器，以采样频率为2 205 Hz采样并贮存于计算机，每个平均功率谱为3个10秒的记录单元，在没有应用任何窗条件下进行快速富立叶变换得出每次300个谱的平均谱。谱的振幅均方根的计算是采用20 log(M/R)形式作为电压谱密度的表达且以dB表示，M是计算振幅的均方根值，R取1 nv rms/为基准参数(见图1)。
图1园窗记录到的5只正常豚鼠的ASECA图(上)，动物处死后立即记录获得的ASECA图(中)，两5 kΩ电阻代替动物获得的本底电噪声图(下)
1.4CAP阈值曲线图耳机置于左外耳道口前方1 cm处。采用短音(2-0-2)诱发平均叠加200次并通过视觉判断阈值，按倍频程关系测试0.25至32 kHz的CAP阈值，将其绘制成阈值曲线图。
1.5镇静剂和麻醉剂选用术后2周CAP阈值及ASECA正常且稳定的豚鼠进行实验，镇静剂和麻醉剂组各10只随机分为控制体温和体温自然下降两组。通过自动温度控制系统(即将电热保温毯包裹动物头部，恒温控制传感器置口腔)保持动物体温在37.5℃～38.5℃。
镇静剂组：肌肉注射2%Xylazine(10 mg/kg)，镇静以腿部肌肉松弛为指标。记录注射后半小时，1小时后每隔1小时测试一次至注射后7小时。
麻醉剂组：肌肉注射2%Xylazine(10 mg/kg)和Ketamine(50 mg/kg)的混合液。分组及记录方法同镇静剂组。
2结果
2.1安静状态下，正常清醒豚鼠(即慢性园窗植入术至少一周后且ASECA图稳定)园窗记录到的ASECA如图1所示。其特征为在500 Hz附近有一振幅约为12 dB的谱谷且紧随其后，有一中心频率在1 kHz左右的振幅约高于此谷6 dB的宽峰(以下称为ASECA-1 kHz)。此外，在低频处有一最大的能量峰，其中心频率接近100 Hz。
2.2手术对ASECA的影响个体差异较大，主要表现在术中及术后2周以内(见图2)，说明ASECA的变化比CAP阈值变化复杂得多，CAP阈值只是在术中(注射麻醉剂后)2小时表现为阈值上升，且3小时和随后的几天里，表现在正常范围且稳定。而ASECA的变化不仅在术中自始至终变化着，而且在随后的几小时甚至在术后1至2周才逐渐恢复正常或维持稳定。
图2园窗电极植入术过程中ASECA的变化
(a.手术过程中不同时期记录的ASECA图，b.记录手术过程中ASECA-1 kHz谱峰及500 Hz谱谷的波动，c.相应的CAP阈值的变化)
2.3图3A为镇静状态维持体温条件下观察到相应的500 Hz谱谷在最初几个小时内移向400 Hz，但ASECA—1 kHz保持稳定。且CAP阈值无变化。图3B为在镇静状态体温下降条件下(2至3小时后温度可下降3至4度)的结果，表明ASECA和CAP阈值均有不同程度的变化。ASECA的变化主要表现在ASECA—1 kHz峰下降且移向低频，最大可移至接近500 Hz的谱谷，此外，这种变化持续时间较长且为渐进性。CAP阈值表现为2小时时极高频阈值(8 kHz以上)上升10 dB左右。麻醉剂组的结果类似于镇静剂组但各种变化更明显。
图3镇静状态下，ASECA和CAP阈值的改变
A维持体温B体温自然波动
(a.注射镇静剂后，ASECA随时间的变化，b.ASECA-1 kHz及500 Hz谱谷的波动，c.CAP阈值的相应改变)
2.4CAP阈值和ASECA的关系当动物表现为ASECA和CAP阈值在术后1至2周稳定后，对140只豚鼠ASECA-1 kHz的值和不同频率的CAP阈值之间的关系进行了统计学分析。结果表明ASECA的幅值和各频率的阈值相关性不高(R值均为0.5左右)，但正常CAP阈值和ASECA-1 kHz之间仍存在一定的对应关系。即ASECA-1 kHz振幅低于36 dB但高于32 dB，同时观察到CAP阈值有轻微上升，这些上升有些出现在高频段(高于8 kHz)，有时也伴有中低频阈值上升或仅为中低频阈值上升(见图4)。
