内耳淋巴压力变化对前庭器官作用的微观力学机制

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
30971528
项目类别：
面上项目
资助金额：
30.0万
负责人：
戴培东
依托单位：
复旦大学
学科分类：
C1105.整合生理学与整合生物学
结题年份：
2012
批准年份：
2009
项目状态：
已结题
起止时间：
2010-01-01 至2012-12-31

项目参与者：
王盛章；孙燕；傅窈窈；陈家亮；谢友舟；池涨才；
关键词：
内淋巴积水有限元方法膜迷路前庭终器力学建模

项目摘要

内耳的内、外淋巴液是维持膜迷路形态及前庭终器正常功能的重要因素，其循环障碍（如梅尼埃病等）引起内淋巴积水和内淋巴压力的异常变化，甚至导致窗膜或膜迷路管壁破裂，引起眩晕等前庭功能障碍，但其中淋巴压力变化对膜迷路各结构作用的力学机制仍不明。为此，本课题将建立豚鼠内耳淋巴积水模型，检测分析前庭功能的变化，并分析膜迷路管道与前庭终器的形态变化。同时，通过有限元方法建立合理的迷路和淋巴液力学模型，在与实验结果比较的基础上，验证和修正有限元模型，进而分析在淋巴液异常压力状态下，囊壁和膜壁的膨胀、变形、移位、甚至膜壁或窗膜破裂的力学行为特征，以及淋巴液对囊斑、壶腹嵴微观结构的力学作用，从而阐明前庭功能障碍的生物力学机制。本研究有助于加深认识前庭器官生理，特别是淋巴压力变化对前庭器官的影响，进一步揭示梅尼埃病、半规管骨裂等疾病的病理生理机制，为其临床诊断治疗的改进提供新的思路。

结项摘要

内淋巴积水是内淋巴产生过多或吸收障碍所引起的内耳膜迷路内淋巴液异常增多，一般认为是梅尼埃病（Ménière’s Disease，MD）的病理基础。但内淋巴积水及其压力异常变化对前庭器官各结构作用的微观力学机制仍不明。本课题通过建立豚鼠内淋巴积水模型，检测前庭功能的变化，分析膜迷路管道与前庭终器的形态变化。同时，建立前庭迷路力学模型，分析在淋巴液异常压力状态下，囊壁和膜壁的膨胀、变形、移位等的力学特征，以及淋巴液对囊斑、壶腹嵴微观结构的力学作用，以阐明前庭功能障碍的生物力学机制。.本研究在光镜和电镜下观察正常和内淋巴积水豚鼠前庭器的形态，发现豚鼠外膜半规管壶腹嵴毛细胞纤毛束的损伤存在明显的区域差别，外半规管壶腹嵴嵴顶和椭圆囊斑微纹处的毛细胞损伤最为严重。在Micro-CT图像清晰显示前庭器膜壁的基础上进行3D重建，观察豚鼠前庭器结构的形态、空间位置及相互毗邻关系；测量外膜半规管和椭圆囊在垂直于流体流动方向横断面的管径，发现：外膜半规管横断面为椭圆形，其长径和短径之比恒定；椭圆囊和壶腹长径与短径之比明显大于外膜半规管。内淋巴积水豚鼠椭圆囊和外膜壶腹的管径明显增大，而外膜半规管管径无明显改变，为研究内淋巴液在外膜半规管和椭圆囊的流动特征、内淋巴液与壶腹嵴的相互作用提供了形态几何参数。.借助逆向工程软件Geomagic Studio软件对MIMICS重建的3D表面模型进行去除毛刺、填充空洞和曲面优化等处理，建立前庭膜迷路的三维几何模型。根据前述形态测量结果，建立正常和积水豚鼠外膜半规管和椭圆囊二维和三维有限元模型，分析正常和积水豚鼠头部旋转过程中内淋巴液与壶腹帽的流固耦合作用，观察由于内淋巴液的惯性作用而滞后于半规管的运动引起壶腹帽的变形，产生位移和剪切应变的区别。发现壶腹帽剪切应变可能是带动壶腹嵴毛细胞纤毛偏转的主要因素，积水豚鼠椭圆囊和半规管壶腹的膨大导致壶腹帽剪切应变的增加可能是积水豚鼠壶腹嵴嵴顶毛细胞损伤的重要原因之一。上述研究结果有助于理解EH发生发展过程中前庭器损伤的力学机制，加深对前庭病理生理的认识。