Warning: mkdir(): Permission denied in /home/virtual/lib/view_data.php on line 81 Warning: fopen(/home/virtual/audiology/journal/upload/ip_log/ip_log_2023-02.txt): failed to open stream: No such file or directory in /home/virtual/lib/view_data.php on line 83 Warning: fwrite() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/virtual/lib/view_data.php on line 84 A Study of Promontory Stimulation Electrical Auditory Brainstem Response in a Cat Model of Auditory Neuropathy
Korean J Audiol Search

CLOSE


Phamacology, Electrophysiology
Korean Journal of Audiology 2010;14(1):16-20.
A Study of Promontory Stimulation Electrical Auditory Brainstem Response in a Cat Model of Auditory Neuropathy
Soo-Yong Ahn, Lee-Suk Kim, Sung-Wook Jeong, Woo-Yong Bae
Department of Otolaryngology-Head Neck Surgery, Dong-A University College of Medicine, Busan, Korea
청각신경병증 고양이 모델에서 와우갑각 전기자극 청성뇌간반응에 관한 연구
안수용, 김리석, 정성욱, 배우용
동아대학교 의과대학 이비인후과학교실
Abstract

Background and Objectives
Auditory neuropathy (AN) is thought to reflect the impairment of neural synchrony. Cochlear implantation (CI) would be effective for patients with AN, especially in patients who do not benefit from the conventional hearing aids. Although most recipients have demonstrated positive outcomes, some patients in published reports have shown very poor performance with minimal improvement. The patients with diseased auditory nerve (postsynaptic AN) might be unsuitable for cochlear implantation. On the other hand, for patients with lesions in the inner hair cells or at the synaptic junctions between the inner hair cells and dendrites (presynaptic AN), CI can be beneficial because the signal introduced by the implant bypasses the site of the lesion. The aim of this study was to assess the utility of electrical stimulation in cat model of presynaptic AN. 



Materials and Methods
The 20 adult cats (1.5-3.0 kg) with normal Preyer reflex were treated with carboplatin (400 mg/m2) injection into the internal jugular vein. Auditory neuropathy was identified with the tests of otoacoustic emission (OAE) and auditory brainstem response (ABR). We measured promontory stimulation-electrical ABR (PS-EABR) in cats with auditory neuropathy. 



Results
We obtained 5 cats with presynaptic AN, which had normal OAEs while ABR thresholds were markedly elevated and had inner hair cell degeneration. We obtained stable waveforms of PS-EABR in these cats. 



Conclusions
We suggest that the electrical stimulation can produce synchronous neural activity of the auditory nerve in a cat model of auditory neuropathy with hair cell dyssynchrony.

Keywords: Auditory neuropathy;Cat;Carboplatin;Electrical auditory brainstem response.

Address for correspondence : Lee-Suk Kim, MD, PhD, Department of Otolaryngology-Head and Neck Surgery, Dong-A University College of Medicine, 1 Dongdaesin-dong 3-ga, Seo-gu, Busan 602-715, Korea
Tel:+82-51-240-5428, Fax:+82-51-253-0712, E-mail:klsolkor@chol.com


서     론

청각신경병증(auditory neuropathy: AN)은 이음향방사나 cochlear microphonic은 나타나지만 청성뇌간반응은 나타나지 않거나 매우 비정상적인 소견을 보이는 감각신경성난청으로 병리학적으로는 외유모세포는 보존되어 있으면서 내유모세포와 제1형 청신경세포를 통한 청각전달로의 병변에 기인한다.1,2,3,4) 병변의 발생 위치에 따라 내유모세포 및 신경접합부 병변에 기인한 presynaptic AN과 청신경 병변에 기인하는 postsynaptic AN으로 구분할 수 있다. 보존적 치료로 도움을 받지 못하는 청각신경병증 환자에서는 인공와우이식이 시행되고 있고, 대부분에서 이식 후 우수한 말인지력을 획득하지만 일부에서는 부진한 결과를 보인다. 인공와우를 통한 전기자극은 와우를 거치지 않고 나선신경절세포를 직접 자극하므로 이식 후 말인지력이 우수한 경우는 presynaptic AN, 부진한 경우는 postsynaptic AN으로 추정할 수 있다.5,6) Carboplatin을 이용한 청각신경병증 선행연구7,8)를 바탕으로 본 연구에서는 내유모세포 손상으로 유도된 청각신경병증 고양이 모델에서 전기자극의 유용성을 알아보고자 하였다. 


재료 및 방법

Carboplatin을 이용한 청각신경병증의 유도
체중이 1.5
~3 kg이고 정상 이개반응(preyer reflex)을 보이는 20마리(20귀)의 고양이를 대상으로 본 연구를 시행하였다. Ketamine HCl(40 mg/kg)로 마취 후 청성뇌간반응과 이음향방사검사를 시행하고 경정맥을 통하여 carboplatin(400 mg/m2)을 투여하였다. Carboplatin 투여 4주 후 청성뇌간반응과 이음향방사검사를 시행하여 청각신경병증이 유도되었는지 확인하였다(Fig. 1).

와우갑각 전기자극 청성뇌간반응의 기록
Carboplatin 투여 후 청성뇌간반응과 이음향방사검사에서 청각신경병증 소견을 보인 고양이를 대상으로 와우갑각 전기자극 청성뇌간반응(promontory stimulation-electrical auditory brainstem response, PS-EABR)을 기록하였다. 고양이의 항상성을 유지하기 위하여 heating pad를 사용하여 체온이 37
~38℃가 되도록 하였으며 2시간 간격으로 Hartmann 용액(1 cc/kg)을 복강 내에 주사하였다. Dorsal approach 방법으로 수술을 시행하여 유양동의 외측면을 따라 국소마취제를 주사한 후 이개 후부의 피부를 절개하여 bulla를 노출시키고 와우갑각과 정원창을 노출시켰다. 전기자극을 위한 활성 전극(active electrode)은 외이도나 고막을 통한 전류의 전도를 막기 위해 전극 첨단부를 제외하고는 teflon으로 피막 처리된 27 gauge 침전극(monopolar needle electrode)을 이용하였으며 수술현미경하에서 정원창 근처 와우갑각에 고정장치를 이용하여 고정하였다. 기록 전극은 EEG용 침전극을 사용하여 두정중부(frontal pole zero)에 활성 전극을 배치하고 검사측 이개(ear lobe)에 접지전극(ground electrode)을, 검사 반대측 이개에 기준 전극을 부착하여 대측기록(contralateral recording)을 시행하였다. 기록 전극의 전기 저항은 10 kΩ 이하로 하였다. 전기 자극은 biphagic, train mode로 빈도는 8 Hz , 진폭은 50 μsec, 저항은 10 kΩ 이하로 하였으며 100 μA에서 시작하여 파형이 관찰되기 시작하면 50 μA 단위로 증가시키면서 400 μA까지 자극강도를 높여 뇌파를 측정하였다. 유발전위의 기록은 Nicolet CA-2,000 Evoked Reponse Audiometer® (Nicolet, USA)를 사용하였고, 대역통과(band pass)는 10~3,000 Hz, 증폭기 sensitivity를 50 μV, 기록시간을 10 msec로 하여 256회 이상 평균가산하였다. V파의 역치 및 역치상 100 μA에서 기록한 V파의 진폭 및 잠복기를 분석하고 자극강도의 변화에 따른 V파의 진폭과 잠복기의 변화는 SPSS 통계 프로그램을 이용하여 Analysis of Variance (ANOVA) test로 결과를 분석하였다.

결     과

Carboplatin을 이용한 청각신경병증의 유도
Carboplatin을 투여받은 20마리(20귀)의 고양이 중 5마리(5귀)(Cat No. 2, 6, 11, 12, 18)에서 이음향방사검사에서는 정상 소견을 보이나 청성뇌간반응에서는 최고 음자극에도 파형이 나타나지 않거나 비정상적인 파형을 보이는 청각신경병증이 유발되었다(Table 1). Carboplatin 투여 후 청각신경병증이 유발된 5마리의 고양이 중 1마리에서는 이음향방사는 나타났으나 최고 음자극에도 청성뇌간반응의 파형이 나타나지 않았고, 나머지 4마리에서는 이음향방사는 나타났으나 청성뇌간반응에서는 역치가 70
~90 dBnHL로 크게 증가되었고 파형이 비정상적이었다. 청각신경병증이 유도된 고양이의 와우 전자현미경검사에서 내유모세포에 국한된 손상이 확인되었다(Fig. 2).

와우갑각 전기자극 청성뇌간반응의 기록
청각신경병증이 유도된 고양이 5마리(5귀) 모두에서 와우갑각에 전기자극을 가하여 PS-EABR의 파형을 얻을 수 있었다(Fig. 3). 특히 최고 음자극에도 청성뇌간반응이 기록되지 않았던 고양이에서도 전기자극에 대해서는 청성뇌간반응이 기록되었다. PS-EABR의 역치는 150
~200 μA으로 평균 170±27 μA였다. 역치상 100 μA 자극 강도에서 V파의 진폭은 0.25~0.55 μV로 평균 0.43±0.12 μV였으며 잠복기는 2.72~3.51 msec로 평균 3.14±0.32 msec였다. 자극의 강도가 증가함에 따라 진폭은 유의하게 증가하였고 (p<0.05) 잠복기에는 유의한 변화가 없었다(p>0.05)(Fig. 4, 5).

고     찰

청각신경병증에서 인공와우이식이 도움이 된다는 이론적 근거는 두 가지로 요약할 수 있다. 첫째, 본 질환의 병변이 내유모세포나 신경접합부에 국한되어 있다면 인공와우를 통한 전기자극은 와우를 거치지 않고 나선신경절세포를 직접 자극하므로 병변이 전기자극의 전도를 방해하지 않는다.9) 둘째, 병변의 위치가 청신경 자체에 있는 경우라도 전기자극은 neural synchrony를 유발할 수 있을 것으로 생각하는데, 이는 청신경 병변을 가진 동물을 대상으로 한 실험의 결과를 통해 확인할 수 있다. Zhou 등10)은 탈수초 병변(demyelinating neuropathy)을 가진 쥐를, Shepherd와 Javel11)은 나선신경절 세포의 수가 5% 수준으로 감소된 고양이를 대상으로 청신경에 전기자극을 가하여 청성뇌간반응의 파형이 기록될 수 있음을 증명한 바 있다. 
실제 청각신경병증 환자에서 인공와우이식을 시행하여 성공적인 결과들을 보고하고 있다. Kim 등은 청각신경병증 환아의 대부분이 인공와우이식을 받은 후 말인지력에 두드러진 향상이 있었으며 인공와우를 통한 전기자극으로 안정적인 EABR 파형이 나타나는 것은 neural synchrony의 복구를 의미한다고 하였다.12,13) EABR은 청신경 섬유원의 수 뿐만 아니라 전기로 자극된 신경다발의 상태를 반영하는 것으로 그 역치는 인공와우이식 후 수행력을 예측하는 데 좋은 지표가 되기도 하는데,10) Rea와 Gibson14)과 Shallop 등15)은 인공와우 이식 후 electrical compound action potential(ECAP)과 EABR을 통해 전기자극에 의해 와우신경에 동기화된 neural discharge가 일어남을 확인하였다. 반면 최근 연구결과에 따르면 청각신경병증 환자의 일부에서는 인공와우이식의 결과가 나쁘다고 보고하고 있다. Gibson과 Sanli6)는 EABR 파형이 정상인 경우 내유모세포의 이상에 기인한 presynaptic AN으로 추정할 수 있고 인공와우이식의 결과가 양호한 반면, EABR 파형이 비정상적인 경우에는 청신경의 병변에 기인한 postsynaptic AN으로 추정할 수 있고 이식 후 결과가 부진한 것으로 보고하였다. 하지만 Gibson과 Sanli6)의 보고는 EABR 결과를 통해서 병변의 위치를 추정한 것으로서 병리학적인 증거는 없다. 본 연구에서는 carboplatin을 고양이에게 투여하여 내유모세포가 파괴된 presynaptic AN의 동물모델을 만들고, 전기자극을 가하여 안정적인 EABR의 파형을 얻었다. 이는 청각신경병증에서 EABR이 기록되는 경우 presynaptic AN으로 추정된다는 Gibson과 Sanli6)의 보고와 부합하는 소견이라 할 수 있다. 향후 청신경의 병변에 기인한 postsynaptic AN의 동물모델을 확립하고 유사한 연구를 시행할 필요가 있다고 사료된다. 
고양이는 와우에서 뇌간에 이르는 청각전달로 및 청성뇌간반응의 잠복기와 파형, 그리고 와우 내 주파수 지도가 인간과 유사하기 때문에16) 고양이의 청각신경병증 동물모델은 전기생리 및 인공와우이식 연구에 있어 다른 동물모델에 비해 보다 유용하게 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 
본 연구에서 동일용량의 carboplatin을 투여한 20마리의 고양이 중 5마리에서만 청각신경병증이 유도되었다. 나머지 15마리에서는 내유모세포뿐만 아니라 외유모세포도 파괴되어 이음향방사가 나타나지 않거나, 청성뇌간반응의 역치상승이 10
~30 dB에 불과하여 청각신경병증에 부합되는 검사 소견을 얻지 못했다. 이와 같이 수득률이 25% 정도로 높지 않은 것은 개체간 약물에 대한 감수성의 차이가 중요한 원인으로 생각되며, 수득률을 높이기 위한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 

결     론

Carboplatin을 고양이에게 투여하여 선택적인 내유모세포 손상으로 인한 청각신경병증 동물모델을 만들고 안정적인 PS-EABR의 파형을 얻었다. 따라서 인공와우를 통한 전기자극은 내유모세포의 손상으로 인한 presynaptic AN을 위한 효과적인 청각재활도구로 사용될 수 있을 것으로 사료된다.


REFERENCES

  1. Kim LS, Jung SW, Lee SH, Heo SD. Auditory neuropathy: a report of three cases. Korean J Otolaryngol-Head Neck Surg 2003;46:874-81.

  2. Sininger Y, Hood LJ, Starr A, Berlin CI, Picton TW. Hearing loss due to auditory neuropathy. Audiol Today 1995;7:10-3.

  3. Starr A, McPherson D, Patterson J, Don M, Luxford W, Shannon R, et al. Absence of both auditory evoked potentials and auditory percepts dependent on timing cues. Brain 1991;114:1157-80.

  4. Starr A, Picton TW, Sininger Y, Hood LJ, Berlin CI. Auditory neuropathy. Brain 1996;119:741-53.

  5. Walton J, Gibson WP, Sanli H, Prelog K. Predicting cochlear implant outcomes in children with auditory neuropathy. Otol Neurotol 2008; 29:302-9.

  6. Gibson WP, Sanli H. Auditory neuropathy: an update. Ear Hear 2007;28:102S-6S.

  7. Harrison RV. An animal model of auditory neuropathy. Ear Hear 1998;19:355-61.

  8. Kim LS, Park DE, Ahn YM, Bae WY, Kim BY. An animal model of auditory neuropathy by selective inner hair cell damage in cats. Presented at the 25th Politzer Society Meeting, Seoul, October 5-9, 2005.

  9. Kiang NY, Moxon EC. Physiological considerations in artificial stimulation of the inner ear. Ann Otol Rhinol Laryngol 1972;81:714-30.

  10. Zhou R, Abbas PJ, Assouline JG. Electrically evoked auditory brainstem response in peripherally myelin-deficient mice. Hear Res 1995; 88:98-106.

  11. Shepherd RK, Javel E. Electrical stimulation of the auditory nerve. I. Correlation of physiological responses with cochlear status. Hear Res 1997;108:112-44.

  12. Jeong SW, Kim LS, Kim BY, Bae WY, Kim JR. Cochlear implantation in children with auditory neuropathy: outcomes and rationale. Acta Otolaryngol Suppl 2007;558:36-43.

  13. Kim LS, Jeong SW, Lee YM, Kim JS. Cochlear implantation in children. Auris Nasus Larynx 2010;37:6-17.

  14. Rea PA, Gibson WP. Evidence for surviving outer hair cell function in congenitally deaf ears. Laryngoscope 2003;113:2030-4. 

  15. Shallop JK, Peterson A, Facer GW, Fabry LB, Driscoll CL. Cochlear implants in five cases of auditory neuropathy: postoperative findings and progress. Laryngoscope 2001;111:552-62. 

  16. Iwasaki S, Mizuta K, Hoshino T. Tone burst-evoked otoacoustic emissions in cats with acoustic over stimulation and anoxia. Hear Res 1998;118:83-9.



ABOUT
ARTICLES

Browse all articles >

ISSUES
TOPICS

Browse all articles >

AUTHOR INFORMATION
Editorial Office
Department of Otorhinolaryngology-Head and Neck Surgery, Seoul St. Mary’s Hospital
#505 Banpo-dong, Seocho-gu, Seoul 06591, Korea
Tel: +82-2-2258-6213    Fax: +82-2-595-1354    E-mail: khpent@catholic.ac.kr                

Copyright © 2023 by The Korean Audiological Society and Korean Otological Society. All rights reserved.

Developed in M2PI

Close layer
prev next