Advanced

Influence of middle ear pressure changes on labyrinthine hydrodynamics and hearing physiology

Konradsson, Konrad LU (1999)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

INLEDNING – Människans hörsel är beroende av att öra, nervsystem och hjärna alla fungerar som de skall. Det inkluderar mellanörat; med hörselben och trumhinna, innerörat; med sina sinnesceller, hörselnerven och hörselcentrum i hjärnan. Det är välkänt att ändrat omgivningstryck påverkar örat - vi får till exempel alla lock i öronen och hör dåligt om vi inte kan tryckutjämna då flygplanet landar. I vissa fall kan ändringar i omgivningstrycket skada innerörat och förorsaka en bestående hörselnedsättning. vilken effekt tryckändringarna haft på innerörats funktion. Redan i början av detta århundrade genomfördes undersökningar som visade att tryckförändringar kan inverka på örat och ge påverkan på... (More)
Popular Abstract in Swedish

INLEDNING – Människans hörsel är beroende av att öra, nervsystem och hjärna alla fungerar som de skall. Det inkluderar mellanörat; med hörselben och trumhinna, innerörat; med sina sinnesceller, hörselnerven och hörselcentrum i hjärnan. Det är välkänt att ändrat omgivningstryck påverkar örat - vi får till exempel alla lock i öronen och hör dåligt om vi inte kan tryckutjämna då flygplanet landar. I vissa fall kan ändringar i omgivningstrycket skada innerörat och förorsaka en bestående hörselnedsättning. vilken effekt tryckändringarna haft på innerörats funktion. Redan i början av detta århundrade genomfördes undersökningar som visade att tryckförändringar kan inverka på örat och ge påverkan på hörseln och balansen. Ett samband mellan hjärnvätskan och vätskorna i innerörat har också påvisats. Fortfarande är det dock inte klart varför innerörat ibland kan påverkas så att man kan drabbas av dövhet, hörselskada och yrsel vid förändrat omgivningstryck som vid flygning och dykning. Effekten av tryckförändringar på innerörats funktion tycks variera från person till person och är till synes oförutsägbar. Sjukdomar medförande hörselnedsättning och yrselproblem kan troligen också orsakas av tryckförändringar i innerörat, även om ingen förändring av omgivningstrycket skett. Till exempel är Menieres sjukdom en inte helt ovanlig åkomma, som drabbar innerörat. Den kännetecknas av attacker med kraftig yrsel med illamående och kräkningar - kombinerat med hörselnedsättning och öronsus. Sjukdomens orsaker är fortfarande inte kända trots intensiv forskning. Allmänt anses att en rubbning av innerörevätskornas mängd och tryck kan ligga bakom problemen, då både hörselorganet och balansorganet finns i innerörat. Detta skulle förklara att symptomen spontant kan förbättras eller helt försvinna om vätskebalansen återställs. Förändringar i omgivningstrycket har kunnat minska hörselnedsättningen och yrseln vid Menieres sjukdom. Till exempel har patienter med sjukdomen upplevt symtomförbättning i samband med flygning. Positiva behandlingsresultat har även rapporterats både vid minskat tryck, som vid undertrycksbehandling i tryckkammare, och ökat tryck, som vid ökning av trycket i hörselgången. Någon säker förklaring till vilka mekanismer som ligger till grund för att tryckförändringar skulle inverka på sjukdomen har ingen kunnat ge.



DJURFÖRSÖK – Under senare år har flera djurexperimentella studier berört trycket i innerörevätskorna, dock alltid vid normalt omgivningstryck. Dessutom har effekten av förändrat lokalt tryck i hörselgången och mellanörat undersökts. De djurstudier som här redovisas är de första som visar vilken effekt ett sänkt omgivningstryck har på trycken i mellanörat, innerörat, hjärnvätskan och trycket i blodkärlen. Försöksdjuren har varit katter som varit nedsövda under hela undersökningen. Syftet med försöken var att få reda på vilka tryckändringar som uppstår i innerörevätskan om omgivningstrycket ändras. Dessutom undersöktes hur dessa tryckförändringar påverkas av funktionen hos vätskegången från hörselsnäckan till hjärnan - den kokleära akvedukten- och förbindelsen mellan mellanörat och svalget - örontrumpeten. I försöken valde vi att sänka omgivningstrycket med 7 kPa i en tryckkammare, vilket motsvarar tryckförändringar vid en luftfärd från havsnivå till ca 560 m höjd. Vi fann att om kammartrycket ändrades med ett öppet mellanöra, som om det fanns ett stort hål på trumhinnan, så förändrades alla trycken parallellt. Inga nya tryckskillnader uppstod mellan innerörat och mellanörat. Kroppstrycken följde helt de yttre tryckändringarna. Anledningen till detta är tryckeffekten på kroppsytan. Ändringar i trycket överförs direkt till kroppsvätskor och vävnader vilket medför en momentan ändring av blodtryck och hjärnvätsketrycket. Resultaten av djurförsöken visade att örontrumpeten har en tryckutjämnande och skyddande funktion beträffande de tryckgradienter som uppstår, mellan innerörat å ena sidan och mellanöra och hjärnvätskan å andra sidan vid förändring av omgivningstrycket. Det är inte enbart mellanörat och trumhinnan som skyddas när mellanöretrycket utjämnas mot omgivningstrycket, utan även innerörats membraner. I försök med kirurgiskt blockerad örontrumpet kvarstod de uppkomna tryckskillnaderna under hela experimenttiden. Tryckskillnaderna mellan innerörat och hjärnvätskan utjämnas genom den kokleära akvedukten. Om akvedukten blockeras störs funktionen och tryckskillnader uppstår mellan inneröra och hjärnvätska. I försök med blockerad akvedukt uppstod i början liknande tryckförändringar i mellanöra och inneröra. Under försökstiden närmade sig dock inneröretrycket ständigt hjärnvätskans tryck. Förklaringen till sänkningen är en mycket begränsad tryckutjämning genom det s.k. endolymfatiska systemet, samt mikroskopiskt små öppningar kring nerver och kärl till innerörat.



KLINISKA UNDERSÖKNINGAR – I de kliniska undersökningarna sattes patienter med Menieres sjukdom i en tryckkammare med undertryck för att undersöka hur detta förändrade tryck påverkade innerörats funktion. Vid undersökningen följdes mellanöretrycket hela tiden och trycket i kammaren anpassades till varje patient för att få så högt tryck som möjligt i mellanörat. Före och efter exponeringen för undertryck undersöktes patienterna med noggranna hörselprov. Dessutom gjordes s.k. elektrokokleografi – dvs. en mätning av de elektriska signaler som uppstår i snäckan vid ljudstimulering – för att ytterligare undersöka Jämförelse av effekten av olika faktorer visade att det endast fanns säkerställt samband mellan mellanöretrycket och effekten på hörseln. De patienter som kunde uppnå den största ökningen av mellanöretrycket var också de som upplevde störst hörselförbättring efter undertryck i tryckkammaren. För elektrokokleografi var resultaten de omvända. Patienter med liten ändring av mellanöretrycket uppvisade störst förbättring enligt elektrokokleografi. De förbättrade hörselresultaten överensstämmer väl med våra slutsatser från djurförsök och understryker betydelsen av mellanöretrycket för innerörats funktion. De omvända resultaten vid elektrokokleografin talar för att hörselproven och elektrokoleografin speglar olika uttryck av innerörats funktion, vilka var för sig sedan bidrar olika till det totala hörselupplevandet. De flesta av patienterna undersöktes sedan med en metod som visar ändringar i innerörats tryck. Patienterna undersöktes i både sittande och liggande för att undersöka hur god förbindelse eller trycköverföring mellan innerörevätskorna och hjärnvätskan det fanns. Vid fungerande kommunikation steg trycket i innerörat vid en lägesändring från sittande till liggande med anledning av tryckpåverkan från hjärnvätskan till innerörevätskan. Undersökningarna visade att trycköverföringen var större för det sjuka örat än det friska. De patienter som vid tryckkammarförsöken visat störst ändring av hörseln var också de som uppvisade störst skillnader i inneröretryck vid ändrat kroppsläge.



ALTERNATIVA MÄTMETODER – Vid alla behandlingar är det viktigt att kunna mäta resultaten, helst ska mätningarna inte kunna påverkas av patienten eller läkaren. Vid de kliniska undersökningarna har vi använt oss av psykoakustiska mätningar, som kräver patientens fulla medverkan. Vi har även använt elektrokokleografi som inte kräver medverkan av patienten. En annan sådan metod att undersöka innerörats funktion är registrering av otoakustiska emissioner. Vid denna undersökning sänds ljudimpulser in i örat. När ljudvågorna når innerörat förstärks membranernas svängningar med hjälp av de yttre hårcellerna som aktivt bidrar till hörselfunktionen. När det utifrånkommande ljudet plötsligt upphör kan dessa svängningar, som kännetecknar det normala örats funktion, registreras som svaga ljud i hörselgången. Själva registreringen av dessa ljud eller otoakustiska emissioner, kan enkelt och smärtfritt genomföras med hjälp av en specialutrustning. Innerörats tillstånd och funktion påverkar emissionernas styrka, frekvensinnehåll och den tidsfördröjning som finns. I den sista undersökningen utsattes nio friska försökspersoner för tryckändringar i en tryckkammare. Trycket ändrades i syfte att skapa relativt undertryck och övertryck i mellanörat. Tryckändringarna i mellanörat registrerades samtidigt. Försökspersonerna var tillsagda att undvika tryckutjämning. När trycket ändrades uppstod därför en tryckskillnad mellan mellanörat och kammaren. Som i djurförsöken tidigare så utsattes innerörat för tryckpåverkan från mellanörat. Otoakustiska emissoner mättes på försökspersonerna före och efter tryckförändringarna. Vi fann att emissionernas styrka minskade med ökade tryckskillnader, men samtidigt reagerade innerörat snabbare på ljudstimuleringen. Dessa resultat talar för innerörepåverkan av tryckförändringen i mellanörat. Vi fann även att registreringen av otoakustiska emissioner utgör en enkel och patientvänlig undersökning av innerörats tillstånd och funktion.



SLUTSATSER – Våra öron har ett naturligt skydd för skadliga tryckändringar. Trycket i mellanörat regleras med örontrumpeten och inneröretrycket med den kokleära akvedukten. Målsättningen med djurförsöken var att undersöka mekanismerna bakom effekten av förändrat omgivningstryck på innerörat. Vi ville bättre förstå och kunna förklara hur innerörat påverkas vid tryckbehandling vid Menieres sjukdom samt uppkomsten av hörselskador pga. tryckförändringar. Våra djurförsök visar att vid förändrat omgivningstryck är förutsättningen för uppkomsten av tryckskillnader mellan omgivningen, mellanörat och innerörat att mellanörat utgörs av en håla avstängd från omgivningen. Öppen örontrumpet eller ventilationsrör genom trumhinnan förhindrar att tryckskillnader uppstår mellan innerörat, mellanörat och hjärnvätskan. Örontrumpetens tryckutjämnande funktion är inte endast skyddande för trumhinnan och bindvävshinnorna mellan mellanörat och innerörat, utan skyddar också innerörat eftersom alla tryckskillnader jämnas ut. I praktiken betyder detta att risken för skador på innerörat är liten vid väl fungerade örontrumpet och korrekt tryckreglering vid dykning eller flygning. Blockerad eller dåligt fungerande örontumpet, som vid förkylning, medför däremot försämrad tryckreglering och stor tryckbelastning på innerörats avgränsande membraner med risk för inneröreskada. Hos yngre individer med öppen akvedukt uppstår därmed belastning av bindvävshinnorna mellan inneröra och mellanöra. Det finns undersökningar som talar för att akveduktens grad av öppenhet minskar med stigande ålder. Hos dessa individer blir tryckskillnaderna mellan inneröra och mellanöra då små, men skillnaderna mellan inneröra och hjärnvätskan stora. Det medför en hög och eventuellt skadlig belastning på hinnorna inne i innerörat. De kliniska undersökningarna bekräftade våra tidigare slutsatser beträffande mellanöretryckets betydelse. Mellanöretrycket var den enda faktor med signifikant effekt på både hörsel och elektrokokleografiska resultat. För den grupp patienter med Menieres sjukdom som undersöktes kunde dock också en påverkan av graden av tryckutjämning mellan inneröra och hjärnvätska påvisas. Den tryckutjämnande funktionen var större för det sjuka örat än för det friska. Det fanns också ett samband mellan den tryckutjämnande funktionen och resultaten av undertrycksbehandling för samma patienter. Fynden kan tala för att en vidgad kokleär akvedukt har haft betydelse för uppkomsten av Menieres sjukdom för dessa patienter. Undersökningar med otoakustiska emissioner visade att metoden lämpar sig bra för registrering av ändringar i innerörefunktionen. Ytterligare arbete kvarstår dock innan undertryckseffekten på inneröra och mellanöra kan skiljas åt. (Less)
Abstract
Results from experimental studies, as well as clinical studies, are used to elucidate the effects of ambient pressure changes on cochlear hydrodynamics and function. The perilymph pressure changes and the pressure release effects of the cochlear aqueduct (CA) and Eustachian tube (ET) in cats exposed to hypobaric pressure are elucidated. The focus is on the emergence of the pressure gradients between the middle and inner ears, as well as their surroundings – the chamber and the cerebrospinal fluid compartment – and the potentially harmful effect on the labyrinth. The equilibration of labyrinthine pressure through the patent CA and alternative pathways is demonstrated, as well as the protective effect of the ET equilibration of middle ear... (More)
Results from experimental studies, as well as clinical studies, are used to elucidate the effects of ambient pressure changes on cochlear hydrodynamics and function. The perilymph pressure changes and the pressure release effects of the cochlear aqueduct (CA) and Eustachian tube (ET) in cats exposed to hypobaric pressure are elucidated. The focus is on the emergence of the pressure gradients between the middle and inner ears, as well as their surroundings – the chamber and the cerebrospinal fluid compartment – and the potentially harmful effect on the labyrinth. The equilibration of labyrinthine pressure through the patent CA and alternative pathways is demonstrated, as well as the protective effect of the ET equilibration of middle ear pressure. The design of the clinical studies originates from the experimental studies. The comparison of the electrophysio-logical and psychoacoustic results elucidates the effect of hypobaric pressure on cochlear hydrodynamics in patients with Meniere’s disease. The decisive effect of tympanic pressure on the labyrinthine pressure shown in the experimental studies is clinically verified. The efficiency of the pressure release pathways between the intracranial and cochlear fluids for these patients is analysed further with the TMD technique. A relation was found between the pressure release efficiency and the effect of hypobaric exposure for this group of patients with Meniere’s disease. The results from the experimental and clinical studies demonstrate the importance of tympanic overpressure and the effect on labyrinthine hydrodynamics. The immediate effects of tympanic pressure gradients on the otoacoustic emissions recorded in healthy individuals are elucidated in the last study. The results indicate an effect on cochlear function in addition to changes in tympanic sound-conduction. The otoacoustic emissions may provide a useful method to investigate the effect of ambient pressure changes on the labyrinth. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
opponent
  • Professor Bagger-Sjöbäck, Dan, Dept of Otolaryngology, Karolinska Institute, Stockholm
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
auditive system and speech, audiology, Pressure, Audiometry, Cats, Animal, Cochlea, Cochlear aqueduct, Ear, Eustachian tube, Hearing, Otorinolaryngologi, Human, Labyrinth, Otorhinolaryngology, Meniere's disease, audiologi, hörsel- och talorganen
pages
100 pages
publisher
Department of Otorhinolaryngology, Lund University
defense location
Lecture hall 1, Main buildning, Lund University Hospital
defense date
1999-11-11 13:00
external identifiers
  • Other:ISRN: LUMEDW/MERL--1045--SE
ISBN
91-628-3753-2
language
English
LU publication?
yes
id
433de069-0cbd-4c23-a30a-63a427504947 (old id 39954)
date added to LUP
2007-08-01 15:34:21
date last changed
2016-09-19 08:45:12
@misc{433de069-0cbd-4c23-a30a-63a427504947,
  abstract     = {Results from experimental studies, as well as clinical studies, are used to elucidate the effects of ambient pressure changes on cochlear hydrodynamics and function. The perilymph pressure changes and the pressure release effects of the cochlear aqueduct (CA) and Eustachian tube (ET) in cats exposed to hypobaric pressure are elucidated. The focus is on the emergence of the pressure gradients between the middle and inner ears, as well as their surroundings – the chamber and the cerebrospinal fluid compartment – and the potentially harmful effect on the labyrinth. The equilibration of labyrinthine pressure through the patent CA and alternative pathways is demonstrated, as well as the protective effect of the ET equilibration of middle ear pressure. The design of the clinical studies originates from the experimental studies. The comparison of the electrophysio-logical and psychoacoustic results elucidates the effect of hypobaric pressure on cochlear hydrodynamics in patients with Meniere’s disease. The decisive effect of tympanic pressure on the labyrinthine pressure shown in the experimental studies is clinically verified. The efficiency of the pressure release pathways between the intracranial and cochlear fluids for these patients is analysed further with the TMD technique. A relation was found between the pressure release efficiency and the effect of hypobaric exposure for this group of patients with Meniere’s disease. The results from the experimental and clinical studies demonstrate the importance of tympanic overpressure and the effect on labyrinthine hydrodynamics. The immediate effects of tympanic pressure gradients on the otoacoustic emissions recorded in healthy individuals are elucidated in the last study. The results indicate an effect on cochlear function in addition to changes in tympanic sound-conduction. The otoacoustic emissions may provide a useful method to investigate the effect of ambient pressure changes on the labyrinth.},
  author       = {Konradsson, Konrad},
  isbn         = {91-628-3753-2},
  keyword      = {auditive system and speech,audiology,Pressure,Audiometry,Cats,Animal,Cochlea,Cochlear aqueduct,Ear,Eustachian tube,Hearing,Otorinolaryngologi,Human,Labyrinth,Otorhinolaryngology,Meniere's disease,audiologi,hörsel- och talorganen},
  language     = {eng},
  pages        = {100},
  publisher    = {ARRAY(0xafe85a0)},
  title        = {Influence of middle ear pressure changes on labyrinthine hydrodynamics and hearing physiology},
  year         = {1999},
}