$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
צורת גל LISW
יכולת השחזור של צורת גל הלחץ LISW נמדדה פי 5 ב- 2.0 J/cm2 כדלקמן. צורות הגל היו בדרך כלל דומות ויציבות והראו עלייה חדה עם רוחב הזמן, לחץ שיא ודחף של 0.43±0.4 μs, 92.1 ± 6.8 MPa ו-14.1 ± 1.9 Pa∙s (חציון ± SD), אשר מתאים למאפייני SW (איור 1B). LISWs מאופיינים בזמן עלייה מהיר, לחץ שיא גבוה, משך זמן קצר ודומיננטיות לחץ חיובי. כאשר מוחלים על רקמה ביולוגית, המטרה ממוקמת ישירות על הרקמה החיה דרך הג'לי, וניתן לחשוב כי SW יש כמעט את אותם מאפיינים כמו SW נמדד מוחל על הרקמה. לאחר חשיפה ל- LISW, המופע של TMP הוערך באמצעות אנדוסקופ דיגיטלי קטן. אף אחד מהעכברים בקבוצת האנרגיה LISW לא הציג TMP לאחר חשיפה (איור 1C).
הערכה שמיעתית
בדיקת ABR בוצעה כדי לקבוע תפקוד שמיעתי. ABR הוא מדידה של הפוטנציאל המעורר קול במסלול השמיעתי, ו-ABR P1 מייצג פעילות עצבית מצטברת בעצב השבלול. יום לאחר החשיפה ל-LISW, האוזן החשופה הראתה הבדל משמעותי בשינוי סף ה-ABR בין קבוצות ה-LISW השונות (ANOVA דו-כיוונית, p < 0.0001; איור 2A). עלייה זו בשינוי סף ABR נמשכה עד חודש לאחר חשיפה ל- LISW בקבוצות 2.25 ו- 2.5 J/cm2 (ANOVA דו-כיוונית, 2.25 J/cm2, p < 0.0001; 2.5 J/cm2, p < 0.0001). בפרט, אזור התדירות הגבוהה הציג עלייה ניכרת בשינוי סף ABR. עם זאת, ספי ABR התאוששו לרמה שלא הייתה שונה באופן משמעותי מקדם-קרינה בקבוצת 2.0 J (ANOVA דו-כיוונית, 2.0 J/cm2, p = 0.76), מה שמצביע על כך שגובה הסף היה תלוי אנרגיה. לגבי אמפליטודות ABR P1, כל הקבוצות המוקרנות על ידי LISW הראו ירידה משמעותית באמפליטודות ABR P1 בכל התדרים יום אחד וחודש לאחר החשיפה ל- LISW (ANOVA דו-כיוונית, p < 0.0001; איור 2B). באוזן הלא חשופה (בקרה; אוזן שמאל) לא נמצאו שינויים ניכרים בסף השמיעה ABR בעקבות חשיפה ל- LISW (הנתונים אינם מוצגים).
הישרדות HCs ו- SGN
תצפית מיקרוסקופית על אוזניים שנחשפו ל-LISW לא גילתה נזק מכני לשבלול, כגון שבר ונקע של האוסיקלס, קרע בקרום החלון העגול או דימום תוך-שבלול, בעקבות חשיפה ל-LISW (הנתונים לא מוצגים), העולה בקנה אחד עם ממצאים קודמים 6,14.
כתמים חיסוניים פלואורסצנטיים של HCs עם Myo7A, סרטים סינפטיים עם CtBP2, ועצב השבלול עם NF מוצגים באיור 3A. לא נצפה נזק חמור לשבלול, כגון אובדן HCs או סיבי עצב, באף אחת מהקבוצות. עם זאת, ההערכה הכמותית של הישרדות OHCs חיוביים ל- Myo7A הייתה שונה באופן משמעותי בין הקבוצות (ANOVA דו-כיוונית, p = 0.002; איור 3B). קבוצת 2.5 J/cm2 הראתה שיעורי הישרדות נמוכים משמעותית של OHCs מאשר קבוצת הביקורת, במיוחד באזור התדר הגבוה (ANOVA דו-כיוונית, 2.5 J/cm2, p = 0.0002). עם זאת, שיעורי ההישרדות של IHCs היו דומים בין הקבוצות, מה שמצביע על כך ש- OHCs פגיעים ל- LISW באנרגיה גבוהה (ANOVA דו-כיווני, p = 0.76). הערכה כמותית של הישרדות הסרט הסינפטי מוצגת באיור 3C. סרטים סינפטיים הופחתו באופן משמעותי הן בקבוצות 2.25 J/cm2 בהשוואה לקבוצת הביקורת (ANOVA דו-כיוונית, 2.25 J/cm2, p < 0.0001; 2.5 J/cm2, p < 0.0001), והתדרים הגבוהים יותר הציגו נטייה חזקה יותר לרדת, בדומה לזו של שינוי סף ABR והישרדות OHC.
לאחר מכן, צפיפות SGN הוערכה, כפי שמוצג באיור 3D. היה הבדל משמעותי בצפיפות SGN בין הקבוצות (ANOVA דו-כיוונית, p = 0.76), וקבוצת 2.5 J/cm2 הראתה שיעורי הישרדות נמוכים משמעותית של SGN בהשוואה לקבוצות הביקורת (ANOVA דו-כיוונית, 2.5 J/cm2, p = 0.007). עם זאת, קבוצות 2.0 ו-2.25 J/cm2 הראו הישרדות SGN דומה בהשוואה לקבוצת הביקורת. תוצאה זו מצביעה על כך שחומרת ניוון השבלול ותפקוד לקוי של השמיעה תלויה בחשיפה לאנרגיית LISW, אשר עולה בקנה אחד עם תוצאות ההישרדות של ABR ו-HC.
צרור סטריאוסיליארי
ראינו עלייה ניכרת בסף ה-ABR, כ-30 dB, הן בקבוצות 2.25 והן ב-2.5 J/cm2 בתדרים מעל 20 kHz, שנמשכה עד חודש לאחר חשיפה ל-LISW (כפי שניתן לראות באיור 2A). אולם לא ניתן לייחס את שינוי הסף של 30-dB שראינו אך ורק לאובדן של OHCs, ניוון של סינפסות שבלול או מספר מופחת של SGCs (איור 3). מחקר קודם הצביע על כך ששינויי הסף של ABR היו מינימליים כאשר מספר הסרטים הסינפטיים ירד ב-50%19. לכן, ביצענו SEM כדי לחקור את הגורם לעליית סף ABR. בעקבות חשיפה ל-LISW בעוצמה של 2.5 J/cm2, נראה שחלק מהחבילות הסטריאוצילאריות של OHC הופרעו, במיוחד באזורים בעלי תדר גבוה (איור 4A), מה שעשוי להיות אחד הגורמים לסף ABR משופר בעקבות חשיפה ל-LISW. הערכה כמותית של הפרעה סטריאוצילית גילתה כי יחס השיבוש נטה להיות גבוה יותר באזור התדר הגבוה יותר באופן תלוי אנרגיה (איור 4B).

איור 1: הגדרות ניסוי ופרופיל לחץ של LISW. (A) מערך ניסויי ליצירת LISW בבעלי חיים. (B) מאפיינים של צורות גל לחץ LISW שנקבעו על 2.0 J/cm2. (C) תמונות מייצגות של קרום הטימפאן. TMPs לא נצפו באף אחת מהאוזניים החשופות ל- LISW. כהפניה, TMP מייצג המושרה על ידי פיצוץ (ראשי חץ צהובים) מוצג באמצעות צינור פיצוץ. קיצורים: LISW = גל הלם המושרה בלייזר; PET = פוליאתילן טרפתלט; TMP = ניקוב קרום הטימפני; YAG = גארנט אלומיניום איטריום; SHG = דור הרמוני שני. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: תוצאות ABR לאחר חשיפה ל-LISW. (A) תזוזות סף ABR משמעותיות נצפו בכל הקבוצות יום אחד לאחר החשיפה ל-LISW. שינויי הסף של ABR בקבוצות 2.25 ו-2.5 J/cm2 נותרו גבוהים באופן משמעותי עד חודש לאחר החשיפה ל-LISW. (B) משרעת ABR P1 יום אחד וחודש לאחר החשיפה ל-LISW ירדה משמעותית בכל הקבוצות. כוכביות מצביעות על הבדלים משמעותיים בין הקבוצות בהשוואה לערכי טרום החשיפה (**p < 0.001, ****p < 0.0001). קווי שגיאה מציינים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע. קיצורים: ABR = תגובת גזע המוח השמיעתית; LISW = גל הלם המושרה בלייזר; P1 = שיא 1; SPL = רמת לחץ קול. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: פתולוגיה של שבלול האוזן לאחר חשיפה ל-LISW. (A) תמונות פלואורסצנטיות קונפוקליות של איבר קורטי באזור 20 קילוהרץ המוכתמות ב-Myo7A (כחול), CtBP2 (אדום) ו-NF (ירוק) בעקבות חשיפה ל-LISW. (B) האחוזים הממוצעים של HCs ששרדו מוצגים בציטוקוכליאוגרמות (cytocochleograms). הערכה כמותית הראתה אובדן משמעותי של OHCs ב 2.5 J/cm2, אם כי לא היה הבדל משמעותי בהישרדות IHC בין הקבוצות. (C) שיעור ההישרדות של סרטים קדם-סינפטיים בהשוואה לערכים שלפני החשיפה ירד משמעותית בקבוצות 2.25 ו-2.5 J/cm2 . (D) פוטומיקרוגרפים מייצגים של SGNs בכל הקבוצות חודש לאחר החשיפה ל-LISW. שיעור ההישרדות של SGN ירד משמעותית ועמד על 2.5 J/cm2. כוכביות מצביעות על הבדלים משמעותיים בהשוואה לערכים לפני החשיפה (**p < 0.001, ****p < 0.0001). קווי שגיאה מציינים את השגיאה הסטנדרטית של הממוצע. פסי קנה מידה = 5 מיקרומטר (A), 100 מיקרומטר (D). קיצורים: LISW = גל הלם המושרה בלייזר; IHC = תא שיער פנימי; NF = נוירופילמנט; OHC = תא שיער חיצוני; SGN = נוירון גנגליון ספירלי. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: מבני פני השטח של OHCs. (A) תמונות מייצגות של מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של סטריאוסיליה של OHC באזורים של 16 kHz ו-24 kHz של איבר Corti חודש לאחר החשיפה ל-LISW. הפרעה סטריאוצילית נראית בתמונות מוגדלות של האזור הארוז בקבוצה 2.5 J/cm2 (24 kHz area). סרגל קנה מידה -= 2 מיקרומטר. (B) שיעור השיבוש הסטריאוסיליארי היה גבוה יותר עם עלייה בלחץ היתר של LISW. קיצורים: LISW = גל הלם המושרה בלייזר; OHC = תאי שיער חיצוניים. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.