Einfluss wiederholter Lärmexposition auf die Auslösung von Zelltodmechanismen in der zentralen Hörbahn

Abstract

Bisher gibt es keine kurative Lösung bei an Taubheit grenzender Schwerhörigkeit. Mittel der Wahl sind stark verstärkende Hörgeräte, die die Klanginformation bis auf 115 dB SPL verstärken. Ziel dieser Studie war es, den Einfluss von hochverstärkenden Hörgeräten auf die durch Lärm vorgeschädigte Hörbahn zu prüfen. Unsere Arbeitsgruppe konnte kürzlich pathophysiologische Veränderungen der Hörbahn nach Schalltraumen zeigen: eine singuläre Beschallung mit hohen Schalldrücken führt zu einem signifikanten Zellverlust in Schlüsselstrukturen der Hörbahn. Offensichtlich scheint diesem Zellverlust programmierter Zelltod als Mechanismus zu Grunde zu liegen. Inwieweit ein zweites Lärmtrauma die Apoptose der zentralen Schaltstellen der Hörbahn beeinflusst, ist dagegen unbekannt. Um eine Antwort auf diese Frage zu finden, wurden Mäuse (NMRI Stamm) für 3 Stunden mit 115 dB SPL Breitbandrauschen (5-20 kHz) in einer Kammer unter Anästhesie beschallt. Beide Versuchsgruppen wurden 14 Tage nach der Erstexposition untersucht. Eine einfachbeschallte Gruppe wurde dabei mit einer doppelbeschallten Gruppe (die Zweitbeschallung erfolgte 7 Tage nach der Erstexposition) verglichen. Der Hörverlust wurde mittels BERA (brainstem evoked response audiometry) gemessen. Es fand sich ein Hörverlust über alle gemessenen Frequenzen (4 kHz, 8 kHz, 12 kHz, 16 kHz und 20 kHz), der bei 8 kHz, 12 kHz und 20 kHz signifikant war. Apoptotische Zellen wurden mittels Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL) gefärbt, unter einem Lichtmikroskop abfotografiert und manuell ausgezählt. Die Anzahl TUNEL-positiver Zellen wurde im ventralen und dorsalen Nucleus Cochlearis (VCN und DCN), im zentralen Colliculus Inferior (ICC), im medialen, ventralen und dorsalen Corpus Geniculatum Mediale (mMGB, vMGB und dMGB) sowie in den histologischen Schichten I bis VI des primären auditorischen Cortex (AI I-VI) verglichen. In den basalen Strukturen (VCN, DCN und ICC) kam es zu keinem signifikanten Unterschied der Mittelwerte der Anzahl TUNEL-positiver Zellen zwischen der doppelbeschallten und einfachbeschallten Gruppe. Im medialen Kniehöcker fand sich dagegen in allen drei Substrukturen der doppelbeschallten Gruppe eine signifikante Erhöhung TUNEL-positiven Zellen. Im AI war die Anzahl der TUNEL-positiven Zellen der doppelbeschallten Tiere in der Schicht I und III signifikant erhöht, während sich in den anderen Schichten kein signifikanter Unterschied finden ließ. Diese Ergebnisse zeigen zum ersten Mal einen Zusammenhang zwischen hohen Schalldrücken und Zelltodmechanismen in der durch Lärm vorgeschädigten Hörbahn. Vor dem Hintergrund dieser neuen Ergebnisse sollten die bisherigen Therapieoptionen mit apparativen Hörhilfen bei lärminduzierter Taubheit neu eruiert werden.

Noise exposure leads to pathophysiological changes within the cochlear and the central components of hearing. Deafness acquired via acoustic overstimulation is often treated with hearing aids that amplify up to 115 dB SPL. The aim of this investigation was to answer the following question: what effects do high sound pressure levels have on a central auditory pathway that had been exposed to a single noise trauma before? Our group discovered recently that a single noise trauma leads to a significant cell loss in the entire central auditory pathway. Apoptosis may play an important role as one of the underlying mechanisms. Little is known about how a second noise trauma influences apoptosis in the key structures of hearing. Mice were sound exposed (5-20 kHz, 115 dB SPL for 3h) under anesthesia and investigated two weeks after the first trauma. One group was exposed to the same trauma a second time (7 days after the first trauma) and was compared to the single noise trauma group. Auditory Brainstem Recordings (ABR) were performed to measure the hearing loss. A significant threshold shift was found at 8 kHz, 12 kHz and 20 kHz, while the differences at 4 kHz and 16 kHz were not significant. Apoptosis was detected by Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end-labeling (TUNEL staining). The staining was captured with a digital camera under a light microscope. TUNEL positive cells were counted manually in standardized grids in the ventral and dorsal cochlear nucleus (VCN and DCN), in the central part of the Inferior Colliculus (ICC), in the dorsal, ventral and medial subdivisions of the medial geniculate body (dMGB, vMGB and mMGB), as well as in the 6 histological layers of the primary auditory Cortex (AI). There was no significant difference of TUNEL positive cells between the single-trauma and double-trauma group in the basal structures (VCN, DCN and ICC). Significantly more TUNEL-positive cells were counted in all subdivisions of the MGB (dMGB, vMGB and mMGB), as well as in layers I and III of the AI. No significant differences were found in the other layers of the AI. These results show for the first time the influence of noise exposure on apoptosis in the central auditory pathway of animals that had suffered from noise-induced hearing loss before. On the basis of these findings the treatment with hearing aids in patients with noise-induced hearing loss should be reevaluated.