Semicircular Canal Occlusion by CO2 LASER in a Mouse Model

Abstract

Objectives This study aimed to investigate the influences of semicircular canal occlusion by CO2 laser on vestibular function and morphologic change. The null hypothesis was that semicircular canal occlusion could change the overall vestibular function, not only semicircular canal function but also otolith organ function. Materials and Methods Twelve to sixteen weeks old male mice were randomized to an experimental group and a control group. They underwent unilateral single, unilateral double, and bilateral single canal occlusion surgeries by CO2 laser. Histological assessment was performed to assess the morphological changes in the semicircular canal. After the modifications of the semicircular canals, the function of each semicircular canal and that of the otolith organ were estimated using an animal rotator; earth vertical and off vertical rotation. The gain in vestibulo - ocular reflex was evaluated at 0.04, 0.08, 0.16, and 0.32 HZ with a peak velocity of 100⁰/s with slow harmonic acceleration stimulation in earth vertical axis rotation. Time constants were evaluated during step velocity stimulation in earth vertical axis rotation and off-vertical axis rotation. All the values were measured in the postoperative 2nd and 4th weeks. Results The semicircular canal occlusion group displayed clear morphological changes on histologic examination. The gain in the single canal occlusion group was significantly lower compared to the normal control group at 0.08, 0.16, and 0.32 Hz (p<0.05). They were higher than the values in the labyrinthectomy group (a positive control group). With step velocity stimulation in the horizontal semicircular canal plane, the time constant was decreased on clockwise rotation in both the single canal occlusion group and the double canal occlusion group compared to the normal control group (p<0.05). In the off - vertical axis rotation, the time constant of clockwise rotation was significantly lower in the single and double canal occlusion groups compared to the normal control group with step velocity stimulation (p<0.05). The bilateral occlusion group showed lower time constants in both clockwise and counter clockwise rotation. Conclusion This study using ICR mice as a model for semicircular occlusion shows that single, double, and bilateral canal occlusion has a remarkable effect on morphology and function of vestibular organs, and this effect persists for at least 4 weeks. Therefore, it might be a promising tool for inducing partial ablation on vestibular function with minimal invasiveness.;연구 목적: 본 연구는 CO2 레이저를 이용한 반고리관 폐쇄술이 전정기관에 미치는 형태학적, 기능적 변화에 대해 알아보고자 하였으며 반고리관 폐쇄술이 단순히 반고리관의 기능적 변화만을 유도하는 것이 아니라 내이 림프액의 동적 변화를 초래하여 이석기관 기능을 포함한 전반적인 전정기능 변화를 유도할 것이라는 가설을 검증하고자 하였다. 연구 대상 및 방법: ICR mouse 25 마리를 각각 5마리씩 무작위 배정하여 일측성 단일 반고리관 폐쇄군, 일측성 이중 반고리관 폐쇄군, 양측성 단일 반고리관 폐쇄군을 실험군으로 배정하여 반고리관 폐쇄술을 시행하였다. 음성 대조군으로는 정상군을 양성 대조군으로는 일측성 미로 절제술군을 지정하여 사용하였다. 조직학적 검사를 통해 반고리관 폐쇄술 이후의 형태학적 변화를 관찰 하였고 청성뇌간유발반응을 확인하여 수술 전 후 청력 변화를 확인하였다. 전정기능검사로는 동물 회전 자극기를 이용한 중력축회전검사, 탈수직축 회전검사를 시행하여 회전 자극에 대한 이득과 시간상수를 측정하여 대조군과 비교 분석하였다. 연구 결과: 반고리관 폐쇄술 후 반고리관 내강에 신생 골 형성 및 섬유화 소견 등의 형태학적 변화를 확인할 수 있었다. 반고리관 폐쇄술 전 후 청성뇌간반응검사의 역치 변화는 없었다. 중력축 회전 검사에서 정현파 회전 자극에 대한 이득은 0.08, 0.16, 0.32Hz 에서 일측성 단일 반고리관 폐쇄군에서 정상 대조군에 비해 유의하게 감소하였다 (p<0.05) 이득은 양성 대조군인 일측성 미로 절제술군 에 비교해서는 높은 값을 나타냈다. 등속 회전 자극에서 시간 상수는 일측성 단일, 이중 반고리관 폐쇄군 모두에서 시계방향 회전 시에 유의한 감소를 보였다 (p<0.05). 탈수직축 회전 검사에서는 시계방향 등속 회전 자극 시에 일측성 단일, 이중 반고리관 폐쇄 군에서 유의한 시간 상수의 감소를 보였고 양측성 반고리관 폐쇄군에서는 시계방향 및 반시계 방향 모두에서 시간상수의 유의한 감소가 확인되었다 (p<0.05). 결론: CO2 레이저를 이용한 반고리관 폐쇄 mouse model 에서 단일, 이중 반고리관 폐쇄술은 청력 변화 없이 형태학적, 기능적으로 의미 있는 전정기관의 변화를 유도하였으며 이것은 4주까지 그 효과가 지속됨을 확인할 수 있었다. 향후 CO2 레이저를 이용한 반고리관 폐쇄술은 간편하고 미세 침습적인 방식으로 전정기관의 부분적 기능 저하를 유도할 유용한 도구로 활용될 수 있을 것으로 생각된다.