《Cochlear Implants International》：Long-term stabilisation of electrode impedance with implantation of a dexamethasone-eluting intracochlear array
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经植入药物洗脱型耳蜗内电极阵列实现局部类固醇递送，是改善人工耳蜗植入者术后转归的新兴策略。糖皮质激素如地塞米松（dexamethasone，DEX）已被证实可有效减少纤维组织形成并使电极阻抗最小化。然而，该策略的获益在临床前植入模型中因所施加电刺激的程度及所测
经植入药物洗脱型耳蜗内电极阵列实现局部类固醇递送，是改善人工耳蜗植入者术后转归的新兴策略。糖皮质激素如地塞米松（dexamethasone，DEX）已被证实可有效减少纤维组织形成并使电极阻抗最小化。然而，该策略的获益在临床前植入模型中因所施加电刺激的程度及所测阻抗类型的不同而存在差异。在采用每日电刺激模拟人类临床情境的研究中，类固醇洗脱阵列已被证明有利于在5周内维持稳定的四点电极阻抗（four-point impedance）。本研究考察了药物洗脱型耳蜗内阵列植入并给予每日电刺激长达15周后的纤维化与阻抗变化。成年豚鼠双侧植入全植入式DEX洗脱阵列（右耳）与标准非洗脱阵列（左耳），在每日电刺激前后评估电极阻抗。在DEX洗脱阵列存在的情况下，四点阻抗在研究全程保持稳定，而在标准阵列存在的情况下则显著升高。跨阻抗矩阵（trans-impedance matrix，TIM）评估亦显示DEX洗脱阵列的阻抗测量值持续较低。与之相伴的是，植入类固醇洗脱阵列的耳蜗中纤维组织（尤其是疏松纤维组织）水平较低，且四点阻抗与纤维化程度之间存在相关性。这项延长研究的结果支持将四点阻抗作为局部纤维化的指标，并支持耳蜗内地塞米松持续释放对组织-电极界面产生获益的重要性。
**研究背景与问题**
电极阻抗在临床上被用作客观评估人工耳蜗功能与性能的指标。在研究中，阻抗被认为可反映耳蜗内环境的性质，从而作为神经-电极界面的无创检测手段。其概念基础是：电流经外淋巴中的离子在有效电极与回流电极之间流动，任何减少外淋巴离子的因素都会降低其电导率，进而使电阻抗升高。因此，炎症、纤维化及电极表面或周围骨质增加时阻抗会升高；反之，旨在减轻术后炎症与纤维化的干预应表现为较低的阻抗值。将类固醇直接递送至耳蜗目前被视为减轻术后炎症、纤维化与成骨级联损伤最有前景的策略。临床研究显示，植入时接受类固醇或使用地塞米松（dexamethasone，DEX）洗脱阵列的植入者电极阻抗降低。临床前研究进一步揭示了其组织学基础：经药物洗脱阵列持续递送DEX可显著减少耳蜗炎症细胞浸润、纤维组织形成与骨生成（osteoneogenesis）。然而各研究间阻抗结果存在关键差异。最早的两项研究报告12周内单极阻抗（monopolar impedance）升高，而DEX洗脱阵列可使其降低，但两项动物研究均未包含每日电刺激方案，而电刺激已被证明强烈影响电极阻抗。为模拟人类临床情境，最近一项研究采用每日刺激评估阻抗，发现DEX洗脱阵列与标准阵列间单极阻抗无差异，但DEX存在时四点阻抗显著降低；然而其阻抗测量仅限植入后5周，该时间窗被认为过短，难以观察到术后炎症减轻可能带来的长期获益。鉴于此，本研究在15周每日电刺激期间追踪阻抗，动物双侧分别植入标准非洗脱阵列与DEX洗脱阵列，植入后2周开始电刺激，研究结束时评估耳蜗纤维化与骨生成的病理学改变。研究人员还测量了多种类型阻抗以探究耳蜗环境：标准临床单极阻抗（MP1+2）中电流经一个电极注入、由远处参考电极回流，所测阻抗包括接入电阻与极化阻抗（polarisation impedance），其中极化效应通常占主导并掩盖电极间组织的真实电阻特性，其关键局限在于刺激与记录发生于同一电极。当刺激与记录在不同电极上进行时，刺激电极的极化不直接影响记录电极所测电压，从而可在最小极化污染下估算电极间电阻。基于此原理，研究探索了两种测量方式：四点阻抗测量两个耳蜗内电极对之间的电阻，提供该通路上组织电阻的单一估计；跨阻抗矩阵（TIM）则系统性地刺激每个电极并在其余所有电极记录，生成整个阵列电极间电阻的完整图谱。另一考察变量是阻抗测量相对于电刺激的时机，附着于电极的细胞与蛋白被认为在电刺激期间被"冲刷"掉，这被视为人工耳蜗激活后阻抗迅速下降及每日阻抗波动的机制，因此比较电刺激前后的阻抗测量可进一步推断电极-组织界面的性质。
**主要技术方法**
研究经Bionics Institute及Royal Victorian Eye and Ear Hospital动物研究与伦理委员会批准（项目18/381 AU）。使用26只术前听力正常的成年Dunkin-Hartley豚鼠（22雄4雌，植入时年龄65–206天）。定制电极阵列由Cochlear Limited制造，为两枚HL8改良动物阵列于颅骨处分叉并连接Nucleus? CI422接收-刺激器，含8个铂半环电极。DEX洗脱阵列载有微粉化地塞米松碱（DEX base，DXB；40% w/w）于液化硅橡胶中，标称载药量每器件65 μg，预计药物维持生物学显著水平约1个月。术前以听性脑干反应（auditory brainstem response，ABR）确认听力正常。手术行鼓泡造孔暴露圆窗及底转，阵列经颅骨Dacron网带锚定，接收-刺激器置于左侧腹皮下囊袋。左耳行耳蜗造孔后鼓励出血以确保足够纤维化，非洗脱阵列插入-取出-再插入以通过损伤诱导炎症；右耳重复该过程植入DEX洗脱阵列，筋膜封闭并以牙科水泥封闭鼓泡。植入期间记录三种阻抗：单极（MP1+2）、四点与TIM，于植入当日、第4、7、10天及每日电刺激（第14–15天开始，每天至少3小时、每周5天）前后测量；排除穿越基底膜或离体确认不在鼓阶内的电极数据，并排除MP1+2>30 kΩ、四点<100 Ω或>1500 Ω、TIM>?5000 Ω的数据。测量采用Custom Sound（v5.1）及墨尔本大学L. Campbell开发的定制软件控制Nucleus?植入体电压测量功能。刺激采用Freedom?耳背式声音处理器经ACE策略（脉宽25 μs；8个最大値；速率250 Hz）以阈値51 μA、舒适级140 μA递送。研究结束时再次行ABR，随后以戊巴比妥钠安乐死并经心灌注固定，取带阵列的鼓泡、脱钙后移除阵列，以H&E与硫堇（thionin）染色，于中轴平面以84 μm间隔切片并数字扫描，以Pannoramic Viewer 1.15.4测量Rosenthal管内螺旋神经节神经元密度，以AMIRA 3D/4D+5.6测量纤维组织与新骨占鼓阶面积比例。统计采用Minitab 18进行配对t检验、Pearson相关、Spearman's rho检验，以及经一般线性模型进行方差分析的多重比较。
**研究结果**
单极电极阻抗：植入当日两种阵列单极阻抗几乎相同，标准阵列为15.88±3.37 kΩ（n=96），DEX洗脱阵列为15.78±3.54 kΩ（n=90）。植入后两周内两阵列平均阻抗均下降，DEX洗脱阵列降幅更大。开始每日电刺激后两阵列阻抗均逐渐小幅下降，由第14–15天的13–14 kΩ降至第105天的10–11 kΩ，约80天（或11–12周）后趋于平台。总体上标准阵列阻抗略低于DEX洗脱阵列，但趋势相似；刺激前与刺激后测量间无差异。按电极位置分析，基底端电极（P1）阻抗最初最低且15周内波动不大，而最顶端电极（P6）植入当日阻抗最高（18–19 kΩ）并随时间大幅下降（平均降幅可达10 kΩ），两阵列趋势相似。
四点阻抗：植入当日两阵列四点阻抗相同；此后DEX洗脱阵列保持稳定，标准阵列于第7天略有升高，约第40天起持续上升，两阵列差异具统计学显著性（配对t检验，p<0.000；一般线性模型，p<0.000），按周分组亦显著。差异自第7周开始显现，第10周后进一步加大。DEX洗脱阵列刺激前与刺激后四点阻抗总体趋势相同但存在统计学显著差异（p<0.000），标准阵列刺激前后无差异（p=0.162）；刺激后DEX洗脱阵列与标准阵列间差异仍显著（p<0.000）。
跨阻抗矩阵：植入当日阻抗在最顶端电极对（DEX阵列E7–E8；标准阵列E15–E16）最高并向基底侧递减，且DEX洗脱阵列阻抗相对标准阵列持续较低，第10天热图呈相同趋势。每日电刺激第一周（第3周），DEX洗脱阵列阻抗在刺激前后均低于标准阵列；比较刺激前后，标准阵列多数电极对阻抗下降，而DEX洗脱阵列除E3相关电极对外保持稳定。第10周刺激前热图趋势相似但对称性略减，第3周至第10周所有电极对阻抗均升高；刺激后DEX阵列电极阻抗降幅更大，加之其刺激前阻抗较低，故刺激后DEX洗脱阵列阻抗持续较低。
组织学——组织纤维化与螺旋神经节神经元密度：按组织类型单独评估，疏松纤维组织（loose fibrous tissue，LFT）占鼓阶面积比例在标准阵列植入耳蜗中最高（双样本t检验，p=0.003）；致密纤维组织（DFT；p=0.095）与新骨（NB；p=0.221）无统计学显著差异。全部组织合计时，标准阵列植入耳蜗鼓阶总面积占比亦显著较高（p=0.005）。两种阵列植入耳蜗的平均螺旋神经节神经元密度相同，各转结果一致且无统计学显著差异。
听力阈值：两种阵列植入均导致术前与实验结束（植入后最长15周）间纯音阈值大幅偏移，且两种阵列间无显著差异。
组织与阻抗的关系：平均四点阻抗与纤维组织总面积百分比（Spearman，r=0.416；p=0.013）及疏松纤维组织百分比（r=0.452；p=0.006）呈正相关。在标准阵列中，该相关性对总纤维组织仍具统计学显著性（r=0.470；p=0.049），对疏松纤维组织则未达显著（r=0.463；p=0.053）；而在DEX洗脱阵列中，四点阻抗与总纤维组织（r=0.091；p=0.729）或疏松纤维组织（r=0.115；p=0.660）均无相关性。
**讨论与结论**
临床上电极阻抗在植入后数日至数周内升高，原位4–6周后趋于平台，此变化被认为源于电极阵列周围及其电极表面纤维组织基质的形成。为对抗纤维组织形成并改善阻抗，抗炎剂地塞米松日益被用于减轻术后炎症；近期首例人体试验发现DEX洗脱阵列可在植入后长达24个月内有效降低电极阻抗。既往已有动物研究报道DEX洗脱阵列降低电极阻抗，但结果相互矛盾。本研究通过结合多种阻抗测量、每日电刺激及15周延长时间窗，对既往研究提供了有价值的延伸并与人体研究相印证。本模型显示，DEX洗脱阵列治疗可在植入后15周内维持稳定的四点阻抗，而标准阵列自植入后约7周起阻抗升高。该结果与既往报道的四点阻抗显著差异一致，但分歧更为稳健，并更清晰地呈现差异形成的时间窗，亦与人体受者中四点阻抗的分歧相符。重要的是，本研究中四点阻抗的变化伴随两种阵列植入耳蜗间组织纤维化的统计学显著差异，且首次显示平均四点阻抗与组织纤维化呈正相关。与既往采用每日电刺激的研究一致，本研究亦未发现DEX洗脱阵列与标准阵列间MP1+2的差异，这与早期研究显示的约植入4周后标准阵列MP1+2逐渐升高明显不同；研究间的主要区别因素是每日电刺激的存在——在规律、持续电刺激条件下，无论阵列类型如何MP1+2均随时间逐渐下降，且本研究表明该效应在两种阵列的顶端电极最为明显。与人临床试验数据比较，短期存在相似性而后期存在相当差异：人体植入者中标准与DEX洗脱阵列的显著差异早至植入后1周出现并持续长达24个月，本研究亦显示术后前两周DEX洗脱阵列MP1+2总体低于标准阵列，即两种研究中DEX均在规律电刺激开始前降低MP1+2；但该效应在人体受者中持续存在，而在豚鼠模型中阵列间差异于植入后4周消失。研究人员讨论了若干因素：不同物种免疫反应存在固有差异，且受试者选择可能放大该差异——本研究采用健康、听力正常的年轻动物队列，临床研究难以具备同等均一性，人体受者必然年龄更大、病因混杂且免疫能力未知，可能导致与Kamakura与Nadol Jr所报道相似的较高纤维化水平（鼓阶平均组织纤维化与新生骨分别为36%和20%，合计56%），远高于本研究标准阵列豚鼠的合计23%；此外，人体研究对照与治疗队列来自不同受试者池，而本研究采用双侧设计。研究还采用TIM这一额外阻抗测量，发现两种阵列中最顶端相邻电极对（如E7至E8）阻抗高于基底电极对（如E3至E4）及远距离电极对（如E3至E8），该阻抗在研究过程中趋于升高；与MP1+2不同而与四点阻抗一致的是，所有电极对中标准阵列阻抗持续较高，该差异自植入当日持续至15周研究结束。结合电阻与极化对各类阻抗的贡献解读：四点阻抗与TIM为电阻估计，二者在DEX洗脱阵列中均较低，提示电极触点间纤维化减少，此解释得到组织学结果支持；单极阻抗通常由极化主导，DEX与非DEX电极的相似性提示该物种中电极表面附近的细胞黏附/蛋白污染在两者间可能无差异，组织学方法缺乏量化此点的敏感性，但所有阻抗在电刺激后均下降，支持两种电极上均存在电极污染与细胞黏附。研究的潜在临床意义在于夯实电阻抗与耳蜗内纤维化之间的关联：由于体内无法直接测量耳蜗内纤维化，临床研究需要纤维化的生物标志物，本研究有助于指导现有阻抗测量的选择与解读。研究人员期望DEX洗脱电极减少纤维化带来的临床获益将体现为残余听力保存改善、电池寿命延长及耳蜗结构保存更好；本研究提供了支持纤维化减少的临床前证据，并将指导监管与上市后临床试验的阻抗选择。
结论部分译文：本研究证明，持续局部递送地塞米松对人工耳蜗组织-电极界面有益。研究结果显示，在15周过程中，DEX洗脱阵列存在时四点阻抗与跨阻抗矩阵均低于标准非洗脱耳蜗内阵列，并伴随标准阵列植入耳蜗中显著更多的纤维组织；此外，四点阻抗与纤维组织之间的正相关进一步支持了阻抗降低可能归因于地塞米松介导的组织纤维化减少这一观点。
