Größenänderung der Innenohrräume der menschlichen Cochlea

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung und Problemstellung
1.1 Historischer Überblick
1.2 Problemstellung

2. Material und Methoden
2.1 Material
2.1.1 Untersuchungsmaterial
2.1.2 Geräte und Materialien
2.2 Methoden
2.2.1 Auswahl der Präparate
2.2.2 Fotografieren der Präparate
2.2.3 Ausmessen der Schnittflächen

3. Ergebnisse
3.1 Beschreibende Statistik
3.2 Meßwerte

4. Diskussion
4.1 Fehlerdiskussion
4.1.1 Auswahl der Präparate
4.1.2 Meßverfahren
4.1.3 Bestimmung der Meßpunkte
4.2 Ergebnisse im Gesamtzusammenhang
4.2.1 Vergleiche mit anderen Untersuchungen
4.2.2 S chlußfolgerungen

5. Zusammenfassung

6. Literaturverzeichnis

1. Einleitung und Problemstellung

1.1 Historischer Überblick

Das Hörorgan, unser empfindlichster Sinn, liegt gut geschützt in der Cochlea des Felsenbeins. Ein nachweisbarer Höreindruck entsteht in einem gesunden Ohr bereits bei einer Auslenkung des Trommelfelles, die geringer ist als der Durchmesser des Wasserstoffatoms. Die dazu benötigte mechanische Energie ist um eine Zehnerpotenz geringer, als die zur Erzielung eines Seheindruckes erforderliche Strahlenenergie (Keidel 1975)³⁸. Trotz dieser hohen Empfindlichkeit können wir unsere Umgebung aufgrund des schmalen Frequenzbereiches des menschlichen Hörvermögens nur unzureichend erfassen und uns alleine mit dem Gehör kaum orientieren. Somit müssen wir auch zur Beurteilung der Struktur dieses hochsensiblen Organs den weniger empfindlichen Gesichtssinn einsetzen.

Aufgrund seiner verborgenen Lage blieb selbst der makroskopische Aufbau des Innenohres bis zur Wiederaufnahme von Sektionen menschlicher Leichen im Italien des sechzehnten Jahrhunderts unseren Augen verborgen. Den Ruhm der Erstbeschreibung der makroskopischen Cochleamorphologie teilen sich als Pfadfinder in der Otologie die Anatomen Eustachio, Fallopio und Ingrassia in den Jahren 1560 bis 1570. Ihren Leistungen vermochten die Zeitgenossen nur Spärliches, die Nachfolger nur feinere Details hinzuzufügen. Bis zur Dissertation von Cotugno 1760 war man der Überzeugung, daß das knöcherne Labyrinth mit Luft, dem sogenannten "aer innatus”, gefüllt sei²¹. Erst 1789 fand Scarpa im Innern der knöchernen Ohrstrukturen das häutige Labyrinth⁵⁹. Die letzte größere Entdeckung vor Corti blieb Reissner Vorbehalten, der aufgrund verbesserter Präparationstechnik und Fortschritten der Lichtmikroskopie 1851 neben den beiden Skalen noch einen dritten Kanal, den Ductus cochlearis fand. Noch im gleichen Jahr beschrieb Corti erstmalS die Papilla acustica, die von Kölliker ein Jahr später in Corti-Organ umbenannt wurde.

Die nächsten Jahrzehnte brachten weitere Aufschlüsse und detaillierte Beschreibungen dieses Organs, wobei viele mikroskopische Strukturen nach ihren Erstbeschreibern benannt wurden (Claudius 1855, Böttcher 1856, Leydig 1857, Kölliker 1859, Deiters 1860, Hensen 1863³³, Henke 1866, Nuel 1872).

Retzius veröffentlichte 1884 sein monumentales Werk "Das Gehörorgan der Wirbelthiere", eine bis zum heutigen Tag einmalige Sammlung von ausführlichen Beschreibungen mit exakten Maßangaben und detailgenauen Abbildungen, auf die noch heute Bezug genommen wird⁵⁵.

Zur weiteren Klärung der Innenohrverhältnisse trugen Held mit zwei Veröffentlichungen [31, 32] und Stenger⁶⁸ am Anfang des 20. Jahrhunderts bei.

Erste reproduzierbare Größenangaben über die Cochlea finden sich in den Werken von Cotugno²¹ und Scarpa⁵⁹. Noch exaktere Zahlen haben uns Retzius⁵⁵ und Held [31, 32] hinterlassen. Aussagen über kontinuierliche oder diskontinuierliche Veränderungen im Verlauf der Windungen sind in ihren Arbeiten jedoch nicht zu finden.

Guild stellte 1927 erstmals unregelmäßige Breitenänderungen der Basilarmembran entlang der Meerschweinchencochlea fest²⁸. Entsprechende Beobachtungen machte Wever 1938 an der menschlichen Cochlea⁷². Fernandez veröffentlichte 1952 Ergebnisse über Breite der Basilarmembran, Länge der Cochlea, Dimensionen der beiden Skalen und die Querschnittsfläche der Basüarmembran von Meerschweinchen und stellte diskontinuierliche Veränderungen fest²⁴. Lim bemerkte 1980 ebensolche Veränderungen der Tektorialmembran von Chinchillas⁴⁶.

Die diskontinuierlichen, bisher nicht durch mathematische Formeln ausdrückbaren oder berechenbaren Größenänderungen der makroskopischen Schneckenstrukturen ließen vermuten, daß auch auf zellulärer Ebene Kontinuitätssprünge vorhanden seien.

So finden sich in der Cochlea des Goldhamsters Boettchersche Zellen nur in der ersten Windung und treten von Beginn der zweiten Windung an nicht mehr auf (Brodmann und Giebel 1978)¹⁸. Die Hensenschen Zellen enthalten beim Meerschweinchen in der ersten Windung keine Fettvakuolen. Zu Beginn der zweiten Windung erscheinen sie plötzlich auf und nehmen zur Spitze der Schnecke an Anzahl und Größe deutlich zu (Galic et al. 1982²⁶, Bart 1989⁸ ). Auch bei der Verteilung der Claudiuszellen ist in der Meerschweinchencochlea ein Kontinuitätssprung zu Beginn der zweiten Windung nachweisbar (Kazmaier 1989)³⁷. Weitere Untersuchungen zeigten, daß die Gefäßdichte der Stria vascularis am Ende der ersten und zu Beginn der zweiten Windung besonders hoch ist (Hanke 1993)³⁰.

1.2 Problemstellung

Die an menschlichen Cochleae beobachteten Diskontinuitäten wurden bisher kaum hinterfragt, da sie für die akustischen Gesetzmäßigkeiten der Basilarmembranschwingung und die Hörtheorien bis in die heutige Zeit als unbedeutsam erschienen (von Békésy 1928, 1942 und 1944 [11,13, 14], Zwislocki-Moscicki 1948⁷⁷ ). Eine Ausnahme stellt die Diskussion über die Entstehung der c5 -Senke dar. Die in diesem Frequenzbereich von 4 kHz nachweisbare besondere Lautheitsempfindlichkeit und überdurchschnittlich häufig auftretende Lärmschäden können mit hydrodynamischen Gesetzmäßigkeiten oder sinnesphysiologisch noch nicht sicher erklärt werden (Lehnhardt 1960 u. 1963 [43, 44], Meyer zum Gottesberge⁴⁹ ).

Genaue Kenntnisse über die Abmessungen insbesondere der Seda tympani sind bei der operativen Versorgung mit Cochleaimplantaten erforderlich. Es liegen jedoch nur wenige exakte Daten über die Größe der anatomischen Strukturen im Verlauf der Cochleawindungen vor. Klinische und experimentelle Daten sprechen dafür, daß durch ein extrem schonendes operatives Vorgehen bei der Einführung des Elektrodenträgers des Cochleaimplantats ein eventuell vorhandenes Resthörvermögen erhalten werden kann (Rogowski et al. 1995)⁵⁶. Von besonderer Bedeutung sind daher etwaige Kontinuitätssprünge, die mit den bisherigen

Untersuchungsverfahren inklusive hochauflösender Computertomographie und Magnetresonanztomographie noch nicht erfaßt werden können (Henson et al 1994³⁴, Koizuka et al. 1991³⁹, Pappas et w. 1990⁵⁰ ). Wir können mittlerweile zwar grobe pathologische Veränderungen der Cochlea bis hin zu partiellen Verknöcherungen erfassen und sogar den optimalen operativen Zugang durch dreidimensionale Rekonstruktion und Betrachtung aus verschiedenen Blickwinkeln darstellen, aber selbst die gründlichste bildgebende Diagnostik "bewahrt den Operateur nicht vor unliebsamen Überraschungen" (Plester et w. 1989)⁵². Hierbei kommt der erheblichen individuellen Variabilität in den Abmessungen der Cochlea und ihrer Topographie größte Bedeutung zu.

Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit folgenden Fragestellungen hinsichtlich der Cochleamorphologie:

-Nimmt der Querschnitt der beiden Skalen und des Ductus cochlearis von der Spitze zur Basis ab oder zu?
-Wo nimmt er ab oder zu?
-Nimmt er stetig oder diskontinuierlich ab oder zu?

2. Material und Methoden

2.1 Material

2.1.1 Untersuchungsmaterial

Für die mikroskopischen Untersuchungen Stand die umfangreiche Serienschnittsammlung menschlicher Felsenbeine zur Verfügung, die von den Professoren Albrecht und Schwarz seit den 20er Jahren dieses Jahrhunderts an der Universitäts-HNO-Klinik Tübingen angelegt wurde.

Der Teil der Sammlung, welcher Felsenbeine von Patienten mit gesundem Innenohr enthielt, umfaßte allem 150 Schnittserien (Präparatekästen mit weißem Etikett).

Albrecht und Schwarz stellten diese Schnittpräparate nach der damals in Tübingen üblichen Methode her (Eckert-Möbius 1926)²³. Während eines Zeitraumes von fast 50 Jahren Stand ihnen eine bei Wittmaack speziell in der Methodik zur Anfertigung von Felsenbeinpräparaten ausgebildete technische Assistentin zur Verfügung. Zum besseren Verständnis für die kritische Auseinandersetzung im Diskussionsteil dieser Arbeit seien diese Verfahrensweisen hier kurz dargestellt.

Nach Entnahme der Felsenbeine wurden diese sofort zur Fixation in eine frisch zubereitete Wittmaacksche Lösung aus Sol. Kal, bichrom. 5% (50 ml), Formalin (10 ml), Eisessig (5 ml) und Aqua dest, (ad 100 ml) eingelegt. Sie verblieben 6-8 Wochen in dieser Lösung und wurden dann ohne Wässerung in eine Entkalkungsflüssigkeit aus Acid, nitric, pur. (5 ml), Formalin (5 ml) und Aqua dest, (ad 100 ml) überführt. Nach der Entkalkung, die sich über 4-5 Wochen hinzog, folgte die Entsäuerung mit 5% Kaliumsulfatlösung über 12-24 Stunden und die anschließende Wässerung über 48 Stunden in fließendem Wasser.

Die Felsenbeine mußten dann als Vorbereitung zur Einbettung in Celloidin unter Eröffnung der Cochlea und eines Bogenganges in drei Teile zerschnitten werden. Der erste Schnitt erfolgte dabei senkrecht zur Pyramidenlängsachse und senkrecht zur Schädelbasis durch die Mitte des inneren Gehörganges. Zur Verdeutlichung ist auf Seite 9 dieser Arbeit ein halbschematisches Bild der Lage des menschlichen Gehörorgans im Schädel mit Einzeichnung der Schnittrichtung wiedergegeben (Abbildung 1). Während dieses Schneide Vorganges wurde die Cochlea meist in der basalen Windung getroffen. Ein zweiter Schnitt folgte parallel zum ersten etwa 5 mm seitlich der Eminentia arcuata unter Eröffnung des hinteren Bogenganges. Wenn das Gleichgewichts- oder das Hörorgan nicht angeschnitten worden waren, mußte dies nachträglich mit einem feinen Messer erfolgen, damit das flüssige Celloidin bei der Einbettung in diese Innenohrstrukturen einfließen konnte.

Die drei so entstandenen Blöcke wurden mit Alkohol entwässert und in Celloidinlösungen zunehmender Konsistenz 9-12 Wochen bis zur Erstarrung der Celloidinmasse eingebettet.

Sie konnten dann mit einem Mikrotom in 20 pm dicke Scheiben geschnitten werden. Dabei mußte zur Herstellung von vertikalen Schnittserien peinlich genau darauf geachtet werden, daß die Schnittebene parallel zur Ebene des hinteren senkrechten Bogenganges und senkrecht zur Schädelbasis verlief (siehe Abbildung 1). Nur auf diese Weise war ein midmodiolarer Schnitt durch die Cochlea möglich.

Die Färbung erfolgte normalerweise nach der von M. Heidenhain in Tübingen weiterentwickelten zweizeitigen Eisen-Haematoxylin-Färbung. Die Präparate wurden dabei zunächst mit einer 2,5% Eisendaunlösung einige Stunden gebeizt und dann bis zur völligen Schwärzung in einer 0,5% Haematoxylinlösung gefärbt. Zur Differenzierung mußten die Schnitte nochmals in die vorher benutzte Eisenalaunlösung eingelegt werden. Sie gaben dann sehr schnell überschüssige Farbe ab und wurden daher in kurzen Abständen auf Farbtiefe kontrolliert.

2.1.2 Geräte und Materialien

- ZEISS Photomikroskop TYP III für Durchlicht
- Polarplanimeter von Ott (Kempten im Allgäu), Typ 30115
- Mikrofilmprojektor Zeiss-Jena ohne Typenbezeichnung
- Kodak 64T Diafarbfilm 19 DIN
- DIN A 3 Papier, weiß, 80 g/m2
- Tema Personalcomputer 386 SX
- Microsoft Word für Windows 6.0a

2.2 Methoden

2.2.1 Auswahl der Präparate

Die Schnittserien von etwa 150 Felsenbeinen von Probanden ohne Innenohrschäden oder sonstige pathologische Ohrbefunde wurden lichtmikroskopisch begutachtet, um die optimalen Präparate auszuwählen. Dabei wurden Präparate ausgewählt, bei denen es sich um einen möglichst in der Achse des Modiolus gelegen Schnitt (Mittelschnitt) handelte, die frei waren von postmortalen Veränderungen oder Artefakten und in denen die Grenzen der Skalen in allen 5 Windungsquerschnitten deutlich erkennbar waren.Unter Berücksichtigung dieser Vorgaben wurden die 18 geeignetsten Mittelschnitte ausgesucht und für die Messungen verwendet.

2.2.2 Fotografieren der Präparate

Die ausgewählten Präparate wurden mit einem Fotomikroskop der Firma Zeiss bei drei verschiedenen Objektivvergrößerungen fotografiert. Das erste Diapositiv einer jeden Bildserie zeigte eine übersichtsaufnahme bei einfacher Objektiwergrößerung. Es folgten Serien über die 5 Windungsanschnitte bei 2,5-facher und schließlich 5 Fotografien des jeweiligen Ductus cochlearis bei 6,3-fâcher Objektiwergrößerung.

Zur Kontrolle des Vergrößerungsfaktors bei der jeweiligen Einstellung diente das auf Diapositiv abgebildete Gitternetz einer Zählkammer nach Neubauer.

2.2.3 Ausmessen der Schnittflächen

Die Diapositive wurden mit einem Mikrofilmprojektor der Firma Zeiss-Jena nochmals um den Faktor 12,7 vergrößert auf Papier des Formats DIN A 3 projiziert. Somit ergab sich für die Darstellung der einzelnen Windungsquerschnitte auf dem Papier ein Gesamtvergrößerungsfaktor von 79,4 und für die Darstellung des zugehörigen Ductus cochlearis eine Vergrößerung um das 200-fache.

Die Grenzen der Skalen waren gut sichtbar und wurden mit Bleistift auf dem Papier eingezeichnet. Am Helicotrema der Spitzenwindung liegt der offene Übergang von der Seda tympani zur Scala vestibuli. Dort fehlt also die Grenze zwischen beiden Skalen. Die Grenzlinie wurde durch Verlängerung der Lamina spiralis in Richtung Modiolus gezogen. Damit wurde eine theoretische Trennung der beiden Skalen analog der Verhältnisse in der basalen und mittleren Windung erreicht.

Mit dem Fahrstift eines Polarplanimeters wurden die Grenzen einmal umfahren. Das Planimeter hat die Eigenschaft, während des Umfahrens einer zweidimensionalen Figur ihre Fläche zu messen. Jede Messung wurde dreimal wiederholt und die Werte arithmetisch gemittelt.

Die Entfernungen der Meßpunkte von der Schneckenspitze waren aufgrund der midmodiolaren Schnittebene vorgegeben (Abbildung 3). Bei einer

durchschnittlichen Länge des Ductus cochlearis von 35 mm ( Retzius 1884)⁵⁵ lagen die Meßpunkte 1 und 2 in der Basalwindung 31 mm (Meßpunkt 1) und 22 mm (Meßpunkt 2), die Meßpunkte 3 und 4 in der Mittelwindung 13 mm (Meßpunkt 3) und 7 mm (Meßpunkt 4) sowie der Meßpunkt 5 in der Spitzenwindung 2 mm von der Spitze entfernt (Abbildung 2). Bei prozentualer Aufteilung und der Annahme der Ductusgesamtlänge als 100 % lag Meßpunkt 1 bei 91 %, Meßpunkt 2 bei 63 %, Meßpunkt 3 bei 39 %, Meßpunkt 4 bei 20 ð/o und Meßpunkt 5 bei 6 % der Entfernung von Spitze zur Basis.

Abbildung in dieser Leseprob nicht enthalten

Abbildung 2: Projektion der Achse des SchneckenkanalS auf eine zur Schneckenachse senkrecht stehende Ebene mit Einzeichnung der midmodiolaren Schnittebene und den Meßpunkten 1-5

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Midmodiolarer Schnitt durch die menschliche Cochlea übersichtsauihahme, Eisen-Hämatoxylin-Färbung nach M. Heidenhain

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