Peripheral Vestibular Impairment and Central Nervous System Compensation
当一侧外周前庭功能急性受损时，常表现为一系列的症状。第一，患者常以外部环境或者自身旋转为特点的“真实的’眩晕感为主诉，常伴有恶心、呕吐等自主神经症状。 第二，如果为外周前庭功能受损急性期，常出现快相背离患侧的水平自发性眼震。在非固视环境下，自发性眼震会增强(如在暗室条件下使用视频眼罩观察眼震)。第三，患者常伴有姿势平衡障碍，如向患侧倾倒、沿直线行走困难、在昏暗的环境中姿势不稳等。 有趣的是，若中枢神经系统未受累，这些症状常在1周内缓解。眩晕症状消失后，患者在头部快速运动时仍有不适感，但通常可在1个月内恢复正常。在前庭终末器官或者前庭神经受损后，前庭系统功能恢复的这种能力称为“前庭代偿”或’前庭适应”。对于进行眼震视图(VNG)检查的临床医生来说，理解前庭代偿的神经基础及其对VNG各测试项目的影响是至关重要的。
一、单侧外周前庭病变的病理生理学改变
为了理解外周前庭系统受损后的病理生理学改变，我们必须了解前庭系统的生理学机制。 图3-1显示，当向左侧转头时，左侧(即头部旋转的方向)的紧张性电活动增加，而右侧(即头部旋转背离的方向)的紧张性电活动相应地减少。正如第2章所述[参见前庭眼反射(vOR) 的描述]，这种头动导致了双侧外周前庭系统产生不对称性的神经冲动，这种神经冲动通过眼动神经核团传递至眼外肌，被运动系统接收，即产生了与头动速度成正比、方向相反的慢相眼球运动。一旦眼球偏移至眼眶的特定位置，前庭信号输人被短暂阻断，从而能够使眼动系统启动扫视，使球回至中线位置(即眼球震颤)。
多种原因均可导致一侧外周前庭终末器官或前庭神经的损伤。比如，各种疾病过程均可损伤迷路毛细胞或前庭神经元。图3-2显示了单侧外周前庭系统功能受损所致的病理生理学改变。从图中可以看出，右侧外周前庭功能急性受损后，右侧外周前庭系统向前庭神经核传递的神经冲动显著减少。这种不对称的紧张性电活动产生相应的信号编码，导致大脑错误地认为头部在向左旋转。现实中，在外周前庭功能受损的急性期，患者常感觉自身向健侧偏转，这种旋转错觉被定义为眩晕。除了对旋转运动的错误感知，患者常伴有自主神经症状，可出现面色苍白、出汗、恶心、呕吐等。这种不对称的紧张性电活动导致前庭信息(旋转感)与其他感觉信息(例如，本体觉和视觉)的“不匹配”。
前庭神经核接收的不对称性电活动可产生异常眼震(如自发性眼震)，而眩晕感则是异常眼震的产物。在正常的前庭系统中，当头部运动时，VOR驱动眼球向相反的方向进行等量运况下，虽然头部是静止的，但双侧前庭神经核紧张性电活动不对称，产生自发性眼震。由于在没有头动的情况下产生了眼球运动(自发性眼震)，因此患者有旋转感。外周前庭系统功能受损所产生的眼震是由患侧神经电活动传人减少所致，主要为水平方向(尽管不完全是)。眼震并非纯水平方向的，原因是两个垂直半规管(即后半规管和前半规管)的神经传人并不能完全抵消，从而残余微弱的扭转成分。在急性期，眼震的慢相指向患侧，然而，由于代偿机制的存在，眼震的方向并不总是定侧的可靠指标。
二、前庭代偿的神经基础
当一侧前庭功能急性受损，前庭系统的代偿机制即被激活。外周前庭系统的受损导致双侧前庭神经自发放电率不对称，在此情况下，中枢前庭系统首先被激活以消除这种不对称性。继而，中枢前庭系统启动VOR动态功能的恢复。该过程被称为“前庭代偿”，主要包括两个阶段。 第一阶段为“静态代偿”，主要通过前庭神经核电活动的再平衡以消除相应的临床症状，如自发性眼震、眼偏斜等。第二阶段为“动态代偿”，此过程更加精细，所需时间更长。动态代偿涉及VOR反应特性(如相位和增益)的中枢再校准，以便将vOR功能代偿至受损前的水平。 患者所处的代偿阶段会对眼震视图各子测试结果产生显著的影响。因此，对于临床医师来说， 理解前庭代偿的潜在机制非常重要。
以下内容对静态代偿与动态代偿的过程进行简要叙述。
(一)静态代偿
静态代偿在单侧前庭传人阻滞( unilateral vestibular deafferentation, uVD)后立即启动， 该过程主要为恢复双侧前庭系统紧张性电活动的静态平衡。换句话说，静态代偿是指消除双侧前庭终末器官电活动的不对称性，使患者在静止时无自发性眼震。如前所述，前庭神经将大量的神经冲动传递至前庭神经核(vestibular nuclei,VN)(如每秒100万次)。当单侧前庭神经传人受损，患侧前庭神经核不能接收到相应的神经传人，导致双侧前庭神经核的静息自发放电率不对称，触发VOR从而产生自发性前庭眼震(spontaneous vestibular nystagmus, SVN)。在急性期，眼震快相常背离患侧。在单侧前庭神经传人受损后的数小时内，“小脑钳制”被激活(图3-3)。
小脑中线结构迅速对双侧前庭神经核静息自发放电频率的不平衡做出反应，对健侧前庭神
经核的抑制作用增强，使其静息自发放电率降低，从而使双侧前庭神经核电活动的不对称性降低。该过程不仅降低了自发性眼震的幅度，减轻了眩晕的程度，而且还缓解了恶心、呕吐等自主神经症状。从这一点来看，双侧前庭神经核静息自发放电率较受损前均降低。事实上，如果对患者进行温度试验或转椅检查，结果常显示外周前庭功能受损。“小脑钳制”的过程远比此处所阐释的复杂，更加详细的过程参见Curthoys与Halmagyi1996年的论著。一旦健侧前庭神经核电活动被抑制，静态代偿随即进人下一阶段(第二阶段)，即为了恢复正常的VOR，双侧前庭神经核的静息自发放电率需恢复至初始水平。首先，必须降低对健侧前庭神经核的抑制程度，为此，由小脑中线结构至前庭神经核的抑制性联络纤维的神经驱动减弱，有效地增加了健侧前庭神经核的静息自发放电率(即减少抑制)，将其从“钳制”状态释放(图3-4)。
其次，患侧前庭神经核静息自发放电率必须得以恢复。研究表明，在单侧前庭传人阻滞后的52h,患侧前庭神经核静息自发放电率即可恢复至受损前的水平(Curthovs和Halmagyi， 1996)。患侧前庭神经核自发放电率的增加可由不同的机制介导，其中小脑中线结构介导的抑制消除是最主要的机制之一(Jacobson, Pearlstein,Henderson,Calder, Rock.1998)、静态代偿在双侧前庭神经核静息自发放电率再次平衡时完成(图3-5)。
(二)动态代偿
静态代偿之后，VOR的动态反应仍然异常。具体来说，动态代偿是对中枢前庭系统进行调节，以应对头部运动时患侧前庭器官不能产生相应前庭驱动的状况。在此阶段，双侧前庭神经核静息自发放电率是对称的；然而，在头动时，患侧外周前庭传人增加很少或者不增加。此时，VOR仅由健侧迷路传人驱动，并不能产生反方向的等量眼球运动。动态代偿的过程即在仅有单侧迷路传人的情况下，中枢系统对前庭系统的传出进行调整，以准确地驱动VOR(图3-6)。
视觉输人(Leigh&Zee,2006)和小脑中线结构(Beraneck,McKee,Aleisa, Cullen,2008) 是动态代偿的两个主要促进因素。研究表明，在单侧前庭传人阻滞后，两者在vOR功能恢复的过程中发挥着主要作用，但其他因素如双侧前庭神经核间的联络纤维和脊髓传人也同样发挥了作用。vOR动态功能恢复的能力还取决于单侧前庭损伤的严重程度。若为完全或严重的单侧前庭传人阻滞，vOR功能常永久减退。在此情况下，动态代偿会相应的牺牲VOR的某些反应特性以最大限度地发挥对功能至关重要的频率特性。例如，神经整合中枢会减少由速度储存机制所提供的低频神经活动数量，增加更多步行时所需要的高频神经活动数量。动态代偿对中枢前庭系统所进行的调整，常常会导致患者对高加速度的vOR刺激以及低频刺激的敏感性永久性异常(Leigh &Zee,2006; Barin&Durrant,2000)。
(三)恢复性眼震
在前庭刺激性(波动性)病变，如梅尼埃病患者中，偶尔可以观察到恢复性眼震。这种自发性眼震也被称为Bechterew眼震，其特点是眼震快相指向患侧(Leigh & Zee, 2006; Jacobson等， 1998)。临床上，恢复性眼震常难以解释，因为震方向(快相指向患侧)与确定的病变侧别相矛盾。一侧的内耳病变导致双侧电活动的失衡，当患侧功能状态保持稳定时，前庭代偿是十分有效的；然而，当患侧的前庭功能发生波动时，中枢代偿机制需要进行相应的调整，梅尼埃病活动期就是这种情况。急性发作时，患者常伴有快相指向健侧的自发性眼震。双侧前庭终末器官电活动的持续性不对称触发了中枢代偿机制，“小脑钳制”减弱了双侧电活动的不对称(图3-7)。恢复性眼震最常见于前庭代偿的钳制期或者双侧前庭神经核神经活动均减少时，在前庭代偿的这一阶段，如果患侧的功能得以恢复，这将会导致双侧神经活动新的不平衙，此时眼震快相才会指向患侧，即健侧前庭神经核的紧张性电活动被抑制，患侧耳的功能得以恢复，患侧的神经传出超过健侧，这一现象产生了新的自发性眼震，眼震快相指向患侧，即功能正在恢复的一侧。如果患侧的功能恢复是稳定的，则进行静态代偿，恢复性眼震将会消失。对于临床医师来说，理解恢复性眼震的现象与特性非常重要，以避免在ENG/VNG检查过程中出现任何误判。由于某些疾病过程的不稳定性以及中枢代偿的动态性，临床医生不能总是仅依靠眼震的方向进行定侧。关于恢复性眼震，Jacobson等进行了全面的综述(1998)。
三、前庭代偿的条件
在下列情况下，前庭代偿是最有效的:1患者未使用前庭抑制药物；2头部运动训练(前庭康复训练中比较基础的动作)；3前庭通路完整；视力正常。
四、前庭系统对冷热刺激的反应
正如第1章所描述的，前庭系统对头部运动相当敏感，然而，在临床上，许多前庭功能评估是通过对前庭终末器官进行非生理性刺激(例如声音或温度)所诱发的反应来实现的。湼度试验是由Robert Barainy在1907年首先提出的，他描述了温度试验的方法及其机制(Hood, 1989)。当高于或低于正常体温的水灌人外耳道时，鼓膜和外耳道的皮肤会发生相应的温度改变。由于中耳紧邻外耳道，所以外半规管对外耳道的温度变化非常敏感，任何正常体温变化都会通过中耳传到内耳前庭系统(Harrington,1969)。温度试验的生理机制是向外耳道灌人不同温度的水，导致同侧外半规管的内淋巴液比重发生改变。正如在第2章中所述，温度试验是用不同温度的介质来调控单侧外周前庭系统的放电频率，使其高于或低于静息放电频率，以驱动VOR反应，从而检测双侧前庭放电频率的不对称性。Biriny在温度试验的描述中指出，做检查时患者呈仰卧位且头部抬高30o(图3-8A )。当头部在该位置时，外半规管与水平面
垂直。
当外耳道灌人温度低于或高于体温的介质时，外半规管内距离中耳最近的内淋巴液的温度会发生相应的变化。当温度高时，内淋巴液的比重会降低。这个原理和煮沸的水比重降低是一样的，当水被逐渐加热最后沸腾时，就会变成水蒸气并向上蒸发。所以热可以使得水的比重减低使其变轻而向上移动(图3-8B)。在温度试验中，外耳道的热量可以通过中耳扩散而传导到内耳，使得距灌注液最近的外半规管中的淋巴液比重减低。当变热的内淋巴液上升时，其原来的位置被温度较低的内淋巴液(比重较高)所取代，然后这些温度低的内淋巴液开始升温，比重随之减小。这种液体移动的过程，被称为“对流”，直至灌注液的刺激结束时停止。
外耳道的热水灌注刺激，可以引起该侧迷路的兴奋性反应。正如在第2章中所述，外半规管壶腹嵴顶的密度和其周围内淋巴液的密度几乎相当，其内部有附着于基底部的静纤毛，并且均朝向椭圆囊侧排列。图3-9A表示当用热水灌注左侧外耳道时所发生的现象。随着外半规管邻近中耳的内淋巴液温度升高，内淋巴的比重变轻并向上流动。这个过程会持续地推动嵴顶向椭圆囊摆动，壶腹嵴内的毛细胞发生去极化，进一步使得神经细胞的膜电位从静息水平超过阀值。外半规管嵴顶的这种运动方向被称为“向壶腹运动”，该过程模拟了头部向灌注侧转动所致的结果(兴奋)，此时，眼球震颤的快相朝向被灌注侧。
在冷水灌注时，内淋巴的密度增加(变重)并且下沉，并通过对流的方式逐渐被更轻的内淋巴液所替换，与热水灌注时的运动方向相反(图3-9B)。这种类型的内淋巴液运动使得嵴顶向远离椭圆囊方向偏斜，进一步使灌注侧壶腹嵴的毛细胞产生超极化(抑制)，导致前庭神经的放电频率较其静息时的基础电位呈一定幅度的减低。这种嵴顶远离椭圆囊的运动被称为“离壶腹运动”。这个过程模拟了头部转向灌注对侧所致的结果(抑制)。VOR在这一情况的表现是眼震快相背离被灌注侧。英文缩写’COws”可以帮助我们记住温度试验和眼震快相方向的关系，即“冷反热同”(Cold-Opposite-Warm-Same)的首字母缩写。
总体上，Barainy在1907年提出的假设是正确的；然而，之后相关基础试验的结果表明， 他最初对于温度试验理论机制的解释有一定偏差，这些试验结果对机制的细节方面进行了一定程度的补充和修订。温度试验所引起反应的主要机制是内淋巴液的密度发生改变，在这一点上
并无争议。
1967年，Coats和 Smith做了一个简单的试验，他们分别给俯卧位(面朝地面)和仰卧位(面朝天花板)的患者做温度试验，结果患者的反应是相反的。在俯卧位，使外半规管同样垂直于地面，此时的反应和之前所描述的仰卧位正好相反。只要有足够温度的介质灌人外耳道，外半规管距中耳最近的部分就会变热。当仰卧位时，内淋巴液变轻，开始上升压向嵴顶。当俯卧位时，上升的淋巴液使得嵴顶弯曲的方向为远离椭圆囊，同时眼震快相朝向被灌注耳的对侧。此外，当患者俯卧位被灌注冷水时，眼震快相朝向被灌注耳侧。Coats和 Smith在1967年关于泪度试验在不同体位得到相反结果的报道，进一步证明了Barany最初的假设，也就是温度试验的理论基础是重力。通过详细的计算，温度试验刺激的频率大约为0.003Hz。图3-10是温度试验的慢相角速度示意图，它支持该计算结果。由温度试验诱发的眼震共持续140s左右，单次冷热刺激诱发的震慢相角速度变化图为正弦波的一半，一个完整的正弦波为两次冷热水诱发的眼震(280s)。280s的倒数(所对应的频率)是0.004Hz,与文献报道的数据0.003Hz非常接近。
1967年，Coats和 Smith还报道了不同头位所引发的眼震振幅的区别。需要指出的是，除了重力理论以外，作者提到温度试验的另一个次要的理论基础，就是外半规管能量转换与前庭神经本身的温度刺激相关。为了进一步解释这个概念，在航天飞机的太空实验室里进行了温度试验，在失重的太空中进行重新评价。如果改变内淋巴液的比重是温度试验的唯一机制，那么在真空环境里做该试验应该没有任何反应。但实际上，温度试验在太空一样可以诱发出眼震， 这说明温度试验的机制中有另外的因素参与(例如，当神经处于低于或高于体温的环境时，放电频率也会增加)(Scherer, Brandt,Clarke,Merbold, Parker, 1986)。
