Presbyakuze

Souhrn

Porucha sluchu v souvislosti s věkem, presbyakuze, je nejčastější senzorická abnormalita ve stáří. Etiologie presbyakuze je multifaktoriální, zahrnuje působení hluku, ototoxických látek, zánětlivých faktorů a v neposlední řadě faktory genetické. Tradiční pojetí presbyakuze se omezovalo na popis patologických mechanismů ve vnitřním uchu, v současnosti chápeme presbyakuzi jako soubor změn, které nastávají v souvislosti se stárnutím v celém sluchovém systému (a v případě poruchy vnímání řeči i mimo sluchový systém). Patologické změny v souvislosti s věkem postihují vnější vláskové buňky, vnitřní vláskové buňky a jejich synapse s vlákny nervových buněk spirálního ganglia, ale také nervové buňky centrálního sluchového systému. Z hlediska funkčního nalézáme v souvislosti s věkem kromě zvýšení sluchového prahu také změny ve vnímání časových parametrů zvukových podnětů a změny prostorového slyšení. Cílem práce je přinést přehled současných znalostí o problematice presbyakuze, a to jak na základě výsledků získaných v pokusu na zvířeti, tak z hlediska znalostí současné audiologie, psychoakustiky a zobrazovacích metod.

Klíčová slova:
presbyakuze, vnitřní ucho, centrální sluchový systém, patologické změny

ÚVOD

Stárnutí sluchu v souvislosti s věkem, presbyakuze, je proces, který se vyskytuje nejen u lidí, ale postihuje celou živočišnou říši. Z klinického hlediska se závažnost této diagnózy zvyšuje v souvislosti se skutečností, že lidská populace na celém světě dosahuje mnohem vyššího věku než v dřívějších letech. Podle údajů z USA se každých deset let po dosažení věku 50 let zdvojnásobuje výskyt oboustranné sluchové ztráty tak, že mezi 50 a 59 lety má sluchovou ztrátu 15 % lidí, v období 60-69 let již 31 % lidí a u sedmdesátníků a starších výskyt stoupá na 63 % (1). Podle jiných údajů (45) se u sedmdesátníků vyskytuje v Evropě ztráta sluchu ve výši 30 dB u 30 % mužů a 20 % žen, u osmdesátiletých pak má takovou ztrátu již 55 % mužů a 45 % žen. Sluchová ztráta postihuje především vysoké frekvence, u frekvencí převyšujících 12 kHz se může objevit již v poměrně raném věku, tj. u třicátníků. U sedmdesátníků a starších však sluchová ztráta zaujímá celé sluchové spektrum a zhoršuje tak vnímání řeči, především v přítomnosti šumu. Jakmile sluchová ztráta postihne frekvence v rozmezí 2-4 kHz, které jsou důležité pro rozeznání neznělých souhlásek (t,p,k,f,s), stává se srozumitelnost řeči problematickou. Připomeňme na tomto místě, že podle klasifikace Světové zdravotnické organizace nastává poškození sluchu, jestliže trvalý posun prahu na lépe slyšícím uchu činí 41 dB HL, nebo je větší ( PTA 0,5,1,2,4 kHz ≥ 41 dB).

Etiologie presbyakuze je multifaktoriální a je významně ovlivněna hlukovou zátěží v průběhu života, působením ototoxických látek a zánětlivých faktorů a v neposlední řadě má příčiny genetické. Patologické procesy, které jsou základem presbyakuze, postihují především vnitřní ucho, kde je přítomna značná vulnerabilita v případě vnějších vláskových buněk, synapsí vnitřních vláskových buněk a sluchového nervu. Stejně tak mohou být postiženy nervové buňky spirálního ganglia a struktury stria vascularis a spirálního ligamenta. Proto již v r. 1974 navrhl Schuknecht (48) uznávanou klasifikaci prebyakuze u lidí na 4 základní typy:

1. senzorickou, která se vyznačuje poruchou funkce vláskových buněk a podpůrných buněk Cortiho orgánu, 2. nervovou, charakterizovanou ztrátou funkce nervových buněk spirálního ganglia, 3. metabolickou, kdy atrofie postihuje stria vascularis a spirální ligamentum a 4. mechanickou, spojenou se zvýšením tuhosti bazilární membrány. Později se ukázalo, že čtvrtý, mechanický typ, nepředstavuje samostatnou entitu, ale patří k typu metabolickému. V současné době se zohledňuje ve výzkumu skutečnost, že presbyakuze svými projevy nesouvisí pouze s patologickými procesy ve vnitřním uchu, ale že je výsledkem postižení celé sluchové dráhy, kdy k patologickým procesům ve vnitřním uchu se přidávají ještě důsledky patologických procesů postihujících centrální část sluchového systému (37). Podrobná audiologická vyšetření ukazují, že kromě typických ztrát vnímání čistých tónů ve vysokých frekvencích je pro presbyakuzi především z funkčního hlediska charakteristické, že je snížena schopnost vnímání řeči v přítomnosti šumu, je snížena schopnost vnímat časové parametry zvuku o krátkém trvání a je postižen také vjem zvukového prostoru (přehled viz 21).

Proces stárnutí sluchového systému je spojen s mnoha molekulárními, biochemickými a funkčními změnami, které zahrnují poruchy DNA, poruchy mitochondriální funkce, snížení nitrobuněčné koncentrace vody, iontové změny, vaskulární insuficienci a pokles elasticity buněčných membrán (46). Zvlášť významnou úlohu v poškození tkání v souvislosti se stárnutím má produkce volných kyslíkových radikálů. V současnosti je dostatečně prokázáno, že volné kyslíkové radikály jsou produkovány především metabolismem mitochondrií, většina nitrobuněčných volných kyslíkových radikálů vzniká jako vedlejší produkt respiračního mitochondriálního metabolismu v průběhu tvorby ATP (56). Nahromadění volných kyslíkových radikálů, ke kterému v průběhu stárnutí postupně dochází, způsobí nakonec dysfunkci postižené tkáně. K tomu přispívá také skutečnost, že se souběžně se vzestupem volných kyslíkových radikálů snižuje v tkáni produkce endogenních enzymů, které představují ochranu proti hromadění volných kyslíkových radikálů, například superoxid-dismutázy (SOD), katalázy a glutathion-peroxidázy (Gpx). Bylo například prokázáno, že ztráta vláskových buněk s věkem je zvýšena u myší postrádajících antioxidant SOD (32). Podobně bylo nalezeno zmenšení tloušťky stria vascularis a značná degenerace neuronů spirálního ganglia u myší středního věku, které postrádaly gen pro SOD1 (28).

Přehled o patogenetických mechanismech presbyakuze laboratorních zvířat lze získat například z přehledné práce (14).  Uvedeny jsou údaje o třech nejčastějších zvířecích modelech presbyakuze v současnosti, o myších, potkanech a pískomilech (Mongolian gerbil). K teoriím patogenezy presbyakuze u těchto zvířecích modelů řadí autoři redukci vaskularizace stria vascularis, oxidační stres, apoptózu, poškození kolagenu, patologickou imunitu, hluk a další dysfunkce. Ze starších prací je nutno se zmínit o přehledné monografii Willotově (54), zabývající se mnoha aspekty presbyakuze. 

OBRAZ PRESBYAKUZE V AUDIOLOGICKÉM A PSYCHOAKUSTICKÉM VYŠETŘENÍ

V roce 2000 byla vydána mezinárodně platná norma ISO 7029 s názvem „Práh slyšení zvuku vedeného vzduchem, s ohledem na věk a pohlaví otologicky normálně vyvinutých osob“ (25). Tato norma zahrnuje změny sluchového prahu s věkem pro frekvence zvuku od 125 Hz do 8 kHz, není tedy úplně reprezentativní pro celý frekvenční rozsah lidského slyšení, i když je pravda, že pokrývá podstatný frekvenční rozsah lidské řeči. S cílem pokrýt celý rozsah lidského slyšení jsme změřili referenční sluchové prahy pro muže a ženy v závislosti na věku až do 16 kHz (26), ty se mohou případně stát podkladem nové sluchové normy. Sluchové prahy byly změřeny 411 otologicky normálním mužům a ženám ve věku 16-70 let. Podobně jako v normě ISO 7029 jsme vypočítali normativní koeficienty pro sluchový práh v závislosti na věku, a to pro frekvence od 10 do 16 kHz.

Základní informace o tom, jak se s věkem mění některé parametry lidského sluchu změřené pomocí audiologického a psychoakustického vyšetření, jsme získali již dříve (31) porovnáním skupiny 30 mladých zdravých jedinců ve věku 19-27 let se skupinou 30 starších jedinců ve věku 67-93 let. Tyto výsledky byly srovnatelné s výsledky vyšetření podobně starých jedinců jinými autory, proto budou stručně uvedeny. Na frekvencích nižších než 1 kHz byl sluchový práh starých jedinců v průměru vyšší o 15-20 dB proti mladým jedincům, na vyšších frekvencích pak stoupal o 8-10 dB na oktávu, aby při 8 kHz byl o cca 64 dB vyšší než u mladých jedinců. Na 3 kHz a 4 kHz se projevil rozdíl mezi změnami sluchového prahu mužů a žen s věkem, práh byl signifikantně nižší u žen. Staří jedinci vykazovali také signifikantně nižší amplitudy tranzientních otoakustických emisí (TEOA) a distorzních produktů otoakustických emisí (DPOAE) než mladí jedinci, a to v celém měřeném frekvenčním rozsahu, zvláště v případě DPOAE, které byly u starých jedinců prakticky neměřitelné. Posun křivek řečového skóre při vyšetření řečovou audiometrií při 50% diskriminační úrovni činil 24,6 dB u starých jedinců ve srovnání s mladými, prakticky žádný rozdíl nebyl nalezen mezi oběma skupinami při vyšetření rozlišovací schopnosti pro intenzitu zvuku (intensity difference limen), zato významný rozdíl byl nalezen mezi mladými a starými jedinci v prahu pro detekci trvání pauzy v kontinuálním zvuku. Práh činil přibližně 2,5 ms u mladých jedinců a stoupnul na cca 7 ms u starých jedinců. Výsledky našich vyšetření stejně jako vyšetření jinými autory ukázaly, že kromě posunu sluchového prahu s věkem se zhoršuje především vnímání časových parametrů zvukových podnětů a v této souvislosti i vnímání řeči.

K uvedeným výsledkům několik poznámek: Existuje stále snaha klasifikovat typy presbyakuze na základě výsledků prahové audiometrie do 8 kHz, tak jak je stanovil Schuknecht (48). Nejblíže je tomu skupina amerických autorů, kterou představují Judy Dubno a Richard Schmiedt (8). Ti vycházejí z přesvědčení, které je podloženo především pokusy na pískomilech (u nichž je prokázán významný pokles endokochleárního potenciálu s věkem), že presbyakuze má obvykle složku metabolickou, způsobenou dysfunkcí stria vascularis a spirálního ligamenta. Proto na základě tvaru křivky sluchového prahu rozeznávají senzorický typ presbyakuze s poměrně rychlým poklesem křivky ve vysokých frekvencích a malými změnami v nízkých frekvencích, a typ metabolický, kdy pokles ve vysokých frekvencích je menší, zato jsou prahy zvýšené významněji na nízkých frekvencích. Muži a ženy se podle výsledků Framinghamské studie liší v zastoupení jednotlivých typů křivek sluchového prahu (19). U mužů byla nejvíce zastoupena prudce klesající křivka se stoupající frekvencí zvuku, v menší míře byla přítomna pomalu se zvyšující ztráta sluchu. U žen je ve větší míře přítomna pomalu se zvyšující ztráta sluchu a na druhém místě co do četnosti plochý typ audiogramu. Tyto výsledky potvrzené i jinými autory naznačují, že by se v případě žen jednalo především o metabolický typ presbyakuze. Je nutno se také zmínit o výsledcích hojně citované Baltimorské longitudinální studie sluchové prahové funkce (38), která ukázala naprosto odlišný průběh rychlosti zvyšování sluchového prahu s věkem u mužů a žen. Nárůst sluchového prahu probíhal podle této studie nejrychleji u mužů v období po 30 letech věku, kdežto u žen později, a to po 40-50 letech věku, změny probíhaly u mužů dvakrát rychleji, aby se sluchové prahy u obou pohlaví přiblížily k sobě v období kolem 60 let.

Stále více se ukazuje, že dominantním poškozením lidského sluchu s věkem je zhoršené vnímání časových parametrů zvuku, jak ukazuje např. vzestup prahu detekce pauzy. Zhoršení této funkce je patrné zvláště při nízkých intenzitách zvuku (49). Při vysokých hladinách zvuku pozadí, v němž se vyskytovala pauza, byly jejich hodnoty pro mladé a staré jedince prakticky stejné jako naše. Při velmi nízkých intenzitách zvuku pozadí se však prahové hodnoty detekce pauzy pohybovaly u starých jedinců až u 40 ms, zatímco pro mladé jedince nepřesahovaly 10 ms.  Autoři však upozornili i na zajímavou korelaci mezi výsledky měření prahu detekce pauzy a parametry binaurálního slyšení, které sledovali pomocí interaurálního časového rozdílu (interaural time difference ITD).  Prahové hodnoty pro binaurální ITD (čili rozeznání skutečnosti, že zvuk přichází z jiného místa) činily pro relativně intenzivní zvuk přibližně 30 μsec pro mladé jedince a 70 μsec pro staré jedince. V souvislosti se stárnutím se zhoršuje prostorové vnímání, což je možné prokázat nejen na změnách ITD, ale také na změnách jiných binaurálních funkcí, např. na binaurálním rozdílu v intenzitě (uplatňuje se u vyšších frekvencí než 1,5 kHz), dále vyšetřením binaurálního rozdílu v maskovací intenzitě (binaural masking level difference – BMLD), ve vnímání zvukových reverberací a v tzv. efektu předcházení (precedence effect). Aniž bychom zacházeli do detailu můžeme konstatovat, že tato vyšetření binaurálního prostorového slyšení jsou založena především na účincích časového rozdílu ve zvuku dopadajícího na obě uši. Podrobnější informace o vlivu stárnutí na prostorové slyšení (viz 12). Ještě pro úplnost je nutno dodat, že vliv stárnutí na jiné parametry sluchové funkce není zdaleka tak patrný jako v případě časových parametrů. Zhoršení je málo patrné v případě rozlišovací schopnosti pro frekvenci a intenzitu zvuku, vyskytuje se jen u nízkých frekvencí, což by odpovídalo spíše závislosti na časových parametrech zvuku prostřednictvím sledování fáze zvuku (phase-locking). Málo je také ovlivněna stárnutím frekvenční selektivita sluchového systému, jak ukazují pokusy, v nichž je měřena šířka sluchových filtrů pomocí simultánního maskování.  Naopak výsledky celé řady dalších psychoakustických experimentů ukazují na poruchu vnímání časových parametrů. Tak například stárnutí přináší významné zhoršení ve vnímání trvání zvuku, ve vnímání komplexních posloupností zvuku či ve vnímání časového pořadí zvukových podnětů (detailní informace viz 15).

VLIV PRESBYAKUZE NA VNÍMÁNÍ A POROZUMĚNÍ ŘEČI

Lidská řeč je akusticky velmi komplexní podnět, obsahující frekvence v rozmezí od 100-200 Hz do cca 8 kHz. V souvislosti s presbyakuzí je třeba si uvědomit, že omezené vnímání a porozumění řeči může být způsobeno jednak omezením v periferní části sluchového systému, ve vnitřním uchu, ale také v centrální části sluchového systému a v souvislosti s kognitivními funkcemi mozku i v částech mozku, které nenáležejí ke sluchovému systému. Téma presbyakuze a vnímání řeči je téma velmi obsáhlé, které by vyžadovalo samostatný přehled. Existuje několik přehledů v tomto směru, které lze čtenáři doporučit (9, 10, 24,42, 47). Nejlépe asi vystihuje situaci závěrečná část přehledu (24), v níž autoři uvádějí, že v případě poslechu bez sluchadel je porozumění řeči staršími osobami omezeno především jednoduchým periferním faktorem, a sice neschopností vnímat část spektra řeči díky periferní sluchové ztrátě ve vysokých frekvencích. V tomto případě nezáleží na tom, jaké jsou podmínky poslechu (ticho, šum, reverberace atd.). V případě řeči, jejíž časové parametry jsou pozměněny, nebo je časově pozměněno šumové pozadí řeči, se uplatní kromě periferní sluchové ztráty ještě další faktory, které zhoršují porozumění řeči v situaci bez zesílení sluchadly. Jestliže je omezení slyšitelnosti kompenzováno účinným zesílením, není již sluchová ztráta určujícím faktorem a porozumění řeči starými osobami se sluchadly se blíží porozumění řeči mladými subjekty za podmínky, že není přítomno hlukové pozadí, nebo hlukové pozadí má charakter stálého neproměnného šumu. Často je však situace jiná, spektrálně komplikovaná řeč může být časově pozměněna nebo může být časově variabilní hlukové pozadí. Příkladem je často se vyskytující situace, kdy je nutné porozumět obsahu sdělení jednoho řečníka, přitom v pozadí komunikuje několik dalších řečníků (cocktail party problem). V takovém případě je nezbytné zesílit pomocí sluchadel celý zvukový komplex a zlepšit poměr signálu k šumu, tak, aby se porozumění řeči starých jedinců se sluchadly přiblížilo situaci porozumění řeči, která se vykytuje u mladých jedinců.

V poslední době se objevilo několik longitudinálních studií, které informují o tom, jak se mění porozumění a poznání řeči v dlouhých časových úsecích v průběhu stárnutí. Například v práci (42) autoři uvádějí, že práh pro rozeznání řeči stoupá s věkem rychlostí 0,18 dB/rok, přičemž u velmi starých jedinců se hodnota zvyšuje až na 0,27 dB/rok. Podobně v práci (10) se uvádí, že se rozpoznání řeči v tichu snižuje signifikantně s věkem, a to nejrychleji v období mezi 65. a 70. rokem, přitom významnější je zhoršení patrně u mužů. V tzv. Baltimorské longitudinální studii (30) porovnávali autoři změny sluchového prahu a změny kognitivních funkcí (duševní stav, paměť, exekutivní funkce) pomocí příslušných testů a dospěli k závěru, že pokles kognitivních funkcí spojený se sluchovou ztrátou 25 dB byl ekvivalentní poklesu kognitivních funkcí za období 6,8 let.

GENETIKA PRESBYAKUZE

Genetika lidské presbyakuze

Presbyakuze je komplexní porucha sluchové funkce, která má příčiny environmentální a genetické. První studie heritability, provedené kolem roku 2000, ve kterých byla porovnávána presbykuze u jednovaječných a dvouvaječných dvojčat, ukázaly, že přibližně polovina variability je způsobena genetickými faktory a druhá polovina environmentálními faktory. Později byl zájem o genetickou podstatu presbyakuze soustředěn na výsledky tzv. celogenomových asociačních studií (genome-wide association studies – GWAS). Výsledky první z nich (17) byly publikovány v r. 2009  a naznačovaly, že existuje vztah mezi presbyakuzí a jednonukleotidovým polymorfismem (single nucleotide polymorphism – SNP) uvnitř GRM7 genu. Tento gen kóduje metabotropický glutamátový receptor typu 7, který je aktivován L- glutamátem, m.j. primárním excitačním mediátorem vnitřních vláskových buněk na synapsi s vlákny sluchového nervu. Výsledky jiné velké celogenomové studie, provedené na 6 evropských populacích, tento nález nepotvrdily, byl však nalezen méně signifikantní SNP v GRM8 genu, tj. blízkém homologu GRM7 genu (20). Kromě toho bylo v práci detekováno 8 lokusů v genech, které jsou exprimovány ve vnitřním uchu zahrnujících například DCLK1, PTPRD, CMIP. Nejnovější celogenomová asociační studie (16) nepotvrdila původní nález významnosti SNP genu GRM7 u presbyakuze a zůstala na konstatování, že presbyakuze u člověka je vysoce polygenní a její fenotyp závisí na agregaci velkého počtu jednonukleotidových polymorfismů, kdy přínos jednotlivého SNP není současnými metodami detekovatelný.

Jiný přístup k hledání genetické příčiny presbyakuze zvolila japonská skupina (52). Vyhledali geny, které vyvolávají monogenní ztrátu sluchu fenotypicky podobnou s presbyakuzí. Mezi ně patří například gen GRHL2 (grainyhead like 2) , což je v lidské epiteliální tkáni velmi rozšířený transkripční faktor. Dalším takovým kandidátem by mohl být gen KCNQ4 (potassium-voltage gated channel member 4), ve vnitřním uchu hojně se vyskytující gen, kódující napěťově řízené draslíkové kanály, nebo MYO6, kódující myosin VI, motorický protein, obsažený ve vláskových buňkách. Mezi kandidáty příčin presbyakuze bývají také zahrnovány geny, které se podílejí na detoxikaci volných kyslíkových radikálů, například geny pro N-acetyltransferázy NAT1 a NAT2, nebo pro glutathion S-transferázu, GSTM1 a GSTT1. Konečně mezi podezřelé geny, jejichž patologický stav by mohl přispívat k rozvoji presbyakuze, řadí autoři studie (52) i gen tradičně spojený s výskytem příznaků stárnutí, například APOE (apolipoprotein E) a samozřejmě i výše zmíněný gen GRM7, o jehož úloze v presbyakuzi dnes existují pochybnosti.

Náš příspěvek k tématice genetického pozadí sluchové ztráty se týkal heterozygotů patologické mutace GJB2  35delG a nepřímo souvisel i s otázkou presbyakuze (22). Vyhledali jsme rodiče a prarodiče dětí, jimž byl voperován kochleární implantát, a kteří byli homozygoty pro tuto mutaci. Audiologické vyšetření frekvencí až do 16 kHz ukázalo, že ti z rodičů či prarodičů, kteří jsou heterozygoty pro tuto mutaci, mají horší sluchové prahy než normální kontrolní populace. Signifikantní rozdíly byly zjištěny především u žen-heterozygotů, u mužů byly rozdíly proti normě pouze naznačené. Rozvoj genetického vyšetření populace, jenž jistě nastane díky postupnému zlevňování vyšetření, přinese bezpochyby řadu nových podnětů pro poznání podstaty presbyakuze. 

Genetika presbyakuze u pokusných zvířat

Na rozdíl od poměrně malých úspěchů v odhalování genetické příčiny lidské presbyakuze se více daří hledat genetické příčiny presbyakuze u myších modelů. Používají se přitom některé inbrední kmeny, u nichž je výskyt presbyakuze výraznější. Myší kmeny se významně odlišují v tom, kdy se u nich začíná zvyšovat sluchový práh s věkem. Některé kmeny, jako například CBA/J, CBA/CaJ nebo CAST/Ei, si zachovávají dobrý sluch i po 12 měsících života, někdy i po celý život (u myši obvykle v trvání ne více než 2 roky). Jiné myší kmeny, například C57BL/6J nebo BALB/cByJ, naopak ztrácejí sluch velmi brzy v prvních postnatálních měsících. Nejčastěji používaný kmen v tomto směru je kmen C57BL/6J, u nějž se ztráta sluchu objevuje na vysokých frekvencích již koncem prvního postnatálního měsíce, pokračuje zvýšením prahu na středních a nízkých frekvencích v šestém až sedmém měsíci, aby koncem prvního roku ztráta slyšení postihla všechny frekvence a v období jeden a půl roku života se proměnila v úplnou ztrátu sluchu. Na rozdíl od mnoha živočišných druhů, inbredních či divokých, u kterých je ztráta sluchu přítomna současně na nízkých a vysokých frekvencích a ztráta funkce vláskových buněk a ztráta nervových buněk spirálních ganglia se vykytuje jak v bazálním tak v apikálním závitu hlemýždě, je průběh presbyakuze u C57BL/6J myši velmi podobný lidskému, s počátkem zvyšování sluchového prahu na vysokých frekvencích.

Právě u myšího kmene C57BL/6J byl objeven v r. 1997 první myší gen pro presbyakuzi, označovaný jako Ahl, a to na 10. chromozomu poblíž lokusu D10Mi5 (27).  Zajímavé je, že myší gen 10 má oblasti, které se vyznačují syntenií s lidskými chromozomy 6q, 10q a 21 q, kde se nacházejí geny nesyndromové ztráty sluchu (DFNA10, DFNB8 a DFNB12) a také gen Usherova syndromu (USH1D). Výskyt Ahl genu byl potvrzen u dalších deseti inbredních kmenů myší, mezi nimi například u kmene BALB/ cByJ. Celkově je v současné době známo téměř 20 lokusů, přispívajících k výskytu presbyakuze u myší, známy jsou však pouze 4 geny pro presbyakuzi, a to Cdh23 (ahl1), CS (ahl4), Gipc3 (ahl5) a Fscn2 (ahl8). Zajímavé je, že tři z uvedených genů (Cdh23, Gipc3 a Fscn2) kódují proteiny, které jsou důležité pro strukturu a funkci vrcholových spojek (tip links) stereocilií vláskových buněk. Ahl varianta cadherinu 23 může způsobit vytvoření defektní varianty proteinu, který pak znemožní normální funkci vrcholových spojek stereocilií, které regulují vstup draslíkových iontů do jejich nitra, a tím začínají proces excitace vláskových buněk. Postupné hromadění vadných vrcholových spojek může vysvětlit progresivní ztrátu sluchu s věkem, kterou způsobí patologické varianty alel Cdh23. Mutantní alely lidského orthologního genu CDH23 způsobují recesivní ztrátu sluchu (DFNB12) a Usherův syndrom (USH1D). Právě velmi oblíbený inbrední kmen C57BL/6J má alelu Cdh23^ahl, která je příčinou jeho postupné ztráty sluchu. Vnější a vnitřní vláskové buňky v tomto případě zanikají nejprve v bazální části kochley, pak zánik postihuje i střední a apikální část kochley a nakonec zanikají i vlákna sluchového nervu a nervové buňky spirálního ganglia. Atrofií je postižena také stria vascularis a zanikají i fibrocyty spirálního ligamenta. Právě u kmene C57BL/6J byla sledována úloha melaninu v rozvoji presbyakuze. Byly využity dva podkmeny, jeden, který se vyznačoval malou změnou endokochleárního potenciálu s věkem, druhý C57BL/6JTyr^x-2J, jehož intermediární buňky stria vascularis neprodukovaly žádný melanin vzhledem k mutaci na lokusu pro tyrosinasu. Mutovaný podkmen měl signifikantně nižší endokochleární potenciál ve dvou letech věku při současné atrofii marginálních buněk stria vascularis. Předpokládá se, že v tomto případě byla ztráta funkce marginálních buněk způsobena nedostatkem obranné schopnosti melaninu proti reaktivním kyslíkovým radikálům, které se ve stria vascularis hromadí.

Kromě typických senzorických a metabolických příčin presbyakuze, vyvolaných ztrátou funkce vláskových buněk či stria vascularis, přicházejí v úvahu ještě ztráty funkce nervových elementů spirálního ganglia.  Senzorineurální typy presbyakuze byly prokázány u celé řady inbredních či geneticky modifikovaných myších mutantních linií. Existuje několik myších modelů, které vykazují senzorineurální sluchovou ztrátu způsobenou defektní mitochondriální funkcí, např. Cs, Gpx1, mt-Tr, Polg1 a Sod1 (přehled viz 2). Například u myšího mutanta, který nese alelu mitochondriálního genu pro Polg DNA polymerázu se hromadí mutovaná mitochondriální DNA, důsledkem je ztráta buněk spirálního ganglia a zvýšené ABR prahy. U PolgA transgenní myši se objevuje sluchová ztráta brzy podobně jako u C57BL/6J myši, v 10 měsících života má tento transgen význačnou senzorineurální degeneraci v celém rozsahu kochley. Jak je složité hledání genetického podkladu presbyakuze ukazuje příklad z poslední doby, kdy byla použita celogenomová asociační studie za účelem nalezení suspektního genu pro myší presbyakuzi (34). Ve studii nebyl potvrzen žádný z předchozích lokusů myší presbyakuze (je jich celkem 18), ale byly vytypovány čtyři nové: Otogl, Prpf19, Ms4a6d a Fbp1. Nakolik se prokáže jejich souvislost s presbyakuzí, ukáže teprve budoucí výzkum.

FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ PRESBYAKUZI

Faktory ovlivňující presbyakuzi jsou poměrně podrobně popsány v přehledu (7, 13). Nejvýznamnějším rizikovým faktorem presbykuze je nepochybně celoživotní hluková zátěž. Na základě současných znalostí víme, že hluk nepůsobí negativně pouze na strukturu a funkci vnitřního ucha, ale významně ovlivňuje i funkci centrální části sluchového systému a svým způsobem může ovlivnit funkci lidského mozku a celého těla. Trvalá hluková expozice zejména v nočních hodinách vyvolává nespavost, stresové reakce a působí patologicky zejména na funkci srdce a cév. Hluková expozice působí synergicky s mechanismy presbyakuze, urychluje procesy presbyakuze, a v případech, že je sluchový systém vystaven hluku v období vývoje , tj. v raném mládí, může taková hluková expozice zanechat ve sluchovém systému následky, které sice nejsou detekovatelné pomocí prahové frekvenční audiometrie, ale mohou se projevit v dospělosti ve zhoršení jiných parametrů sluchové funkce, např. ve zhoršeném způsobu zpracování rychle se měnícího zvuku či ve zhoršené schopnosti odfiltrování rušivého zvukového pozadí. V našich pokusech s laboratorními potkany, kteří začínají slyšet 12. den po narození, jsme je vystavili 14. postnatální den intenzivnímu hluku 125 dB po dobu 8 min. a sledovali následky takové rané expozice v dospělosti. Jejich sluchový práh byl v dospělosti srovnatelný s kontrolami, zhoršená byla však frekvenční diskriminace, byly nalezeny i morfologické změny na korových sluchových neuronech a změny se projevily i v behaviorálních reakcích sledovaných pomocí úlekové zvukové reakce a její modifikace, tzv. prepulzní inhibice. Mnohé z těchto nálezů se podobají výsledkům vyšetření sluchu a řečové funkce dospívajících dětí, které se narodily jako nedonošené a byly exponovány hluku inkubátoru v raném stadiu vývoje (přehled celé tématiky viz 3).

Je prokázáno, že mezi další rizikové faktory patří expozice některým chemickým látkám. Mezi takové chemické látky, které působí negativně na sluchový systém, patří především průmyslová rozpouštědla toluen, trichloretylén, styrén a xylén. V průmyslových provozech se často uvedené látky vyskytují společně s hlukem a jejich negativní účinky na sluch se tak mohou hlukem potencovat. Nadměrné požívání alkoholu a kouření tabákových výrobků může také urychlit průběh presbyakuze. Mezi evidentní rizikové faktory rozvoje presbyakuze patří užívání ototoxických léků, mezi něž patří především aminoglykosidová antibiotika (gentamicin, kanamycin, streptomycin atd.), dále protinádorové léky jako cisplatina a její deriváty, a v menší míře jiné léky, zvláště salicyláty (v případě salicylátu nastupuje ototoxický účinek až po podání velmi vysokých dávek, tyto ototoxické negativní účinky jsou v případě salicylátu reverzibilní). Mechanismus ototoxického působení uvedených léků se předpokládá na základě kumulace volných kyslíkových radikálů, které následně vedou k poškození vláskových buněk a neuronů spirálního ganglia.

Presbyakuze se ve zvýšené míře může vykytovat také v souvislosti s některými onemocněními, například u diabetu nebo u kardiovaskulárních onemocnění.  Již v klasické Framinghamské studii byla pozorována korelace mezi zhoršením sluchu v nízkých frekvencích a výskytem kardiovaskulárních onemocnění, podobně byla prokázáno souvislost mezi hypertenzí a ztrátou sluchové funkce s věkem. Nejčastější vysvětlení uvedené patologické souvislosti je založeno na výskytu hypoxických stavů při kardiovaskulární insuficienci, redukci mitochondriální oxidační fosforylace a hromadění mitochondriálních mutací. Méně často a méně přesvědčivěji se vykytují informace o vlivu imunitního systému na presbyakuzi, nebo o více vyjádřené presbyakuzi v souvislosti se ztrátou denzity minerálů v kostech. Vliv na průběh presbyakuze mají také nepochybně hladiny hormonů, například nižší ztráty ve vysokých frekvencích u žen se uvádějí do souvislosti s rozdílnými hladinami estrogenů u žen a mužů. Uvádí se také, že vysoké hladiny aldosteronu mohou mít u presbyakuze protektivní účinky.

PÁSKOVÉ SYNAPSE A PRESBYAKUZE

Nové představy o mechanismech presbyakuze se rozvinuly v poslední době v souvislosti s přesnějšími znalostmi o tzv. páskových (ribbon) synapsích vnitřních vláskových buněk. Tyto typy synapsí se vyskytují v senzorických systémech a slouží k mimořádně rychlému přenosu signálu, v případě vnitřních vláskových buněk glutamátové excitace periferních výběžků neuronů spirálního ganglia. Poškození těchto synapsí excitotoxickým působením glutamátu bylo popsáno jako základní mechanismus působení hluku na vnitřní ucho již v r. 1993 Pujolem a spol. (43), v důsledku čehož vzniká dočasný posun sluchového prahu. Abnormální synaptický přenos po poškození těchto synapsí se nazývá kochleární synaptopatie; odlišuje se také sluchová neuropatie, která je charakterizována dysfunkcí nemyelinizovaných částí periferních výběžků sluchového nervu (více informací viz 44). Kochleární synaptopatie je příčinou některých geneticky podmíněných ztrát sluchu, například autosomálně–dominantní formy progresivní ztráty sluchu DFNA25, jejíž příčinou je ztráta synaptického přenosu mutací genu pro vezikulární glutamátový transportér VGLUT3. Mutace genu pro vápníkový senzor otoferlin je příčinou jiné formy ztráty sluchu označované jako DFNB9, ta je prelingvální a autosomálně recesivní. V poslední době se však ukázalo, že páskové synapse hrají v patogenezi presbyakuze a také ztráty sluchu vyvolané působením hluku významnější úlohu než se dříve předpokládalo. Zejména v těch případech, kdy hlavní potíží je obtížné slyšení a srozumění řeči v hlučném pozadí, což je jeden z dominantních příznaků presbyakuze, může být hlavní příčinou obtíží právě porucha funkce páskových synapsí. Postupně se ukázalo, že na rozdíl od trvalých ztrát sluchu, které vznikají po velmi intenzivním působení hluku, relativně nízké hlukové působení, které vyvolává dočasné posuny sluchového prahu (například po expozici hudebnímu hluku) své efekty postupně kumuluje a snižuje účinnost páskových synapsí. Na rozdíl od sluchového prahu, který se po určité době vrací, se počet páskových synapsí, počet synaptických váčků a jejich kvalita po opakované hlukové expozici snižuje, což je patrné například na snižování amplitudy první vlny sluchového kmenového potenciálu. Mnohé výzkumy z poslední doby ukazují, že presbyakuze jak u člověka tak u zvířat nemusí být nutně spojena se zánikem vláskových buněk nebo nervových buněk spirálního ganglia, ale může souviset s degenerací páskových synapsí a periferních výběžků neuronů spirálního ganglia. Je velmi pravděpodobné, že právě v tomto případě se uplatňuje kumulativní účinek relativně nízkých dávek hluku, vedoucích k opakovanému dočasnému posunu sluchové ho prahu, který není následován totální regenerací synapsí. Někdy se takový fenomén nazývá skrytá ztráta sluchu (hidden hearing loss).

Představu o tom, že ztráta páskových synapsí sehrává významnou úlohu v presbyakuzi, podporuje ještě jeden nález pocházející z bostonské laboratoře Libermana (29), a sice skutečnost, že působení hluku poškozuje významně více páskové synapse uložené na tzv. modiolární straně vnitřních vláskových buněk a spojené s vlákny sluchového nervu, která vykazují nízkou spontánní aktivitu (méně než 20 akčních potenciálů za sekundu). Tato vlákna jsou určena právě pro detekci zvuků o vyšší intenzitě, na rozdíl od skupiny vláken s vysokou spontánní aktivitou, která jsou aktivována zvuky o nízké intenzitě při sluchovém prahu. Výsledkem poškození modiolárních synapsí a posléze vláken aktivovaných vyšší intenzitou zvuku je obtížné vnímání zvláště komplexních zvuků (například řeči) v případě výskytu hlučného pozadí. A to je právě jeden z typických příznaků presbyakuze. Kromě toho způsobuje poškození těchto vláken snížení dynamického rozsahu vnímání zvuku, zhoršení vnímání časových a intenzitních parametrů intenzivního zvuku, zhoršení kódování fáze zvuku a amplitudové modulace. Vysvětlení fenoménu, proč právě vlákna s nízkou spontánní aktivitou a jejich synapse jsou více poškozena v průběhu života zatím není k dispozici, spekuluje se o tom, že mají nižší expresi glutamát-aspartátového transportéru Glast, což může způsobit pomalejší odstraňování přebytku glutamátu, a tím jeho větší excitotoxicitu, nebo o tom, že tato vlákna mají méně mitochondrií, a tím menší pufrovací kapacitu pro vápník, vedoucí opět k vyšší glutamátové excitotoxicitě. V poslední době lze pozorovat v mnoha světových laboratořích snahu o nápravu situace způsobené kochleární synaptopatií. Hledají se metody a látky, jak tyto synapse regenerovat. Asi nejvíce nadějí přinášejí pokusy s neurotrofními faktory, specificky s BDNF (brain-derived- neurotrophic factor) a NT-3 (neurotrofin-3). Jejich působení je však zřejmě omezeno na postsynaptickou část kontaktu mezi vnitřní vláskovou buňkou a vlákny sluchového nervu a netýká se vlastní páskové synapse. Podrobnější přehled tématiky (63).

CENTRÁLNÍ PRESBYAKUZE

Centrální presbyakuze u člověka

V posledních letech se prosadil názor, že za příznaky presbyakuze, tak jak je známe z audiologického a psychoakustického vyšetření a znalostí poruch vnímání řeči, nemohou být zodpovědné pouze patologické stavy vnitřního ucha, ale že se musí jednat o komplexní projev stárnutí celého sluchového systému a v případě poruch vnímání řeči musí mít svůj podíl i ty části mozku, které se účastní na vnímání a generování řeči. V přehledné práci založené na metaanalýze 165 publikací se vyjádřila k tématu pracovní skupina Americké audiologické akademie následujícím způsobem (23): Neexistuje dostatek důkazů, že by se centrální presbyakuze vyskytovala jako samostatná patologická jednotka. V současnosti dostupná fakta však podporují názor, že existuje centrální presbyakuze jako komplexní stav, který zahrnuje změny v centrálním sluchovém systému a v mozku vyvolané stárnutím nebo nemocí. 

Naše laboratoř se problematice centrální presbyakuze věnovala velmi podrobně v posledních letech a přinesla mnoho důkazů pro její existenci, a to jak v pokusech na zvířeti tak pomocí vyšetření mozku magnetickou rezonancí (přehled viz 37). Nejprve popíšeme změny, které jsme našli v lidském centrálním sluchovém systému v souvislosti se stárnutím, a to pomocí různých metod magnetické rezonance. MR vyšetření bylo provedeno na zařízení 3 TESLA Siemens Trio v pražském Institutu klinické a experimentální medicíny. Srovnávali jsme výsledky vyšetření tří skupin subjektů: skupiny osob mladších než 30 let a dvou skupin osob starších 65 let, u jedné skupiny odpovídal audiologický nález normálnímu průběhu presbyakuze, druhá skupina zahrnovala subjekty s výrazným poklesem sluchového prahu, větším než průměrný pokles prahu odpovídající věku.

Morfometrická studie (40) ukázala, že mnohé parametry šedé hmoty v primární sluchové kůře, planum temporale, ve zrakové kůře a ve frontálním superiorním gyru (tloušťka kůry, objem a  rozsah sledované oblasti) jsou signifikantně větší u mladých jedinců, neliší se však u obou skupin starších jedinců. To znamená, že výrazná periferní sluchová ztráta nemusí nutně vést k významným změnám parametrů sluchové kůry. Také se ukázalo, že stárnutí neovlivňuje rozdíly v parametrech levé a pravé sluchové kůry a planum temporale, parametry vlevo byly bez rozdílu věku vždy větší. Pozoruhodné je, že v případě zrakové kůry tomu bylo naopak, tzn. větší hodnoty byly nalezeny vpravo. Bílá hmota sluchové dráhy vedoucí do sluchové kůry, tj. dráha z colliculus inferior a z corpus geniculatum mediale, nebyla stárnutím signifikantně ovlivněna, jak ukázaly výsledky studie pomocí difuzního tenzorového zobrazování. Pouze jeden z parametrů, axiální difuzivita, vykazoval větší hodnoty o starších jedinců. Tento nález odpovídá skutečnosti, že bílá hmota mozku se obecně zmenšuje s věkem mnohem pomaleji než hmota šedá. Pokud se týká šedé hmoty mozkové kůry, převážná většina studií ukazuje, že zde existuje určitý gradient atrofie: významně větší atrofie s věkem se vyskytuje ve frontálních oblastech mozku, menší změny jsou v temporálních oblastech a nejmenší v okcipitální kůře. 

Jedna z metod magnetické rezonance, MR spektroskopie, umožňuje získat představu o tom, jak se v průběhu stárnutí mění v určité části lidského mozku jeho chemické složení. Zabývali jsme se změnami v chemickém složení sluchové kůry u zmíněných tří skupin subjektů (39).  Nalezli jsme signifikantní snížení n-acetyl aspartátu u starých jedinců ve srovnání s mladými, tento nález přestavuje nepřímý důkaz pro snížení počtu neuronů ve sluchové kůře. Podobně byla signifikantně snížena koncentrace excitačního mediátoru glutamátu, v případě snížení hladin n-acetyl aspartátu a glutamátu nebyly nalezeny rozdíly mezi levou a pravou sluchovou kůrou. Pro změněný metabolismus mozku starších subjektů svědčila i skutečnost, že byla ve sluchové kůře nalezena vyšší koncentrace laktátu, překvapení nás však čekalo v případě inhibičního mediátoru gama-amino-máselné kyseliny (GABA), kde jsme na základě našich pokusů na zvířeti (a na základě údajů jiných autorů, např. 6) očekávali také snížení hladiny GABA s věkem. Naše měření však předpokládané snížení hladiny GABA ve sluchové kůře starých jedinců nepotvrdilo, patrně také proto, že se jedná o velmi nízkou koncentraci (mezi 1-2 mmol). Jiní autoři (18) za použití odlišné měřicí MR sekvence publikovali sdělení, v němž tvrdí, že prokázali snížení koncentrace GABA ve sluchové kůře s věkem. Tyto výsledky a výše uvedené naše výsledky týkající se změn koncentrace GABA s věkem bude nutné v budoucnosti přezkoumat za pomoci citlivější metodiky.

Aktivaci sluchové kůry zvukovými podněty–krátkými tóny o různé frekvenci–jsme u tří sledovaných skupin podrobili zkoumání pomocí funkční magnetické rezonance (fMRI) (41). Úkolem sledovaných osob bylo signalizovat vjem zvuku stisknutím tlačítka. Na rozdíl od mladých jedinců, kde aktivace zvukem byla větší v dominantní levé sluchové kůře, vyvolal zvukový podnět u obou skupin starých jedinců výrazně větší aktivaci v nedominantní pravé sluchové kůře. Celkově byla aktivace u starých jedinců větší než u mladých jedinců, avšak nebyla významně odlišná mezi oběma skupinami starých jedinců, tzn. že periferní sluchová ztráta při dostatečně nadprahové stimulaci neměla na velikost aktivace vliv. Podobně jiní autoři (11) zjistili, že u starých jedinců aktivují komplexní zvukové podněty, jako například řeč, v mnohem větší míře nesluchové korové oblasti než u mladých jedinců. Zvláště v případě, že se řeč vyskytuje v přítomnosti hlučného pozadí, se zapojují do činnosti u starých jedinců ve větší míře frontální korové oblasti (55). V poslední době se kromě zvukem aktivované fMRI začíná studovat centrální presbyakuze také pomocí tzv. klidové fMRI (resting state fMRI), která přinese nové pohledy na činnost stárnoucího mozku v klidovém stavu, zvláště v souvislosti s výskytem tinnitu.

Centrální presbyakuze u experimentálních zvířat

Podrobnější rozbor této tématiky je obsažen v přehledu (37), zde odkážeme na některé podstatné informace, zvláště na ty, které byly získány v naší laboratoři. Víme již, že mozek stárnutím atrofuje, otázkou zůstává, jak atrofie ve formě úbytku počtu neuronů postihuje centrální sluchovou dráhu. Pomocí kvantitativní morfometrické stereologické metody jsme zhodnotili počet nervových buněk na základě Nisslova barvení v colliculus inferior, corpus geniculatum mediale a ve sluchové kůře u mladých a starých jedinců dvou kmenů laboratorního potkana – Long Evans a Fischer 344 (4). Dospěli jsme k závěru, že stárnutí způsobuje jen poměrně malý nesignifikantní pokles celkového počtu neuronů v uvedených třech částech centrálního sluchového systému, signifikantní snížení počtu neuronů s věkem se však týkalo specifické skupiny neuronů, tzv. SMI-32 neuronů. Tyto nervové buňky představují asi 10 % celkového počtu neuronů ve sluchové dráze potkana,  jedná se obvykle o poměrně veliké nervové buňky, které obsahují nefosforylovaná neurofilamenta. Snížení počtu neuronů bylo prokázáno imunocytochemicky, ještě výraznější byl pokles SMI-32 proteinů zjištěný metodou Western blot. Nález je pozoruhodný vzhledem k tomu, že bylo prokázáno, že právě SMI-32 imunoreaktivní neurony jsou velmi vulnerabilní a jsou významně postiženy v průběhu Alzheimerovy choroby (33).

Četné studie, zejména z laboratoře Casparyho (přehled viz 6) prokázaly, že stárnutí je ve sluchové dráze laboratorních zvířat provázeno snížením inhibice. Také naše laboratoř přispěla mnoha důkazy k uvedenému tvrzení. Především jsme prokázali, že stárnutí je u obou kmenů potkana Long Evans a Fischer provázeno signifikantním snížením počtu GAD- imunoreaktivních inhibičních neuronů v colliculus inferior a ve sluchové kůře, a stejně tak signifikantním snížením GAD proteinů (5). Podobně jsme nalezli v uvedených jádrech sluchového systému potkana snížení dvou druhů kalcium vážících proteinů, calbindinu a calretininu, a to u obou sledovaných kmenů potkana (35). Shoda nálezů v tomto směru je pozoruhodná, neboť oba druhy se v průběhu stárnutí sluchového systému velmi liší (50): ztráta sluchu s věkem je u kmene Long Evans velmi pomalá, zatímco u kmene Fischer 344 nastává již v raném období vývoje, příčinou je patrně dysfunkce stria vascularis a ligamentum spirale. Potkan kmene Fischer 344 může sloužit jako model pro metabolickou presbyakuzi. Nalezli jsme také rozdíl v expresi kalcium vážícího proteinu parvalbuminu s věkem mezi kmeny Long Evans a Fischer 344 (36): počet parvalbumin-imunoreaktivních neuronů ve sluchové kůře potkana kmene Fischer 344 se s věkem významně sníží, kdežto u kmene Long Evans se jejich počet v colliculus inferior s věkem zvýší. Parvalbumin pozitivní neurony patří k inhibičním interneuronům, které v neokortexu potkana a kočky představují asi 50 % všech GABA-ergních buněk a morfologicky je představují především tzv. košíčkové buňky, které jsou vysoce aktivní (57). Jejich ztráta má patrně zásadní význam pro zhoršení vnímání časových parametrů zvuku, což je jeden z hlavních patologických projevů centrální presbyakuze. Zhoršení vnímání časových parametrů zvuku jsme prokázali u potkanů kmene Long Evans v souvislosti se stárnutím pomocí behaviorálních metod (např. prahu detekce pauzy) a elektrofyziologických metod (vymizením tzv. střednělatentních korových odpovědí se změnou rychlosti opakování zvukových podnětů) (51). V souhrnu lze říci, že všechny uvedené výsledků pokusů potvrzují, že stárnutí centrálního sluchového systému u pokusných zvířat je spojeno se snížením účinnosti inhibičních procesů, jehož důsledkem je zhoršení schopnosti rozeznat rychle se vyskytující změny zvukových podnětů a patrně je také odlišit od šumu v pozadí.

ZÁVĚR

Obraz presbyakuze se díky moderním výzkumům mění, stárnutí působí evidentně změny nejen ve vnitřním uchu, ale i v centrálním sluchovém systému. Díky zobrazovacím metodám začínáme rozumět patologickým změnám ve funkci centrální sluchové dráhy vyvolaným stárnutím, nové poznatky jsou k dispozici o kochleární synaptopatii a o vlivu hluku na páskové synapse vnitřních vláskových buněk. Všechna tato fakta musí nutně vést ke zlepšení diagnostiky presbyakuze a k hledání účinných prostředků protézování a rehabilitace sluchové funkce v souvislosti se  stárnutím člověka. 

Publikace je výsledkem projektu LQ1604 za finančního přispění MŠMT v rámci účelové podpory z prostředků Národního programu udržitelnosti II.

Adresa ke korespondenci:

Prof. MUDr. Josef Syka, DrSc.

Ústav experimentální medicíny AV ČR

Vídeňská 1083

142 20  Praha 4

e-mail: syka@biomed.cas.cz