Analysis of the effect of blue laser radiation on the structure of the auditory ossicles and audiological results of stapedoplasty

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. Studies show that from 0.1 to 1% of the population suffers from otosclerosis, manifested by hearing loss and ear noise. Surgical treatment is performed using stapedoplasty, but there is always a risk of sensorineural hearing loss, dizziness and facial nerve paralysis. The laser method of stapedoplasty can reduce the risks, but it is also associated with potential negative consequences. Our study is aimed at analyzing the histological changes in the auditory ossicles after exposure to a diode blue laser with a wavelength of 445 nm.

Aim. To evaluate microstructural (histological) changes in the auditory bones (in particular the base of the stirrup) during stapedoplasty using a diode blue laser; to analyze the size of perforations in bone tissue and identify the effects of thermal effects on neighboring intact structures.

Materials and methods. To histologically assess the safety of using a diode laser with a wavelength of 445 nm, an experimental study was conducted on frozen human auditory bones. Laser exposure was performed on different areas of the bones with different parameters of power and exposure time, selected on the basis of previous studies. After exposure, the samples were fixed in a formalin solution and sent for histological analysis.

Results. The effect of thermal exposure, represented by areas of necrosis surrounded by perforated holes, showed values from 487 to 727 µm, with an average value of 608.6±91.5 µm. These data emphasize the focused nature of thermal exposure, while the preserved areas around bone defects did not reveal morphological differences with stirrup bones in the control group.

Conclusion. Microstructural measurements provided important information about the size of perforations and thermal effects, and histological analysis of the auditory ossicles confirmed their relative resistance to laser exposure, and thus the safety of exposure to the structures of the middle and inner ear. These results will be useful for further improvement of laser stapedoplasty techniques and increase its safety.

About the authors

Valery M. Svistushkin

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Author for correspondence.
Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7414-1293

D. Sci. (Med.), Prof.

Russian Federation, Moscow

Tatiana A. Demura

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-6946-6146

D. Sci. (Med.), Prof.

Russian Federation, Moscow

Sofya T. Avraamova

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9704-5915

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Eduard V. Sinkov

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4870-5977

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Vasiliy P. Sobolev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7372-3299

Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Moscow

Artur R. Tekoev

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-9511-9212

Graduate Student

Russian Federation, Moscow

Igor A. Zinchenko

Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)

Email: svvm3@yandex.ru
ORCID iD: 0009-0007-6499-5659

Аssistant

Russian Federation, Moscow

References

  1. Преображенский H.A., Патякина O.K. Тугоухость при отосклерозе. В кн.: Тугоухость. М.: Медицина, 1978; с. 221-36 [Preobrazhenskii HA, Patiakina OK. Tugoukhost pri otoskleroze. In: Tugoukhost. Moscow: Meditsina, 1978. P. 221-36 (in Russian)].
  2. Pauli N, Strömbäck K, Lundman L, Dahlin-Redfors Y. Surgical technique in stapedotomy hearing outcome and complications. Laryngoscope. 2020;130(3):790-6. doi: 10.1002/lary.28072
  3. Гадян А.Т., Янов Ю.К., Левинина М.В., Аникин И.А. Анализ результатов стапедопластики, выполненной традиционном способом и с помощью лазера, при отосклерозе и адгезивном отите. Российская оториноларингология. 2008;(2):216-20 [Gadian AT, Ianov IuK, Levinina MV, Anikin IA. Analiz rezultatov stapedoplastiki, vypolnennoi traditsionnom sposobom i s pomoshchiu lazera, pri otoskleroze i adgezivnom otite. Rossiiskaia otorinolaringologiia. 2008;(2):216-20 (in Russian)].
  4. Garin P, Van Prooyen-Keyser S, Jamart J. Hearing outcome following laser-assisted stapes surgery. J Otolaryngol. 2002;31(1):31-4. doi: 10.2310/7070.2002.19196
  5. Parida PK, Kalaiarasi R, Gopalakrishnan S. Diode Laser Stapedotomy vs Conventional Stapedotomy in Otosclerosis: A Double-Blinded Randomized Clinical Trial. Otolaryngol Head Neck Surg. 2016;154(6):1099-105. doi: 10.1177/0194599816635132
  6. Malafronte G, Filosa B, Barillari MR. Stapedotomy: is the color of the footplate important in the choice of the type of perforator? Otol Neurotol. 2011;32(7):1047-9. doi: 10.1097/MAO.0b013e31822a1ccc
  7. Boyev KP. Use of Lasers in Otosclerosis Surgery. Otolaryngol Clin North Am. 2018;51(2):405-13. doi: 10.1016/j.otc.2017.11.009
  8. Haberkamp TJ, Harvey SA, Khafagy Y. Revision stapedectomy with and without the CO2 laser: an analysis of results. Am J Otol. 1996;17(2):225-9. Available at: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/8723952/ Assessed: 01.03.2025.
  9. Buchman CA, Fucci MJ, Roberson JB, De La Cruz A. Comparison of argon and CO2 laser stapedotomy in primary otosclerosis surgery. Am J Otolaryngol. 2000;21(4):227-30. doi: 10.1053/ajot.2000.8380
  10. Motta G, Moscillo L. Functional results in stapedotomy with and without CO(2) laser. ORL J Otorhinolaryngol Relat Spec. 2002;64(5):307-10. doi: 10.1159/000066079
  11. Shabana Y, Allam H, Pedersen C. Laser stapedotomy. J Laryngol Otol. 1999;113(5):413-6. doi: 10.1017/S0022215100144111
  12. Barbara M, Lazzarino AI, Murè C, et al. Laser Versus Drill-Assisted Stapedotomy for the Treatment of Otosclerosis: A Randomized-Controlled Trial. Journal of International Advanced Otology. 2011;7:283-8. Available at: https://www.advancedotology.org/en/laser-versus-drill-assisted-stapedotomy-for-the-treatment-of-otosclerosis-a-randomized-controlled-trial-161193. Assessed: 01.03.2025.
  13. Vincent R, Bittermann AJN, Oates J, et al. KTP Versus CO2 Laser Fiber Stapedotomy for Primary Otosclerosis. Otol Neurotol. 2012;33(6):928-33. doi: 10.1097/MAO.0b013e31825f24ff
  14. Fang L, Lin H, Zhang TY, Tan J. Laser versus non-laser stapedotomy in otosclerosis: a systematic review and meta-analysis. Auris Nasus Larynx. 2014;41(4):337-42. doi: 10.1016/j.anl.2013.12.014
  15. Yavuz H, Caylakli F, Ozer F, Ozluoglu LN. Reliability of microdrill stapedotomy: comparison with pick stapedotomy. Otol Neurotol. 2007;28:998-1001. doi: 10.1097/MAO.0b013e31815a3548
  16. Young E, Mitchell-Innes A, Jindal M. Lasers in stapes surgery: a review. J Laryngol Otol. 2015;129(7):627-33. doi: 10.1017/s0022215115001280
  17. Perkins RC. Laser stapedotomy for otosclerosis. Laryngoscope. 1980;90(2):228-40. doi: 10.1288/00005537-198002000-00007
  18. Casazza GC, Thomas AJ, Dewey J, et al. Variations in stapes surgery cost within a multihospital network. Otolaryngol Head Neck Surg. 2019;161(5):835-41. doi: 10.1177/0194599819855055
  19. Frenz M. Physical characteristics of various lasers used in stapes surgery. Adv Otorhinolaryngol. 2007;65:237-49. doi: 10.1159/000098838
  20. Young E, Mitchell-Innes A, Jindal M. Lasers in stapes surgery: a review. J Laryngol Otol. 2015;129(7):627-33. doi: 10.1017/s0022215115001280
  21. Wegner I, Kamalski DM, Tange RA, et al. Laser versus conventional fenestration in stapedotomy for otosclerosis: a systematic review. Laryngoscope. 2014;124(7):1687-93. doi: 10.1002/lary.24514
  22. Fang L, Lin H, Zhang TY, Tan J. Laser versus non-laser stapedotomy in otosclerosis: A systematic review and meta-analysis. Auris Nasus Larynx. 2014;41(4):337-42. doi: 10.1016/j.anl.2013.12.014
  23. Bartel R, Huguet G, Cruellas F, et al. Laser vs drill for footplate fenestration during stapedotomy: a systematic review and meta-analysis of hearing results. Eur Arch Otolaryngol. 2021;278:9-14. doi: 10.1007/s00405-020-06117-1
  24. Smyth G, Hassard Т. Eighteen years of experience with stapedotomy, the case of small fenestra operation. Ann Otol Rhinol Laryngol Suppl. 1978;49:87-92. doi: 10.1177/00034894780870s301
  25. Langman A, Lindeman R. Revision stapedectomy. Laryngoscope. 1993;103(9):954-8. doi: 10.1288/00005537-199309000-00002
  26. Вишняков В.В., Свистушкин В.М., Синьков Э.В. Современные высокоэнергетические лазерные технологии при хирургическом лечении больных отосклерозом. Вестник Оториноларингологии. 2017;82(1):56-8 [Vishniakov VV, Svistushkin VM, Sinkov EV. The application of the modern high-energy laser technologies for the surgical treatment of the patients presenting with otosclerosis. Vestn Otorinolaringol. 2017;82(1):56-8 (in Russian)]. doi: 10.17116/otorino201782156-58
  27. Arnoldner C, Schwab B, Lenarz T. Clinical results after stapedotomy: a comparison between the erbium: yttrium–aluminum–garnet laser and the conventional technique. Otol Neurotol. 2006;27:458-65. doi: 10.1097/01.mao.0000217355.96334.ba
  28. Свистушкин В.М., Синьков Э.В., Стожкова И.В. Этиопатогенетические аспекты отосклероза. Российская оториноларингология. 2021;20(5):68-74 [Svistushkin VM, Sinkov EV, Stozhkova IV. Etiopathogenetic aspects of otosclerosis. Rossiiskaia otorinolaringologiia. 2021;20(5):68-74 (in Russian)]. doi: 10.18692/1810-4800-2021-5-68-74

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Points of impact of the laser beam on the auditory ossicles with different parameters.

Download (62KB)
3. Fig. 2. Appearance of the stapes bone tissue after laser exposure: a – perforation area; b – empty cellular lacunae; c – necrotic debris in the exposure areas. Hematoxylin and eosin staining. ×200.

Download (143KB)
4. Fig. 3. Appearance of the stapes bone tissue of a patient in the control group. Hematoxylin and eosin staining. ×200.

Download (71KB)
5. Fig. 4. Comparison of audiological parameters in groups before stapedoplasty.

Download (67KB)
6. Fig. 5. Percentage of patients with tinnitus before and after surgery on days 7–10.

Download (58KB)
7. Fig. 6. Percentage of patients with dizziness in different periods.

Download (60KB)
8. Fig. 7. Frequency of dizziness on the 1st day after surgery for two groups.

Download (56KB)
9. Fig. 8. Comparison of tinnitus levels by group.

Download (64KB)
10. Fig. 9. Distribution of audiological indicators 6 months after surgery in the LS and KS groups.

Download (68KB)

Copyright (c) 2025 Consilium Medicum

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».