Hispanopedia WikiEl amplificador coclear es un mecanismo de retroalimentación positiva dentro de la cóclea que proporciona una sensibilidad aguda en el sistema auditivo de los mamíferos. [ 1 ] El componente principal del amplificador coclear es la célula ciliada externa (CCE), que aumenta la amplitud y la selectividad de frecuencia de las vibraciones sonoras mediante retroalimentación electromecánica. [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]
Descubrimiento
El amplificador coclear fue propuesto por primera vez en 1948 por Gold . [ 5 ] Esto ocurrió aproximadamente en la época en que Georg von Békésy publicaba artículos que observaban la propagación de ondas viajeras pasivas en la cóclea muerta .
Treinta años después, Kemp capturó las primeras grabaciones de emisiones del oído . [ 6 ] Esto confirmó la presencia de dicho mecanismo activo en el oído. Estas emisiones se denominan ahora emisiones otoacústicas y son producidas por el amplificador coclear.
El primer intento de modelar el amplificador coclear fue una simple ampliación de la onda viajera pasiva de Georg von Békésy con un componente activo. En este modelo, se postula una presión asimétrica alrededor del órgano de Corti que se suma activamente a la onda viajera pasiva para formar la onda viajera activa. Un ejemplo temprano de este modelo fue definido por Neely y Kim. [ 7 ] La existencia de emisiones otoacústicas se interpreta como la implicación de ondas viajeras tanto hacia atrás como hacia adelante generadas en la cóclea, como propusieron Shera y Guinan. [ 8 ]
Aún existe controversia en torno a la existencia y el mecanismo de la onda viajera activa. Un estudio experimental de 2006 [ 9 ] muestra que las emisiones del oído se producen con una respuesta tan rápida que las ondas viajeras activas de propagación lenta no pueden explicarlas. Su explicación para la rápida propagación de las emisiones es la dual de la onda viajera activa: la onda de compresión activa. Wilson propuso las ondas de compresión activas ya en 1980 [ 10 ] basándose en datos experimentales anteriores. Flax y Holmes definieron un modelo de ejemplo de la onda de compresión activa (onda de presión) en 2011 [ 11 ].
Existen otras teorías sobre los procesos activos en el oído interno. [ 12 ]
Función
Efecto de las ondas sonoras en la cóclea
En la cóclea de los mamíferos , la amplificación de las ondas se produce a través de las células ciliadas externas (CCE). Estas células se sitúan directamente encima de la membrana basilar (MB), una estructura altamente sensible a las diferencias de frecuencia, y debajo de la membrana tectorial (MT). Cuando las ondas sonoras entran y viajan a través de la rampa vestibular , ejercen presión sobre la MB y la MT, que vibran en respuesta a ondas sonoras de diferentes frecuencias. Cuando estas membranas vibran y se desvían hacia arriba (fase de rarefacción de la onda sonora), los estereocilios de las CCE se desvían hacia los estereocilios más altos. Esto provoca la apertura de los enlaces apicales del haz de cilios de las CCE, permitiendo la entrada de iones Na + y K + , lo que despolariza la CCE. Tras la despolarización, la CCE puede entonces iniciar su proceso de amplificación mediante la fuerza generada por los motores de las células ciliadas.
El motor somático
El motor somático es el cuerpo celular de la OHC y su capacidad de alargarse o contraerse longitudinalmente debido a cambios en el potencial de membrana . Esta función está apropiadamente asociada con la estructura de la OHC dentro del órgano de Corti. Como se observa a través de imágenes de microscopía electrónica de barrido, el lado apical de la OHC está acoplado mecánicamente a la lámina reticular, mientras que el lado basal de la OHC está acoplado a la cúpula celular de Deiter. [ 13 ] Debido a que el cuerpo celular no está en contacto directo con ninguna estructura y está rodeado por la perilinfa , que es similar a un fluido , la OHC se considera dinámica y capaz de soportar la electromotilidad .
La prestina es la proteína transmembrana responsable de la capacidad de las células ciliadas externas (CCE) para elongarse y contraerse, un proceso esencial para la electromotilidad de estas células. Esta proteína es sensible al voltaje. Contrariamente a investigaciones previas, también se ha demostrado que la prestina transporta aniones; el papel exacto del transporte de aniones en el motor somático aún se encuentra en investigación. [ 14 ]
En condiciones de reposo, se cree que el cloruro se une a sitios alostéricos en la prestina. Tras la desviación de la membrana basilar (MB) hacia arriba y la posterior desviación de los haces de cilios hacia los estereocilios más altos, se abren canales dentro de los estereocilios que permiten la entrada de iones y despolarizan las células ciliadas externas (CCE). El cloruro intracelular se disocia de los sitios de unión alostéricos en la prestina, causando su contracción. Tras la desviación de la MB hacia abajo, se produce la hiperpolarización de las CCE, y los iones cloruro intracelulares se unen alostéricamente causando la expansión de la prestina. [ 15 ] La unión o disociación del cloruro provoca un cambio en la capacitancia de la membrana de la prestina. Se produce una capacitancia no lineal (CNL) que conduce a un desplazamiento mecánico de la prestina inducido por voltaje hacia un estado elongado o contraído, como se describió anteriormente. Cuanto mayor sea la no linealidad del voltaje, mayor será la respuesta de la prestina; esto muestra una sensibilidad al voltaje específica de la concentración de la prestina.
La prestina recubre densamente la bicapa lipídica de las membranas externas de las células ciliadas. [ 14 ] [ 15 ] Por lo tanto, un cambio en la forma de muchas proteínas de prestina, que tienden a conglomerarse, conducirá finalmente a un cambio en la forma de la célula ciliada externa (CCE). Un alargamiento de la prestina alarga la célula ciliada, mientras que la contracción de la prestina conduce a una disminución de la longitud de la CCE. [ 15 ] Debido a que la CCE está estrechamente asociada con la lámina reticular y la célula de Deiter, el cambio de forma de la CCE conduce al movimiento de estas membranas superior e inferior, causando cambios en las vibraciones detectadas en la partición coclear. Tras la deflexión inicial de la membrana basal (MB) que causa una deflexión positiva del haz de cilios, la lámina reticular se empuja hacia abajo, lo que resulta en una deflexión negativa de los haces de cilios. Esto causa el cierre del canal de los estereocilios, lo que conduce a la hiperpolarización y el alargamiento de la CCE. [ 16 ]
Debajo del haz de cilios se encuentra una placa cuticular rica en actina. [ 13 ] Se ha planteado la hipótesis de que la despolimerización de la actina desempeña un papel crucial en la regulación del amplificador coclear. Tras la polimerización de la actina, aumentan la amplitud electromotriz y la longitud de las células ciliadas externas. [ 1 ] Estos cambios en la polimerización de la actina no alteran la NLC, lo que demuestra que la función de la actina en el amplificador coclear es independiente de la de la prestina.
El motor del haz de cabello
El motor del haz de cilios es la fuerza generada por un estímulo mecánico. Esto se realiza mediante el uso del canal de transducción mecanoeléctrica (MET), que permite el paso de Na + , K + y Ca2 + . [ 17 ] El motor del haz de cilios opera desviando los haces de cilios en la dirección positiva y proporcionando retroalimentación positiva a la membrana basilar, aumentando el movimiento de la membrana basilar y, por lo tanto, la respuesta a una señal. Se han propuesto dos mecanismos para este motor: adaptación rápida, o recierre del canal, y adaptación lenta.
Adaptación rápida
Este modelo se basa en un gradiente de calcio generado por la apertura y el cierre del canal MET. La deflexión positiva de los enlaces apicales los estira en dirección a los estereocilios más altos, provocando la apertura del canal MET. Esto permite el paso de Na + , K + y Ca2 + . [ 18 ] Además, el Ca2 + se une brevemente a un sitio citosólico en el canal MET que se estima que está a solo 5 nm del poro del canal. Debido a la proximidad a la abertura del canal, se sospecha que la afinidad de unión del Ca2 + puede ser relativamente baja. Cuando el calcio se une a este sitio, los canales MET comienzan a cerrarse. El cierre del canal detiene la corriente de transducción y aumenta la tensión en los enlaces apicales, forzándolos a regresar en la dirección negativa del estímulo. La unión del calcio es de corta duración, porque el canal MET debe participar en ciclos adicionales de amplificación. Cuando el calcio se disocia del sitio de unión, los niveles de calcio caen rápidamente. Debido a las diferencias en la concentración de calcio en el sitio de unión citosólico cuando el calcio está unido al canal MET en comparación con cuando se disocia, se crea un gradiente de calcio que genera energía química. La oscilación de la concentración de calcio y la generación de fuerza contribuyen a la amplificación. [ 18 ] [ 19 ] La duración de este mecanismo es del orden de cientos de microsegundos, lo que refleja la velocidad necesaria para la amplificación de altas frecuencias.
Adaptación lenta
A diferencia del modelo de adaptación rápida, la adaptación lenta se basa en el motor de miosina para alterar la rigidez de los enlaces apicales, lo que conduce a alteraciones de la corriente del canal. Primero, los estereocilios se desvían en la dirección positiva, abriendo los canales MET y permitiendo la entrada de Na + , K + y Ca2 + . La corriente entrante primero aumenta y luego disminuye rápidamente debido a la liberación de la tensión del enlace apical por parte de la miosina y el posterior cierre de los canales. [ 20 ] Se hipotetiza que el enlace apical está unido al motor de miosina que se mueve a lo largo de los filamentos de actina . [ 21 ] Nuevamente, la polimerización de la actina podría desempeñar un papel crucial en este mecanismo, como lo hace en la electromotilidad de las OHC.
También se ha demostrado que el calcio desempeña un papel crucial en este mecanismo. Los experimentos han demostrado que, en presencia de calcio extracelular reducido, el motor de miosina se tensa, lo que resulta en canales más abiertos. Luego, cuando se abren canales adicionales, la entrada de calcio actúa para relajar el motor de miosina, lo que devuelve los enlaces de la punta a su estado de reposo, provocando el cierre de los canales. [ 20 ] Se hipotetiza que esto ocurre a través de la unión del calcio al motor de miosina. El curso temporal de este evento es de 10 a 20 milisegundos. Esta escala de tiempo refleja el tiempo que se necesita para amplificar las bajas frecuencias. [ 19 ] Aunque el mayor contribuyente a la adaptación lenta es la dependencia de la tensión, la dependencia del calcio actúa como un útil mecanismo de retroalimentación.
Este mecanismo de reacción de la miosina a la desviación del haz de cilios confiere sensibilidad a pequeños cambios en la posición del haz de cilios.
Integración de la electromotilidad y la dinámica del haz de cilios
La electromotilidad de las células ciliadas externas (CCE) modulada por la prestina produce fuerzas significativamente mayores que las generadas por la deflexión del haz de cilios. Un experimento demostró que el motor somático producía una fuerza 40 veces mayor en la membrana apical y seis veces mayor en la membrana basilar que el motor del haz de cilios. La diferencia entre estos dos motores radica en que cada uno presenta polaridades distintas de deflexión del haz de cilios. El motor del haz de cilios utiliza una deflexión positiva que genera fuerza, mientras que el motor somático utiliza una deflexión negativa. Sin embargo, tanto el motor somático como el del haz de cilios producen desplazamientos significativos de la membrana basilar. Esto, a su vez, conduce a un aumento del movimiento del haz y a la amplificación de la señal. [ 16 ]
La fuerza mecánica generada por estos mecanismos aumenta el movimiento de la membrana basilar. Esto, a su vez, influye en la desviación de los haces de cilios de las células ciliadas internas. Estas células están en contacto con las fibras aferentes responsables de transmitir señales al cerebro.
Referencias
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