Hair Cells
Le cellule ciliate sono i trasduttori che cambiano l’energia meccanica del movimento in segnali elettrici trasmessi come potenziali di azione del nervo vestibolare. Queste cellule ciliate sono disponibili in due forme, una cella di tipo I a forma di calice e una cella di tipo II più sottile e colonnare (Fig. 8.4 Bis). Entrambe queste cellule contattano i terminali periferici degli assoni sensoriali vestibolari., Tuttavia, la base della cellula di tipo I è essenzialmente racchiusa dalla fine del terminale nervoso (una terminazione del calice) mentre la cellula di tipo II viene contattata da un bouton terminale molto più piccolo e più normale della fibra nervosa sensoriale. Le cellule di tipo I rispondono a una stimolazione vestibolare più intensa mentre le cellule di tipo II rispondono a stimoli più deboli. Tuttavia, i meccanismi di risposta sono simili per entrambi questi tipi di cellule.
Figura 8.4., Vignette raffiguranti aspetti della struttura, della funzione e dell’organizzazione delle cellule ciliate. (A) Cellule ciliate di tipo I (sinistra) e di tipo II (destra). Si noti che tutte le cellule ciliate sono polarizzate dalla posizione eccentrica del kinocilium. (B) L’effetto della deflessione delle cellule ciliate sul rilascio del trasmettitore e sull’attività nervosa. Quando i capelli sono deviati verso il kinocilium, la tensione è disposta sui collegamenti della punta. Questa tensione aprirà i canali del potassio, con conseguente aumento del rilascio del trasmettitore e dei potenziali d’azione nel nervo (sotto). Si noti inoltre che esiste un livello di riposo di base della generazione di potenziale d’azione., (C) Struttura di una cristae, che è l’organo ricettivo trovato nell’ampolla dei condotti semicircolari. Si noti che tutte le cellule ciliate sono polarizzate nella stessa direzione. (D) Struttura di una macula, un organo ricettivo nella parete dell’utricolo e del sacculo. Si noti che le cellule ciliate hanno polarizzazione diversa su entrambi i lati della striola (una linea curva nel mezzo dell’organo ricettivo).,
Sia le cellule ciliate di tipo I che di tipo II fanno parte della parete del labirinto membranoso dove esse e le loro cellule di supporto sostituiscono le cellule appiattite che rivestono il resto del labirinto membranoso. Gli apici delle cellule ciliate si affacciano all’interno del labirinto membranoso e sono quindi bagnati dall’endolinfa. Le basi delle cellule ciliate sono esposte alla perilinfa che si trova al di fuori del labirinto membranoso. Pertanto, l’apice e la base delle cellule ciliate esistono in ambienti elettrici e chimici molto diversi.,
L’apice di qualsiasi cellula capillare è altamente specializzato. I “peli” per cui queste cellule sono chiamate sono fondamentali per la loro sensibilità meccanica. I peli sono costituiti da una serie di stereocilia, che sono fondamentalmente microvilli giganti, con un nucleo di filamenti di actina. Ogni cellula pilifera inoltre ha un singolo, kinocilium disposto eccentricamente che è posizionato verso un bordo dell’apice della cellula pilifera. Questo kinocilium è più lungo e ha la struttura di un vero ciglio (cioè un nucleo costituito da nove doppietti microtubulari che circondano due microtubuli aggiuntivi)., La più lunga delle stereocilia (peli) è situata adiacente al kinocilium mentre le stereocilia sono progressivamente più corte ad una distanza maggiore dal kinocilium. Questa organizzazione asimmetrica dell’apice delle cellule ciliate, con il kinocilim su un lato, porta ad una polarizzazione di ciascuna cellula capillare. Questo è fondamentale per la capacità della cellula capillare di segnalare la direzione delle forze meccaniche applicate ai capelli.
Il processo di trasduzione della forza meccanica sui capelli in segnali elettrici dipende da alcune caratteristiche uniche delle punte delle cellule ciliate., I canali del potassio meccanicamente sensibili situati nelle punte delle cellule ciliate sono attaccati a filamenti proteici (”collegamenti di punta”) che sono, a loro volta, ancorati al lato dello stereocilio adiacente più alto (cioè quello situato più vicino al kinocilium). Le forze che deviano la stereocilia verso il kinocilium provocano una tensione su questi collegamenti di punta e un’apertura dei canali del potassio (Fig. 8.4 B).
I peli sono immersi nell’endolinfa, che è molto ricca di potassio., Inoltre, l’endolinfa è molto elettricamente positiva rispetto al negativo all’interno della cellula capillare (circa 135 MV differenza di potenziale). Ciò si traduce in una forza motrice elettrochimica molto grande che provoca un rapido ingresso di potassio nei peli dall’endolinfa ogni volta che i canali sono aperti. L’ingresso di potassio provoca la depolarizzazione della cellula capillare che, a sua volta, apre i canali del calcio voltaggio-dipendenti., L’ingresso di calcio attraverso questi canali provoca l’aumento del rilascio di neurotrasmettitore (glutammato) dalla base delle cellule ciliate, eccitando i terminali periferici delle fibre afferenti del nervo vestibolococleare. Maggiori deviazioni dei peli verso il kinocilium si tradurranno in canali del potassio più aperti, maggiore depolarizzazione, più afflusso di calcio attraverso i canali del calcio voltaggio-dipendenti, maggiore rilascio di neurotrasmettitore e una maggiore frequenza di potenziali d’azione nella fibra nervosa vestibolare collegata a quella cellula capillare (Fig. 8.4 B).,
La deflessione dei peli dal kinocilium diminuisce la tensione sui collegamenti della punta, chiudendo i canali del potassio a cui sono attaccati. Questo iperpolarizza la cellula capillare e diminuisce sia l’ingresso di calcio che il rilascio di neurotrasmettitori. Inoltre, ciò si traduce in un minor numero di potenziali d’azione generati nell’assone associato del nervo vestibolococleare. Pertanto, ogni cellula capillare può segnalare la deflessione dei peli verso o lontano dal kinocilium aumentando o diminuendo la frequenza di generazione del potenziale d’azione, rispettivamente (Fig. 8.4 B).,
Esiste un sistema delicatamente bilanciato per stabilire un livello di base di rilascio del trasmettitore dalle cellule ciliate. È essenziale avere una linea di base costante di attività se il sistema sta per essere in grado di segnalare la deflessione dei peli lontano dal kinocilium poiché questa segnalazione viene eseguita diminuendo la generazione di potenziale d’azione nel nervo. Pertanto, il processo di definizione di un livello di base di attività deve essere altamente regolamentato e deve anche essere in grado di adattarsi alle nuove condizioni di base., Questo livello di base di attività è una proprietà della cellula pilifera stessa, che richiede un intricato meccanismo di regolazione della tensione sui collegamenti di punta che si attaccano ai canali del potassio nella punta dei peli delle cellule ciliate. Le estremità opposte dell’ancora di collegamento della punta alle proteine nella membrana dai lati dello stereocilium adiacente e più lungo. Queste proteine di membrana sono collegate alle proteine motorie all’interno dello stereocilio. Queste proteine motorie possono spostarsi verso o lontano dalla punta dei capelli in base alla concentrazione intracellulare di calcio., Ad esempio, quando il calcio intracellulare è basso, la proteina motoria tirerà il punto di ancoraggio del collegamento della punta verso la punta dei capelli. Questo, a sua volta, metterà la tensione sul collegamento della punta e aprirà leggermente i canali del potassio a cui sono attaccati. Ciò produrrà abbastanza depolarizzazione per aprire alcuni canali del calcio voltaggio-dipendenti, ristabilendo un livello di base di calcio intracellulare nella cellula capillare. Questa regolazione non solo si traduce in un rilascio basale di neurotrasmettitore, ma interrompe anche il movimento della proteina motoria verso la punta dello stereocilio., Con questo meccanismo, la cellula pilifera stabilirà un nuovo livello di base di attività nella fibra nervosa associata ogni volta che si incontra una nuova condizione statica. L’alto calcio intracellulare farà il contrario, con conseguente diminuzione della tensione sul collegamento della punta e meno apertura dei canali del potassio. Ci sono due conseguenze molto importanti del fatto che le cellule ciliate si adattano abbastanza rapidamente alla deflessione statica dei capelli. Più significativamente, questo permette ad ogni cellula capillare di essere sensibile al movimento in entrambe le direzioni da questa nuova posizione statica., Tuttavia, rende anche l’orecchio interno relativamente insensibile alle posizioni statiche o ai movimenti molto lenti.
Infine, quando si considera la fisiologia delle cellule ciliate e la trasduzione del movimento agli impulsi neurali, è importante riconoscere che esiste un meccanismo di controllo efferente che innerva le estremità delle fibre nervose sensoriali vestibolari e / o delle cellule ciliate., Queste fibre nervose efferenti derivano dai neuroni situati nei pons caudali e rilasciano acetilcolina e una serie di altri neurotrasmettitori, potenzialmente inclusi ATP, peptidi , ossido nitrico e GABA (acido gamma aminobutirrico). Il risultato netto dell’attivazione di questi assoni efferenti è quello di regolare la sensibilità delle cellule ciliate alterando l’attività nervosa nel nervo vestibolare. Tuttavia, il loro ruolo nella funzione normale e negli stati patologici rimane un argomento di indagine attiva.