haarcellen
haarcellen zijn de transducers die de mechanische bewegingsenergie veranderen in elektrische signalen die worden getransporteerd als actiepotentialen van de vestibulaire zenuw. Deze haarcellen zijn er in twee vormen, een beker-vormige type I Cel en een dunnere, meer zuilvormige type II cel (Fig. 8.4 A). Beide cellen contacteren de perifere terminals van vestibulaire sensorische axonen., Echter, de basis van de type I Cel is in wezen ingekapseld door het einde van de zenuw terminal (een kelk einde), terwijl de type II cel wordt benaderd door een veel kleinere, meer normale verschijnen terminal bouton van de zintuiglijke zenuwvezel. De cellen van type I reageren op intensere vestibulaire stimulatie terwijl de cellen van type II reageren op zwakkere stimuli. Niettemin, zijn de mechanismen van reactie gelijkaardig voor beide celtypes.
figuur 8.4., Cartoons die aspecten van haarcelstructuur, functie en organisatie afbeelden. A) haarcellen van type I (links) en type II (rechts). Merk op dat alle haarcellen gepolariseerd zijn door de excentrieke positie van het kinocilium. B) het effect van de afbuiging van de haarcel op de afgifte van de zender en de zenuwactiviteit. Wanneer haren worden afgebogen naar het kinocilium, spanning wordt geplaatst op de tip links. Deze spanning zal kaliumkanalen openen, wat resulteert in een toename van de zender release en in actiepotentialen in de zenuw (hieronder). Merk ook op dat er een basislijn rust niveau van actie potentiële generatie., C) de structuur van een cristae, het receptieve orgaan dat in de ampulla van halfronde kanalen wordt aangetroffen. Merk op dat alle haarcellen in dezelfde richting gepolariseerd zijn. D) structuur van een macula, een receptief orgaan in de wand van de utricel en saccule. Merk op dat de haarcellen verschillende polarisatie hebben aan weerszijden van de striola (een gebogen lijn in het midden van het receptieve orgaan).,
zowel type I-als type II-haarcellen maken deel uit van de wand van het membraneuze labyrint waar zij en hun ondersteunende cellen de afgeplatte cellen vervangen die de rest van het membraneuze labyrint vormen. De toppen van de haarcellen zijn gericht op de binnenkant van het membraneuze labyrint en worden daarom gebaad door endolymfe. De basen van haarcellen worden blootgesteld aan het perilymfe dat buiten het membraneuze labyrint is. Daarom bestaan de apex en de basis van haarcellen in zeer verschillende elektrische en chemische omgevingen.,
de top van een haarcel is zeer gespecialiseerd. De “haren” waarvoor deze cellen worden genoemd zijn van cruciaal belang voor hun mechanische gevoeligheid. De haren bestaan uit een reeks stereocilia, die in principe gigantische microvilli, met een kern van actine filamenten. Elke haarcel heeft ook een enkele, excentriek geplaatste kinocilium die naar één rand van de apex van de haarcel wordt gepositioneerd. Dit kinocilium is langer en heeft de structuur van een echte cilium (dat wil zeggen, een kern die bestaat uit negen microtubulaire doublets rond twee extra microtubuli)., De langste stereocilia (haren) bevindt zich naast het kinocilium, terwijl de stereocilia geleidelijk korter zijn op een grotere afstand van het kinocilium. Deze asymmetrische organisatie van de apex van haarcellen, met de kinocilim aan één kant, leidt tot een polarisatie van elke haarcel. Dit is van cruciaal belang voor het vermogen van de haarcel om de richting van mechanische krachten op de haren te signaleren.
het proces van het omzetten van mechanische kracht op de haren in elektrische signalen is afhankelijk van enkele unieke kenmerken van de uiteinden van haarcellen., Mechanisch gevoelige kaliumkanalen in de uiteinden van de haarcellen zijn bevestigd aan eiwitvezels (“tip links”) die zelf verankerd zijn aan de zijkant van het hogere aangrenzende stereocilium (dat wil zeggen, die zich dichter bij het kinocilium). Krachten die de stereocilia afbuigen naar het kinocilium resulteren in spanning op deze tip links en een opening van de kaliumkanalen (Fig. 8.4 B).
de haren baden in endolymfe, dat een zeer hoog kaliumgehalte heeft., Ook is de endolymph zeer elektrisch positief ten opzichte van de negatieve binnenkant van de haarcel (rond 135 MV potentiële verschil). Dit resulteert in een zeer grote elektrochemische aandrijving die snelle binnenkomst van kalium in de haren van het endolymfe veroorzaakt wanneer de kanalen open zijn. Kaliuminvoer resulteert in depolarisatie van de haarcel die op zijn beurt spanningsgesloten calciumkanalen opent., De calciuminvoer via deze kanalen resulteert in de verhoogde afgifte van neurotransmitter (glutamaat) uit de basis van de haarcellen, waardoor de perifere terminals van afferente vezels van de vestibulocochleaire zenuw worden opgewekt. Grotere afbuigingen van de haren naar het kinocilium zal resulteren in meer open kaliumkanalen, Grotere depolarisatie, meer calcium instroom door de voltage-gated calciumkanalen, Grotere neurotransmitter release, en een hogere frequentie van actiepotentialen in de vestibulaire zenuwvezel verbonden met die haarcel (Fig. 8.4 B).,
afbuiging van de haren van het kinocilium vermindert de spanning op de tipschakels, waardoor de kaliumkanalen waaraan ze zijn bevestigd, worden gesloten. Dit hyperpolariseert de haarcel en vermindert zowel calcium binnenkomst en neurotransmitter release. Bovendien resulteert dit in minder actiepotentialen die worden gegenereerd in het geassocieerde axon van de vestibulocochleaire zenuw. Aldus, kan elke haarcel afbuiging van Haren naar of weg van kinocilium signaleren door de frequentie van actie potentiële generatie, respectievelijk te verhogen of te verminderen (Fig. 8.4 B).,
er is een subtiel uitgebalanceerd systeem om een baseline niveau van zender release uit haarcellen vast te stellen. Het is essentieel om een regelmatige basislijn van activiteit te hebben als het systeem afbuiging van haren vanaf het kinocilium kan signaleren aangezien dit signaleren door actie potentiële generatie in de zenuw te verminderen wordt bereikt. Daarom moet het proces om een basisniveau van activiteit vast te stellen sterk worden gereguleerd en moet het ook in staat zijn om zich aan nieuwe basisomstandigheden aan te passen., Dit baseline niveau van activiteit is een eigenschap van de haarcel, zelf, die een ingewikkeld mechanisme van aanpassing van spanning op de tip links die hechten aan de kaliumkanalen in het uiteinde van de haren van de haarcellen. De tegenovergestelde einden van het anker van de tip verbinden aan proteã nen in het membraan aan de kanten van het aangrenzende, langere stereocilium. Deze membraanproteã nen zijn verbonden met motorproteã nen aan de binnenkant van stereocilium. Deze motorproteã nen kunnen zich naar of van het uiteinde van het haar bewegen dat op intracellular calciumconcentratie wordt gebaseerd., Bijvoorbeeld, wanneer intracellular calcium laag is, zal de motorproteã ne het ankerpunt van de tiplink naar het uiteinde van het haar trekken. Dit, op zijn beurt, zal spanning op de tip link te plaatsen en iets te openen de kaliumkanalen waaraan ze zijn bevestigd. Dit zal genoeg depolarisatie veroorzaken om sommige voltage-gated calciumkanalen te openen, die een basislijnniveau van intracellular calcium in de haarcel herstellen. Deze aanpassing resulteert niet alleen in een uitgangswaarde-afgifte van neurotransmitter, maar stopt ook de beweging van het motoreiwit naar de punt van het stereocilium., Door dit mechanisme, zal de haarcel een nieuw baseline niveau van activiteit in de bijbehorende zenuwvezel vestigen wanneer een nieuwe statische voorwaarde wordt aangetroffen. Hoge intracellulaire calcium zal het tegenovergestelde doen, resulterend in verminderde spanning op de tip link en minder opening van de kaliumkanalen. Er zijn twee zeer belangrijke gevolgen van het feit dat haarcellen zich vrij snel aanpassen aan statische afbuiging van de haren. Het belangrijkst, dit staat elke haarcel toe om aan beweging in beide richtingen van deze nieuwe statische positie te reageren., Het maakt het binnenoor echter ook relatief ongevoelig voor statische posities of voor zeer langzame bewegingen.
ten slotte is het voor de fysiologie van haarcellen en de transductie van beweging naar neurale impulsen belangrijk te erkennen dat er een efferent controlemechanisme bestaat dat de uiteinden van de vestibulaire sensorische zenuwvezels en/of de haarcellen innerveert., Deze efferente zenuwvezels komen voort uit neuronen die zich in de caudale pons bevinden en geven acetylcholine en een aantal andere neurotransmitters vrij, potentieel met inbegrip van ATP, peptides , stikstofmonoxide, en GABA (gamma aminoboterzuur). Het netto resultaat van activering van deze efferente axonen is om de gevoeligheid van haarcellen te regelen door de zenuwactiviteit in de vestibulaire zenuw te veranderen. Hun rol in normale functie en pathologische toestanden blijft echter een onderwerp van actief onderzoek.