hårceller
hårceller är de givare som ändrar mekanisk energi av rörelse till elektriska signaler som förmedlas som vestibulära nerv aktionspotentialer. Dessa hårceller finns i två former, en bägarformad typ i-cell och en tunnare, mer kolumnär typ II-cell (Fig. 8.4). Båda dessa celler kontaktar de perifera terminalerna hos vestibulära sensoriska axoner., Basen av typ i-cellen är emellertid väsentligen innesluten i slutet av nervterminalen (en calyx som slutar) medan typ II-cellen kontaktas av en mycket mindre, mer normal uppträder terminal bouton av den sensoriska nervfibern. Typ i-cellerna svarar på mer intensiv vestibulär stimulering medan typ II-cellerna svarar på svagare stimuli. Likväl är reaktionsmekanismerna likartade för båda dessa celltyper.
figur 8.4., Teckningar som visar aspekter av hårcellstruktur, funktion och organisation. A) hårceller av typ i (vänster) och typ II (höger). Observera att alla hårceller polariseras av kinociliums excentriska position. B) effekten av avböjning av hårceller på frisättningen av sändaren och nervaktiviteten. När håren avböjs mot kinociliet placeras spänningen på spetslänkarna. Denna spänning kommer att öppna kaliumkanaler, vilket resulterar i en ökning av sändarens frisättning och i aktionspotentialer i nerven (nedan). Observera också att det finns en baslinje vilande nivå av aktionspotentialgenerering., (C) struktur av en cristae, som är mottaglig organ som finns i ampulla av halvcirkelformade kanaler. Observera att alla hårceller är polariserade i samma riktning. (D) struktur av en makula, ett mottagligt organ i väggen av utricle och saccule. Observera att hårcellerna har olika polarisering på vardera sidan av striola (en krökt linje i mitten av det mottagliga organet).,
både typ i och typ II hårceller är en del av väggen i den membranösa labyrinten där de och deras stödjande celler ersätter de utplattade cellerna som leder resten av den membranösa labyrinten. Hårcellernas apices står inför insidan av den membranösa labyrinten och badas därför av endolymph. Baserna av hårceller utsätts för perilymfen som ligger utanför den membranösa labyrinten. Därför finns spetsen och basen av hårceller i mycket olika elektriska och kemiska miljöer.,
spetsen på en hårcell är högspecialiserad. De ” hår ” som dessa celler heter är kritiska för deras mekaniska känslighet. Håren består av en serie stereocilia, som i grunden är jätte mikrovilli, som har en kärna av aktinfilament. Varje hårcell har också en enda, excentriskt placerad kinocilium som är placerad mot en kant av hårcellens topp. Detta kinocilium är längre och har strukturen av en sann cilium(dvs en kärna bestående av nio mikrotubulära dubbletter som omger ytterligare två mikrotubuli)., Den längsta av stereocilia (hår) ligger intill kinocilium medan stereocilia är successivt kortare på ett större avstånd från kinocilium. Denna asymmetriska organisation av hårcellernas topp, med kinocilim av till ena sidan, leder till en polarisering av varje hårcell. Detta är avgörande för hårcellens förmåga att signalera riktningen av mekaniska krafter som appliceras på håren.
processen att omvandla mekanisk kraft på håren till elektriska signaler är beroende av några unika egenskaper hos hårcellernas spetsar., Mekaniskt känsliga kaliumkanaler som ligger i hårcellernas spetsar är fästa vid proteinfilament (”spetslänkar”) som själva är förankrade i sidan av det högre intilliggande stereociliet (det vill säga den som ligger närmare kinocilium). Krafter som avleder stereocilia mot kinocilium resulterar i spänning på dessa spetslänkar och en öppning av kaliumkanalerna (Fig. 8.4 B).
håren badas i endolymfan, som är mycket hög i kalium., Dessutom är endolymfan mycket elektriskt positiv i förhållande till den negativa insidan av hårcellen (cirka 135 MV potentiell skillnad). Detta resulterar i en mycket stor elektrokemisk drivkraft som orsakar snabb inmatning av kalium i håren från endolymfan när kanalerna är öppna. Kalium posten resulterar i depolarisering av hårcellen som i sin tur öppnar spännings gated kalciumkanaler., Kalciuminmatningen genom dessa kanaler resulterar i ökad frisättning av neurotransmittor (glutamat) från hårcellernas bas, spännande de perifera terminalerna av afferenta fibrer i vestibulocochlear nerven. Större avböjningar av håren mot kinociliet kommer att resultera i mer öppna kaliumkanaler, större depolarisering, mer kalciuminflöde genom spänningsgaterade kalciumkanaler, större neurotransmittorfrisättning och en högre frekvens av aktionspotentialer i den vestibulära nervfibern ansluten till den hårcellen (Fig. 8.4 B).,
avböjning av håren bort från kinociliet minskar spänningen på spetslänkarna och stänger de kaliumkanaler som de är fästa på. Denna hyperpolariserar hårcellen och minskar både kalciuminmatning och neurotransmittorfrisättning. Dessutom resulterar detta i att färre aktionspotentialer genereras i den tillhörande axonen av vestibulocochlear nerven. Således kan varje hårcell signalera avböjning av hår mot eller bort från kinociliet genom att öka eller minska frekvensen av aktionspotentialgenerering (Fig. 8.4 B).,
det finns ett fint balanserat system för att fastställa en baslinje nivå av sändarens frisättning från hårceller. Det är viktigt att ha en stadig baslinje av aktivitet om systemet kommer att kunna signalera avböjning av hår bort från kinocilium eftersom denna signalering uppnås genom att minska aktionspotentialgenerering i nerven. Därför måste processen för att fastställa en basnivå för verksamheten vara mycket reglerad och också kunna anpassa sig till nya baslinjeförhållanden., Denna baslinje aktivitetsnivå är en egenskap hos hårcellen, i sig, vilket kräver en invecklad mekanism för justering av spänning på spetslänkarna som fäster vid kaliumkanalerna i spetsen av hårcellerna. De motsatta ändarna av spetslänken ankare till proteiner i membranet på sidorna av den intilliggande, längre stereocilium. Dessa membranproteiner är anslutna till motorproteiner på insidan av stereociliet. Dessa motorproteiner kan röra sig mot eller bort från hårets spets baserat på intracellulär kalciumkoncentration., Till exempel, när intracellulärt kalcium är lågt, kommer motorproteinet att dra ankarpunkten på spetslänken mot hårets spets. Detta kommer i sin tur att placera spänning på spetslänken och öppna de kaliumkanaler som de är fästa på. Detta kommer att producera tillräckligt med depolarisering för att öppna några spänningsgaterade kalciumkanaler, återupprätta en baseline nivå av intracellulärt kalcium i hårcellen. Denna justering resulterar inte bara i en baslinjefrisättning av neurotransmittor utan stoppar också rörelse av motorproteinet mot spetsen av stereociliet., Genom denna mekanism kommer hårcellen att etablera en ny baslinje aktivitetsnivå i den associerade nervfibern när ett nytt statiskt tillstånd uppstår. Högt intracellulärt kalcium kommer att göra motsatsen, vilket resulterar i minskad spänning på spetslänken och mindre öppning av kaliumkanalerna. Det finns två mycket viktiga konsekvenser av det faktum att hårceller anpassar sig ganska snabbt till statisk avböjning av håren. Mest signifikant tillåter detta varje hårcell att vara mottaglig för rörelse i båda riktningarna från denna nya statiska position., Det gör emellertid också innerörat relativt okänsligt för statiska positioner eller till mycket långsamma rörelser.
slutligen, när man överväger fysiologin hos hårceller och omvandlingen av rörelse till neurala impulser, är det viktigt att känna igen att det finns en efferent kontrollmekanism som innerverar ändarna av de vestibulära sensoriska nervfibrerna och/eller hårcellerna., Dessa efferenta nervfibrer härrör från neuroner belägna i de kaudala pons och frigör acetylkolin och ett antal andra neurotransmittorer, potentiellt inklusive ATP, peptider , kväveoxid och GABA (gamma Aminosmörsyra). Nettoresultatet av aktiveringen av dessa efferenta axoner är att reglera känsligheten hos hårceller genom att ändra nervaktiviteten i vestibulär nerv. Men deras roll i normal funktion och patologiska tillstånd är fortfarande ett ämne för aktiv undersökning.