miniatura|Sección do órgano espiral de Corti. Amplificada. (As células ciliadas externas ou outer hair cells están sinaladas preto da parte superior, e as internas ou inner hair cells, preto da parte central. miniatura|Sección da cóclea. As células ciliadas internas están localizadas onde terminan os nervios das células ciliadas internas, e as células ciliadas externas están situadas onde termina o nervio das células ciliadas externas. miniatura|Percorrido dos sons desde a súa fonte ata que se perciben no cerebro.|400x400px As células ciliadas son os receptores sensoriais do sistema auditivo e do oído de todos os vertebrados. Tamén hai células ciliadas similares no sistema vestibular do oído dos vertebrados, e no órgano da liña lateral dos peixes. Por mecanotransdución realizada por un feixe de estereocilios que posúen, as células ciliadas detectan o movemento das estruturas dos tecidos ou do ambiente que as rodean.
En mamíferos, as células ciliadas auditivas están localizadas no órgano de Corti situado sobre a membrana basilar da cóclea do oído interno. Teñen penachos ou feixes de estereocilios que saen da superficie apical da célula e están bañadas polo líquido que enche o conduto coclear. O número de estereocilios é de cincuenta a cen en cada célula, aínda que están estreitamente empaquetados e diminúen progresivamente en tamaño desde o primeiro, chamado cinocilio .
As células ciliadas cocleares de mamíferos son de dous tipos anatomica e funcionalmente distintos, denominadas células ciliadas cocleares externas e internas. Os danos que poidan sufrir estas células orixinan diminución da sensibilidade auditiva, e como as células ciliadas cocleares internas non poden rexenerarse, este dano é permanente. Os danos nas células ciliadas poden causar danos ao sistema vestibular e, por tanto, causan dificultades no sentido do equilibrio. Porén, outros vertebrados, como os frecuentemente estudados peixes cebra e as aves teñen células ciliadas no oído que se poden rexenerar. A cóclea humana contén unhas 3.500 células ciliadas internas e unhas 12.000 externas ao nacer.Rémy Pujol, Régis Nouvian, Marc Lenoir, "Hair cells (cochlea.eu)
As células ciliadas externas amplifican mecanicamente sons de baixo nivel que chegan á cóclea. A amplificación pode ser impulsada polo movemento dos seus feixes de cilios, ou por unha motilidade impulsada electricamente dos seus corpos celulares. Esta denominada electromotilidade somática amplifica o son en todos os tetrápodos. Está afectada polo mecanismo de peche das canles iónicas sensoras mecánicas dos extremos dos seus feixes de cilios.
As células ciliadas internas transforman as vibracións sonoras nos fluídos da cóclea en sinais eléctricos que se transmiten despois a través do nervio auditivo ata o tronco cerebral auditivo e ao córtex auditivo.
Células ciliadas internas: do son ao sinal nervioso miniatura|220px|Sección do órgano de Corti, mostrando as células ciliadas internas e externas.
O dobramento dos estereocilios das células ciliadas abre canles iónicas de apertura regulada mecanicamente que permiten que entren na célula os pequenos ións cargados positivamente (princilpalmente os catións potasio e calcio). A diferenza de moitas outras células activas electricamente, as propias células ciliadas non disparan un potencial de acción. En vez diso, o influxo de ións positivos desde a endolinfa na escala media despolariza a célula, o que resulta nun potencial de receptor. Este potencial receptor abre canles de calcio reguladas por voltaxe; os ións calcio entran entón na célula e desencadean a liberación de neurotransmisores no extremo basal da célula. Os neurotransmisores difunden a través do estreito espazo entre a célula ciliada e o terminal nervioso, onde se unen a receptores e así desencadean a acción de potenciais no nervio. Deste modo, o sinal sonoro mecánico convértese nun sinal nervioso eléctrico. A repolarización das células ciliadas faise de maneira especial. A perilinfa da escala timpánica ten unha baixa concentración de ións positivos. O gradiente electroquímico fai que os ións positivos flúan a través das canles á perilinfa.
As células ciliadas deixan escapar cronicamente Ca2+. Este escape causa a liberación tónica dun neurotransmisor nas sinapses. Pénsase que esta liberación tónica é o que permite que as células ciliadas respondan tan rapidamente aos estímulos mecánicos. A rapidez desta resposta pode deberse tamén a que isto pode incrementar a cantidade de neurotransmisor liberado en resposta a un cambio de tan só 100 μV no potencial de membrana.
As células ciliadas poden tamén distinguir frecuencias de ton por dous métodos posibles. O primeiro método, que se atopa só en non-mamíferos, usa resonancia eléctrica na membrana basolateral da célula ciliada. A resonancia eléctrica deste método parece como unha oscilación amortecida do potencial de membrana respondendo a un pulso de corrente aplicado. O segundo método usa diferenzas tonotópicas da membrana basilar. Esta diferenza procede das diferentes localizacións das células ciliadas. As células ciliadas que teñen resonancia con sons de altas frecuencias están localizadas no extremo basal mentres que as que teñen resonancia con frecuencias significativamente menores atópanse no extremo apical do epitelio.
Células ciliadas externas: preamplificadores acústicos Nas células ciliadas externas de mamífero, as variación do potencial receptor convértese en vibracións activas do corpo da célula. Esta resposta mecánica a sinais eléctricos denomínase electromotilidade somática; impulsa variacións na lonxitude da célula, sincronizada co sinal sonoro entrante, e proporciona a amplificación mecánica por retroalimentación da onda viaxeira.Unha imaxe en movemento mostrando unha célula ciliada externa illada movéndose en resposta á estimulación eléctrica pode verse en here (physiol.ox.ac.uk).
As células ciliadas externas encóntranse só en mamíferos. Aínda que a sensibilidade auditiva en mamíferos é similar á doutras clases de vertebrados, sen o funcionamento das células ciliadas externas, a sensibilidade diminúe en aproximadamente 50 dB. As células ciliadas externas amplían o rango auditivo nuns 200 kHz nalgúns mamíferos mariños. Tamén melloran a selectividade da frecuencia (discriminación das frecuencias), o cal é especialmente beneficioso para os humanos, porque permite un son da fala sofisticado e a música. As células ciliadas externas son funcionais incluso despois de que se baleiraran os depósitos celulares de ATP.
O efecto deste sistema é amplificar non linearmente sons baixos máis que sons fortes para que se poida reducir un amplo rango de presións sonoras a un rango moito menor de desprazamentos dos estereocilios. Esta propiedade de amplificación chámase amplificador coclear.
O coñecemento da boloxía molecular das células ciliadas progresou considerablemene nos últimos anos coa identificación da proteína motora (prestina) que subxace na elecromotilidade somática das células ciliadas externas. A función da prestina é dependente da sinalización da canle de cloruro e vese comprometida polo pesticida mariño común tributiltina. Como esta clase de contaminante se bioconcentra a medida que ascendemos na cadea trófica, o efecto é pronunciado en superpredadores mariños como as candorcas e outros odontocetos.
Adaptación do sinal da célula ciliada
O influxo de ións calcio xoga un importante papel nas células ciliadas para que se adapten á amplificación do sinal. Isto permite que os humanos ignoren sons constantes que xa non son novos e facilita oír con agudeza outros cambios no ambiente que nos rodea. O mecanismo de adaptación clave vén da proteína motora miosina-1c que permite a adaptación lenta, proporciona tensión para sensibilizar canles de transdución, e tamén participa nun aparato de transdución de sinais. Investigacións máis recentes mostran que a unión sensible ao calcio de calmodulina á miosina-1c podería en realidade modular tamén a interacción do motor de adaptación con outros compoñentes do aparato de transdución.
Adaptación rápida.- Durante a adaptación rápida, o Ca2+ que entra nun estereocilio a través dunha canle MET aberta únese rapidamente a un sitio da ou preto da canle e induce o peche da canle. Cando se pechan as canles, increméntase a tensión nos chamados tip links, pulando o feixe na dirección oposta. A adaptación rápida é máis prominente en células ciliadas que detectan o son e a audición, que nas células vestibulares.
Adaptación lenta.- O modelo dominante suxire que a adaptación lenta ocorre cando a miosina-1c desliza cara abaixo o estereocilio en resposta á tensión elevada durante o desprazamento do feixe. A diminución resultante de tensión no tip link permite que o feixe de cilios se mova máis na dirección oposta. A medida que diminúe a tensión, péchanse as canles, producindo o declive na corrente de transdución. A adaptación lenta é máis evidente nas células ciliadas vestibulares, que senten o movemento espacial, e menos nas células ciliadas cocleares, que detectan sinais auditivos.
Conexión neural As neuronas do nervio auditivo ou nervio vestibulococlear (o oitavo nervio cranial) innervan as células ciliadas cocleares e vestibulares. O neurotransmisor liberado polas células ciliadas que estimula as neuritas terminais dos axóns periféricos das neuronas aferentes (que van cara ao cerebro) pénsase que é o glutamato. Na unión presináptica, hai un corpo denso presináptico ou fita sináptica. Este corpo denso está rodeado de vesículas sinápticas e crese que axuda á liberación rápida do neurotransmisor.
A innervación de fibras nerviosas é moito máis densa nas células ciliadas internas que nas externas. Unha soa célula ciliada interna está innervada por numerosas fibras nerviosas, mentres que unha soa fibra nerviosa innerva moitas células ciliadas externas. As células ciliadas internas están tamén moi mielinizadas, o cal contrasta coa falta de mielinización das fibras nerviosas das células ciliadas externas. A rexión da membrana basilar que proporciona os inputs a unha determinada fibra nerviosa aferente pode considerarse que é o seu campo receptivo.
As proxeccións eferentes que van do cerebro á cóclea tamén teñen un papel na percepción do son. As sinapses eferentes ocorren nas células ciliadas externas e en axóns aferentes baixo as células ciliadas internas. O botón terminal presináptico está cheo de vesículas que conteñan acetilcolina e un neuropéptido chamado péptido relacionado co xene da calcitonina. Os efectos destes compostos varían; nalgunhas células ciliadas a acetilcolina hiperpolariza a célula, o cal reduce a sensibilidade da cóclea localmente.
Rexeneración
A investigación sobre o rexeneración das células cocleares pode servir para idear tratamentos médicos que recuperen a audición. A diferenza das aves e peixes, os humanos e outros mamíferos son xeralmente incapaces de facer que volvan crecer as células do oído interno que converten o son en sinais neurais cando esas células están danadas polo envellecemento do individuo ou por doenzas. Estanse facendo progresos en terapia xénica e terapia de células nais que poderían permitir que as células danadas se rexenerasen. Como as células ciliadas dos sistemas auditivo e vestibular en aves e peixes poden rexenerarse, a súa capacidade foi moi estudada. Ademais, na liña lateral as células ciliadas, que teñen unha función de mecanotransdución e atópanse en anamniotas, volven crecer en especies como o peixe cebra.