E5 Transduktion: Innere Haarzellen und Rezeptorpotential

Thema

Wenn die Basilarmembran bei einer bestimmten Frequenz mit maximaler Amplitude schwingt, verdrängt diese Bewegung die Flüssigkeit, die die Stereozilien der inneren Haarzellen umgibt, die an dieser Stelle der Basilarmembran aufliegen. Stereozilien sind die dünnen, starren Fäden, die von der Spitze jeder inneren Haarzelle abstehen und in Bündeln angeordnet sind. Die durch die Schwingung der Basilarmembran verursachte Flüssigkeitsverdrängung bewirkt, dass sich die Stereozilien jedes Bündels in eine Richtung biegen – eine Bewegung, die als Stereozilienablenkung bezeichnet wird. Durch die Ablenkung der Stereozilien zur Seite werden winzige Fäden gedehnt, die die Spitze jedes Stereoziliums mit der Spitze des benachbarten Stereoziliums verbinden. Diese Dehnung öffnet mechanisch aktivierte Ionenkanäle an den Spitzen der Stereozilien. Biegen sich die Stereozilien zur anderen Seite, entspannen sich diese Fäden, und die mechanisch aktivierten Ionenkanäle schließen sich. Die Stereozilien jeder inneren Haarzelle sind von Endolymphe umgeben, derselben Flüssigkeit, die im Modell der vestibulären Dysfunktion die Bogengänge füllt. Die Endolymphe, die die Stereozilien in der Cochlea umgibt, weist eine sehr hohe Ionenkonzentration und eine positive elektrische Ladung auf. Sobald sich die mechanisch aktivierten Ionenkanäle öffnen, werden diese Ionen in die innere Haarzelle gezogen.

Bei jeder Öffnung der mechanisch aktivierten Ionenkanäle strömen Ionen aus der Endolymphe in die innere Haarzelle und erzeugen einen Ionenstrom, der die Spannung im Zellinneren verändert. Diese Spannungsänderung in der inneren Haarzelle wird als Rezeptorpotential bezeichnet. Je stärker die Auslenkung der Stereozilien in Richtung der sich öffnenden mechanisch aktivierten Ionenkanäle ist, desto mehr mechanisch aktivierte Ionenkanäle öffnen sich gleichzeitig, desto größer ist der einströmende Ionenstrom und desto größer ist das in der inneren Haarzelle erzeugte Rezeptorpotential.

Das in der inneren Haarzelle erzeugte Rezeptorpotential ist das erste Signal in diesem gesamten Modell. Es handelt sich nicht mehr um eine mechanische Bewegung oder eine Druckdifferenz, sondern um eine elektrische Veränderung. Daher fungiert das Rezeptorpotential als Schnittstelle zwischen der in früheren Modellen beschriebenen Mechanik – der Wanderwelle der Basilarmembran, der Auslenkung der Stereozilien – und der in nachfolgenden Modellen beschriebenen auditorischen Neurophysiologie. Sobald das Rezeptorpotenzial in der inneren Haarzelle eine bestimmte Stärke erreicht, wird an der Basis der inneren Haarzelle ein Neurotransmitter freigesetzt, der zu den Hörnervenfasern geleitet wird, mit denen die innere Haarzelle synaptisch verbunden ist. Dies initiiert die elektrische Aktivität des Hörnervs, die später in Modellen evozierter Potenziale und sensorineuraler Funktionsstörungen untersucht wird.

Dank dieser Ereigniskette, die mit der Vibration der Basilarmembran bei maximaler Amplitude beginnt, sich über die Auslenkung der Stereozilien und die Öffnung mechanisch aktivierter Ionenkanäle fortsetzt und im Rezeptorpotenzial in der inneren Haarzelle gipfelt, wandelt jede innere Haarzelle die spezifische mechanische Bewegung ihrer Position auf der Basilarmembran in ein elektrisches Signal um, das vom Hörnerv weitergeleitet werden kann. Ohne diesen Mechanotransduktionsschritt würde die gesamte Präzision, die bisherige Modelle bei der Zuordnung jeder Frequenz zu ihrer Position auf der Basilarmembran erreichten, an der Grenze zwischen der Mechanik des Ohrs und der elektrischen Aktivität des Nervensystems verloren gehen, da kein Nerv direkt auf eine mechanische Bewegung reagieren kann, ohne dass zuvor ein Rezeptorpotential vorhanden ist, das diese in einen Ionenstrom umwandelt.

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