ensayo sobre la descripción objetiva de el proceso de amplificación coclear y audición general

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
Facultad de ciencias­sede bogotá
Departamento de Farmacia
Fisioanatomía 2015685­2
PRESTIN Y AMPLIFICACIÓN COCLEAR
Jhordy Steven Morales Moreno, Carlos Augusto Muñoz Muñoz, Yudely Asmith Medina
Perez, Juan Pablo Moya Ramos, Jose David Mateus Tobasura.
Palabras claves: Amplificación coclear, célula ciliadas externas, células ciliadas internas,
Cóclea, estereocilios, escala vestibular, endolinfa, motilidad stereovillar, Motilidad somática,
órgano de corti, perilinfa, proteína prestin, transducción bioeléctrica.
Introducción
En este análisis se pretende dar a conocer el proceso de transformación llamado amplificación
coclear, tipos de amplificación,, y su importancia en la audición en mamíferos, principalmente en
seres humanos; así como una descripción de los mecanismos hasta ahora propuestos por los
cuales se estima sucede este proceso. Para ello se debe dar a conocer la forma en que
interactúa la Prestina, principal proteína implicada en la amplificación coclear y en la audición.
Resumen
El oído es el aparato de audición y de equilibrio que está constituido por diferentes órganos cuyo
fin es la percepción de los sonidos y el mantenimiento del equilibrio. Consta de tres partes, oído
externo, medio e interno, este último está alojado en el peñasco del hueso temporal, lo
observamos en un vistazo más general así: el laberinto óseo y membranoso, una endolinfa y
perilinfa. Ahora bien, la cóclea es una estructura en forma de caracol, importante debido a que en
ella se da el proceso de transducción; en el cual se convierte una señal o estímulo en una
respuesta o en una señal de diferente naturaleza. Mide 1 cm de diámetro en la base y 5 mm de
altura aproximadamente, en su corte transversal posee 3 conductos que dan 2 vueltas y media
en espiral. Estos conductos son la rampa vestibular y la rampa timpánica [1].
La amplificación coclear tiene la función de prótesis en el oído el cual permite que se aumenten
las vibraciones del sonido [2], y como su nombre lo dice es usada para aumentar las funciones
del sonido. ¿Pero cuál es el motor que permite esta transducción de energía mecánica en
energía eléctrica?, gracias a recientes estudios se ha demostrado que las células ciliadas son
capaces de generar estas transducciones gracias a sus estereocilios, y es ahí donde entra la
prestina, que es la proteína por excelencia, ya que esta proteína es la responsable de la
electromotilidad de las células ciliadas [3], de lo cual se hablará a fondo más adelante.
Abstract
The ear is the hearing aid and balance that consists of different organs whose purpose is the
perception of sounds and maintaining balance . It consists of three parts , the outer ear, middle
and inner, the latter is housed in the petrous temporal bone, in a more general look: membranous
labyrinth and bone, perilymph and endolymph . However, the cochlea is a snail­shaped structure ,
important because in it the transduction process occurs , in which a signal or stimulus becomes
an answer or a sign of a different nature . Measures 1 inch in diameter at the base and about 5
mm in height, in cross­section has 3 ducts that give 2 ½ turns spiral . These ducts are the

2. vestibular and tympanic ramp.[1]
Cochlear amplification has the function of prosthetic ear which allows sound vibrations are
increased [ 2], and as the name says is used to increase the functions of sound. But what is the
engine that allows the transduction of mechanical energy into electrical energy? , Thanks to recent
studies have shown that hair cells are able to generate these transductions through their
stereocilia , and this is where the prestin takes his role, which is protein par excellence, since this
protein is responsible for electromotility of hair cells [ 3] of which will be discussed further below .
Prestina
La prestina, es una proteína transmembranal perteneciente a la familia de transportadores
aniónicos de tipo SLC26. [3] Esta proteína se encuentra en las membranas laterales de las
Células Ciliales externas (CCE), puede actuar como un accionador de voltaje para amplificar el
sonido [4] o como la generadora de la electromotilidad para las CCE [5]. A esta proteína se le
atribuye gran parte del proceso de la amplificación coclear que se da en los mamíferos mediante
la motilidad somática. La Prestina, es diferente de las otras proteínas motor, ya que no requiere
de la hidrólisis de ATP, sino que permite la conversión directa de tensión a voltaje sin necesidad
de este proceso[6].
La función específica de la prestin y su asociación con la amplificación coclear no se ha definido
plenamente, pero si se conoce su naturaleza, se descubrió que pertenece a la familia de
proteínas codificadas por el gen SLC26A, las cuales generalmente son transportadoras de
aniones, al conocer esto, se dijo que el potencial de membrana cambiaria, generando una
apertura de canal, en la cual se puede ver modificada la cantidad de Cl­ presente, polarizando o
despolarizando la CCE y generando un efecto de mayor o menor sensibilidad respectivamente.
El Cl­ funciona como un sensor de voltaje extrínseco a la célula, el cual puede desencadenar el
proceso anteriormente descrito.
En un estudio, se evaluó si los niveles de prestina eran equivalentes al nivel auditivo de ratones
knock­Out (OK), en los cuales se evalúa la funcionalidad y capacidad transmisora del voltaje
mediante la electromotilidad, la motilidad somática, con bajos niveles de prestina. El estudio
arrojó resultados de que la amplificación coclear se puede dar tanto via ciliar, como por vía
somática, lo cual no determina como ya se había dicho antes la naturaleza funcional de la
prestina [7].
La capacidad contráctil de la Prestina se debe a la la facilidad para realizar cambios
conformacionales, pasando rápidamente de un estado contraído, a un estado expandido. Al
sumar estos cambios de forma de las moléculas de la prestina, ubicadas en las membranas
laterales de las CCE, hacen que éstas últimas se elonguen y se contraigan.
El principal regulador de dichos cambios conformacionales es el voltaje; cuando las CCE se
despolarizan, la Prestina capta un anión Cl y lo retiene en la cara citoplasmática de la membrana
de la célula, manteniéndola en estado contraído. Mientras que cuando la CCE se hiperpolariza, la
proteína lleva el mismo anión a la cara externa de la membrana, provocando un cambio a su
estado expandido. Este movimiento de aniones es el responsable de la contracción/expansión de
la Prestina, y por lo tanto de las CCE.
Se ha descrito una única mutación en el gen SLC26A5, en dos familias que segregaban
hipoacusias no sindrómicas, prelocutivas y de grado grave­profundo. Sin embargo, la
patogenicidad de la mutación encontrada es aún motivo de controversia. Harán falta cribados
moleculares de series adicionales de pacientes para confirmar la implicación de la Prestina en
las hipoacusias hereditarias.[3]

3. Prestina como amplificador coclear
Se trata de un principio general saber que la amplificación de las señales acústicas es una
característica común de los órganos auditivos de los vertebrados, esta se basa en un proceso de
amplificación local, mecánico por su alta sensibilidad y selectividad de frecuencia agudo [8]. Pero
más importante que esto es saber cuál es el motor de esta amplificación, gracias a estudios
recientes se ha podido demostrar que la prestina juega un papel importante en este sistema de
amplificación en la cóclea mamífera. Ya que la prestina influye en las propiedades de la partición
coclear que permite la transmisión de las vibraciones en la excitación neuronal[7].
En un reciente descubrimiento del Profesor Peter Dallos [7] ha demostrado que la prestina no
toma un papel tan importante en la amplificación coclear, ya que en el estudio que realizó
demostró con ratones KO, que la amplificación de la cóclea no cambia mucho al modificar las
funciones de la prestina, ya que este estudio muestra cómo las frecuencias auditivas de los
ratones KO disminuyen tan solo en un 25% a diferencia de la frecuencia de ratones sanos. Pero
por otro lado la Profesora Marcia Mellado [8] demuestra como la prestina si toma un papel
importante en la amplificación coclear, ya que revela la forma en que la prestina actúa de una
manera pasiva al ayudar a aumentar la rigidez efectiva de la partición coclear, y además que sin
prestina la rigidez pasiva de la cóclea a altas frecuencias es baja, aun así lo que diferencia a la
prestina de los otros motores biológicos es su proceso de voltaje directo, permitiendo que esta
proteína sea capaz de producir fuerzas a tasas superiores a 70 kHz [10]. Aunque la falta de esta
proteína motora no afecta la sensibilidad, si sensibiliza y/o amplia la curva de afinación. Por lo
tanto lo tanto la prestina es crucial para la sintonización de frecuencias cocleares agudas y
sensibles mediante la reducción de la sensibilidad de la frecuencia de la curva de sintonización
[9], lo cual demuestra que la prestina todavía no tiene una función primordial en la amplificación
coclear debido a que en los estudios realizados a la fecha no se ha demostrado en su totalidad
que la prestina trabaje en toda la cóclea sino que esta solo se limita a las membranas laterales
de las CCE.
Amplificación coclear
Es la designación dada a una serie de procesos que producen amplificación física de la onda
viajera a lo largo de la membrana basilar (dependiendo de la frecuencia del sonido). Esta
amplificación en mamíferos está relacionada a la no linealidad de la respuesta mecánica de la
membrana basilar. Este mecanismo mejora la selectividad por frecuencia y la sensibilidad del
sistema.
La amplificación coclear depende de un fenómeno con consumo de energía metabólica que se
produce a nivel de las CCE (células ciliadas externas). Parte del funcionamiento del amplificador
coclear radicaría en movimientos activos de los estereocilios de las CCE. Así, estas producen
impulsos hacia el nervio coclear, amplifican y afinan la señal auditiva, siendo fundamentales en el
proceso auditivo coclear [10].
La manutención de la notable organización y especialización estructural en la cóclea y vestíbulo
(ver fig.1a), incluyendo los estereocilios, presentes en las células ciliadas (ver fig.1b), son
esenciales para el proceso de audición y equilibrio.

4.
Fig 1. a. Esquema de la cóclea y sus partes: Ventana oval, estribo, helicotrema, rampa timpánica, rampa vestibular, conducto
auditivo. b. Esquema del órganos de corti y sus partes.
La mantención de la homeostasis iónica dentro de la cóclea, especialmente en el reciclaje del
potasio (K+), es de suma importancia para la traducción de señales Implicadas en el proceso de
audición. El K+ es transportado de regreso a la endolinfa de dos maneras: El reciclaje del K+
lateral involucra a las células de sostén del órgano de Corti (ver fig.1b), a los fibrocitos del
ligamento espiral y a la estría vascular; en cambio, el reciclaje del K+ medial pasa de las células
de sostén en dirección a las células interdentales. La red de canales en fibrocitos y células
epiteliales de soporte del oído permitirían a los iones de potasio, que ingresan a los estereocilios
durante la transducción mioeléctrica [11].
Amplificación coclear somática y Stereovillar
En el reconocimiento de que La amplificación es la frecuencia dependiente y que resulta en una
alta sensibilidad auditiva y un extendido rango dinámico, también se han propuestos dos
divisiones de la amplificación para explicar el mecanismo subyacente a la amplificador coclear.
La primera de estas hace referencia a la amplificación Stereovillar o Estereociliar donde el motor
Stereovillar puede hacer su trabajo en contra de una carga (retroalimentación) y con la velocidad
necesaria para producir amplificación no lineal. En segunda instancia está la motilidad somática,
posiblemente asociada a una gama de frecuencia extendida de audiencia. El objeto de los
autores fue suponer que ambos mecanismos están presentes en los mamíferos, además que la
amplificación somática domina y se presenta sólo en los mamíferos, ya que los órganos
sensoriales no mamíferos carecen de CCE y prestina. Aunque supusieron esto hace
aproximadamente ocho años, hoy a la luz de los estudios realizados sigue siendo objeto de
investigación. Desde que en 1948 surgió la idea por el médico Gold de un proceso activo en la
cóclea [12], esta ha sido centro de intensas investigaciones, en donde se hace énfasis en el
papel de los estereocilios contra la motilidad somática como mecanismo para el proceso activo;
los dos mecanismos discutidos siguen siendo el somático y estereociliar. Los investigadores
sugieren que la amplificación mecánica es accionada tanto por el somático y contribuciones de
estereocilios, esta propuesta ha tomado aún más fuerza desde que la idea de la cóclea ‘pasiva’
fue debilitada después del descubrimiento de las emisiones otoacústicas y mediciones precisas
de la vibración del órgano de corti (membrana basilar) en respuesta a un sonido puro, mostraron
que la concordancia en frecuencias se establece antes de la llegada del mensaje nervioso al
nervia auditivo [13].

5. Fig. 2 Esquema de la composición celular del ligamento espiral y la estría vascular que muestra el transporte activo (flechas
negras)y el transporte pasivo (flechas grises) de K+. RT: rampa timpánica; RV: rampa vestibular.
Aún hoy existe discrepancia en si realmente el mecanismo somático subyace de la amplificación
coclear pero se ha demostrado que no es así; estudios muestran una nueva evidencia o una
alternativa a la teoría imperante de que la motilidad somática es la base de la amplificador
coclear[14]. El estudio se enfocó en la motilidad de células ciliadas externas diferenciadas (OHC)
somática, pelo­bundle activo (HB) y una combinación de ambos, con el objetivo de comprender el
papel de estas dos fuentes activas en la cóclea de mamíferos. El método utilizado fue un modelo
matemático que se basa en una caja de cóclea de cerdo con una representación D3 del
fluido[15]. En los resultados muestran que la motilidad somática es necesario para la
amplificación coclear mientras que HB motilidad no lo es[14]. Esto es consistente con las
mediciones en ratones knockin­prestina [9], que también mostrar que la motilidad somática
basada en prestina es necesario para la función coclear normal[14]. Es importante resaltar que
se sugiere en este estudio que HB motilidad podría jugar un papel importante en la amplificación
coclear y el trabajo en sinergia con la motilidad somática para proporcionar una ganancia
membrana basilar (BM) superior, también que aunque estos estudios permiten dar un paso
enorme en el respaldo de esta teoría no es concluyente, por lo tanto es un estímulo para nuevas
investigaciones.
CONCLUSIONES:
­ Cabe resaltar la importancia de la membrana basilar en el mejoramiento de la diferenciación del
sonido según su frecuencia (sonidos graves en la base y agudos hacia la helicotrema).
­ La flexibilidad de la ventana redonda hace posible el desplazamiento de la perilinfa como onda a
causa de la vibración del estribo que incide en la ventana oval, de modo que pase por las
escalas (vestibular y timpánica) y llegue a estimular a las membranas (de reissner y basilar). En
pocas palabras, que se complete el proceso de audición.
­El cambio conformacional de las Celulas Ciliales Externas es controlado principalmente por
voltaje, y este se da por la retención o translocación de aniones cloruro por parte de la Prestina,
ubicada en la membrana de dichas células.

6. ­ Aún no se ha determinado la función de la prestina con respecto a la amplificación coclear, pero
según los estudios realizados, se puede asociar el nivel de prestina al nivel de sensibilidad de
voltaje transducido.
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