Podcasts about haarzellen

Otoakustische Emissionen (OAE) werden von den Äußeren Haarzellen im Corti-Organ im Rahmen der aktiven Verstärkerfunktion der Cochlea generiert. Die Messung von OAE ermöglicht somit die Beurteilung der cochleären Funktion mittels einer einfach durchzuführenden, zuverlässigen und nicht-invasiven Technik. Durch die Lage der Cochlea im Felsenbein sind die nicht-invasiven diagnostischen Möglichkeiten ansonsten deutlich eingeschränkt. Dementsprechend unklar ist bis heute die Pathophysiologie zahlreicher Innenohrschwerhörigkeiten. Könnten einzelne charakteristische Veränderungen der OAE jeweils verschiedenen pathophysiologischen Vorgängen in der Cochlea zugeordnet werden, brächte dies umfangreiche Möglichkeiten in Erforschung und Diagnostik von Innenohrschwerhörigkeiten. Eine cochleäre Ischämie mit folgender Hypoxie wird bei vielen Hörstörungen diskutiert. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung eines Tiermodells, an dem die Veränderung der Pegel von Distorsionsprodukten Otoakustischer Emissionen (DPOAE) durch verschiedene Einflussfaktoren frequenz-spezifisch und im Zeitverlauf untersucht werden können. Insbesondere sollten die Veränderungen durch Hypoxie detailliert charakterisiert werden. Mit dem etablierten Tiermodell konnten störungsfreie DPOAE-Messungen unter stabilen Rahmenbedingungen erreicht werden. Durch kontinuierliches Monitoring mittels invasiver Blutdruckmessung und pulsoxymetrischer Bestimmung der Sauerstoffsättigung konnten kontrollierte Bedingungen zur Reduktion etwaiger Verzerrungseffekte geschaffen werden. Die Genauigkeit der Pulsoxymetrie wurde mittels Blutgasanalyse validiert. Erstmalig beschrieben werden konnte eine ausgeprägte Destabilisierung der DPOAE-Pegel unter Hypoxie. Eine bereits von mehreren Autoren berichtete Pegelabnahme konnte zudem erstmals mit dem Grad der Hypoxie korreliert werden, welcher mittels kontinuierlichem Monitoring der Sauerstoffsättigung im Blut erhoben wurde. Ein ebenfalls vorbeschriebener erneuter Abfall der DPOAE-Pegel nach Reoxygenierung wurde reproduziert. Dieser dürfte am ehesten durch osmotische Prozesse mit Ausbildung eines endolymphatischen Hydrops bedingt sein. Darüber hinaus wurde im Zusammenhang mit der Hypoxie ein vorübergehender Pegelanstieg auf Werte über den prähypoxischen Mittelwert beobachtet. Dieser wird, 44 analog zu ähnlichen Beobachtungen nach Exposition mit Tönen tiefer Frequenz, durch Verschiebung des „operating points“ der Äußeren Haarzellen erklärt. Bei suboptimaler Ausgangsposition befinden diese sich durch die Verschiebung vorübergehend in optimaler Position, was sich in einem Pegelanstieg bemerkbar macht. Die beobachtete markante Pegelinstabilität ist zwar unseres Wissens bislang für keinen der möglichen Einflussfaktoren beschrieben worden, zur Klärung ob diese tatsächlich Hypoxie-spezifisch ist bedarf es jedoch weiterer Studien. Da deutliche Unterschiede zwischen den einzelnen Frequenzen auffielen, sollten weitere Studien stets ein breites Frequenzspektrum berücksichtigen. Besonders auffallend war ein zu den Veränderungen bei 4, 8 und 16 kHz differentes Muster bei 2 kHz und insbesondere bei 12 kHz. Zusammen mit der einfach erhebbaren Pegelinstabilität könnte eine Analyse der einzelnen Frequenzen einem etwaigen Messmodell zur Erfassung einer cochleären Hypoxie zusätzliche Sicherheit bieten. Ließe sich dadurch tatsächlich eine cochleäre Hypoxie nachweisen, könnte das von großer Bedeutung für das Verständnis von Innenohrschwerhörigkeiten sein und als Bestandteil der audiologischen Diagnostik eventuell bei Therapieentscheidungen helfen.

Gerade in der heutigen Kommunikationsgesellschaft führen Hörstörungen häufig zu einem Verlust der Arbeitsfähigkeit und Lebensqualität. Nicht selten enden sie in einer sozialen Isolation der Patienten. Bisher sind kausale Therapiemaßnahmen zur Behandlung einer Innenohrschwerhörigkeit nur in begrenztem Umfang möglich. Die wichtigste Therapieoption besteht darin, den Patienten mit einem Hörgerät zu versorgen. Nach einer Mitteilung der Bundesinnung der Hörgeräteakustiker wird die Zahl der ca. 2,5 Millionen in Deutschland lebenden Hörgeräteträger aufgrund der demographischen Entwicklung weiter zunehmen. Der Prävention und Behandlung von Innenohrerkrankungen kommt somit aus sozioökonomischer, aber auch aus klinischer Sicht eine große Bedeutung zu. Deshalb ist eine intensive Erforschung der Pathophysiologie von Innenohrstörungen notwendig. Pathogenetisch spielen neben Ursachen wie Hypoxie, Lärm und Hypertonie auch metabolische Erkrankungen wie eine Hypercholesterinämie eine auslösende Rolle. Erste Hinweise auf die schädigende Wirkung von Cholesterin auf das Innenohr ergab bereits im Jahr 1962 eine Untersuchung von Samuel Rosen, welcher die Prevalenz der Presbyakusis bei dem sudanesischen Stamm der Mabaan mit einer Kontrollgruppe aus den USA verglich. Das verminderte Auftreten der Altersschwerhörigkeit bei den Mabaan führte er unter anderem auf eine cholesterinarme Ernährung zurück. Zahlreiche epidemiologische, klinische und experimentelle Studien bestätigen diesen Zusammenhang und weisen unter anderem auch auf eine direkte schädigende Wirkung von Cholesterin auf die Funktion der äußeren Haarzellen hin. Die äußeren Haarzellen sind in der Lage, durch Längenänderungen Schallsignale zu verstärken und die Sensitivität des Corti-Organs zu erhöhen. Dieser Vorgang wird aufgrund seiner Abhängigkeit vom Membranpotenzial auch Elektromotilität genannt. Er wird durch Konformationsänderungen des Motorproteins Prestin, welches in der Zellmembran der äußeren Haarzellen lokalisiert ist, ausgelöst. Bei einer Depolarisation kommt es zur Verkürzung, eine Hyperpolarisation führt zur Verlängerung der Zellen. Obwohl zahlreiche Studien vorliegen, ist die genaue Wirkungsweise von Cholesterin auf die äußeren Haarzellen noch weitgehend ungeklärt und Inhalt kontrovers geführter Diskussionen. Die zentrale Aufgabe dieser Arbeit bestand darin, den Einfluss von Cholesterin auf die Motilität von äußeren Haarzellen qualitativ und quantitativ zu untersuchen. Dazu wurden V. Zusammenfassung und Ausblick 65 die Längenänderungen von insgesamt 77 Zellen bei unterschiedlichen extrazellulären und intrazellulären Bedingungen gemessen. Die äußeren Haarzellen wurden aus der Cochlea von Meerschweinchen frei präpariert und mit der Patch-Clamp-Technik zu Änderungen der Zelllänge stimuliert. Zur Aufzeichnung dieser Bewegungen diente die Videomikroskopie auf Subpixelniveau, die eine Auflösung im Nanometerbereich aufweist. Die Zellen wurden in mehrere Versuchsreihen aufgeteilt. In einer Versuchsreihe wurden die Längenänderungen von 12 äußeren Haarzellen bei physiologischen intra- und extrazellulären Bedingungen gemessen. Diese Zellen dienten als Kontrollgruppe für die weiteren Experimente. Die Ergebnisse dieser Versuchsreihe konnten das Bewegungsmuster der Zellen, das in der Literatur beschrieben worden ist, bestätigen. Es zeigte sich ein asymmetrischer Verlauf der Bewegungen in Depolarisations- und Hyperpolarisationsrichtung mit einer maximalen Längenänderung von ca. 1,5 μm. Um den Einfluss von extrazellulärem Cholesterin auf die Motilität der äußeren Haarzellen zu quantifizieren, wurden die Zellen in Abhängigkeit von der Cholesterinkonzentration untersucht. Insgesamt wurden die Längenänderungen von 12 Zellen mit 0,1 mmol/l, von 10 Zellen mit 0,5 mmol/l, von 12 Zellen mit 1 mmol/l und von 7 Zellen mit 1,5 mmol/l Cholesterin gemessen. Das Versuchsergebnis ergab einen konzentrationsabhängigen Einfluss von Cholesterin auf die Elektromotilität von äußeren Haarzellen. Dieser Effekt war ab einer Cholesterinkonzentration von 1,0 mmol/l mit einem Motilitätsrückgang um 29 % bei der maximalen Verkürzung und um 9 % bei der maximalen Verlängerung signifikant. Gleichzeitig zeigte sich eine Verschiebung der Spannung Vpkc in die hyperpolarisierende Richtung. Vpkc entspricht der Spannung, bei der am effektivsten eine Bewegung der äußeren Haarzellen erzeugt wird. Die Verschiebung von Vpkc wurde in früheren Studien als Stellschraube für die Regulation der Elektromotilität gesehen. Mit diesen Ergebnissen konnte die vorliegende Studie nicht nur den seit Jahrzehnten diskutierten schädigenden Einfluss von Cholesterin auf die äußeren Haarzellen nachweisen, sondern auch Hinweise auf eine Regulationsfunktion von Cholesterin bei der Elektromotilität geben. Der Einfluss von Cholesterin auf die Elektromotilität beruht sowohl auf Wirkungen auf die passive Zellmembran, als auch auf das Motorprotein Prestin. Eine weitere Versuchsreihe sollte Hinweise liefern, ob der Einfluss von Cholesterin eher das Ergebnis von Auswirkungen auf die passiven Eigenschaften der Zellmembran darstellt oder mehr auf einem Effekt auf die Funktion des Motorproteins Prestin beruht. Dazu wurde bei 12 Zellen durch Reduktion der intrazellulären Chloridkonzentration die Prestinfunktion 66 V. Zusammenfassung und Ausblick auf die Hälfte verringert und extrazellulär 1 mmol/l wasserlösliches Cholesterin zugegeben. 12 Zellen mit halbmaximaler Prestinfunktion, bei denen die extrazelluläre Lösung kein Cholesterin enthielt, dienten als Vergleichsgruppe. Bei den mit einer Cholesterinkonzentration von 1 mmol/l behandelten Zellen mit halbmaximaler Prestinfunktion zeigte sich ein Motilitätsrückgang um 18 % bei der maximalen Verkürzung und um 5 % bei der maximalen Verlängerung im Vergleich zu den Zellen mit halbmaximaler Prestinfunktion ohne Cholesterinzugabe. Aus dem Vergleich dieser beiden Zellgruppen mit den Zellen, die nur mit 1,0 mmol/l Cholesterin behandelt wurden, konnte ermittelt werden, dass Cholesterin stärker auf das Motorprotein Prestin als auf die physikalischen Eigenschaften der Zellmembran wirkt. Die Ergebnisse dieser Arbeit unterstützen die in mehreren Studien diskutierte Vermutung, dass zwischen einer Hypercholesterinämie und Hörschädigungen ein Zusammenhang besteht. Sie ermöglichen ein besseres Verständnis der Wirkung von Cholesterin auf die Hörfunktion. Als präventive Maßnahme könnte neben der Vermeidung von Lärmbelastung auch die rechtzeitige Diagnose und Therapie einer Hypercholesterinämie sein. In Studien wurde ein therapeutischer Effekt einer Senkung des Cholesterinspiegels bei einem Hörsturz nachgewiesen. Diese klinischen Beobachtungen scheinen bei Betrachtung der Ergebnisse dieser Arbeit plausibel zu sein. Durch Senkung des Cholesterinspiegels besteht womöglich eine gute Chance, erstmals eine suffiziente Therapie des Hörsturzes zu entwickeln. Die genauen Mechanismen der Wirkung von Cholesterin auf die Zellmembran bzw. auf das Motorprotein Prestin sind jedoch noch weitgehend unbekannt. Die in dieser Arbeit beschriebenen Hinweise auf eine Regulationsfunktion von Cholesterin bei der Motilität von äußeren Haarzellen bieten durchaus neue Ansatzpunkte für weitere Untersuchungen auf diesem Forschungsgebiet. Durch das Verständnis grundlegender Pathomechanismen ergeben sich in Zukunft neue Möglichkeiten zur Prävention und Therapie von Erkrankungen des Innenohres wie Altersschwerhörigkeit, Hörsturz und Tinnitus. Angesichts der steigenden Anzahl betroffener Patienten und der überragenden Bedeutung des Gehörsinns für das soziale Zusammenleben sind Erkenntnisse auf diesem Gebiet von großer klinischer Bedeutung

Chinidin, ein Cinchona-Alkaloid, wird heutzutage vorwiegend als Antiarrhythmikum und zur Therapie bestimmter Formen der Malaria eingesetzt. Zu seinen vielfältigen unerwünschten Wirkungen gehören sowohl reversible als auch irreversible Störungen des Gleichgewichts und des Hörens. Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe zweier unterschiedlicher etablierter Methoden, der Patch-Clamp- und der Kranielle-Fenster-Technik, die Ursachen dieser Störungen zu untersuchen. Mittels Patch-Clamp-Ableitungen wurde an isolierten vestibulären Haarzellen der Ratte der Einfluss von Chinidin auf den dominierenden Kaliumstrom dieser Zellen untersucht. Die Ableitungen ergaben sowohl an Typ I als auch an Typ II Haarzellen eine konzentrationsabhängige, reversible Hemmung der Kaliumströme dieser Zellen durch Chinidin mit Dissoziationskonstanten zwischen 240 und 280 µM. Die Hemmung des dominierenden Kaliumstromes dieser Zellen führt zu einer verminderten Repolarisationsgeschwindigkeit des Membranpotenzials nach Depolarisation über den mechanoelektrischen Transduktionskanal. Dadurch werden von den Haarzellen vermehrt exzitatorische Transmitter freigesetzt, was zu einer vestibulären Tonusimbalance und vorrübergehendem Schwindel führen kann. So lassen sich die reversiblen Effekte von Chinin und Chinidin auf das vestibuläre System erklären. Die Kranielle-Fenster-Methode erlaubte es, die Auswirkungen von lokal auf piale Gefäße appliziertem Chinidin in vivo zu beobachten. In diesem zweiten Ansatz zeigte sich eine konzentrationssabhängige Konstriktion dieser Gefäße um bis zu 13,6% des Ausgangswertes, was nach dem Hagen-Poiseuilleschen Gesetz zu einer Erhöhung des Gefäßwiderstandes um bis zu 60% führt. Diese kann zu Minderperfusionen im Bereich empfindlicher Areale (bekannt sind z.B. A. labyrinthi, Retina) führen. Zusammen mit anderen durch Chinidin ausgelösten Effekten wie einer peripheren Vasodilatation und einer damit verbundenen Orthostase sowie einer darauf folgenden reflektorischen Erhöhung des Sympathikustonus kann dies vaskulär bedingte reversible, aber vor allem auch irreversible Störungen verursachen. Kritisch anzumerken ist, dass sich mit diesen Methoden nur zwei Aspekte der Wirkungen von Chinidin analysieren lassen und die Auswirkungen auf andere Zellen und Systeme zur Toxizität nicht analysiert wurden.