Kohleanýn Ýþitme Mekanizmasýndaki Yeri

OTOSKOP 2003; 2:78-82 DERLEME Kohleanýn Ýþitme Mekanizmasýndaki Yeri Doç.Dr. Nevma Atay MADANOÐLU ÖZET Kohlea'nýn iþitmedeki rolü halen araþtýrýlmaktadýr. Bilinen teorilere ek olarak, kohleada oluþan aktif, pasif mekanizma, kohlear mikrofonik ve "summating potansiyal," gibi aktiviteler iþitmenin alýgýlanmasýndaki ilk durak olan iç kulaðýn iþlerliðine açýklýk getirecek olan buluþlardýr. Son zamanlarda nörotransmitterlerin rolü üzerinde de durulmaktadýr. Kohleadaki bu geliþmeleri toparladýk. Anahtar Kelimeler Kohlea Ýþitme mekanizmasý Key Words Cochlea Hearing mechanism Marmara Üniversitesi Týp Fakültesi Odyoloji Bilim Dalý, ÝSTANBUL The Function of the Cochlea on Hearing Mechanism The function of the cochlea has been studying for years. The active ar passive mechanisms of the cochlea, cochlear microfonics, and summating patentials are all representing the activityof the cochlea on perception of the sound as a first center of the hearing pathway. Recently, some neurotransmitters were investigated in responsible of hearing. In this article, the last findings were rewieved. GÝRÝÞ Ýç Kulaðýn Ýþitme Mekanizmasýndaki Yeri Ses uyaranlarýnýn algýlanmasý dýþ kulaktan baþlayarak, orta kulak, kohlea, 8. sinir ve korteks'e kadar uzanan anatomik oluþumlarýn senkronize hareketi ile gerçekleþir. Dýþ ve orta kulak, iþitmede daha çok mekanik bir rol oynar. Oval pencereden kohlea'ya geçen titreþimler, kohleanýn içindeki sývýyý hareket ettirir. Kohlea, 2.5 kývrýmlýk bir salyangoz þeklinde olup, içi sývý dolu, içe kývrýk 3 tüpten oluþur. Oval pencerenin arkasýnda yer alan skala vestibüli, Reisner zarý ile skala media'dan ayrýlýr. Bazilar membran (BM) ile ayrýlan skala timpani ile skala media arasýnda helikotrama bulunur. Skala media'nýn içinde endolenf bulunurken, skala timpanide perilenf vardýr. Bazilar membran'ýn üzerinde ise Korti organý yer alýr. Korti organýndaki elektromekanik hassas hücrelere tüy hücresi adý verilir ki bu tüy hücreleri ses titreþimlerini sinir impulslarýna çeviren reseptif uç-organ olarak önem taþýr. Oval pencerenin orta kulak yüzünde yer alan stapes'in footplate'i anular ligament ile gevþekçe oval pencere üzerine lokalizedir. Footplate'in oval pencereye doðru her hareketi skala vestibüli'deki sývýyý harekete geçirir ve zincirleme olarak skala vestibüli'deki hareket skala media'- daki endolenf'i etkiler ve bazilar membran'ýn hareketi ile skala timpani'deki perilenf etkilenir ve orta kulaða doðru yuvarlak pencere membran'ýný içeri dýþarý hareket ettirir. 1,2 Ýnsanda 20-20.000 Hz arasý frekanslarýn duyul- 78 Makalenin geliþ tarihi: 02.08.2003 Yayýna kabul tarihi: 03.01.2003

KOHLEANIN ÝÞÝTME MEKANÝZMASINDAKÝ YERÝ masýný saðlayan duyu reseptörlerini içeren Korti organý, bazilar membran üzerinde lokalizedir. Alçak frekanslarýn algýlandýðý bölge apex'te yer alýrken, oval pencereye yakýn basal kýsýmda yüksek frekanslarýn algýlandýðý saptanmýþtýr. Frekanslarýn bu tonotopik yerleþimi kortex'e kadar ayný düzende gider. Bazilar membranýn titreþimi Korti organýndaki duyu reseptörleri (tüy hücreleri) tarafýndan sinir impulslarýna çevrilir. Bir sýra halinde olan iç tüy hücreleri (ITH) 3500 hücreden oluþur. Dýþ tüy hücreleri (DTH) ise 3-4 sýradan oluþur, sayýlarý 15.000 kadardýr. Tüy hücreleri bazaldan ve yan taraflarýndan kohlear sinir uzantýlarý ile sinaps yaparlar. Bu hücrelerden gelen afferent lifler modiolus'taki spiral ganglion'a gider. Spiral ganglion, aksonlarýn 8. sinire ulaþarak üst medulla seviyesinde santral sisteme iletilmesini saðlar. 3,4 Ýnsanlarda afferent lifler doðrudan iç tüy hücrelerinde sonlanýr (%95). Her iç saç hücresine 20 civarýnda lif gelir. Afferent liflerin sadece %5-10'u çok sayýdaki dýþ tüy hücrelerini innerve eder. DTH'lerine Tip II afferent lifler sinaps yapar. ITH ve DTH'lerin sinir inervasyonlarý tamamen farklýdýr. Afferent lifler gelen ses sinyallerini korteks'e iletir. 4 Efferent lifler beyin sapýnda superior olivary kompleks'ten çýkar, perifere doðru giderek ÝTH ve DTH'de sonlanýr. Fakat efferent lifler ÝSH'ler ile doðrudan birleþmez, tüy hücrelerinin altýndaki afferent liflerin dendritlerinde sonlanýr. DTH'lerinde ise, bazal kýsýmda her hücrede 6-8 efferent lif sonlanýrken, apeks'te bu sayý çok daha azdýr. Efferent liflerin fonksiyonu kohleanýn aktivitesini kontrol etmektir. 4,5 Reseptör hücrelerin faaliyetleri oldukça karýþýktýr. Korti organý genel olarak bazilar membran'ýn üzerindeki saç hücreleri, rod arký, pillar hücreleri (PH), Deiter hücreleri (DH), Hensen (destek) hücreleri ve farengeal hücrelerden oluþur. Tüy hücrelerinin üstlerindeki silia denen tüyler, jelatinöz ve fibröz bir kapak gibi olan tektoriel membran'ýn (TM) alt yüzeyine uzanýr. Tektoriel membran'ýn bir ucundan sabitleþtirildiðini varsayarsak, bazilar membran'ýn her aþaðý yukarý hareketinde tektorial membranda da ayný hareket görülür. Tektorial membran'ýn her hareketi silialarýn aþaðý-yana doðru bükülmesine neden olur. Böylece silialarýn altýndaki saç hücrelerinin ses iletim mekanizmasý (mekano-elektrik faaliyet) baþlar. Saç hücrelerinden akson liflerine impuls iletilmesi elektriksel ve kimyasal faktörlerin etkisi ile olur. 6,7 Pillar hücrelerinin oluþturduðu Korti tünelinin saðýnda DTH, sol tarafýnda ÝTH bulunmaktadýr. TM endolenfin içinde yüzen tüy hücrelerinin stereosilia'larýný örter. ÝTH'lerinin stereosilialarý TM'ye deðmezken, DTH'lerin en uzun stereosiliasý TM'deki 'Kimura membran'a gömülüdür. ITH destek hücrelerle çevrilmiþken, DTH'ler Deiter hücrelerinin içinde yer alýr. Deiter hücresinin görevi BM ile DTH hareketi arasýndaki vizkozite ve elastiki dengelenmeyi kurmaktýr. Deiter hücrelerinin yan duvarý Kortilenf ile iliþkilidir ve kortilenf perilenf ile ayný yapýsal özelliktedir. Korti tünelinde ve NÜEL boþluðunda kortilenf vardýr. Retiküler laminayý tüy hücrelerinin kutiküler tabakasý ile pilar hücrelerinin baþ kýsmý, Deiter hücresinin farangeal prosesi ve destek hücrelerinin apikal membranlarý oluþturur. 8,9 BM ve TM apekse doðru incelirler, fakat BM apekse doðru yoðunlaþýr. 8. sinir lifleri de BM arasýndan korti organýna ulaþýr. TM boyunca alt yüzeyindeki Hensen þeridinin ÝTH sterosilialarýný harekete geçirdiði düþünülmektedir. DTH uzunluðu insanlarda bazal bölgede daha kýsa iken apekse doðru uzar. DTH'lerin çevresindeki Deiter hücreleri bazaldan apikale doðru tüy hücrelerine daha gevþek destek verirler. 10,11 DTH'lerin sterosilialarý uzundan kýsaya doðru sýralanýr. Uzun olan modiolus yönündedir ve birbirleri ile arklarla baðlýdýrlar. Böylece uzun silia hareket edince kýsa silialarda tüy hücrelerinin yüzeyinden dýþa doðru çekilir. Bu hareket 200-300 kadar pozitif yüklü iyon kanalýný açarak mekanik iletim i saðlar. Açýlan mekanik kanallardan giren potasyum (K) iyonlarý tüy hücresinin membranýnýn depolarizasyonuna neden olur. Ýyon kanallar hücre zarýnda bulunan protein yapýlardýr. Hücre zarý genellikle lipit yapýya sahiptir ve hücre içi-dýþý arasýnda kimyasal ve elektriksel bariyer olarak görev yaparlar. Böylece K hücre içinde Na ise hücre dýþýnda daha konsantredir. Ýyon kanallarýndaki delikler iyonik akýmlarýn zardan geçmesini 79

MADANOÐLU NA. Skala vestibuli Perilemf Reisner zarý Stria vaskularis Endolemf Skala media Spiral ligament Korti organý Perilemf Skala timpani RESÝM 1. Kohleanýn içindeki yapýlarý gösteren kesiti (Jahn AF, Santos- Sacchi J (Eds.): Physiology of the Ear, 1988, s-342). ITH TM PH RL DH BM RESÝM 2. Korti organýnýn anatomik yapýsý (Neely S.T. 1993). saðlar. Dýþarýdan verilen uyarýlar iyon kanallarýndaki akýmý koordine eder. 9,12,13 TG DTH DTH'lerin dinlenme (resting) potansiyeli yaklaþýk - 70 mv iken ITH'lerininki - 40 mv'dur. Bu tüy hücrelerinin içi ve endolenfin üst yüzeyi arasýnda 140-150 mv gibi yüksek bir potansiyel farký vardýr. Bu yüksek elektrik potansiyeli silia uçlarýndaki hücrelerin en hafif seslere karþý hassasiyetini arttýrýr ki bu olaya ''endokohlear potansiyel'' denir. Diðer bir deyimle striavaskülaris'teki perilenften pozitif potasyum iyonlarýnýn skala mediaya geçmesi bu mekanizmaya neden olur. Bu potansiyel farklýlýk endolenften kaynaklanan pozitif potasyum iyonlarýnýn sürekli bir biçimde saçlý hücrelerin üst yüzeyindeki iyon kanallarýna akýþýný saðlar. 14 DTH'nin reseptör mekanizmasýnda rolü olan nörotransmitterler: ATP: ATP reseptör aktivasyonu ÝTH, Deiter ve Hensen hücrelerinin içindeki kalsiyum seviyesini arttýrarak, ITH ve Deiter hücrelerinin depolarizasyonuna neden olur. Ayný zamanda DTH'de de membran potansiyelini etkiler. Stria vaskulariste üretilir. Glutamat: Affarent sinir uyaran bir ITH nörotransmitter'dýr. Acetylcohine (Ach): Efferent nörotransmitterdir. Ach hücre içi kalsiyum konsantrasyonunu arttýrarak K akýmýný tetikler. Efferent sinir aksonundan gelip, DTH ve ITH ile sinaps yapan afferent sinir aktivitesini inhibe eder. Dopamin: Ach ile ayný fonksiyondadýr. 80

KOHLEANIN ÝÞÝTME MEKANÝZMASINDAKÝ YERÝ NO: Kohlea'daki hücrelerin dayanýklýlýðýný saðlar. 15,16 Dallos ve arkadaþlarý "aktive process," de Prestin DTH deki motiliteyi yönlendiren protein olduðu görüþünü öne sürmekteler. DTH'lerinin boylarýnýn kýsalýp, uzamasýnada bu proteinin neden olduðu, Presteinin ÝTH lerinde bulunmadýðý savunulmaktadýr. 17 DTH ve ITH'nin uyaran karþýsýndaki reseptör potansiyeli, depolarizasyon ve hiperpolarizasyonda farklý amplitütlerde seyreder. Bazilar lifler skala vestibüliye doðru hareket ettiðinde depolarizasyon, aksi yöne hareket ettiðinde hiperpolarizasyon oluþarak dalgalý reseptör potansiyeline (alternating current) neden olur, böylece sinir lifleri uyarýlýr. Dalgalý akým uyarýcý frekans ile aynýdýr. Doðru akým ise uyarýlmýþ potansiyelleri oluþturur ki uyarým süresi ile negatif yönde geliþir ve toplam potansiyeldir (summating potential). Dalgalý akým ise kohlear mikrofoniði (CM) oluþturur. Þöyle ki; kohlear ductus boyunca bazilar membranýn maksimum titreþimi, spesifik frekans karþýsýnda CM oluþturur. Belli bir frekansta ses uyaranýnýn þiddeti ile CM amplitudu arasýnda pozitif lineer bir iliþki vardýr. Sinizoid uyaran veya silianýn direkt uyarýmýnda potansiyel asimetri gösterip 'doðru akým' oluþturur. Hücre membranýnýn elektrik özellikleri doðru akým potansiyelini etkilemez, o nedenle yüksek frekanslý uyaranlarda ateþleyici (excitatory) potansiyel üretilebilir. ITH'lerinde silia hareketinin neden olduðu K kanallarýnýn açýlmasý ve depolarizasyon sonucunda, glutamat salgýlanarak, ses uyaranlarý, hücreleri innerve eden sinir liflerine elektriki impuls olarak geçer (aksiyon potansiyaller). Bazilar membranýn hareket hýzý DTH'lerinin fonksiyonuna baðlý olarak deðiþir. Fakat 90 db'den daha þiddetli uyaranlarda DTH'nýn BM üzerindeki etkisi tartýþýlmaktadýr. Bazilar membranýn bazal bölgesi yüksek frekanslý seslere hassasken, apeks alçak frekanslý uyaranlarýn algýlanmasýný saðlar. 18 BM'nin bazali ile apeksi arasýndaki geniþlik ve sertlik farklýlýðý, sývý basýncýnda da deðiþikliðe neden olur. Bu nedenle yüksek frekans enerji absorbsiyonu bazaldan apekse doðru azalýr. Yüksek frekanslý uyaranlar bazal'da en fazla amplitütlü sývý hareketine neden olurlar. Spesifik frekans uyaranýnýn BM üzerindeki karakteristik frekans bölgesinden sonra, titreþim sönmeye baþlar, bu harekete damped osilasyon denir. BM'nin kendine has yapýsýndan dolayý farklý uyaranlara karþý farklý lokalizasyonlarda maksimum titreþim oluþur. Yüksek frekanslý uyaranlar bazal bölgede en büyük hareket amplitüne ulaþýr ve hemen sonra BM'de hareket sönmeye baþlar. BM yapýsýna baðlý olarak uyarým frekanslarýna göre farklý kýsýmlarda hareketlenme görülür. Ses dalgalarýnýn kohlear kanaldaki endolenf'de vibrasyona neden olmasý, BM'de bazaldan apekse doðru bir dalga örüntüsü meydana getirir. Bu olaya Bekesy'in 'hareket eden dalga' teorisi denir ve iþitmenin temelini oluþturur. Dalga bazaldan apekse doðru ilerlerken bir noktada en büyük amplitüde ulaþýr, sonra kaybolur. 200 Hz kadar ses dalgalarýnýn ayýrýmý Helmholtz'un yer teorisi ile açýklanýr. Yer teorisinde; bazilar membran üzerinde yer alan Korti organýndaki sinir liflerinin maksimum uyarýlmasý ile frekans ayýrýmý yapýlýr. 10,18 Rutherford ve Boring'in 'frequency' teorisinde perde algýlamasý 8. sinirde oluþan impuls sayýsý ile açýklanýr. Her sinir lifinin saniyede 1000'den fazla ateþlenemediði düþünülürse, daha yüksek frekans algýlanmasý için birden fazla sinir lifinin senkronize ateþlenmesi gerekir. Wever'in Volley teorisi ise 'yer' ve 'frequency' teorilerinin sentezidir. 18 Kohlea ile serebral korteks arasýndaki iþitme yollarýnn yani sinir liflerinin özel bir organizasyonu mevcuttur. Ses frekanslarý belirli nöronlarý uyarýr. Dýþ tüy hücreleri; sadece düþük þiddetteki uyarýcýlarýn duyulmasýný saðlamaz, ayný zamanda mekano-elektriksel uyaran ve geridönüþüm (feedback) elamaný olarak, iç tüy hücrelerini, uyaranlarý ayýrtetmesini saðlayacak þekilde modifiye eder. Dýþ tüy hücreleri, iç tüy hücrelerinin sinir liflerine elektriki uyaranlarý geçirmesinde etkili olur. 19 Dýþ tüy hücrelerin hýzlý motilitesi uyarýcý tonlarýn ayýrt edilmesinde ve konuþmayý anlamada (kohlear mekanik) önem taþýr. 81

MADANOÐLU NA. Bu hücrelerin aþýrý motiliteleri, ATP veya kalsiyum iyonundan çok, membran potansiyeline baðlýdýr. 20 Yazýþma Adresi: Doç.Dr. Nevra ATAY MADANOÐLU Marmara Üniversitesi Odyoloji Bilim Dalý ÝSTANBUL 1. Santos-Sacchi J. Cochlear Physiology, John AF, Santos- Sacchi J (ed), Physiology of the Ear, Raven Press, New York, 1998, pp 271-92. 2. Salt AN. Inner Ear Anatomy, Cochlear Fluids Lab., Washington Uni., http: //oto.wustl.edu/cochlea/intro.l.htm 3. Guyton AC. Textbook of Medical Physiology, W.B. Saunders Company, Philadelphia, 1991, pp 570-8. 4. "Ear, Human", Encyclopedia Britannica, http://www.britannica.com/bcom/eb/article/printable/8/0,5722,117508,00.h tml. 1999-2000 Britannica, Inc. 5. Nadol JB, Burgess BJ. Supranuclear Efferent Synapses on Outer Hair Cells and Deiters' Cells in the Human Organ of Corti, Hearing Research 81(1994)49-56 Pujol R, Lenoir M, "The Four Types of Synapses in the Organ of Corti", Altschular. 6. Brownell WE. Outer Hair Cell Electromotility and Otoacoustic Emissions, Berkin CI (ed), Hair Cells and Hearing Aids, Singular Publishing Groups, Inc., San Diago California, pp 3-27. 7. Introduction to Cochlear Micromechanics, http://umech.mit.edu/hearing/intro/intro.html 8. Nuttal AL. Physiology of Haircells, Hoffman DW, Altschuler RA, Bobbin RP (ed), Raven Press, New York, 1986, pp 47-76. 9. Mountain DC. Electromechanical Properties of Hair Cells, Altschuler RA, Bobbin RP, Hoffman DW, Raven Press, New York, pp 77-90. 10. Dancer A. Experimental Look at Cochlear Mechanics, Audiology, 1992(31)301-12. 11. Dghalai JS. Hearing and Hair Cells, Depart. Of Otolaryngology and Communicative S Sciences, Baylor College of Medicine, Houston,TX, Joghalai ebcm.tmc.edu KAYNAKLAR 12. Bobbin RP. Chemical receptors on Outer Hair Cells and Their Molecular Mechanics, Berlin CI (ed), Hair Cells and Hearing Aids, Singular Publishing Group, Inc., San Diago California, pp 29-55. 13. Godfrey DA, Wiet GJ, Ross CD. Quantitative Histochemistry of the Cochlea, Altschuler RA, Hoffman DW, Bobbin RP (ed), Neurobiology of Hearing: The Cochlea, Raven Press, New York, 1986, pp 149-60. 14. The Endocochlear Potential, http://oto.wust/.edu/cochlea/ep.htm 15. Fischer AS, Egg G, Kong WJ et al. Immunocytochemical Detection of Choline Acetyltransferase in the Human Organ of Corti, Hearing Research 78(1994) 149-57. 16. Knipper M, Zimmermann U, Köpschall I, et al. Immunological Identification of Candidate Proteins Involved in Regulating Active Shape Changes of Outer Hair Cells, Hearing Research 86/1,2(1995) 100-10. 17. Withnell RH, Shaffer LA, Lilly DJ. What Drives Mechanical Amplification in the Mammalian Cochlea, Ear and Hearing, Vol.23, No.1, 2002, pp 49-57. 18. Henry KR. Detuning of Cochlear Action Potential Tunning Curves at High Sound Pressure Levels: Influence of Temporal Spectral and Intensity Variables, Audiology, 1989, 28(19)19-36. 19. Newby HA. Audiology, Appleton Century Crafts, 1964, Meredith Publishing Company, pp 29-30. 20. Allen JB. Cochlear Signal Processing, Jahn A, Santos- Sacchi J (ed), Physiology of the Ear, Raven Press, New York, 1988, pp 243-70. 21. Neely ST. Cochlear Mechanics and OHC Motility, J Acoust Soc Am, Vol 94, No=1, pp 134-40. 82