Anatomia do ouvido humano – Parte 2

Crédito: Brüel & Kjær

Nesse segundo post, Matthias Scholz, PhD, trata do processo de transformar as vibrações mecânicas do som em sinais neurológicos.

E foca na cóclea e o seu funcionamento com as células ciliadas internas e externas que controlam a sensibilidade da nossa audição.

O funcionamento da cóclea

No primeiro post usamos uma descrição simplificada do interior da cóclea.

De maneira similar, a Figura 1 abaixo descreve a interação entre a membrana basilar e os fluidos no duto coclear.  A cóclea é o ultimo estágio do ouvido interno e possui dois compartimentos denominados escala vestibular e escala timpânica.

As escalas vestibular e timpânica se conectam no ápice da membrana basilar e formam um duto longo conforme a figura abaixo. Porém esta é uma descrição simplificada da cóclea, comumente usada para focar na interação entre o fluido e o movimento da membrana basilar.

Figura 1 – Crédito: Brüel & Kjær

Um olhar mais detalhado da secção da cóclea na Figura 2 revela um terceiro duto cheio de fluido denominada escala média correndo em paralelo com os outros dois.

Podemos ver que a escala vestibular não está em contato direto com a membrana basilar. Na verdade se encontra separada da escala media pela membrana de Reissner.

Figura 2 – Crédito: Brüel & Kjær
Membrana basilar

De maneira análoga, a membrana basilar separa a escala média da escala timpânica. O fluido nas escalas vestibular e timpânica é denominado perilinfa enquanto que o fluido na escala media é denominada endolinfa.

A separação entre esses fluidos mantém uma alta concentração de íons de potássio (K+) na endolinfa.

Esta descrição é baseada no entendimento atual do processo de transdução.

Devido as dificuldades em se estudar o funcionamento interna de uma cóclea viva, e o fato de que mecanismos vitais cessam de funcionar em tecidos mortos, ainda há muita incerteza e as pesquisas continuam.

Uma célula ciliada interna a) com o ouvido em repouso, b) com cílios deslocados devido ao movimento do fluido e da membrana basilar c) após a entrada de íons de potássio (K+) e com a entrada de íons de calico (Ca++) dispara  um impulso nervoso. Após esse disparo o excesso de íons é removido da célula ciliada (flechas pontiliadas) e retorna a célula para o seu estado padrão.

O Orgão de Corti

No topo da membrana basilar existe uma estrutura complexa denominada orgão de Corti. Este é o próprio organismo de transdução que converte movimento em pulsos eletromecânicos que por sua vez são enviados ao cérebro pelas fibras do nervo auditivo.

A camada superior do orgão contém milhares de céluas ciliadas que penetram na endolinfa.

As células ciliadas externas e internas se diferenciam no desenho abaixo:

Figura 3 – Crédito: Brüel & Kjær
Células ciliadas internas

As células ciliadas internas convertem o movimento mecânico em sinais neurológicos (figura 3). Pense nelas como pequenas chaves liga/desliga. Quando fechadas, as endolinfas K+ são bloqueadas de entrar nas células.

O movimento da membrana basilar e da endolfina deflete as células ciliadas uma em relação as outras de maneira que as pontas abrem os canais de íons, causando um influxo de K+.

Essa mudança na concentração abre um outro canal que permite um influxo de íons de cálcio Ca++ que por sua vez dispara o pulso que é enviado ao sistema nervoso central.

Os íons são rapidamente removidos das células para voltar ao estado original de concentrações baixas de K+ e Ca++ no interior das células ciladas.

No primeiro artigo mostramos que cada secção da membrana basilar reage mais intensamente a uma dada frequência (Figura 1). Além do mais, cada secção está associada a um conjunto específico de fibras do nervo auditivo, e o sistema nervosa central identifica a frequência dependendo na fibra que está conduzindo o impulso.

A princípio um simples pulso seria suficiente para reproduzir uma frequência,  e na verdade não haverá um pulso para cada ciclo da onda (Figura 4). Ao invés disso, o número de impulsos disparados por segundo depende da intensidade do som; quanto mais intenso for o som, mais pulsos são disparados.

Como descrito pela Figura 4, os impulsos estarão sincronizados com a informação de fase nas ondas sonoras. Essa sincronização de fase é mais precisa em baixas frequências e se torna menos precisa em altas frequências. Isso permite ao sistema auditivo comparer a temporização entre os ouvidos direito e esquerdo. Vide o artigo Audição em 3D.

Devido ao formato da cabeça e a distância entre as orelhas, os sinais vindos de uma direção são registrados com uma pequena antecedencia por um dos ouvidos.

Além de comparar o tempo de chegada de surtos de sinais, o sistema auditivo tem uma indicação direcional para os sons contínuos.

Figura 4 – Crédito: Brüel & Kjær
Células ciliadas externas

As células ciliadas externas não participam da transdução mas são utilizadas para aumentar a sensibilidade.

As paredes dessas células contém uma proteina denominada prestina que aumenta de tamanho quando se une a um ânion, nesse caso, ânions de cloretos (Cl-). Quando o movimento da célula leva a um influxo de K+, o Cl- é retirado das moléculas da pristina, fazendo elas diminuir de tamanho (Figura 5). Quando a concentração de K+ é reduzida outra vez, os ânions se reconectam, e as moléculas retornam ao seu estado expandido.

Como resultado, a célula inteira irá se contrair ou expandir, aumentando a amplitude das vibrações da membrana basilar. O tempo entre dois pulsos sucessivos é para um ciclo completo de onda (ou múltiplos desse) em um tom, de modo que os impulsos são sempre disparados na mesma fase de um ciclo de onda, aqui pouco depois do início.

Figura 5 – Operação da célula ciliada externa com a) baixa concentração de íons de potássio (K+) dentro da célula, com ânions de cloreto (Cl-) presos as moleculas de prestina b) após forte influxo de K+, que arrancam os Cl- das moleculas de prestina. Crédito: Brüel & Kjær
Sensibilidade e danos auditivos

O processo de eletromotilidade é chave na detecção de sons de baixa intensidade. Pesquisas demonstram que sem a contribuição das células ciliadas do ouvido externo perderíamos entre 20 e 40 dB de sensibilidade.

Os sons de baixa intensidade de folhas e pássaros em uma floresta, uma biblioteca ou uma sala de estar seriam inaudíveis ou muito difíceis de detectar sem esse mecanismo. Então porque gastar esse texto todo descrevendo processos eletroquímicos ?

Queremos mostrar que o ouvido interno é um aparelho frágil que requer cuidados. No nascimento, o ouvido humano possui aproximadamente 3.500 células ciliadas internas e 12.000 externas. Infelizmente elas não podem ser regeneradas e a sua destruição leva a perda permanente de audição. Enquanto a idade e as doenças podem ser fatores, uma causa dominante da perda auditiva (e uma que pode ser grandemente evitada) está na exposição excessiva a ruidos.

Proteção auditiva

A moral da história é simples: proteja seus ouvidos de estampidos altos e de ruídos excessivos no trabalho e no seu tempo livre também.

Artigo publicado originalmente em https://www.bksv.com/pt-BR/Knowledge-center/blog/articles/sound/cochlea-function.

Publicado por Alexandre Algranti

Estudou engenharia, marketing e finanças mas quer mesmo ser jornalista. Continua na busca do fone de ouvido perfeito mas espera jamais encontrar.