Микроскопические клетки уха играют ключевую роль в поддержании равновесия

Фото из открытых источников

Большинство из нас редко задумывается о крошечных датчиках во внутреннем ухе — до тех пор, пока внезапно не почувствует себя неустойчиво. Новые исследования показывают, что система равновесия работает на пределе своих возможностей, гораздо ближе к пределу, чем считали ученые ранее. Результаты исследования опубликованы в журнале eNeuro.

У мышей нормальное равновесие зависит от сохранения целостности примерно 80 процентов ключевой группы сенсорных клеток внутреннего уха.

Когда количество этих клеток сокращается примерно до половины от первоначального числа, равновесие не исчезает полностью, но оно падает до хрупкого уровня, где даже небольшое дополнительное повреждение может быстро привести к серьезной нестабильности.

Определив эту критическую точку, исследователи начинают понимать, почему частичное повреждение внутреннего уха может вызывать чрезмерно выраженные симптомы. Полученные результаты также позволяют предположить, как будущие методы лечения могут восстановить стабильность, воздействуя на наиболее важные клетки.

Внутри крошечных органов равновесия внутреннего уха эти сенсорные клетки образуют живой интерфейс между движением головы и чувством ориентации в пространстве, которое обеспечивает мозг.

Наблюдая за отдельными животными в течение длительного времени, Матье Беранек из Университета Париж-Сите задокументировал, как уменьшение количества одного из подтипов волосковых клеток напрямую коррелирует с ослаблением рефлексов равновесия.

Несмотря на первоначальные потери, показатели оставались стабильными, а затем резко снизились, когда количество оставшихся ячеек упало ниже критического уровня.

Это неравномерное падение свидетельствует о системе, построенной с ограниченной избыточностью, что позволяет понять, почему даже частичная потеря клеток может иметь крайне серьезные последствия.

Нарушения равновесия могут вызывать головокружение, затуманенное зрение, проблемы с пространственной ориентацией и повышать риск падений.

Ходьба по прямой линии, чтение дорожных знаков или резкие повороты головы могут вызывать тошноту, когда мозг получает противоречивые сигналы. Даже устойчивое зрение не сможет исправить это искажение, если внутреннее ухо продолжает сообщать о движении, которое не соответствует тому, что вы видите.

Четкая взаимосвязь между повреждением клеток и симптомами могла бы помочь врачам выбирать методы лечения, соответствующие проблеме, вместо того чтобы гадать.

В глубине каждого уха расположена вестибулярная система — сеть внутреннего уха, которая воспринимает движения и положение головы, — использующая пять крошечных органов для отслеживания движений. Эти органы работают за счет волосковых клеток, крошечные щетинки которых изгибаются в окружающей жидкости и передают электрические сигналы к расположенным рядом нервам.

Жидкость и мягкие гели внутри каналов и мешочков давят на щетинки во время движения, позволяя мозгу определять скорость и наклон. Когда эти сенсоры повреждаются, сигнал нарушается в источнике, из-за чего мозг чрезмерно реагирует на небольшие движения или пропускает более крупные.

В этой системе за работу отвечают два основных типа волосковых клеток. Волосковые клетки I типа, бокаловидные сенсоры, соединенные с чашеобразными нервными окончаниями, присутствуют во всех органах равновесия и несут основную ответственность за поддержание устойчивости зрения во время движений головы.

Волосковые клетки II типа, имеющие столбчатую форму и соединенные с более мелкими нервными окончаниями, передают сигналы с иной временной задержкой, что дополняет работу клеток I типа.

Поскольку у взрослых млекопитающих после травмы естественным образом заменяется очень мало клеток I типа, усилия по восстановлению все чаще сосредотачиваются на защите или восстановлении этой более важной и труднозаменяемой популяции клеток.

Врачи часто оценивают равновесие, наблюдая за движениями глаз посредством вестибуло-окулярного рефлекса (ВОР), который стабилизирует зрение во время движений головы.

Сигналы из внутреннего уха приводят в действие вестибулоокулярный рефлекс (ВОР), заставляя глазные мышцы сокращаться в направлении, противоположном поворотам головы, чтобы визуальная сцена оставалась стабильной.

В экспериментах на мышах тесты вестибулоокулярного рефлекса (ВОР), связанные с вращением и прямолинейным движением, выявили, какие органы равновесия отказывают в первую очередь.

Это позволило получить четкие функциональные результаты, которые в будущем можно будет использовать для оценки выздоровления, вместо того чтобы полагаться только на поведенческие показатели.

Результаты также показали, что показатели равновесия не снижаются плавно по мере исчезновения клеток.

Функциональность оставалась стабильной на ранних этапах потерь, поскольку многие датчики выполняют перекрывающиеся задачи, что позволяет оставшимся клеткам компенсировать отсутствие соседних клеток.

Однако, как только количество клеток падало ниже критической точки, даже небольшая дополнительная потеря вызывала резкое увеличение ошибок, что внезапно делало равновесие ненадежным.

Эта закономерность служит предупреждением о токсичных лекарствах и старении, когда постепенное повреждение может оставаться незамеченным до тех пор, пока система внезапно не начнет давать сбои.

Чтобы установить причинно-следственную связь, команда подвергла мышей воздействию различных доз препарата, избирательно повреждающего волосковые клетки внутреннего уха.

Каждая последующая доза удаляла больше целевого подтипа, оставляя при этом остальные органы равновесия в достаточном состоянии для проведения исследований.

После лечения каждое животное выполняло рефлекторные задания, а последующий анализ тканей подсчитывал количество выживших клеток в том же ухе. Сопоставление функций и анатомии каждой мыши по отдельности позволило уменьшить количество догадок и уточнить, на чем следует сосредоточить усилия по восстановлению.

Эти результаты также указывают на четкую цель восстановления. Регенеративная работа во внутреннем ухе направлена на восстановление утраченных сенсоров, а вновь определенные пороговые значения предоставляют конкретный критерий успеха.

В одном исследовании 2017 года генная терапия — лечение, при котором рабочие гены вводятся в клетки, — восстановила баланс у мышей, хотя роль второго типа волосковых клеток остается неясной.

В будущем для восстановления стабильного баланса в терапии, возможно, потребуется не просто увеличить общее количество клеток, а восстановить правильное сочетание типов клеток.

Теперь четкие критерии позволяют ученым оценивать прогресс по функциональным показателям, а не по надеждам, при тестировании новых способов защиты или замены клеток внутреннего уха.

Используя вестибуло-окулярный рефлекс (ВОР) в качестве индикатора, исследовательские группы могут сравнивать методы восстановления, измеряя, насколько хорошо они восстанавливают стабильность взгляда у живых животных.

Этот подход остается эффективным даже в тех случаях, когда потеря клеток варьируется по всему уху из-за инфекций, старения, генетических факторов или воздействия лекарственных препаратов.

Для переноса пороговых значений, измеренных у мышей, на людей по-прежнему потребуется тщательное сопоставление, но та же самая методология может способствовать проведению более безопасных и понятных клинических испытаний на людях.

В настоящее время установлен определенный пороговый уровень количества клеток, который напрямую связывает повреждение внутреннего уха с нарушением рефлекса равновесия, уделяя особое внимание уязвимым клеткам I типа.

Следующий шаг — разработка методов, которые защищают или восстанавливают эти клетки, и подтверждение их эффективности посредством повторяемых рефлекторных измерений.