Fundamentos fisiológicos del sistema vestibular Celso Enrique Cortés Romero Profesor de Fisiología de la Facultad de Medicina de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla INTRODUCCIÓN El vestíbulo es un sistema sensorial localizado en el oído interno y tiene como función determinar la posición de la cabeza en el espacio y detectar los movimientos a los cuales ésta es sometida. Desde los puntos de vista funcional y anatómico, el sistema vestibular se conforma por tres niveles de organización: un sistema vestibular periférico, un procesador de información a nivel central (núcleos vestibulares) y un componente eferente para el control motor. El sistema vestibular periférico consiste en un laberinto membranoso formado por dos órganos otolíticos conocidos como utrículo y sáculo, así como por tres canales semicirculares que, de acuerdo con su posición, se denominan anterior (superior), posterior y lateral (horizontal). El laberinto membranoso contiene en su interior un líquido llamado endolinfa, que es un medio rico en K+ y bajo en Na+, similar al espacio intracelular. El laberinto membranoso se encuentra dentro del laberinto óseo del hueso temporal, a su vez ocupado por la perilinfa, un medio líquido que se asemeja al espacio extracelular por ser rico en Na+ y bajo en K+. Cada estructura que compone al sistema vestibular periférico contiene un epitelio sensorial constituido por las células ciliadas encargadas del proceso de mecanotransducción, por células de soporte y por terminaciones nerviosas de tipo aferente y eferente. ÓRGANOS OTOLÍTICOS Y CANALES SEMICIRCULARES miento, lo que favorece una deflexión de los estereocilios de la célula ciliada. El utrículo se encuentra ocupando un plano horizontal, mientras que el sáculo está orientado sobre el eje parasagital. Ambas estructuras están especializadas en la detección de las aceleraciones lineales. Los canales semicirculares —que detectan las aceleraciones angulares de la cabeza— se originan de una dilatación llamada ámpula, dentro de la cual se localiza el neuroepitelio sensorial que recibe el nombre de cresta. En el ámpula reside una estructura accesoria, la cúpula, una masa de mucopolisacáridos que contiene embebidas las terminaciones apicales (estereocilios) de las células ciliadas y que ocupa el espacio entre el techo de la dilatación ampular y la superficie apical de la cresta. En su interior los canales semicirculares contienen endolinfa y cada vez que la cabeza es sometida a un movimiento angular el líquido dentro del canal sufre un retraso en su desplazamiento, lo que genera la deformación de la cúpula y la subsecuente deflexión de los estereocilios. Cada canal semicircular desemboca por sus extremos en el utrículo, un saco que contiene endolinfa y que, a su vez, está en comunicación con un segundo ensanchamiento endolinfático que recibe el nombre de sáculo. El neuroepitelio presente en los órganos otolíticos es conocido con el nombre de mácula, en ella los estereocilios característicos de las células ciliadas se proyectan dentro de la membrana otolítica, una estructura gelatinosa que contiene por encima formaciones calcáreas conocidas como otolitos (oto, “oído”; lito, “piedra”). Cuando la cabeza realiza un movimiento lineal la membrana otolítica experimenta un retraso en su desplaza- CÉLULAS CILIADAS Y EL PROCESO DE MECANOTRANSDUCCIÓN Las células mecanotransductoras (o células ciliadas) son las encargadas de convertir el estímulo mecánico de un desplazamiento lineal o angular en señales eléctricas dirigidas al sistema nervioso central. Las células ciliadas del vestíbulo están presentes en las crestas y máculas de los canales semicirculares y órganos otolíticos, respectivamente. En su porción apical, dichas células están en contacto con la endolinfa, mientras que por su extremo basolateral las células mecanotransductoras tienen contacto directo con la perilinfa. Existen dos tipos de células mecanotransductoras —denominadas células ciliadas tipo I y II—, las cuales se diferencian de manera morfológica, así como por el tipo de sinapsis que las neuronas aferentes primarias forman con ellas. Los axones de las fibras aferentes provenientes del epitelio sensorial vestibular forman parte del nervio vestibulococlear (VIII par craneal). 2 Fundamentos fisiológicos del sistema vestibular En ambos tipos celulares, a nivel de su porción apical, se encuentran unas proyecciones cilíndricas y alargadas, ordenadas por filas y en orden creciente, conocidas como estereocilios (estructuras ricas en F-actina). Asimismo, en la región más superior de los estereocilios se localizan los canales iónicos para la mecanotransducción sensorial. Aunado al haz de estereocilios existe una estructura conocida como kinocilio (constituido por nueve pares externos de microtúbulos y un par central), el cual se encuentra en la región más periférica de la superficie apical de la célula ciliada, atrás de la última fila de los estereocilios más grandes. Parece ser que el kinocilio cumple con una importante función en el desarrollo y maduración del haz ciliar y, una vez completados dichos procesos, el kinocilio degenera en algunas células ciliadas. Adicionalmente al aparato de mecanotransducción existen ciertas estructuras denominadas uniones de punta (tip-links), que se encuentran en la porción superior de cada uno de los estereocilios y que se proyectan a la membrana lateral del estereocilio contiguo y de mayor tamaño. Las uniones de punta están constituidas por una interacción dependiente de calcio entre la cadherina 23 (CDH23) y la protocadherina 15 (PCDH15). El esquema general del proceso de la mecanotransducción sensorial vestibular consiste en que una deflexión del haz de estereocilios en dirección a la fila de mayor tamaño promueve un cambio en la tensión de las uniones de punta y, con ello, la activación —por acople mecánico— de los canales de mecanotransducción. La apertura de dichos canales permite el establecimiento de una corriente catiónica inespecífica (movimiento de K+ y Ca++) hacia el interior de la célula ciliada, con lo que se produce un potencial receptor (despolarización) que activa canales de Ca++ dependientes de voltaje presentes en la membrana basolateral de la célula. El ingreso del ion Ca++ a la célula provoca la exocitosis de neurotransmisor y éste, por último, genera un incremento en la frecuencia de descarga de potenciales de acción de las fibras aferentes a través de la activación de receptores de membrana postsinápticos. La mecanotransducción sensorial vestibular posee un mecanismo de inactivación que involucra dos procesos distintos pero que son dependientes del ion calcio. Se piensa que el proceso de adaptación permite al canal de mecanotransducción mantener su rango operacional y prevenir la saturación del sistema por una estimulación prolongada. Cuando no hay movimiento, un cierto número de canales catiónicos (aproximadamente 15%) para la mecanotransducción se encuentran abiertos, por tanto, existe una liberación espontánea de neurotransmisor y una descarga basal de potenciales de acción por parte de las neuronas aferente vestibular. Si en principio la deflexión del haz ciliar ocurre en dirección opuesta a la fila de estereocilios más grande, se cierran los canales de mecanotransducción, la célula ciliada se hiperpolariza y la liberación de neurotransmisor disminuye. Lo anterior confiere al sistema vestibular una capacidad de respuesta bidireccional ante estímulos rotacionales y lineales. VÍAS VESTIBULARES CENTRALES Las fibras vestibulares aferentes mielinizadas que inervan el epitelio sensorial de los órganos otolíticos y de los canales semicirculares son neuronas bipolares, cuyo soma se encuentra localizado en el ganglio de Scarpa. Su proyección es hacia los núcleos vestibulares ipsolaterales localizados en bulbo raquídeo y la porción caudal de la protuberancia, aunque existen colaterales que se dirigen de manera directa desde los órganos vestibulares hacía el lóbulo floculonodular del cerebelo. El complejo nuclear vestibular está compuesto por los núcleos superior, medial, lateral e inferior. Los dos primeros reciben primordialmente información proveniente de los canales semicirculares, mientras que en el núcleo lateral convergen fibras desde los órganos otolíticos. Por otra parte, desde los núcleos vestibulares se originan proyecciones hacia núcleos involucrados con el control oculomotor (par craneal III, IV y VI) por medio del fascículo longitudinal medial, así como a la musculatura extensora antigravitatoria del cuello y tronco por medio de los tractos vestibuloespinales lateral y medial. De igual forma, los núcleos vestibulares cuentan con proyecciones dirigidas al núcleo ventroposterolateral del tálamo y de allí hacia el giro postcentral o corteza somatosensorial primaria. Lo anterior da lugar a una vía de transmisión sensorial que hace consciente el movimiento y la orientación. REFLEJO VESTÍBULO-OCULAR Cada vez que la cabeza de una persona realiza un movimiento, los ojos tienden a desplazarse dentro de su órbita en la dirección opuesta, de modo que el movimiento de los ojos en dirección contraria al giro de la cabeza tiene como finalidad la conservación de un objetivo o campo visual. Cabe decir que cuando la cabeza inicia un giro (por ejemplo, en un plano horizontal) se genera la activación de los órganos vestibulares del mismo lado en el que se produce el movimiento, simultáneamente a una inhibición vestibular contralateral y a un desplazamiento ocular lento en sentido contrario. Asimismo, una vez que el ojo alcanza el límite de su órbita durante el desplazamiento cefálico, ocurre un movimiento ocular rápido en la misma dirección en la que se mueve la cabeza. El componente lento del movimiento ocular tiene su origen en los canales semicirculares, en tanto que el componente rápido tiene una integración a nivel del sistema nervioso central. Debido a la sensibilidad que el sistema vestibular tiene a la aceleración, no es indispensable que haya un estímulo visual para provocar el reflejo vestíbulo-ocular, de modo que el reflejo vestíbulo-ocular está presente en condiciones tanto de luz como de oscuridad. Así, el origen del reflejo permite que éste se halle presente en personas carentes de capacidad visual. SINAPSIS CÉLULA CILIADA-AFERENTE VESTIBULAR Las células ciliadas presentes en la periferia vestibular tienen como función convertir la energía correspondiente a la aceleración lineal o angular de la cabeza en eventos eléctricos de magnitud graduada (potencial receptor) y transmitirlos por vía sináptica a neuronas aferentes primarias. En el sistema vestibular periférico las sinapsis establecidas entre células ciliadas (CC) y sus terminales aferentes presentan una morfología bastante peculiar. Esto es, las CC tipo I que tienen forma de ánfora con un cuello angosto, se encuentran inervadas por una terminal aferente tipo cáliz que envuelve gran parte del soma celular; de lo anterior se deriva que la terminal eferente hace sinapsis con la terminal aferente y no sobre la célula ciliada. Por su parte, las Fundamentos fisiológicos del sistema vestibular 3 CC tipo II de morfología cilíndrica y carentes de una inervación en cáliz son contactadas directamente por terminales aferentes y eferentes en forma de botón. El procesamiento de la información sensorial entre CC y neuronas aferentes implica la participación de un sistema eferente, de una gran variedad de canales iónicos presentes tanto en la membrana basolateral de la CC como en las fibras aferentes primarias, así como de sustancias químicas neurotransmisoras y neuromoduladoras que son los principales objetivos farmacológicos en el tratamiento de trastornos vestibulares. En lo referente al último punto, cabe señalar que el aminoácido glutamato es el neurotransmisor empleado por la CC y su liberación ocasiona la activación de receptores ionotrópicos (NMDA, kainato y AMPA) y metabotrópicos (mGluR) que regulan tanto la liberación de neurotransmisor como la descarga eléctrica aferente que, por último, se transmite al sistema nervioso central. De la misma manera se ha descrito la producción presináptica de óxido nítrico (NO) por parte de su enzima de síntesis, la óxido nítrico sintasa (NOS); la presencia de receptores histaminérgicos en CC y terminales aferentes vestibulares (H1 y H3, respectivamente), así como la activación de los receptores opioides κ (kappa) y µ (mu). Adicionalmente, la influencia eferente por medio de la liberación de acetilcolina que activa receptores nicotínicos y muscarínicos y la implicación moduladora del péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP), de la sustancia P y de GABA (ácido gamma aminobutírico) en la periferia vestibular dan lugar a una muy compleja interacción molecular sináptica relacionada con el procesamiento sensorial de la información que ingresa al sistema vestibular. Sin embargo, a pesar de conocer diferentes aspectos moleculares del funcionamiento vestibular periférico, desafortunadamente para los pacientes con ciertos desórdenes vestibulares la disponibilidad de un tratamiento farmacológico sólo es paliativa, por lo que la fisiología vestibular aún es un área poco comprendida, sobre todo en lo referente a la neurobioquímica sináptica que la célula ciliada emplea para comunicarse con su terminal aferente primaria. Bibliografía Cortes C, Galindo F, Galicia S, Cebada J, Flores A. 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