یون پتاسیم در سلولهای مویی گوش داخلی چگونه موجب دپلاریزاسیون میشود؟ بررسی مکانیسم انتقال مکانوالکتریکی
در سلولهای مویی گوش داخلی، کدام یون موجب دپلاریزاسیون این سلولها میشود و دلیل آن چیست؟
در سلولهای مویی گوش داخلی (Inner Ear Hair Cells)، یون پتاسیم (+K) عامل اصلی دپلاریزاسیون است؛ و دلیل آن، ویژگی منحصربهفرد ترکیب یونی اندولنف (Endolymph) و وجود پتانسیل اندولنفاتیک مثبت (Endocochlear Potential) در حلزون (Cochlea) است.
اکنون این پدیده را، بهصورت مرحلهبهمرحله و تحلیلی بررسی میکنیم.
۱. معماری سلولهای مویی و سازمان میکروآناتومیک حلزون
در Organ of Corti که در مجرای حلزونی Cochlea قرار دارد، سلولهای مویی داخلی (Inner Hair Cells) و خارجی (Outer Hair Cells) بهعنوان گیرندههای مکانیکی–الکتریکی (Mechanoelectrical Transducers) عمل میکنند.
بر روی قطب رأسی این سلولها، مجموعهای از استریوسیلیا (Stereocilia) با آرایش پلکانی وجود دارد که توسط اتصالات پروتئینی موسوم به Tip Links به هم متصلاند. این ساختارها مستقیماً در باز و بسته شدن کانالهای مکانوسنسیتیو نقش دارند.
۲. تفاوت بنیادین مایع اندولنف و پریلنف: کلید درک دپلاریزاسیون
یکی از ویژگیهای منحصربهفرد گوش داخلی، تفاوت شدید در ترکیب یونی دو مایع آن است:
| ویژگی | اندولنف (Endolymph) | پریلنف (Perilymph) |
|---|---|---|
| یون غالب | +K بالا | Na⁺ بالا |
| پتانسیل الکتریکی | +۸۰ mV (تقریباً) | ≈ ۰ mV |
| مشابهت با | مایع داخل سلولی | مایع خارج سلولی |
اندولنف که در اسکالا مدیا (Scala Media) قرار دارد، دارای غلظت بسیار بالای پتاسیم (حدود ۱۵۰ mM) و پتانسیل مثبت قوی (~ +۸۰ mV) است که توسط Stria Vascularis تولید میشود.
این پتانسیل مثبت که به آن Endocochlear Potential میگویند، یکی از بزرگترین پتانسیلهای اپیتلیالی بدن است و نقشی اساسی در مکانیزم دپلاریزاسیون دارد.
۳. چرا +K باعث دپلاریزاسیون میشود؟ (تحلیل الکتروفیزیولوژیک)
در اکثر نورونها، ورود Na⁺ موجب دپلاریزاسیون میشود، اما در سلولهای مویی، مکانیسم متفاوت است.
۳.۱ وضعیت استراحت سلول مویی
پتانسیل غشایی سلول مویی در حالت استراحت حدود −۴۵ تا −۶۰ mV است.
حال اگر محیط بیرونی (اندولنف) +۸۰ mV باشد، اختلاف پتانسیل بین داخل سلول و اندولنف تقریباً:
80 – (-۵۰) = 130 \text{ mV}
]
یعنی نیروی الکتروشیمیایی بسیار قوی به نفع ورود K⁺ به داخل سلول وجود دارد.
۳.۲ باز شدن کانالهای مکانوسنسیتیو
وقتی موج صوتی باعث جابهجایی غشای بازیلار (Basilar Membrane) میشود:
استریوسیلیا خم میشوند.
Tip links کشیده میشوند.
کانالهای مکانیکی (Mechanoelectrical Transduction Channels, MET channels) باز میشوند.
این کانالها عمدتاً به +K نفوذپذیرند.
در نتیجه:
+K از اندولنف وارد سلول مویی میشود → دپلاریزاسیون رخ میدهد.
۴. تفاوت بنیادین با نورونهای مرکزی
در سیستم عصبی مرکزی:
محیط خارج سلولی: Na⁺ بالا
دپلاریزاسیون: ورود Na⁺
اما در گوش داخلی:
محیط خارج سلولی رأسی (اندولنف): +K بالا
دپلاریزاسیون: ورود +K
این طراحی مزیت تکاملی مهمی دارد:
کاهش نیاز به پمپهای انرژیبر
چون یون واردشونده (+K) همان یون غالب داخل سلول است، بازیابی گرادیان یونی با هزینه متابولیک کمتر انجام میشود.
۵. خروج +K و بازگشت به حالت استراحت
پس از دپلاریزاسیون:
کانالهای ولتاژ-وابسته Ca²⁺ باز میشوند.
آزادسازی گلوتامات در سیناپس با نورون عصب شنوایی رخ میدهد.
+K از قطب قاعدهای سلول وارد پریلنف میشود.
سپس از طریق شبکه سلولهای پشتیبان و Stria Vascularis مجدداً به اندولنف بازمیگردد.
این چرخه، یک سیستم بازیافت پتاسیم (Potassium Recycling System) دقیق را تشکیل میدهد.
۶. نقش Ca²⁺ در تنظیم حساسیت
هرچند +K عامل اصلی دپلاریزاسیون است، اما Ca²⁺ نقش تنظیمی دارد:
Ca²⁺ واردشده از طریق کانالهای MET
تنظیم تطابق سریع (Fast Adaptation)
کنترل احتمال باز بودن کانالها
این مکانیزم به تنظیم حساسیت شنوایی و جلوگیری از اشباع پاسخ کمک میکند.
۷. تحلیل ترمودینامیکی نیروی محرکه (Driving Force)
نیروی محرکه یونی برابر است با:
[Driving\ Force = V_m – E_K
]
با توجه به پتانسیل مثبت اندولنف و اختلاف پتانسیل شدید، حتی اگر E_K نزدیک به صفر شود، همچنان نیروی الکتریکی قوی برای ورود +K وجود دارد.
این سیستم در واقع از پتانسیل اندولنفاتیک بهعنوان باتری زیستی (Biological Battery) استفاده میکند.
۸. اهمیت بالینی
اختلال در این سیستم میتواند منجر به:
افت شنوایی حسیعصبی (Sensorineural Hearing Loss)
بیماری منیر (Ménière’s Disease)
جهش در پروتئینهای Tip Link مانند Cadherin-23
در بسیاری از این اختلالات، نقص در گرادیان +K یا پتانسیل اندولنفاتیک مشاهده میشود.
۹. مقایسه با سیستم دهلیزی
در دستگاه وستیبولار نیز مکانیسم مشابهی وجود دارد، اما شدت پتانسیل اندولنفاتیک کمتر است. با این حال، اصل ورود +K بهعنوان عامل دپلاریزان حفظ میشود.
نتیجهگیری نهایی
در سلولهای مویی گوش داخلی:
یون پتاسیم (+K) موجب دپلاریزاسیون میشود.
دلیل آن:
غلظت بسیار بالای +K در اندولنف
وجود پتانسیل مثبت قوی (+۸۰ mV) در اندولنف
باز شدن کانالهای مکانوسنسیتیو در پاسخ به انحراف استریوسیلیا
ایجاد نیروی الکتروشیمیایی بسیار قوی برای ورود +K
طراحی تکاملی برای کاهش مصرف انرژی و افزایش حساسیت شنوایی
به بیان دقیقتر، گوش داخلی تنها بافت حسی بدن است که دپلاریزاسیون آن نه با ورود Na⁺ بلکه با ورود +K از محیط خارج سلولی رخ میدهد؛ پدیدهای که وابسته به «معماری الکتروشیمیایی ویژه اندولنف» است.
