Para qué sirve la cóclea: examinamos el oído más de cerca     

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ANATOMÍA DEL OÍDO HUMANO 

En nuestro primer artículo "Anatomía del oído humano" describíamos de manera simplificada el interior de la cóclea.

La Figura 1 a continuación describe la interacción entre la membrana basilar y los fluidos del conducto coclear. La cóclea o caracol constituye la parte auditiva del oído interno y se compone de dos cámaras, llamadas rampa vestibular y rampa timpánica.

La rampa vestibular y la rampa timpánica se comunican entre sí por el ápice de la membrana basilar, formando un conducto largo y conectado, como se muestra en la figura. La figura muestra una representación simplificada de la cóclea (sin su forma característica de caracol), que suele emplearse para estudiar la interacción entre el fluido y el movimiento de la membrana basilar.

Si nos fijamos más de cerca en la sección transversal de la cóclea (Figura 2), veremos que hay una tercera cámara llena de líquido, llamada rampa media, que discurre en paralelo a las otras dos. También podemos ver que la rampa vestibular no está directamente en contacto con la membrana basilar, sino que está separada de la rampa media por la membrana de Reissner.

La membrana basilar

Análogamente, la membrana basilar separa la rampa media de la rampa timpánica. El líquido que llena la rampa vestibular y la rampa timpánica se llama perilinfa. El líquido que llena la rampa media se llama endolinfa. Estos fluidos deben mantenerse separados para que exista una alta concentración de iones de potasio (K+) en la endolinfa.

La descripción siguiente se basa en los conocimientos actuales del proceso de transformación de la señal (transducción). Existe todavía un cierto grado de incertidumbre y se continúa investigando, debido a la dificultad para estudiar el funcionamiento interno de una cóclea viva. En cuanto el tejido muere, los mecanismos vitales dejan de funcionar.

La Figura 3 muestra una célula ciliada interna a) con el oído en reposo, b) con los cilios desplazados debido al movimiento del fluido y la membrana basilar, y c) después de que penetren iones de potasio (K+) y de calcio (Ca++), activando un impulso nervioso. Una vez que cesa el estímulo, se elimina de la célula el exceso de iones (flechas punteadas) para devolverla a su estado inicial.

El órgano de Corti

Encima de la membrana basilar encontramos una estructura compleja, llamada órgano de Corti. Este elemento es el que realiza la transducción en sí; es decir, el que convierte el movimiento en impulsos electroquímicos, que se envían al cerebro a través de las fibras del nervio auditivo. La capa más exterior de este órgano contiene miles de células pilosas orientadas hacia la endolinfa.

No obstante, dentro de estas células hay que diferenciar entre las células ciliadas internas y las externas, tal y como se muestra en la Figura 2:

Las células ciliadas internas

Las células ciliadas internas transforman el movimiento mecánico en señales neurológicas (Figura 3). Son algo así como pequeños interruptores. Cuando los cilios están cerrados, impiden la entrada de los iones de potasio (K+) presentes en la endolinfa.

Sin embargo, el movimiento de la membrana basilar y de la endolinfa altera la posición relativa de los cilios, abriendo unos canales por los que penetran los iones K+. Este cambio en la concentración abre otra puerta que, a su vez, produce la entrada de iones de calcio Ca++. Como resultado de ello, se genera un impulso que se envía al sistema nervioso central. A continuación, los iones se eliminan rápidamente y se restaura el estado normal de baja concentración de K+ y Ca++ en el interior de las células ciliadas.

En el primer artículo vimos que cada sección de la membrana basilar reacciona con mayor intensidad a una frecuencia determinada (ver Figura 1). Pero es que, además, cada sección de la membrana está asociada a un conjunto específico de fibras del nervio acústico. Por tanto, el sistema nervioso central identifica las frecuencias en función de las fibras que transmiten cada impulso.

En principio, bastaría con un solo impulso para presentar al cerebro una frecuencia. De hecho, no se genera un impulso por cada ciclo de onda (Figura 4). Lo que ocurre en realidad es que el número de impulsos que se emiten por segundo depende de la intensidad del sonido: cuanto más intenso es un sonido, más impulsos se emiten.

Como se muestra en la Figura 4, existe una sincronización temporal entre los impulsos y la información de fase de las ondas sonoras. Esta sincronización de fase es muy exacta a bajas frecuencias y menos precisa a altas frecuencias. Esta característica permite al sistema auditivo comparar las diferencias temporales entre lo que percibe el oído izquierdo y el derecho (ver el artículo: "Oímos en 3D"). Debido a la forma de la cabeza y a la distancia entre las orejas, cuando una señal nos llega desde un lado, uno de los oídos la registra ligeramente antes que el otro.

Además de comparar el momento de recepción de las ráfagas de señales, el sistema auditivo también es capaz de extraer información direccional de los sonidos continuos.

Las células ciliadas externas

Las células ciliadas externas no participan en la transducción, sino que se encargan de aumentar la sensibilidad.

Las paredes de estas células contienen una proteína motora llamada prestina, que aumenta de volumen cuando se une a un anión, en este caso al ion cloruro (Cl-). Cuando el movimiento de las células ciliadas permite la entrada de K+, las moléculas de pretina liberan Cl-, lo que hace que se reduzca su volumen (Figura 5). Cuando vuelve a reducirse la concentración de K+, los aniones se unen de nuevo a las moléculas de prestina, que vuelven a dilatarse.

Como resultado, toda la célula se contrae o se dilata, incrementando con ello la amplitud de las vibraciones de la membrana basilar. El tiempo entre dos impulsos sucesivos corresponde a un ciclo de onda completo (o a múltiplos del mismo) dentro de un tono. Por tanto, los impulsos se emiten siempre en la misma fase de un ciclo de onda, poco después de que se inicie.

Esquema del funcionamiento de las células ciliadas externas: a) Cuando la concentración de iones potasio (K+) en el interior de la célula es baja, los iones cloruro (Cl-) se mantienen unidos a las moléculas de prestina; b) Una entrada importante de iones K+ arranca los iones Cl- de las moléculas de prestina.

 

Sensibilidad y daños auditivos

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DOSÍMETRO DE RUIDO 
MODELO 4448

Este proceso de electromotilidad es vital para detectar sonidos muy débiles. Las investigaciones sugieren que, sin esta contribución activa de las células ciliadas externas, perderíamos entre 20 y 40 dB de sensibilidad.

Sin este mecanismo, los sonidos más tenues, como el ruido de las hojas y los pájaros en un bosque, el ruido de una biblioteca o el ambiente de un salón, nos resultarían prácticamente inaudibles. Si hemos dedicado todo este espacio para describir los procesos electroquímicos es porque queremos demostrar que nuestro oído interno es un órgano frágil que debemos cuidar. Al nacer, el oído humano contiene en torno a 3500 células ciliadas internas y 12.000 externas.

Por desgracia, no se regeneran. Si se destruyen, el resultado es una pérdida de audición permanente. Aunque se dañan con la edad y con determinadas enfermedades, una de las principales causas de la pérdida de audición —y una que puede evitarse en gran medida— es la exposición excesiva al ruido.

Protección auditiva

Matthias Scholz
Diseñador de interfaces de usuario
Doctor en Acústica aplicada
Brüel & Kjaer

La conclusión de todo lo anterior es muy sencilla: debemos proteger nuestros oídos de estallidos y del exceso de ruido, tanto en el trabajo como en nuestro tiempo libre. Lo ideal es no exponerse a entornos que puedan causarnos daños auditivos (o daños a nuestra salud en general).

Para ello, ofrecemos un dosímetro de ruido diseñado para evaluar el ruido ambiental. También calcula la exposición al ruido del usuario y hace recomendaciones sobre el tipo de protección auditiva que se necesita para mitigar los riesgos para la salud asociados a una sobreexposición al ruido.