Zusammenfassung
Otokonien sind kalzitbasierte Nanokomposits (>90 % Kalzit) mit einem geringen Anteil organischen Materials (<10 %). Sie weisen eine durchschnittliche Größe von etwa 10 µm auf. Die äußere Struktur aller Otokonien in Utrikulus und Sakkulus ist ähnlich. Die innere Struktur besteht aus einem Komposit mit unterschiedlicher Volumendichte (dichte verzweigende Strukturen [Arme, „branches“] und weniger dichter umgebender „Bauch“-Bereich [„belly“]). Intakte Otokonien lassen sich eindeutig nur mittels Elektronenmikroskopie identifizieren. Im Falle morphologischer Veränderungen (z. B. infolge „Degeneration“) kann der Ursprung der Probe bereits aus kleinsten Mengen mit Hilfe physikalischer und chemischer Analysemethoden zugeordnet werden. Die Kalzitkomponente der Otokonien reagiert bei chemischen Einwirkungen sehr empfindlich, was zu morphologischen Veränderungen führt. Eine „Degeneration“ der Otokonien kann in vitro durch pH-Wert-Veränderungen, Elektrolytverschiebungen sowie durch Einwirkung komplexierender Agenzien objektiv nachvollzogen werden. Diese drei Hauptprozesse führen dann zu irreversiblen morphologischen Veränderungen. Künstliche (biomimetische) Otokonien lassen sich als Otokonienmodell nutzen, um Wachstums- und Zerfallsprozesse zu untersuchen.
Abstract
Otoconia are calcite-based nanocomposites containing >90 % calcite and <10 % organic material. The mean size is approximately 10 µm. The external structure of all otoconia in the utricle and saccule is similar, with a cylindrical bulbous body with a slightly hexagonal contour. The internal structure consists of a composite with varying volume thickness, dense branching structures (branches) and less dense surrounding areas (bellies). Intact otoconia can be clearly identified only by scanning electron microscopy. In the case of morphological changes (e.g. due to „degeneration“) the origin of even very small particles of otoconia can be assigned using physical and chemical analytical methods. The inorganic component of otoconia (calcite) is extremely sensitive to chemical influences, which leads to morphological alterations. A „degeneration“ of otoconia can be objectively accomplished in vitro by alterations in pH, electrolyte imbalance and by the influence of complex formation. These three main processes then lead to irreversible morphological alterations. Artificial (biomimetic) otoconia serve as a suitable model system for detailed investigation of growth and degenerative processes.
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Literatur
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Danksagung
Für die Kooperation und experimentelle Unterstützung danken wir Herrn Prof. Dr. Dr. h.c. R. Kniep und Frau J. Buder (Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe, Dresden) herzlich.
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Authors and Affiliations
Corresponding author
Ethics declarations
Interessenkonflikt
L. E. Walther gibt an, dass kein Interessenkonflikt besteht.
Dieser Beitrag beinhaltet keine vom Autor durchgeführten Studien an Menschen oder Tieren.
Für die zitierten Untersuchungen lag eine Zustimmung der Ethikkommission vor.
Additional information
Redaktion
M. Canis, Göttingen
T. Hoffmann, Ulm
J. Löhler, Bad Bramstedt
P. Mir-Salim, Berlin
A. Neumann, Neuss
S. Strieth, Mainz
CME-Fragebogen
CME-Fragebogen
Welche Aussage zur äußeren Struktur der Otokonien ist richtig?
Die Größe aller Otokonien ist identisch.
Die äußere Struktur der Otokonien ist unterschiedlich.
Otokonien haben eine identische Morphologie, die Länge beträgt im Durchschnitt ca. 10 µm (2–25 µm).
Die Größe der Otokonien bewegt sich im makroskopischen Bereich.
Otokonien des Sakkulus sind größenidentisch, die des Utrikulus nicht.
Welche Aussage zur inneren Architektur der Otokonien ist falsch?
Otokonien bestehen aus einer dichten und einer weniger dichten Struktur („branches“ und „belly“).
Den sichtbaren Teil der „branches“ stellen die terminalen Enden.
Die „branches“ sind von parallel verlaufenden organischen Fibrillen durchzogen.
In der „belly“-Region sind die organischen Fibrillen mehr zufällig verteilt und weisen keine gemeinsame Richtung auf.
Otokonien bestehen aus einem Kern und einer Schale.
Welche Aussage zum Verhalten und den Bestandteilen der Otokonien trifft zu?
Otokonien verhalten sich physikalisch und chemisch ähnlich wie Kalzitkristalle.
Otokonien sind die einzige physiologische Struktur im Körper, die kein Kalzit enthält.
Otokonien bestehen nur als Kalziumkarbonat.
Otokonien sind keine Biominerale.
Der anorganische Anteil von Otokonien beträgt weniger als 10 %.
Welche Aussage zur Analyse von Otokonien ist nicht richtig?
Standard bei der Identifizierung von Otokonien ist die Elektronenmikroskopie.
Lassen morphologische Kriterien eine Identifikation nicht zu, muss eine physikalisch-chemische Analyse erfolgen.
Otokonien sind immer gut mit dem Lichtmikroskop erkennbar.
Energiedispersive Röntgenspektroskopie und Röntgenpulverdiffraktometrie lassen eine eindeutige physikalisch-chemische Analyse zu.
Kleinste Mengen sind für eine physikalisch-chemische Analyse ausreichend.
Welche Aussage zu künstlichen (biomimetischen) Otokonien ist richtig?
Künstliche Otokonien sind kleiner als humane Otokonien.
Kalzit-Gelatine-Komposits sind keine Art künstlicher Otokonien.
Biomimetische Otokonien eignen sich als Otokonienmodell.
Eine Gentamicineinwirkung führt nicht zur morphologischen Veränderung von biomimetischen Otokonien.
Biomimetische Otokonien sind als Ersatz für künstliche Otokonien geeignet und können intratympanal appliziert werden.
Welche Aussage zur Gentamicineinwirkung und Otokonien ist falsch?
Gentamicin führt in vitro zu irreversiblen strukturellen Veränderungen.
Gentamicin ist ein ototoxisch wirksames Antibiotikum.
Der Mechanismus der Gentamicinwechselwirkung mit dem Kalzit der Otokonien ist wahrscheinlich auf eine komplexierende Reaktion zurückzuführen.
Gentamicin führt zum Aufbau und zur Regeneration der Kalzitstruktur der Otokonien.
Gentamicinapplikation könnte aufgrund der destruktiven Wirkung zu einem benignen paroxysmalen Lagerungsschwindel führen.
Welche Aussage zur „Degeneration“ von Otokonien ist falsch?
Morphologische Veränderungen der Otokonien nehmen mit zunehmender Lebenszeit an Häufigkeit zu.
Die Ursache für morphologische Veränderungen ist geklärt.
Vergrößerung der Poren, Fissurbildung sowie Frakturen mit Bruchstückbildung sind typische morphologische Otokonienveränderungen.
Lagerungsschwindel im höheren Lebensalter ist möglicherweise eine Folge von degenerativen Veränderungen.
Massereduktion der Otokonien und Formveränderungen sind das Ergebnis von „Degeneration“.
Welche Aussage zu morphologischen Veränderungen der Otokonien trifft zu?
Die Kalzitkomponente der Otokonien reagiert nicht auf chemische Veränderungen.
Änderungen des pH-Wertes der umgebenden Endolymphe führen in vitro zur „Degeneration“.
Änderungen des Elektrolytgehalts der umgebenden Endolymphe führen in vitro nicht zu morphologischen Veränderungen.
Einwirkungen von Medikamenten (komplexierende Reaktionen) sind keine Ursache für eine Degeneration von Otokonien.
Otokonien degenerieren nicht.
Welche Aussage zum Aufbau der Otokonien ist richtig?
Otokonien sind kaliumbasierte Nanokomposits.
Otokonien bestehen nur aus organischem Material.
Otokonien bestehen zu 50 % aus einer organischen Komponente.
Der Anteil der anorganischen Komponente ist sehr gering.
Otokonien sind kalzitbasierte Nanokomposits.
Welche Aussage zu den Otolithenorganen ist richtig?
Die Otolithenorgane Utrikulus und Sakkulus sind ca. 10 mm2 groß.
Die Otolithenorgane bestehen aus Sakkulus und Utrikulus und sind paarig vorhanden.
Die Otolithenorgane sind nur einseitig vorhanden.
Die Otolithenmembran besitzt eine etwa 10-mal größere Dichte im Vergleich zur umgebenden Endolymphe.
Die Otolithenorgane sind Drehbeschleunigungssensoren.
