Configuración de Hemi-laríngea para el estudio de vibración de la cuerda vocal en tres dimensiones
25 de noviembre de 2017
Este papel presenta un protocolo para la preparación de las muestras de hemi-laringe facilitando una visión multidimensional de la vibración de la cuerda vocal, con el fin de investigar diversos aspectos biofísicos de la producción de la voz en los seres humanos y no humanos mamíferos.
Para comprender cómo se genera la voz humana y de los mamíferos, es importante investigar las vibraciones de los pliegues vocales. Dado que es difícil estudiarlos dentro del cuerpo, se han utilizado laringes extirpadas para obtener información más detallada sobre el comportamiento y las propiedades de los pliegues vocales. En este video, demostramos cómo crear un montaje denominado hemi-laringe.
Se elimina una mitad de la laringe para visualizar la vibración de la cuerda vocal no solo desde arriba, sino también desde el lado. Esto resulta beneficioso para estudiar características vibratorias que permanecen ocultas en una configuración convencional que utiliza una laringe completa. En esta demostración, se utilizará la laringe de un ciervo rojo.
Dado que los especímenes de laringe utilizados generalmente se congelan rápidamente en nitrógeno líquido y se almacenan en el congelador, es necesario descongelar adecuadamente el espécimen seleccionado para no alterar las propiedades biomecánicas del tejido. Primero, introduzca la laringe congelada en una bolsa de autoclave doble o en cualquier otra bolsa plástica con sellado impermeable. Añada también un peso, que ayudará a mantener la laringe bajo la superficie del agua.
Cierre la bolsa y colóquela en un baño de agua con una temperatura de aproximadamente 30 grados Celsius hasta que la laringe se descongele por completo. Una vez que la laringe esté completamente descongelada, sáquela de la bolsa y límpiela minuciosamente con solución salina. Si están presentes, elimine estructuras sobrantes como los músculos externos del cuello o el hueso hioides.
Para algunas preguntas de investigación bioacústica, las estructuras supralaríngeas podrían mantenerse intactas, lo que sin embargo limita la visibilidad de los pliegues vocales desde arriba. Acorte la tráquea a una longitud de aproximadamente 45 centímetros para que pueda utilizarse posteriormente para montar la laringe en un tubo de suministro de aire. Antes de continuar con la preparación, revise siempre la laringe en busca de posibles anomalías del tejido y grietas ocasionales que puedan aparecer durante el proceso de congelación rápida.
El siguiente paso consiste en exponer una mitad del cartílago tiroides. Primero, retire los músculos laríngeos externos utilizando un escalpelo. Comience el procedimiento de corte con un corte vertical inicial a través de la parte anterior del cartílago tiroides.
Lleve con cuidado el corte más hacia el lado que debe eliminarse para evitar dañar la cuerda vocal que necesita conservarse y estudiarse. Si el cartílago es demasiado rígido debido a la osificación, utilice una sierra pequeña. A continuación, corte el cartílago cricoides en el plano medio sagital.
Realice la incisión verticalmente desde entre los cartílagos aritenoides y deténgase aproximadamente al nivel horizontal del escotadura tiroidea inferior. Conecte ambas incisiones realizando un corte horizontal que comience en el extremo inferior de la incisión vertical en el cartílago cricoides y dirija el corte hacia la escotadura tiroidea inferior. Doble el lado de la laringe que va a ser removido hacia el extremo anterior y realice un corte vertical a través del tejido blando en la cara interna del cartílago tiroides.
Este es el momento más crucial de todo el procedimiento. Por lo tanto, tenga extremo cuidado al crear la incisión desde la inserción anterior de los pliegues vocales hasta el cartílago tiroides. Si el cartílago tiroides se secciona adecuadamente, la glotis resultante siempre presentará una pequeña brecha anterior.
Con el fin de exponer los pliegues vocales para obtener una buena vista superior, a veces es útil también eliminar las estructuras situadas por encima de los pliegues vocales. En algunos casos, los tejidos laríngeos blandos internos pierden su conexión con el cartílago tiroides tras el procedimiento de corte e interfieren con el pliegue vocal. En ese caso, la eliminación de este tejido sobrante es inevitable.
Finalmente, retire una pequeña parte de la cartílago tiroides posterior para facilitar la aducción de las cuerdas vocales a través de los aritenoides. La laringe ahora tiene una mortaja en forma de L que coincide con la disposición de la placa de clase en forma de L utilizada en el montaje. El lado izquierdo de la hemiclaringe ofrece una vista medial donde se observan las incisiones en los cartílagos tiroides y cricoides, junto con la cuerda vocal remanente y el cartílago aritenoides.
El montaje experimental para hemilaringes consta de tres partes básicas. Un tubo de suministro de aire que proporciona aire calentado y humedecido hacia la laringe. Luego, dos placas transparentes como sustitución de las partes laríngeas removidas y las puntas para la aducción de la cuerda vocal estudiada y la estabilización de la laringe.
Ahora, montaremos la laringe sobre el tubo de suministro de aire. Cubra el tubo con crema fijadora para prótesis dental y coloque la laringe utilizando su tráquea. La crema fijadora para prótesis dental actúa como adhesivo y sella posibles espacios.
Ajuste la tráquea con una correa de plástico ajustable o alguna otra abrazadera útil. Cubra también los bordes del corte con la crema fijadora para prótesis dental y fije las placas transparentes. Estabilice el cartílago tiroides y aduzca la cuerda vocal utilizando las puntas.
En esta etapa, el montaje hemilarngeo está listo para usarse. Aplique el flujo de aire y verifique si hay fugas. Si el aire escapa lateralmente, selle las brechas agregando más crema fijadora.
Para observar las vibraciones de las cuerdas vocales en tiempo real, se puede aplicar luz estroboscópica. La aplicación principal del montaje de hemicuerda es observar la vibración de las cuerdas vocales no solo desde arriba, sino también desde el lateral. Con este fin, se utilizan dos cámaras de video de alta velocidad sincronizadas.
Uno para la vista superior y otro para la vista lateral. Aquí observamos la vibración de las cuerdas vocales del hemilaringe, registrada por dos cámaras sincronizadas que funcionan a 6 000 cuadros por segundo. El panel izquierdo muestra la vista superior y el panel derecho muestra la vista lateral.
La cuerda vocal vibra a una velocidad de aproximadamente 70 ciclos por segundo y los videos capturados se muestran aquí a cámara lenta. El espacio entre la cuerda vocal y la placa de vidrio se denomina glotis. Puede cuantificarse midiendo su área a medida que cambia con el tiempo.
Aquí, esta área glotal se expresa en píxeles. Es cero cuando la cuerda vocal está en contacto con la placa de vidrio y distinta de cero cuando el aire fluye a través de la glotis. El análisis de la señal acústica resultante del proceso de vibración de la cuerda vocal en el hemilaringe muestra que los principales eventos de excitación acústica ocurren en dos momentos durante un ciclo vibratorio.
En el momento de la apertura glotal, cuando la cuerda vocal pierde contacto con la placa de vidrio, y en el momento del cierre glótico, cuando la cuerda vocal ha vuelto a establecer contacto completo con la placa de vidrio. En la siguiente animación, se muestra en naranja el área de contacto variable en el tiempo entre la cuerda vocal y la placa de vidrio durante un ciclo vibratorio. Aquí, el montaje de hemilaringe se utiliza para validar un método denominado electroglotografía o EGG.
La señal de EGG adquirida simultáneamente se muestra aquí en azul. Existe una correlación razonablemente buena entre el área de contacto de las cuerdas vocales y la señal de EGG. Esto se documenta con mayor detalle en un estudio reciente de nuestro grupo.
En la última sección de este video, presentamos un método novedoso para evaluar la vibración de las cuerdas vocales en tres dimensiones denominado análisis quimográfico del movimiento glótico. En una quimograma digital, la información de la imagen obtenida a lo largo de una línea dentro de un video de alta velocidad se analiza para cada cuadro del video y se representa de izquierda a derecha. El quimograma resultante muestra el movimiento de la estructura de la cuerda vocal a lo largo de la línea de escaneo a medida que evoluciona en el tiempo.
Se generan quimogramas tanto para la vista superior como para la vista lateral, con las líneas de escaneo quimográfico colocadas exactamente en el centro de la cuerda vocal. Se traza el desfase temporal de los bordes de la cuerda vocal. El gráfico de color azul claro muestra la desviación lateral de la cuerda vocal, y los gráficos rojo y verde muestran la desviación vertical de los bordes inferior y superior de la cuerda vocal, respectivamente.
La información resultante puede combinarse para sintetizar una animación que muestre el movimiento de la glotis en dos dimensiones, tal como se observa en la línea media glotal. En este video, hemos proporcionado un tutorial para crear un montaje de hemicuerda laríngea. Hemos mostrado algunas aplicaciones potenciales para evaluar la vibración de las cuerdas vocales no solo desde arriba, sino también desde el lateral, añadiendo así datos empíricos cruciales para comprender mejor un aspecto fundamental de la producción de la voz.
Vea la transcripción completa y acceda a miles de videos científicos
Descripción general
Este artículo presenta un protocolo para la preparación de especímenes de hemicuerpo laríngeo que facilitan una visión multidimensional de la vibración de las cuerdas vocales. Este enfoque permite investigar diversos aspectos biofísicos de la producción de la voz en humanos y mamíferos no humanos.
Componentes Clave del Estudio
Área de la Ciencia
- Neurociencia
- Biofísica
- Vocalización
Antecedentes
- Comprender las vibraciones de las cuerdas vocales es fundamental para estudiar la producción de la voz.
- Las laringes extirpadas ofrecen información detallada sobre el comportamiento de las cuerdas vocales.
- Los montajes convencionales pueden ocultar características vibratorias importantes.
- Los montajes con hemi-laringe permiten la visualización desde múltiples ángulos.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un protocolo para la preparación de hemicuerda vocal.
- Mejorar la comprensión de las vibraciones de las cuerdas vocales.
- Facilitar estudios comparativos entre humanos y mamíferos no humanos.
Métodos Utilizados
- Preparación de especímenes de hemicuerpo laríngeo.
- Visualización de las vibraciones de las cuerdas vocales desde arriba y desde el lado.
- Uso de una laringe de ciervo rojo con fines demostrativos.
- Análisis de las características vibratorias en un montaje controlado.
Resultados principales
- El montaje de hemicuerda vocal proporciona una vista más clara de la dinámica de las cuerdas vocales.
- Se pueden observar características vibratorias clave que permanecen ocultas en los montajes con laringe completo.
- Este método mejora la comprensión de los mecanismos de producción de la voz.
- Los resultados pueden aplicarse a estudios vocales tanto en humanos como en no humanos.
Conclusiones
- La preparación de hemicuerda es una herramienta valiosa para la investigación de las cuerdas vocales.
- Este enfoque puede conducir a nuevos conocimientos sobre la producción de la voz.
- Estudios futuros pueden aprovechar este método para análisis comparativos.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
Comprender la biomecánica de las cuerdas vocales es fundamental para reducir los riesgos en la validación de dianas durante el desarrollo de terapias relacionadas con la voz, especialmente en trastornos que implican el control neuromuscular o la elasticidad del tejido. El montaje de hemicuerda permite la observación tridimensional de la dinámica vibratoria, proporcionando datos cuantitativos y reproducibles que apoyan la reducción de riesgos mecanicistas en modelos preclínicos. Este enfoque mejora la confianza predictiva al vincular observaciones estructurales con resultados funcionales, orientando las decisiones de avance o interrupción en las fases iniciales de descubrimiento.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Valor científico: Permite investigar los mecanismos de vibración de las cuerdas vocales bajo condiciones fisiológicas controladas, lo que apoya la comprobación de hipótesis específicas.
- Valor operativo: Proporciona un modelo reproducible de tejido aislado para evaluar las propiedades biomecánicas del tejido de la cuerda vocal.
- Valor traslacional: Facilita la comparación entre especies, ayudando en la selección de modelos preclínicos relevantes para los trastornos de la voz humana.
Desarrollo de Cribado y Ensayos
- Valor científico: Genera resultados cuantificables como el área glótica y el área de contacto a lo largo del tiempo, lo que permite una evaluación objetiva de la función vibratoria.
- Valor operativo: Facilita la estandarización del ensayo mediante imágenes de alta velocidad sincronizadas y procedimientos de montaje definidos.
- Valor traslacional: Produce conjuntos de datos repetibles y multiangulares adecuados para evaluar intervenciones que afectan la dinámica de las cuerdas vocales.
Investigación Traductacional y Preclínica
- Valor científico: Permite la validación de biomarcadores sustitutos como la electroglotografía (EGG) mediante la correlación de patrones vibratorios con señales eléctricas.
- Valor operativo: Permite la evaluación longitudinal de la respuesta del tejido a manipulaciones farmacológicas o genéticas en preparaciones aisladas.
- Valor traslacional: Conecta hallazgos ex vivo con la función in vivo mediante un análisis detallado del movimiento, apoyando la modelización predictiva.
Integración de la tubería y flujo de trabajo
El montaje de hemilaringe se integra en los flujos de trabajo de descubrimiento temprano como una herramienta de cribado fenotípico para dianas relacionadas con la voz, proporcionando lecturas mecanicistas que orientan la identificación de compuestos prometedores y el avance preclínico.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación basada en hipótesis de la biomecánica de las cuerdas vocales al permitir la observación directa del comportamiento oscilatorio bajo estimulación del flujo de aire.
- Selección: Proporciona métricas vibratorias cuantitativas y estandarizadas (por ejemplo, área glótica, tiempo de contacto) esenciales para comparar condiciones experimentales.
- Análisis: Permite el análisis quimográfico del movimiento glótico, sintetizando datos vibratorios multidimensionales en patrones espacio-temporales analizables.
- Investigación Traducional: Relaciona perfiles vibratorios ex vivo con posibles biomarcadores clínicos mediante la correlación con señales electroglotográficas.
- Reutilización Empresarial: Establece una plataforma reutilizable para evaluar la función de las cuerdas vocales en distintas especies, compuestos y modelos de enfermedad.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor científico: Reduce la ambigüedad mecanicista en los modelos de producción vocal al revelar características vibratorias ocultas que quedan enmascaradas en configuraciones convencionales.
- Valor operativo: Asegura la reproducibilidad mediante protocolos estandarizados de descongelación, montaje y adquisición de imágenes que utilizan captura sincronizada de alta velocidad.
- Valor estratégico: Mejora la confianza en las decisiones de avance o interrupción al proporcionar datos empíricos multidimensionales sobre la interacción con el blanco y la respuesta del tejido.
- Impacto en la cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de candidatos dirigidos a la voz, basada en actividad biomecánica validada.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en técnicas de disección e identificación histológica de estructuras laríngeas como los cartílagos tiroides y cricoides.
- Depende del acceso a baños de agua con control de temperatura, herramientas de corte de precisión (bisturíes, sierras) y hardware de montaje (tubos traqueales, placas, puntas).
- Necesita protocolos estandarizados de preparación para minimizar la degradación del tejido y garantizar propiedades biomecánicas consistentes entre las muestras.
- Requiere adaptación de sistemas de imagen para captura de video de alta velocidad con visión dual y sincronizada a tasas de cuadros suficientes (por ejemplo, 6.000 fps) para resolver las oscilaciones rápidas de las cuerdas vocales.
- Está limitado por la viabilidad del tejido tras el descongelado, lo que exige realizar los experimentos a tiempo para preservar las propiedades viscoelásticas nativas del tejido de la cuerda vocal.
