Kanamycin-induced changes in cochlear hair cells of the guinea pig

Summary Electron-microscopical studies on the organ of Corti in kanamycin-intoxicated guinea pigs showed that progressive changes occurred in the cochlear hair cells. The changes appeared first in the basal turn of the organ of Corti, and affected primarily the outer hair-cells. During the later stages of intoxication, degeneration spread from the basal turn upwards, in the direction of the apex of the cochlea and, finally, affected all the external hair-cells.The early changes caused clumping of the chromatin in the nucleus, swelling of the nuclear membrane, damage in the mitochondria, with vesiculation of the mitochondrial cristae, and the formation of lamellated structures. The lysosomes were converted into dense bodies exhibiting various degeneration patterns. The ribosomes disappeared at an early stage from the cytoplasm.Even in cells where severe changes had occurred the hairs and cuticle seemed to be intact.During the final stages the plasma membrane, as well as the hairs and cuticle, was destroyed, and only remnants of these structures remained.Even after the disappearance of the sensory cells and the afferent nerve endings, some efferent nerve endings were still present in the organ of Corti.The action of kanamycin seems to differ slightly from that of streptomycin, since the changes caused by kanamycin in the plasma membrane are a fairly late effect, whereas the earliest changes occur apparently in the RNA protein-synthesis system and in the mitochondria of the external hair-cells.

---

Zusammenfassung Elektronenmikroskopische Untersuchungen am Cortischen Organ von Meerschweinchen mit Kanamycinintoxikation ergaben eine fortschreitende Schädigung der cochlearen Haarzellen. Die Veränderungen begannen in der basalen Schneckenwindung und betrafen vorwiegend die äußeren Haarzellen. In späteren Intoxikationsstadien breitete sich die Degeneration von der Basalwindung nach aufwärts bis in die Schneckenspitze aus und wurde schließlich an allen äußeren Haarzellen gesehen.Die früheren Veränderungen manifestierten sich am Kern mit Chromatinverklumpung, Schwellen der Kernmembran, Schädigung der Mitochondrion mit vesikulären Cristae mitochondriales und Bildung von Lamellenstrukturen. Die Lysosomen waren in dichte Körper verwandelt und wiesen verschiedene Degenerationsmuster auf. Die Ribosomen verschwanden früh aus dem Cytoplasma. Sogar in schwer geschädigten Zellen erschienen Haare und Cuticula intakt.In den Endstadien waren Plasmamembran, Haare und Cuticula bis auf Reste zerstört. Einige efferente Nervenendigungen waren selbst nach dem Verschwinden der Haarzellen und der afferenten Endigungen noch anzutreffen.Die Wirkung von Kanamycin ist offenbar etwas anders als die von Streptomycin, da die Veränderungen an der Plasmamembran ziemlich spät auftreten, während sich die frühesten Schäden im System der RNA-Proteinsynthese und in den Mitochondrien der äußeren Haarzellen zu manifestieren scheinen.

---

---

This investigation was supported by Grant No. NB 3956-03 from the US Public Health Service, the Swedish Medical Research Council, and Stiftelsen Therese and Johan Anderssons Minne. The skillful technical assistance of Miss Cathrine Lindholm, Miss Ann-Marie Lundberg, Miss Sonja Löfvenius, and Miss Gunilla Wiman is gratefully acknowledged. The kanamycin was kindly supplied by AB H. Lundbeck & Co.