Лекции по биофизике
.pdf
Рис. 40. Схематическое
строение внутреннего уха
В средней части, находится улитка – кортиев орган с собственно рецепторным аппаратом – волосковыми клетками, расположенными между основной и покровной мембраной. Их особенностью является наличие одного длинного волоска и нескольких рядов ворсинок. Различают несколько видов волосковых клеток:
1.Внутренние волосковые клетки расположены у внутренней костной стенки в виде одного ряда из 3500 клеток.
2.Наружные волосковые клетки расположены ближе к наружной костной стенке в виде трех рядов из 24000 клеток.
Электрические явления в улитке. Эндолимфа за счет секреции сосудистой полоски имеет избыточную по сравнению с перилимфой концентрацию ионов калия, и ее, потому ее пространство заряжено положительно (+80 мВ) относительно перилимфы. Потенциал покоя волосковых клеток (-40 мВ) во время воздействия колебаний покровной и базальных мембран, вызванных лимфой, изменяется незначительно (рецепторный потенциал: 1-3 мВ).
Однако если попытаться зарегистрировать эндокохлеарный потенциал, относительно среднего уха его величина составит -140 мВ и будет изменяться в соответствии с частотой воздействующей звуковой волны, что позволило назвать его микрофонным потенциалом.
Считается, что рецепторный потенциал волосковых клеток модулирует изменения микрофонного потенциала и образующийся в результате суммационный потенциал воспринимается нейронами 1-го порядка, которые и передают информацию далее в ЦНС.
Кодирование частоты и силы звука осуществляется целым комплексом процессов, в котором участвуют кортиев орган. Колебания эндолимфы, заданные мембраной овального окна, по скорости распространения опережают колебания основной и покровных мембран, и потому, достигая круглого окна, отражаются и суммируются с колебаниями мембран. В случае совпадения частот колебания жидкости и мембран в местах с соответствующей жесткостью происходит образование максимумов (условие резонанса), скорость движения
171
которых обеспечивает раздражение соответствующих волосковых клеток. Считается, что низкие колебания звука (ниже 50 Гц) вызывают колебания всей мембраны с соответствующей воздействующему звуку частотой. Средние частоты наиболее чувствительного диапазона (выше 100 Гц) вызывают колебания основной мембраны в виде «бегущей волны», а высокие (выше 4 кГц) – колебания только части мембраны возле круглого окна.
Представленные положения являются основными в гипотезе Бекеши «бегущей волны» и в настоящее время считаются достоверными при объяснении кодирования частоты и силы звуку в улитке.
Задачи
1.Сможет ли человек услышать результирующее колебание, полученное при сложении двух ультразвуковых колебаний с частотами 800 и 799 кГц? Какой длине волны будет соответствовать воспринимаемый им звук в воздухе?
2.На каких клинических явлениях основан клинический метод исследования
– перкуссия, т.е. исследование внутренних органов посредством постукивания по поверхности тела и анализа возникающих при этом звуков?
3.Обычно амплитуда колебаний давления в слуховых путях превышает амплитуду тех колебаний, которые наблюдались бы в данном месте звукового поля при отсутствии человека. Чем можно обьяснить это явление?
4.Барабанная перепонка в норме имеет неправильную форму и неравномерное натяжение на различных участках. Как это влияет на восприятие звуковых колебаний в диапазоне слышимых частот?
5.Определить резонансную частоту наружного слухового прохода, если его можно сравнить с закрытой с одного конца органной трубой длиной около
2,75 см.
6.Определить величину смещения барабанной перепонки уха человека на
пороге слышимости для звука частотой 1 кГц, если максимальные скорости смещения перепонки и частиц воздуха одинаковы и равны 510-6 см/с. Сравнить величину смещения барабанной перепонки с размерами атома.
7.Почему при ультразвуковой терапии необходимо избегать воздушной прослойки между излучателем ультразвука и обтекаемыми участками тела?
8.Почему наиболее целесообразно в качестве промежуточных передающих сред между источником ультразвука и облучаемой тканью использовать парафиновое масло или воду?
9.В определенном диапазоне частот (700 – 800 Гц) барабанная перепонка работает почти как идеальный приемник звука, т.е. звуковые волны, поступающие в слуховые пути, от нее почти не отражаются. При каком условии возможно такое явление?
172
10.Волновое сопротивление мышечной ткани человека равно 1,63106 Па.с/м.
Определить скорость распространения ультразвука в мышечной ткани, если ее плотность 1060 кг/м3.
Ответы на задачи
1.Да, 34 см.
2.При исследовании на мягких пластичных тканях звук поглощается и затухает, на упругих тканях наблюдается резонанс в перкуторном звуке тона, соответствующего их собственной частоте. Резонируют полости тела, наполненные воздухом, кости, эластичные перепонки.
3.Это объясняется концентрацией звуковой энергии и резонансными явлениями, возникающими в слуховых путях.
4.Барабанная перепонка не имеет собственного периода колебаний. Это свойство исключает ее резонанс в диапазоне воспринимаемых звуков.
5.3 кГц.
6.Х0 = vmax/2 v = 0,8.10-9 (см). Эта величина меньше диаметра атома, равного 10-8 см.
7.Из-за разных волновых сопротивлений сред ультразвук отражается от границы раздела и энергия ультразвука не поступает в облучаемую ткань.
8.Волновые сопротивления этих сред мало отличаются от акустических сопротивлений ткани, и звуковая энергия почт не отражается от границ раздела сред.
9.В диапазоне частот 700 – 800 Гц воздух и барабанная перепонка имеют одинаковые волновые сопротивления.
10.1538 м/с.
173
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1.Баскаков с соавт. Методы эмиссионного спектрального анализа в биофизике. – Томск: СибГМУ, 2006. – 83 с.
2.Капилевич Л.В. Методы функционально-диагностических исследований.
–Томск: СибГМУ, 2005. – 154 с.
3.Ремизов А.И. Медицинская и биологическая физика: Учебник для вузов.
–М.: Дрофа, 2003. – 560 с.
4.Рубин А.Б. Биофизика.1-2 том. М.Изд-во МГУ, 2004 (448+469 с.).
5.Самойлов В.О. Медицинская биофизика. – СПб.: СпецЛит, 2004. – 496 с.
174
ЛЕКЦИИ ПО БИОФИЗИКЕ
Учебно-методическое пособие
Под редакцией проф. Баскакова М.Б.
И.В. Ковалев, И.В. Петрова, Л.В. Капилевич, А.В. Носарев, Е.Ю. Дьякова
Макет издания подготовлен в Центре дистанционного образования СибГМУ
Отпечатано в лаборатории оперативной полиграфии СибГМУ Заказ №___Тираж_____экз.
175