Физиология звукопроведения

Проведение звуков в ухе является механическим процессом (рис. 1.2.5).

Звуковая волна, улавливаемая ушной раковиной, попадает в наружный слуховой проход, вызывает вибрацию барабанной перепонки и слуховых косточек. Колебание стремени в овальном окне возбуждает жидкости ушного лабиринта. Звуковая волна распространяется по лестнице преддверия улитки к геликотреме и через нее в барабанную лестницу - к мембране круглого окна. Колебания перилимфы передаются на эндолимфу и перепончатый лабиринт.

Распространение звуковой волны в перилимфе возможно благодаря наличию вторичной мембраны круглого окна, а в эндолимфе – вследствие эластичного эндолимфатического мешка, сообщающегося с эндолимфатическим пространством лабиринта через эндолимфатический проток.

Движение жидкостей лабиринта вызывает колебания базилярной мембраны перепончатого лабиринта, на которой находится кортиев орган с чувствительными волосковыми клетками.

Рис. 1.2.5

Ушная раковина имеет значение в ототопике, концентрации звуковой энергии и согласовании импедансов (сопротивлёний) звуковой волне свободного акустического поля и наружного слухового прохода. Ушная раковина и наружный слуховой проход имеют собственную резонансную частоту (3 и 5 кГц). В частности, усиление слуховым проходом звуков 3 кГц на 10-12 дБ происходит за счет соответствия длины слухового прохода 1/4 длины волны этой резонансной частоты, что улучшает восприятие речи.

Таким образом, наружное ухо играет роль в усилении высокочастотных звуков и локализации источника звука в пространстве.

Энергия звуковой волны теряется при переходе из воздушной среды в жидкую (ушную лимфу) на 99,9% вследствие более высокого импеданса пери- и эндолимфы и отражения её, что составляет около 30 дБ. Однако возможные потери звуковой энергии компенсируются другими механизмами.

Площадь барабанной перепонки человека составляет около 85 мм², из которых лишь 55 мм² вибрируют под влиянием звуковой волны. Площадь же подножной пластинки стремени около 3,2 мм² .Разница этих площадей обеспечивает усиление давления на подножную пластинку стремени в 17 раз, что составляет 24,6 дБ, то есть импедансная потеря звуковой энергии компенсируется почти полностью.

Кроме этого, слуховые косточки действуют по закону рычажной системы, что создаёт положительный эффект усиления с коэффициентом 1,3. Дополнительное увеличение энергии на подножную пластинку стремени обусловливается конической формой барабанной перепонки, при вибрации которой возрастает давление на молоточек в два раза.

Таким образом, звуковая энергия, приложенная к барабанной перепонке, усиливается на подножной пластинке стремени в 17 ^. 1,3 ^. 2 = 44,2 раза, что соответствует 33 дБ и компенсирует импедансные потери энергии.

Усиление давления звуковой волны зависит и от частоты стимуляции. Так, на частоте 2500 Гц давление увеличивается на 30 дБ, а выше этой частоты коэффициент усиления уменьшается.

Под влиянием низких звуков перепонка при вибрации колеблется в сторону барабанной полости до 0,5 мм, а под воздействием высоких звуков - в пределах долей микрона. Наибольшая вибрация перепонки отмечается в задненижних отделах. Стремя совершает перемещения в овальном окне 3^-7 мм при уровне звукового давления 80 дБ, на частоте 1000 ГЦ. На подножную пластинку стремени звуковая волна оказывает давление в 60 раз сильнее, чем на круглое окно, поэтому она распространяется от овального окна к круглому, а не наоборот. Благодаря трансформационному механизму среднего уха давление звуковой волны в ушной лимфе становится в 36 раз больше, чем в воздухе.

Кроме этого, звуковая волна поступает на лабиринтные окна в неодинаковых фазах при максимальной разнице давления на них. В фазе сгущения мембрана овального окна колеблется внутрь вестибулярной лестницы со сдвигом перилимфы, а мембрана круглого окна, находясь в фазе разрежения, - в сторону барабанной полости, а при смене фаз – наоборот. Скорость распространения волны в вестибулярном канале постоянна и равна скорости звука в воде, а в тимпанальном канале волна распросраняется с резким замедлением вследствие больших градиентов давления со стороны базилярной мембраны. Объемные смещения окон одинаковые, однако звуковое давление в вестибулярной и барабанной лестницах разное, что является необходимым условием движения жидкости в лабиринте и возбуждения слухового рецептора.

Одним из условий нормального функционирования звукопроводящего аппарата является хорошая подвижность его и особенно мембран овального и круглого окон при максимальной разнице давления на них. При полном дефекте барабанной перепонки, когда разница звукового давления на лабиринтные окна минимальная, слух понижается на 45 - 50 дБ, а при разрушении цепи слуховых косточек - на 50-60 дБ.

Морфологические изменения и нарушения подвижности звукопроводящей системы являются причинами кондуктивной тугоухости различной этиологии.

При кондуктивной тугоухости (гнойный средний отит, дефект барабанной перепонки, адгезивный средний отит, отосклероз и другие) производятся различные варианты слуховосстанавливающих операций с целью улучшения трансформационного механизма среднего уха.

Мышцы барабанной полости (натягивающая барабанную перепонку и стременная) выполняют аккомодационную и защитную функции. Они регулируют передачу звуков разной частоты и интенсивности за счёт изменения напряжения цепи слуховых косточек. При воздействии на ухо сильных звуков (80 дБ) обе мышцы приходят в состояние тетанического сокращения и защищают внутреннее ухо от звуковой травмы. За счёт сокращения мышц и эластичности связок слуховых косточек осуществляется аккомодационная функция для ограничения искажений (нелинейностей) в среднем ухе.

Костно-тканевая проводимость. Кроме воздушного звукопроведения колебания волн передаются к кортиевому органу тканевым путём – через кости черепа (Куликовский Г. Г., 1935). Различают инерционный и компрессионный типы костно-тканевой проводимости. При низких звуках череп колеблется как целое и благодаря инерции цепи слуховых косточек получается относительное перемещение стремени по отношению к капсуле лабиринта (инерционный тип). При высоких звуках получается как бы периодическое сжатие волной капсулы лабиринта и возбуждение кортиева органа за счет разницы давления жидкостей изнутри на овальное и круглое окна (компрессионный тип). Следовательно, как воздушная проводимость так и инерционный тип костно-тканевой проводимости нуждаются в нормальной подвижности мембран обоих окон. При компрессионном же типе костно-тканевой проводимости достаточно подвижности одной мембраны (например, мембраны круглого окна).

В основе некоторых заболеваний (болезнь Меньера, сенсоневральная тугоухость и др.) лежит нарушение циркуляции жидкостей лабиринта. Считается, что эндолимфа продуцируется сосудистой полоской, а всасывается в эндолимфатическом мешке, в который она притекает по эндолимфатическому протоку. Причиной повышения внутрилабиринтного давления и скальной кондуктивной тугоухости может явиться избыточное продуцирование эндолимфы сосудистой полоской, ухудшение ее резорбции в эндолимфатическом мешке, а так же избыток перилимфы при повышении ликворного давления. Последнее возможно из-за наличия связи перилимфатического пространства барабанной лестницы посредством улиткового протока с субарахноидальным пространством.

Слуховая труба выполняет вентиляционную, дренажную, защитную функции и барофункцию.

Согласно теории В.И.Воячека механизм вентиляции барабанной полости состоит в том, что при пороговом понижении давления воздуха (1-5 мм рт.ст.) в барабанной полости перепонка слегка втягивается, происходит сдавление барабанной струны между рукояткой молоточка и длинным отростком наковальни, вследствие чего стимулируется слюновыделительная функция и осуществляется акт глотания слюны. В момент глотания открывается носоглоточное устье слуховой трубы, и необходимое количество воздуха из носоглотки поступает в барабанную полость. Таким образом, восстанавливается одинаковое давление воздуха в барабанной полости с атмосферой, что является необходимым условием нормальной функции звукопроводящего аппарата.

Вентиляционная функция может происходить так же при сморкании, чихании или кашле ввиду повышения воздушного давления в носоглотке.

При нарушении вентиляционной функции слуховой трубы в барабанной полости возникает отрицательное давление, барабанная перепонка втягивается, повышается внутрилабиринтное давление жидкости вследствие вдавления стремени в овальное окно, что приводит к нарушению звукопроведения и снижению слуха в области низких частот до 20-30 дБ.

Бароаккомодацией уха называется способность к выравниванию давления воздуха в барабанной полости при апериодических колебаниях давления внешней среды, особенно значительных и резких. При перепадах атмосферного давления (30-60 мм рт.ст.) появляются симптомы баротравмы в виде гиперемии перепонки, кровоизлияний, а перепад давления в 0,3 атмосферы угрожает разрывом её. Баротравма уха также является причиной кондуктивной тугоухости.

Дренажная функция слуховой трубы заключается в оттоке секрета из барабанной полости в носоглотку. Защитную функцию слуховой трубы выполняет мерцательный эпителий, движения ресничек которого направлены в сторону носоглотки.