Тема: Физика слуха
Орган слуха состоит из звукопроводящей системы (наружное, среднее и внутреннее ухо) и звуковоспринимающей системы (волосковые клетки на базиллярной мембране внутреннего уха)
Зачем три уха? Воспринимаемые нами звуки – механические волны, приходят по воздуху. Звук очень плохо проникает из воздуха в воду. Чтобы решить эту проблему возникли наружное и среднее ухо. Волосковые клетки – механоэлектрические рецепторынаходятся во внутреннем ухе Волосковые клетки должны находиться в водной среде, иначе они высохнут и погибнут. Генерация трансмембранных потенциалов также невозможна, если клетка не находится в водной среде. У рыб внутреннее ухо есть, а наружного и среднего – нет, т. к. нет границы воздух-вода.
Наружное ухо • Длина слухового прохода человека примерно 2, 3 см. • Акустический резонанс возникает, если длина волны звука в 4 раза больше длины резонатора. • Таким образом, резонанс приходится на частоту 3 к. Гц.
Кривые равной громкости: I Показывают зависимость уровня интенсивности ( д. Б) от частоты звука при заданной громкости (Ефон) L
Как человек определяет локализацию звука? При низких частотах ухо четко улавливает разность фаз звуковой волны в левом и правом ухе (из-за различия расстояний от источника звука При высоких частотах ухо реагирует на разность интенсивностей звука. Из-за «звуковой тени» вокруг головы различие в интенсивностях может достигать 30 д. Б (1000 раз!). Это позволяет локализовать источник звука с точностью от 3 до 10 градусов.
Функции наружного уха 1. Наружное ухо выполняет роль резонатора. При действии звуковых частот, близких к 3000 Гц, происходит усиление давления на барабанной перепонке по сравнению с давлением в свободном звуковом поле. Вследствие эластичности барабанной перепонки это усиление составляет около 100 раз. 2. Обеспечивает бинауральность слуха. Форма наружного уха (воронка, закрытая с одного конца), идущего с определенного направления) приспособлена для улучшенного восприятия звука, идущего с определенного направления. 3. Функция защитного механизма. В слуховом проходе вблизи барабанной перепонки поддерживается постоянный уровень температуры и влажности независимо от колебаний температуры и влажности во внешней среде, что обеспечивает стабильность упругих свойств барабанной перепонки.
Акустический импеданс (волновое сопротивление) среды § Это характеристика среды, определяющая условия отражения и преломления волн на границе раздела сред § Акустическим импедансом (Z) называют произведение плотности среды (r) на скорость (с) распространения звуковой волны в среде: § Коэффициент проникновения звуковой волны (b) – это величина, волн: равная отношению интенсивностей прошедшей и падающей Формула Рэлея: если: то:
Акустический импеданс (волновое сопротивление) среды Формула Рэлея: § Коэффициент проникновения звуковой волны (b) – это величина, равная отношению интенсивностей прошедшей и падающей волн:
Среднее ухо – трансформатор давления. • 1. Косточки среднего уха (молоточек, наковальня, стремечко) работают, как рычаги, обеспечивая выигрыш в силе в 1, 3 раза. 2. Площадь барабанной перепонки человека 0, 7 см 2, а площадь овального окна внутреннего уха 0, 032 см 2. Звуковая волна давит на барабанную перепонку (Рб)
Среднее ухо – трансформатор давления. • Сила, давящая на молоточек: Fм= Рб Sм= Рб 5, 5·10 -5 м 2, где Sм – площадь контакта молоточка с перепонкой. • Сила, давящая на стремечко Fс=1, 3 Fм. • Давление стремечка на овальное окно Роо=Fс/Sс=Fс/(3, 2·10 -6 м 2), где Sс – площадь контакта стремечка с овальным окном. • Отсюда Роо/Рб=22. • Фон Бекеши экспериментально доказал, что это соотношение давлений равно 17, или выигрыш в уровне интенсивности Lд. Б=20·lg(Роо/Рб)=20·lg 17≈25 д. Б (в интенсивности - в 316 раз)
СРЕДНЕЕ УХО • Амплитуда смещений барабанной перепонки l=V/2πν, где V – скорость движения барабанной перепонки (равной скорости движения молекул воздуха), ν - частота. • В свою очередь V=P/(ρ·c), • Отсюда l=V/2πν=P/(2πνρ·c). Подставим с=3, 4·102 м/с, для воздуха ρ=1, 3 кг/м 3, пороговое значение Ро=2·10 -5 Па. • Отсюда V=5·10 -8 м/с, а при частоте ν =1 к. Гц смещение барабанной перепонки составит l=0, 8·10 -11 м, что меньше размера атома водорода. • Если увеличить уровень интенсивности звука до болевого порога 130 д. Б, то смещение будет l=10 -3 м=1 мм.
Среднее ухо • Если колебания амплитудой в 1 мм передать на внутреннее ухо, то оно будет разрушено. • Среднее ухо защищает внутреннее от перегрузок за счет изменения характера колебаний стремечка. • При пороговых смещениях стремечко движется, как поршень. • При средних – как дверь, закрепленная на петлях с одной стороны. • При больших – как дверь с петлями посредине, т. е. когда одна сторона входит, другая – выходит.
ВНУТРЕННЕЕ УХО Улитка имеет форму спирали, у человека она имеет 2, 5 витка. Длина развернутой улитки 35 см, объем около 100 мкл (2 капли воды) В улитке 3 параллельных заполненных жидкостью канала. Вестибулярный и барабанный (тимпанальный) каналы заполнены перилимфой, улитковый канал – эндолимфой. В Улитковый канал отделен от эндолимфе концентрация барабанного базилярной мембраной, на которой располагается кортиев орган с ионов калия в 100 раз выше, волосковыми клетками и нервными чем в перилимфе. окончаниями.
Внутреннее ухо Характер колебаний базилярной мембраны зависит от частоты. Мембрана неоднородна по длине. К вершине улитки она уширяется и утолщается. Рядом со стремечком она имеет в 100 раз больший модуль упругости, чем у вершины. Из-за ее неоднородности механические волны разной частоты приводят в движение разные участки мембраны: низкие частоты вызывают колебания наиболее массивной части. Движения базилярной мембраны вызывают деформацию волосковых клеток, что приводит к деполяризации их цитоплазматических мембран. Эти изменения потенциала действуют на дендриты нейронов, находящихся в контакте с основанием волосковых клеток. В результате возбуждаются волокна слухового нерва.
Экзогенные ДЕФЕКТЫ СЛУХА факторы инфекционные заболевания во время беременности, особенно в первые месяцы: Эндогенные факторы Более 50 % случаев глухоты и тугоухости считаются наследственно обусловленными. o краснуха, корь, грипп, Показано, что в возникновении врожденные глухоты даже после перенесенной o сифилис, токсоплазмоз и др. инфекции значительное место Среди постнатальных инфекций, принадлежит наследственному способствующих поражению слуха, предрасположению определенная роль отводится: Особенно актуальна эта корь, скарлатина, эпидемический закономерность при глухоте, паротит связываемой с медикаментозным Большое значение имеют лечением. менингиты, менингоэнцефалиты. Генетическая недостаточность Одной из важнейших причин органа слуха делает его уязвимым нарушения слуха применении ряда (чаще тугоухости) у детей считаются отиты. антибиотиков.
РАЗНОВИДНОСТИ ТУГОУХОСТИ Сенсоневральная тугоухостьколичество волосковых клеток уменьшается (повреждается), они не способны трансформировать звуковые колебания в нервные импульсы. При длительном периоде нейросенсорной тугоухости частично атрофируются веточки слухового нерва, не получающие необходимой стимуляции электрическими сигналами от волосковых клеток. Иначе говоря, сенсоневральная тугоухость имеет тенденцию прогрессировать со временем. Кондуктивная тугоухость представляет собой частичную глухоту изза отсутствия нормальной проводимости звука. Основными причинами данного заболевания является аномалии среднего уха, его косточек или барабанной перепонки, или же непроходимость слухового прохода уха
АУДИОМЕТРИЯ – измерение остроты слуха, т. е. чувствительности слухового органа к звукам разной частоты.
СНЯТИЕ АУДИОГРАММ
Аудиоскрининг новорожденных По данным Второй международной конференции по скринингу новорожденных, диагностике и раннему вмешательству (2 nd International Conference on Newborn Hearing Screening Diagnosis and Intervention): частота нарушений слуха наблюдается у 3 из 1000 новорожденных
КОХЛЕАРНАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ Сущность метода заключается в установке в организме пациента устройства, способного преобразовывать электрические импульсы, поступающие с внешнего микрофона, в сигналы, понятные нервной системе. При этом под кожей (в височной области) устанавливается тело имплантата, а через барабанную полость в барабанную лестницу улитки проводится электродный массив. Внешний речевой процессор (аудиопроцессор) преобразует звук, поступающий на микрофон, в электрический сигнал. Это приводит к возбуждению нейронов спирального ганглия улитки (1 нейрон слухового анализатора). Таким образом звуковая информация, закодированная в поток электрических импульсов передаётся по проводящим путям слухового анализатора в корковые отделы, что дает возможность слышать.
КОХЛЕАРНАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ Кохлеарная имплантация эффективна только при улитковом уровне поражения слуха и не эффективна при наличии ретрокохлеарной патологии.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ