Глава 2 . ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА СЛУХА

2.1. СТРОЕНИЕ УХА

Все передачи по системам вещания и связи предназна­чены для приема их человеком. Поэтому для правильного проектирования и эксплуатации этих систем необ­ходимо знать свойства слуха человека, тем более что органы слуха являются своеобразным приемником звука.

Ухо состоит из трех частей: наружного, среднего и внутреннего. Две первые части уха служат передаточ­ным устройством для подведения звуковых колебаний к слуховому анализатору, находящемуся во внутрен­нем ухе — улитке. Это передаточное устройство слу­жит рычажной системой, превращающей воздушные колебания с большой амплитудой скорости колебаний и небольшим давлением в механические колебания с ма­лой амплитудой скорости и большим давлением. Коэф­фициент трансформации в среднем равен 50—60.Кроме того, передаточное устройство вносит коррекцию в частотную характеристику следую­щего звена восприятия — улитки.

Рассмотрим подробно устройство главного слухового органа.

Наружное ухосостоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина – эластический хрящ сложной формы, покрытый кожей. Ушная раковина человека удлинена, нижняя часть – мочка, лишена хряща и заполнена жиром. Свободный загнутый край ушной раковины носит название завиток, на вогнутой поверхности параллельно завитку расположен противозавиток, впереди от него имеется углубление - раковина уха, на дне которого находится наружное слуховое отверстие, спереди оно ограничено козелком.

Наружный слуховой проход состоит из костного и хрящевого отделов, его длина у взрослого человека равна 2,5 см, просвет круглой или овальной формы имеет диаметр около 0,7 см. По ходу имеется S-образный изгиб наружного слухового прохода, если оттянуть ушную раковину вверх и назад, проход выпрямляется. Кожа хрящевого отдела содержит многочисленные сальные и серные железы, а также волосы. Серные железы вырабатывают вязкий, желтоватый секрет – ушную серу. Кожа костного отдела тонкая, лишена волос и желез.

Среднее ухо включает барабанную полость, барабанную перепонку, систему воздухоносных ячеек сосцевидного отростка и слуховую трубу.

Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего. Она представляет собой пластинку, состоящую из двух слоев волокон соединительной ткани, в наружном слое волокна расположены радиально, во внутреннем слое – циркулярно. Поверхность, обращенная в сторону наружного слухового прохода, покрыта эпителием, внутренняя поверхность, которая обращена в барабанную полость, покрыта слизистой оболочкой среднего уха. Диаметр барабанной перепонки примерно 9 мм, толщина 0,1мм. В центре имеется вдавление – пупок, в этом месте к перепонке прикрепляется одна из слуховых косточек – молоточек.

Барабанная полость – щелевидное пространство объемом 0,75 см3, расположена в височной кости, изнутри выстлана слизистой оболочкой. В полости находятся три слуховые косточки, сухожилия мышц, натягивающих барабанную перепонку и стремя. Здесь же проходит барабанная струна – ветвь промежуточного нерва (чувствительная часть лицевого нерва). Барабанная полость продолжается в слуховую трубу, которая открывается в носоглотке глоточным отверстием слуховой трубы.

Барабанная полость имеет шесть стенок. Верхняя – отделяет барабанную полость от полости черепа, нижняя – отделяет барабанную полость от яремной вены, лабиринтная – отделяет барабанную полость от костного лабиринта внутреннего уха. В лабиринтной стенке имеются два окна: окно преддверия – закрыто основанием стремени, окно улитки – закрыто вторичной барабанной перепонкой. Перепончатая стенка образована барабанной перепонкой. Передняя стенка отделяет барабанную полость от канала внутренней сонной артерии, в области задней стенки расположен вход в сосцевидную пещеру.

Слуховые косточки – стремя, наковальня и молоточек, названы так благодаря своей форме. Эти косточки самые маленькие в человеческом организме, вместе они составляют цепь, соединяющую барабанную перепонку с окном преддверия, ведущим во внутреннее ухо. Косточки предназначены для передачи звуковых колебаний. Рукоятка молоточка сращена с барабанной перепонкой. Головка молоточка и тело наковальни соединены между собой суставом и укреплены связками, длинный отросток наковальни соединяется с головкой стремечка. Основание стремечка входит в окно преддверия, соединяясь с его краем посредством кольцевой связки. Косточки покрыты слизистой оболочкой. Сухожилие мышцы, напрягающей барабанную перепонку, прикрепляется к рукоятке молоточка, стременной мышцы – к стремени. Эти мышцы регулируют движение косточек.

Сосцевидные воздухоносные ячейки – находятся в толще сосцевидного отростка височной кости, через сосцевидную пещеру сообщаются с барабанной полостью.

Слуховая труба (Евстахиева) - состоит из костной (1/3 длины) и хрящевой (2/3 длины) частей, имеет длину 3,5 см, диаметр просвета 1-2 мм. Слуховая труба выстлана слизистой оболочкой. В норме стенки хрящевого отдела находятся в спавшемся состоянии, раскрытие этой части трубы происходит в момент глотания.

Слуховая труба выполняет важную функцию – способствует выравниванию давления воздуха внутри барабанной полости по отношению к наружной среде.

Внутреннее ухо расположено в пирамиде височной кости. Функционально внутреннее ухо разделяют на две части: слуховую (улитка) и вестибулярную (преддверие и полукружные каналы). В костном лабиринте расположен перепончатый лабиринт, повторяющий формы костного, между лабиринтами имеется щель, заполненная перилимфой. Костный лабиринт расположен между барабанной полостью и внутренним слуховым проходом и состоит из преддверия, трех полукружных каналов и улитки. Костное преддверие – овальная полость, которая сообщается с полукружными каналами, на боковой стенке имеется два окна: окно преддверия и окно улитки.

Три костных полукружных канала (передний, задний и латеральный) лежат в трех взаимно-перпендикулярных плоскостях. Каждый полукружный канал имеет по две ножки, одна из которых перед впадением в преддверие расширяется, образуя ампулу. Костная улитка образует 2,5 завитка вокруг горизонтально лежащего стержня – веретена, вокруг которого наподобие винтовой лестницы закручена костная спиральная пластинка. Пластинка делит полость канала улитки на две лестницы: преддверия и барабанную, которые сообщаются между собой в области купола через отверстие.

Стенка перепончатого лабиринта образована соединительной тканью, изнутри она выстлана эпителием и заполнена эндолимфой. Перепончатый лабиринт представлен в преддверии двумя небольшими расширениями (мешочком и маточкой). Перепончатые полукружные каналы открываются в маточку. Участки мешочков, содержащие чувствительные клетки, называются пятнами, аналогичные участки ампул полукружных перепончатых каналов – гребешками. Чувствительные клетки пятна содержат волоски, которые покрыты студенистой мембраной, содержащей кристаллы углекислого кальция (отолиты). Пятна воспринимают изменение силы тяжести и линейного ускорения. Чувствительные клетки ампулярных гребешков также содержат волоски, покрытые сверху желатинообразным куполом. Ампулярные гребешки воспринимают изменение углового ускорения (например, при поворотах головы).

При изменении силы тяжести, положения головы, тела, при ускорениях отолитовая мембрана и желатинообразный купол смещаются, это приводит к напряжению волосков и изменению активности ферментов чувствительных клеток, нервный импульс передается по преддверной части черепного нерва в мост головного мозга, а затем в мозжечок и кору теменных и височных долей (корковый центр равновесия).

Улитковый лабиринт – имеет вид слепого выпячивания преддверия, которое находится в улитке и слепо заканчивается на ее верхушке, называется он улитковым протоком. Улитковый проток заполнен эндолимфой и разделает костный спиральный канал на три части, занимая среднюю часть. Верхняя часть-это лестница преддверия, нижняя – барабанная лестница, они заполнены перилимфой. В области купола улитки обе лестницы сообщаются между собой через отверстие улитки. Барабанная лестница простирается до основания улитки, где она заканчивается у круглого окна улитки, закрытого вторичной барабанной перепонкой, лестница преддверия сообщается с перилимфатическим пространством преддверия.

Улитковый проток на поперечном разрезе имеет треугольную форму. Его нижняя стенка, обращенная к барабанной лестнице, представляет собой базилярную мембрану, на которой расположен спиральный орган Корти – он осуществляет восприятие звуков. Воспринимающие клетки располагаются на мембране, имеющей разную ширину у начала и у вершины улитки. Считается, что в результате этого мембрана резонирует разными своими частями в ответ на звуки разной высоты. Ее воспринимающие клетки имеют микроскопические волоски, которые при колебаниях мембраны касаются другой пластинки, нависающей над ними в виде полога (покровная мембрана). Это и является стимулом к формированию нервных импульсов.

Раздражителем для кортиева органа является звук, человеческое ухо способно воспринимать звуковые колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. К звукам, имеющим частоту 1 000-3 000 Гц (колебаний в секунду) ухо наиболее чувствительно, в этом частотном диапазоне находится человеческая речь.

Ушная раковина представляет собой своеобразный рупор, собирающий и направляющий звуковые волны в наружный слуховой проход. Кроме этого, ушная раковина имеет значение в ототопике, т.е. в определении, где находится источник звука. Наружный слуховой проход служит для проведения звуковых колебаний в среднее ухо, затем звуковые колебания достигают барабанной перепонки и передаются по цепи слуховых косточек овальному окну. Слуховые косточки соединены между собой по типу рычага, длинным плечом которого служит вплетенная в барабанную перепонку рукоятка молоточка, а коротким длинная ножка наковальни. Механизм рычажного аппарата направлен на уменьшение размахов колебаний и на усиление соответствующих толчков на окно преддверия, таким образом, звуковые волны, распространяющиеся из воздушной среды наружного и среднего уха в жидкую среду внутреннего уха, значительно усиливаются. В этом усилении особенно нуждаются низкие звуки.

Определенную роль в звукопроведении играет слуховая труба. В норме обычное атмосферное давление в барабанной полости обеспечивается вентиляционной функцией слуховой трубы, т.к. при глотании и зевании канал слуховой трубы открывается, и воздух через него проникает в барабанную полость. При нарушении проходимости слуховой трубы воздух, имеющийся в барабанной полости всасывается, а новый не поступает, это ведет к снижению подвижности слуховых косточек и понижению слуха.

От окна преддверия колебательные движения передаются жидкостям лабиринта и его перепончатым образованиям. При этом всякому прогибу стремени в окне преддверия соответствует выгиб вторичной барабанной перепонки в окне улитки, при дефекте вторичной барабанной перепонки звуковая волна с одинаковой силой доходит до обоих окон, передвижение перилимфы становится минимальным и слух понижается.

Звуковые волны, поступающие из среднего уха во внутреннее, вызывают сложные перемещения перепончатых образований и жидкостей улитки, что приводит в деятельное состояние кортиев орган. В его чувствительных клетках происходит превращение механической энергии в процесс нервного возбуждения.

Нервный импульс черепным нервом - передается в мост головного мозга, а через его центры и центры промежуточного мозга — в височную долю полушария, где расположен корковый центр слуха. Это так называемый воздушный путь передачи звука.

Кроме воздушного, существует еще и костный механизм передачи звука. В этом случае источник звука непосредственно соприкасается с поверхностью головы или другими плотными структурами тела. При воздействии низких звуков череп колеблется как единое целое и благодаря инерции цепи слуховых косточек возникает перемещение стремени по отношению к окну преддверия. При воздействии высоких звуков череп колеблется отдельными сегментами, возникает периодическое сжатие капсулы лабиринта и давление перилимфы на лабиринтные окна.

Раздражителями для вестибулярных рецепторов являются сила тяжести, линейное и угловое ускорение. Значение вестибулярного аппарата в жизни человека велико, от рецепторов постоянно поступают импульсы, сигнализирующие о положении головы в пространстве и регулирующие тонус мышц, обеспечивая правильное соотношение отдельных частей тела (нормальную позу). У животных изменение положения головы сразу сказывается на тонусе мышц и возникает ряд двигательных рефлексов, направленных на возврат головы и туловища в нормальное симметричное положение. У человека отолитовые рефлексы настолько заторможены, что он может занять любую позу, которая требуется для его работы, может спать как на боку, так и на спине, т.е. в таких условиях, когда отолитовый аппарат подвергается необычному раздражению. Но это происходит до тех пор, пока нагрузка на отолитовый аппарат не большая. При повышенной нагрузке, т.е. при большой силе раздражения и накоплении раздражения (езда в автомобиле, поезде, при полетах на самолете, на море), у многих людей обнаруживаются признаки так называемой “морской болезни”. Отмечается явная несостоятельность организма в виде тяжелого головокружения, тошноты, рвоты.

Рассмотрим упрощенную схему работы улитки. Продольный и поперечный разрезы улитки даны на рис. 2.1, причем продольный разрез дан для улитки в развернутом виде, при этом опущены некоторые детали,

без которых можно обойтись при рассмотрении про­цессов восприятия звука. Улитка сообщается со сред­ним ухом через две мембраны, закрывающие отверстия овального 2 и круглого 9 окон, находящихся у основа­ния улитки. К мембране овального окна прикреплено стремечко 1. Внутреннее пространство улитки заполне­но жидкостью — лимфой. Вестибулярный 3 и барабан­ный 8 ходы (каналы) соединяются между собой у вершины улитки через небольшое отверстие, называемое геликотремой 6. По всей длине улитки от основания ее до геликотремы расположена основная мембрана 7, состоящая из нескольких тысяч волокон, натянутых поперек улитки. Волокна слабо связаны друг с другом и поэтому могут колебаться независимо. Вдоль основ­ной мембраны расположен орган Корти 5, содержа­щий около 22 000 чувствительных нервных окончаний в виде волосковых клеток. Клетки расположены как вдоль основной мембраны на некотором расстоянии от нее, так и по глубине органа Корти в несколько рядов.