Механика среднего уха и цепь слуховых косточек

Среднее ухо представляет собой воздухоносную полость, которая соединяет барабанную перепонку с заполненным жидкостью внутренним ухом посредством трех маленьких косточек: молоточка, наковальни и стремени. Его центральная функция — согласование импедансов: воздух и жидкость улитки имеют очень разное сопротивление звуку, и без трансформатора большая часть акустической энергии просто отражалась бы на границе раздела. Цепь слуховых косточек, наряду с разницей в площади между барабанной перепонкой и овальным окном, восстанавливает значительную часть этой энергии.

Definition

Среднее ухо — это заполненное воздухом пространство, содержащее цепь слуховых косточек (молоточек, наковальня, стремя), которая передает и согласует импеданс вибрации от барабанной перепонки к овальному окну улитки.

Scope

Эта тема охватывает анатомию барабанной перепонки и цепи слуховых косточек, трансформатор согласования импедансов (соотношение площадей и рычаг слуховых косточек), роль мышц среднего уха и выравнивание давления евстахиевой трубой. Она рассматривает нормальную передачу звука в среднем ухе как связь между проводящим и сенсорным этапами слуха. Это справочно-образовательный материал, который не затрагивает отологическую диагностику или лечение.

Core questions

• Почему между воздухом и жидкостью улитки необходим трансформатор согласования импедансов?
• Как соотношение площадей и рычаг слуховых косточек вместе увеличивают давление в овальном окне?
• Какую роль играют стременная мышца и мышца, напрягающая барабанную перепонку?
• Как евстахиева труба поддерживает баланс давления в среднем ухе?

Key concepts

• Барабанная перепонка
• Цепь слуховых косточек (молоточек, наковальня, стремя)
• Овальное окно и круглое окно
• Согласование импедансов
• Соотношение площадей (барабанная перепонка к основанию стремени)
• Коэффициент рычага слуховых косточек
• Среднеушной (акустический) рефлекс
• Евстахиева труба и выравнивание давления

Mechanisms

Звук вызывает вибрацию барабанной перепонки, которая последовательно приводит в движение молоточек, наковальню и стремя, так что основание стремени давит на жидкость в овальном окне. Поскольку вибрирующая площадь барабанной перепонки значительно больше, чем основание стремени, и поскольку слуховые косточки действуют как небольшой рычаг, система концентрирует силу на небольшой площади и повышает давление, восстанавливая энергию, которая в противном случае была бы потеряна из-за отражения на границе раздела воздух-жидкость (Wever & Lawrence, 1954; Pickles, 2012). Круглое окно движется в противофазе, чтобы обеспечить течение несжимаемой жидкости улитки. Стременная мышца и мышца, напрягающая барабанную перепонку, могут усиливать жесткость цепи посредством акустического рефлекса, уменьшая передачу интенсивного низкочастотного звука, а евстахиева труба периодически выравнивает статическое давление, чтобы барабанная перепонка могла эффективно вибрировать (Moller, 2013). Эффективная передача к овальному окну является входным условием для механики бегущей волны улитки (Robles & Ruggero, 2001).

Clinical relevance

Трансформаторное действие среднего уха объясняет, почему нарушение цепи слуховых косточек или наличие жидкости в полости среднего уха снижает передачу звука, а акустический рефлекс используется в аудиологическом тестировании. Эта статья описывает нормальную механику для справки и образования и не является основой для индивидуальной диагностики или лечения.

History

Роль среднего уха как трансформатора согласования импедансов была сформулирована в середине XX века в физиологической акустике, в частности Вевером и Лоуренсом, которые количественно определили, как соотношение площадей и рычаг слуховых косточек восстанавливают акустическую энергию на границе раздела воздух-жидкость (Wever & Lawrence, 1954).

Key figures

• Ernest Glen Wever
• Merle Lawrence
• James O. Pickles

Seminal works

• wever-lawrence-1954

Frequently asked questions

Почему среднему уху нужны три косточки?

Цепь слуховых косточек механически соединяет барабанную перепонку с овальным окном и, наряду с разницей в площади между барабанной перепонкой и основанием стремени, образует трансформатор, который согласует импеданс воздуха с жидкостью улитки, чтобы энергия не терялась из-за отражения.

Что такое акустический рефлекс?

Сокращение мышц среднего уха (главным образом стременной мышцы), которое усиливает жесткость цепи слуховых косточек и уменьшает передачу интенсивного низкочастотного звука; он также используется в качестве аудиологического теста.