Механика среднего уха и система слуховых косточек

Среднее ухо представляет собой воздухоносную полость, содержащую три слуховые косточки — молоточек, наковальню и стремечко, которые передают вибрацию от барабанной перепонки к овальному окну улитки. Концентрируя силу, собираемую на большой барабанной перепонке, на небольшой подножной пластинке стремечка и используя рычажное действие цепи слуховых косточек, среднее ухо согласует низкий импеданс воздуха с высоким импедансом жидкости улитки, что позволяет эффективно передавать звуковую энергию во внутреннее ухо.

Definition

Механика среднего уха — это исследование того, как барабанная перепонка и цепь слуховых косточек (молоточек, наковальня, стремечко) проводят звуковую вибрацию от наружного уха к улитке, согласуя импеданс воздуха с импедансом жидкости внутреннего уха.

Scope

Эта тема охватывает анатомию барабанной перепонки, цепи слуховых косточек и полости среднего уха, а также биомеханику согласования импедансов и проведения звука, включая защитный акустический рефлекс. Это справочное описание нормальной функции среднего уха, а не руководство по лечению заболеваний среднего уха.

Core questions

• Как барабанная перепонка и слуховые косточки проводят звук к овальному окну?
• Какими механизмами среднее ухо достигает согласования импедансов?
• Какова роль акустического (стременного) рефлекса?

Key concepts

• Барабанная перепонка
• Цепь слуховых косточек (молоточек, наковальня, стремечко)
• Овальное окно и круглое окно
• Согласование импедансов
• Соотношение площадей (барабанная перепонка к подножной пластинке стремечка) и рычаг слуховых косточек
• Акустический (стременной) рефлекс
• Евстахиева труба и давление в среднем ухе

Mechanisms

Звук вызывает вибрацию барабанной перепонки, которая связана с молоточком; молоточек, наковальня и стремечко движутся как цепь, передающая силу к овальному окну. Два основных фактора обеспечивают согласование импедансов: большая вибрирующая площадь барабанной перепонки по отношению к небольшой подножной пластинке стремечка концентрирует давление, а рычажное действие слуховых косточек обеспечивает меньшее механическое преимущество. Вместе они преодолевают энергию, которая в противном случае отразилась бы на границе раздела воздух-жидкость. Мышцы стременной и напрягающей барабанную перепонку могут увеличивать жесткость цепи слуховых косточек, а стременной рефлекс уменьшает передачу интенсивного низкочастотного звука. Евстахиева труба выравнивает давление между полостью среднего уха и носоглоткой, так что система работает при давлении, близком к атмосферному.

Clinical relevance

Среднее ухо является проводящим звеном к улитке, и нарушение движения слуховых косточек или выпот в среднем ухе уменьшает передачу звука, что является механизмом, лежащим в основе кондуктивной тугоухости. Данная статья описывает нормальное проведение и согласование импедансов в качестве справочного материала и не предлагает диагностических или терапевтических рекомендаций.

History

Роль среднего уха в согласовании импедансов была разработана на основе акустики XIX века, когда Гельмгольц анализировал действие слуховых косточек, и была уточнена в XX веке количественными измерениями движения барабанной перепонки и слуховых косточек, которые установили относительный вклад соотношения площадей и рычага слуховых косточек.

Key figures

• Hermann von Helmholtz

Frequently asked questions

Почему среднее ухо необходимо?

Оно согласует импеданс воздушного звука с гораздо более высоким импедансом жидкости улитки, так что звуковая энергия передается эффективно, а не отражается большей частью на границе раздела воздух-жидкость.

Что в основном обеспечивает усиление давления в среднем ухе?

Большая площадь барабанной перепонки по сравнению с небольшой подножной пластинкой стремечка концентрирует силу, с меньшим дополнительным вкладом от рычажного действия слуховых косточек.