กลไกหูชั้นกลางและระบบกระดูกหู

หูชั้นกลางเป็นช่องว่างที่เต็มไปด้วยอากาศซึ่งประกอบด้วยกระดูกหูสามชิ้น ได้แก่ กระดูกค้อน กระดูกทั่ง และกระดูกโกลน ซึ่งทำหน้าที่ส่งผ่านการสั่นสะเทือนจากเยื่อแก้วหูไปยังหน้าต่างรูปไข่ของคอเคลีย ด้วยการรวมแรงที่รวบรวมจากเยื่อแก้วหูขนาดใหญ่ไปยังฐานกระดูกโกลนขนาดเล็ก และผ่านการงัดของโซ่กระดูกหู หูชั้นกลางจะปรับความต้านทานต่ำของอากาศให้เข้ากับความต้านทานสูงของของเหลวในคอเคลีย ทำให้พลังงานเสียงสามารถถ่ายทอดไปยังหูชั้นในได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Definition

กลไกหูชั้นกลางคือการศึกษาว่าเยื่อแก้วหูและโซ่กระดูกหู (กระดูกค้อน กระดูกทั่ง กระดูกโกลน) นำการสั่นสะเทือนของเสียงจากหูชั้นนอกไปยังคอเคลียได้อย่างไร โดยปรับความต้านทานของอากาศให้เข้ากับของเหลวในหูชั้นใน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมกายวิภาคของเยื่อแก้วหู โซ่กระดูกหู และช่องหูชั้นกลาง รวมถึงชีวกลศาสตร์ของการปรับความต้านทานและการนำเสียง รวมถึงการสะท้อนเสียงป้องกัน (acoustic reflex) เป็นข้อมูลอ้างอิงเกี่ยวกับการทำงานปกติของหูชั้นกลาง และไม่ใช่แนวทางในการจัดการโรคหูชั้นกลาง

Core questions

• เยื่อแก้วหูและกระดูกหูนำเสียงไปยังหน้าต่างรูปไข่ได้อย่างไร?
• หูชั้นกลางปรับความต้านทานด้วยกลไกใดบ้าง?
• บทบาทของการสะท้อนเสียง (acoustic reflex) หรือการสะท้อนสเตปีเดียล (stapedial reflex) คืออะไร?

Key concepts

• เยื่อแก้วหู
• โซ่กระดูกหู (กระดูกค้อน กระดูกทั่ง กระดูกโกลน)
• หน้าต่างรูปไข่และหน้าต่างกลม
• การปรับความต้านทาน
• อัตราส่วนพื้นที่ (เยื่อแก้วหูต่อฐานกระดูกโกลน) และคานงัดของกระดูกหู
• การสะท้อนเสียง (acoustic reflex) หรือการสะท้อนสเตปีเดียล (stapedial reflex)
• ท่อยูสเตเชียนและความดันในหูชั้นกลาง

Mechanisms

เสียงจะสั่นสะเทือนเยื่อแก้วหูซึ่งเชื่อมต่อกับกระดูกค้อน กระดูกค้อน กระดูกทั่ง และกระดูกโกลนจะเคลื่อนที่เป็นโซ่ที่ส่งแรงไปยังหน้าต่างรูปไข่ ปัจจัยหลักสองประการที่ทำให้เกิดการปรับความต้านทานคือ พื้นที่การสั่นสะเทือนขนาดใหญ่ของเยื่อแก้วหูเมื่อเทียบกับฐานกระดูกโกลนขนาดเล็กจะรวมความดัน และการทำงานแบบคานงัดของกระดูกหูจะเพิ่มข้อได้เปรียบทางกลที่น้อยกว่า ปัจจัยเหล่านี้ร่วมกันเอาชนะพลังงานที่จะสะท้อนกลับที่รอยต่อระหว่างอากาศกับของเหลว กล้ามเนื้อสเตปีเดียส (stapedius) และเทนเซอร์ ทิมพานี (tensor tympani) สามารถทำให้โซ่กระดูกหูแข็งขึ้น และการสะท้อนสเตปีเดียล (stapedial reflex) จะลดการส่งผ่านเสียงความถี่ต่ำที่รุนแรง ท่อยูสเตเชียน (Eustachian tube) จะปรับความดันระหว่างช่องหูชั้นกลางกับโพรงหลังจมูกเพื่อให้ระบบทำงานใกล้เคียงกับความดันบรรยากาศ

Clinical relevance

หูชั้นกลางเป็นส่วนเชื่อมโยงการนำเสียงไปยังคอเคลีย และการเคลื่อนไหวของกระดูกหูที่บกพร่องหรือของเหลวในหูชั้นกลางจะลดการส่งผ่านเสียง ซึ่งเป็นกลไกที่อยู่เบื้องหลังการสูญเสียการได้ยินแบบนำเสียง (conductive hearing loss) ข้อมูลนี้อธิบายการนำเสียงปกติและการปรับความต้านทานเพื่อเป็นข้อมูลอ้างอิง และไม่ได้ให้คำแนะนำในการวินิจฉัยหรือการรักษา

History

บทบาทการปรับความต้านทานของหูชั้นกลางได้รับการพัฒนามาจากศาสตร์เสียงในศตวรรษที่สิบเก้า โดยเฮล์มโฮลทซ์ (Helmholtz) วิเคราะห์การทำงานของกระดูกหู และได้รับการปรับปรุงในศตวรรษที่ยี่สิบด้วยการวัดเชิงปริมาณของการเคลื่อนที่ของเยื่อแก้วหูและกระดูกหู ซึ่งได้กำหนดการมีส่วนร่วมสัมพัทธ์ของอัตราส่วนพื้นที่และคานงัดของกระดูกหู

Key figures

• Hermann von Helmholtz

Frequently asked questions

ทำไมหูชั้นกลางจึงจำเป็น?

มันปรับความต้านทานของเสียงที่เดินทางในอากาศให้เข้ากับความต้านทานที่สูงกว่ามากของของเหลวในคอเคลีย เพื่อให้พลังงานเสียงถูกถ่ายทอดได้อย่างมีประสิทธิภาพ แทนที่จะสะท้อนกลับส่วนใหญ่ที่รอยต่อระหว่างอากาศกับของเหลว

อะไรเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้หูชั้นกลางได้รับแรงดันเพิ่มขึ้น?

พื้นที่ขนาดใหญ่ของเยื่อแก้วหูเมื่อเทียบกับฐานกระดูกโกลนขนาดเล็กจะรวมแรง โดยมีการเสริมเล็กน้อยจากการทำงานแบบคานงัดของกระดูกหู