Ухо (стр. 1 )

При нырянии в глубину ухо подвергается воздействию большого давления и для безопасного занятия фридайвингом необходимо иметь представление о строении уха и происходящих в нем процессах.

Настоящий реферат был написан в попытке собрать справочную информацию по строению и функциям уха и осмыслить ее применительно к фридайвингу. На некоторые вопросы не удалось найти ответов в литературе. Возможно, они слабо освещены или не освещены вовсе. Вопросы, требующие дальнейшего изучения, отмечены символом ■.

Для удобства рассмотрения в ухе различают наружное, среднее и внутреннее ухо (см. рис. 1, а также схему на рис. 3).

Наружное ухо

Рис. 1. Ухо человека[1]

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина представляет собой хрящевую пластинку, покрытую кожей. Лишь часть ее, называемая мочкой, лишена хряща. Ушная раковина необходима для различения направлений на источники звука, расположенные на разной угловой высоте, т. е. спереди, сверху, сзади и снизу. Наружный слуховой проход покрыт кожей, которая имеет волосы и серные железы. Он защищает среднее и внутреннее ухо от механических повреждений и перепадов температуры и влажности. Ушная сера защищает ухо от пыли, влаги, сухости и обладает бактерицидными и репеллентными свойствами.

Среднее ухо

Рис. 2[2]. 
А) Барабанная перепонка снаружи. 
Б) Барабанная перепонка изнутри. 
С) Среднее ухо.

Границей между наружным и средним ухом служит барабанная перепонка — тонкая, но довольно прочная, полупрозрачная пластинка овальной формы, перламутрово-серого цвета. Ее размер приблизительно 9×8 мм, толщина 0,05–0,1 мм. Она состоит из трех слоев: эпидермиса (со стороны наружного уха), фиброзной ткани, слизистой (со стороны среднего уха). За барабанной перепонкой располагается барабанная полость — основная часть среднего уха. Ее объем 0,7–1,0 мл. Внутри этой полости имеются слуховые косточки (молоточек, наковальня и стремя), подвижно подвешенные на связках и соединенные истинными суставами между собой. Общая масса слуховых косточек около 60 мг и в несколько раз превышает массу барабанной перепонки. В среднем ухе имеются две мышцы — мышца, натягивающая барабанную перепонку, и мышца, напрягающая стремя. Первая мышца (m. tensor tympani) прикреплена к рукоятке молоточка и втягивает барабанную перепонку внутрь (рис. 1, 2). Вторая, стременная мышца (m. stapedius), прикреплена к головке стремени и втягивает основание стремени (подножную пластинку) внутрь барабанной полости[3]. Она является самой миниатюрной мышцей в теле. Указанные мышцы настраивают барабанно-косточковый механизм среднего уха на оптимальное проведение звука и регулируют чувствительность уха к звуку, — при громких звуках они рефлекторно напрягаются и проводимость звука уменьшается. Они также уменьшают амплитуду отклонения барабанной перепонки и основания стремени при перепадах давления.

Слуховые косточки и среднее ухо[4]

К барабанной полости прилегают сообщающиеся с ней многочисленные воздухоносные полости височной кости (рис. 1) — сосцевидная пещера и сосцевидные ячейки. Большая часть их объема расположена сзади ушной раковины. Общий объем сильно вариабелен — от 0 до 20 мл с каждой стороны. По данным компьютерной томографии среднее значение и дисперсия: у мужчин 10±3 мл, у женщин 8±3 мл[5]. Таким образом, объем полости среднего уха определяется в основном объемом воздухоносных полостей височной кости. Очевидно, эти полости улучшают акустические свойства среднего уха за счет увеличения его объема, выполняют теплоизолирующую функцию для предотвращения колебаний температуры во внутреннем ухе. Температура и влажность вблизи барабанной перепонки не зависит от погодных условий[6]. Кроме того, через поверхность слизистой ячеек происходит газообмен N2, а также O2, CO2, H2O[7]. Этот газообмен, хоть и является довольно медленным (десятки минут), но оказывается существенным механизмом в изменении давления при нарушении проходимости слуховой трубы.

Слуховая труба

Барабанная полость сообщается с носоглоткой через слуховую (евстахиеву) трубу (рис. 1), которая пропускает воздух из носоглотки в среднее ухо. Хороший обзор по анатомии слуховой трубы дан [8]

Длина евстахиевой трубы у взрослых равна 3–4 см. На 1/3 длины она образована костной тканью (со стороны барабанной полости) и на 2/3 — перепончато-хрящевой (со стороны носоглотки). Перепончато-хрящевой отдел состоит из хряща в форме желоба, формирующего верхнюю, медиальную и небольшую часть латеральной стенки трубы, и фиброзной перепонки, образующей остальную часть стенки слуховой трубы. Эта подвижная перепонка может прилегать к хрящевой части, перекрывая тем самым трубу. Область стыка двух отделов трубы называется перешейком.

Внутренняя поверхность всех частей слуховой трубы покрыта слизистой оболочкой, выстланной мерцательным эпителием. Движения его ресничек направлены к носоглотке и способствуют очищению барабанной полости и слуховой трубы от слизи, частиц слущенного эпителия и других твердых или жидких тел, которые могут образоваться в барабанной полости или попасть в нее через трубу. Вблизи глоточного отверстия слуховой трубы в слизистой оболочке носоглотки сосредоточено скопление лимфоидной ткани, образующее трубную миндалину. Слизистые железы слуховой трубы выделяют бактерицидные вещества.

От слуховой трубы берут начало три мышцы мягкого неба: мышца, напрягающая нёбную занавеску; мышца, поднимающая нёбную занавеску и трубно-глоточная мышца. Эти мышцы называют тубарными, потому что их сокращение изменяет просвет этого органа. Так при глотательных движениях слуховая труба раскрывается и воздух свободно проникает в барабанную полость.

Слуховая труба взрослого человека имеет направление от среднего уха к подбородку (точнее вниз, вперёд и медиально, образуя угол 45° со срединной и 30° с горизонтальной плоскостью). Направленность вниз способствует выведению секрета из барабанной полости и препятствует проникновению в неё содержимого носоглотки. Ширина просвета слуховой трубы в перепончато-хрящевой части составляет 2–4 мм, в области перешейка — менее 2 мм, а в костной части — от 2 до 6 мм. Таким образом, объем слуховой трубы — 0,1–0,5 мл.

О барофункции слуховой трубы будет отдельно сказано далее.

В ходе развития в матке на стадии эмбриона слуховая труба образуется из эмбриональной жаберной щели. У человека слуховая труба впервые подробно описана в 1564 г. итальянским врачом и анатомом Бартоломео Евстахио (В. Eustachio).

Внутреннее ухо

Рис. 3. Схема внутреннего уха[9]

Внутреннее ухо располагается кнутри от среднего уха в височной кости черепа (рис. 3). Оно состоит из двух частей — органа слуха (улитки) и органа равновесия (полукружных каналов).

Орган слуха

Рис. 4. Улитка в поперечном разрезе. Длина эндолимфатического канала улитки — около 3 см[10]

Орган слуха имеет спиралевидную форму и напоминает улитку внутри кости (рис 1, 2, 3). Полость улитки разделена на три параллельных канала, заполненных жидкостью. Сверху расположен верхний перилимфатический канал, под ним — эндолимфатический и под ним — нижний перилимфатический (рис 3, 4). Верхний и нижний перилимфатический каналы соединены в конце улитки и поэтому в действительности образуют один перилимфатический канал. Наполняющая его жидкость называется перилимфой. По составу она сходна с внеклеточной и цереброспинальной жидкостью и имеет сообщение с последней через водопровод улитки (cochlear aqueduct). Перилимфатические каналы имеют выходы в среднее ухо: верхний через овальное окно, к которому с помощью эластичной кольцевой связки герметично присоединено стремя, нижний — через круглое окно, герметично закрытое тонкой эластичной мембраной. Жидкость, наполняющая эндолимфатический канал, называется эндолимфой и по составу сходна с внутриклеточной жидкостью.

Звуковые волны проходя через наружный слуховой проход, давят на барабанную перепонку. Она приводит в движение прикрепленный к ней молоточек. Молоточек давит на наковальню, наковальня — на стремя, стремя — на перилимфу в верхнем перилимфатическом канале. Площадь барабанной перепонки в 20—25 раз больше площади овального окна, поэтому происходит усиление давления и оптимизация передачи звуковых волн из газовой среды в жидкую. Если бы овальное окно непосредственно контактировало с воздушной звуковой волной (такое случается при отсутствии барабанной перепонки), то им бы воспринималось всего около 0,1 % падающей на него звуковой энергии. При звуковых колебаниях амплитуда движения овального окна доходит до 50—70 % от амплитуды движения барабанной перепонки[11]. Амплитуда звуковых колебаний барабанной перепонки очень мала — при самых тихих звуках, какие способен услышать человек, она составляет менее 10—10 м[12]. Звуковое давление на барабанную перепонку при этом около 2×10—5 Па (этот уровень принят за 0 дб). При громкости звука на грани боли давление звука достигает 2×10—2 Па (т. е. больше поргового в 107 и составляет 140 дб).[4] Под давлением стремени перилимфа приходит в движение, так что мембрана круглого окна выгибается наружу. Давление на эндолимфатический канал со стороны нижнего и верхнего перилимфатических каналов вызывает движение жидкости в нем. Внутри эндолимфатического канала имеется желеобразное вещество (текториальная мембрана, рис. 4), которое удерживается волосками чувствительных клеток. Движение эндолифмы смещает желеобразное вещество и вызывает изгибание волосков чувствительных клеток, которые при этом посылают нервные импульсы в мозг. В коре головного мозга происходит анализ звуков и возникают слуховые ощущения.

Строение улитки из двух каналов (перилимфатического и эндолимфатического) и ее форма позволяют распознавать различные частоты звука, поскольку разные частоты создают в улитке бегущие волны на мембране, имеющие разное положение максимумов амплитуд вдоль улитки. Межушные нервные связи позволяют определять разность фаз между колебаниями в левой и правой улитках. Комплекс механических, биохимических и электрических процессов в улитке обеспечивает усиление и дифференциацию слабых звуковых колебаний (детали этого процесса до конца не исследованы и здесь не приводятся, чтобы не перегружать текст). Чувствительность уха удивительна: при самых тихих звуках, какие способен услышать человек, амплитуда движения барабанной перепонки меньше размера молекулы водорода, равного 0,7×10—10 м, а амплитуда движения мембраны в улитке меньше еще на порядок! Благодаря своему строению этот деликатный орган не повреждается при погружении даже на сотни метров[5]. Вместе с тем, он оказывается чувствительным ко многим лекарствам, а также алкоголю, которые оказывают на него негативное (ототоксическое) влияние.