что делают рецепторы улитки
Что делают рецепторы улитки
На поперечном срезе улитковый канал имеет форму треугольника, вершиной обращенного к центральному костному стержню улитки. Улитковый канал, имеющий длину около 3,5 см, по спирали делает 2,5 завитка, слепо заканчиваясь на верхушке улитки. Канал заполнен эндолимфой. Снаружи от улиткового канала находятся перилимфатические пространства, называемые лестницами: сверху — вестибулярная (преддверная), снизу — барабанная (тимпанальная).
Вестибулярная лестница отделяется от полости среднего уха овальным окном, в котором располагается основание стремечка. Барабанная лестница отделяется от полости среднего уха посредством мембраны круглого окна.
Стенка улиткового канала, обращенная к вестибулярной лестнице, называется вестибулярной (или рейснеровой) мембраной. Она представлена соединительнотканной тонкофибриллярной пластинкой, покрытой со стороны улиткового канала однослойным плоским глиальным эпителием, а со стороны вестибулярной перилимфатической лестницы — эндотелием.
Боковая стенка улиткового канала выстлана так называемой сосудистой полоской, эпителий которой участвует в продукции эндолимфы. Эпителий представляет собой многорядный глиальный эпителий, среди клеток которого различают плоские светлые и высокие отростчатые призматические клетки. Последние в своей цитоплазме содержат многочисленные митохондрии и выглядят темными клетками.
Среди клеточных дифферонов сосудистой полоски обнаружены нейроэндокриноциты APUD-серии, вырабатывающие серотонин, мелатонин, адреналин и др., которые участвуют в регуляции объема эндолимфы.
Здесь же идут многочисленные кровеносные капилляры. С сосудистой полоской связывают насыщение эндолимфы кислородом, создание определенного ионного состава и объема эндолимфы и др., что необходимо для нормальной функции органа.
Стенка улиткового канала, примыкающая к барабанной лестнице, имеет очень сложное строение, так как на ней расположен спиральный орган — рецептор звука. Основу этой стенки улиткового канала составляет базилярная мембрана. Ее поверхность, обращенная в барабанную лестницу, покрыта тонким слоем эндотелия. Базилярная мембрана — это соединительнотканная пластинка. В виде спирали она тянется вдоль всего канала улитки. Структурными элементами базилярной мембраны являются тонкие коллагеновые волокна — слуховые струны. Общее число их достигает 24 000.
Они располагаются между спиральной костной пластинкой, отходящей от осевого стержня улитки, и спиральной связкой, расположенной на наружной стенке улитки. Длина слуховых струн неодинакова: у основания улитки они короче (100 мкм), а на вершине улитки — в 5 раз длиннее (500 мкм). Диаметр струн — 1-2 мкм. Коллагеновые волокна (струны) окружены гомогенным основным промежуточным веществом. Базилярная мембрана со стороны улиткового канала покрыта пограничной базальной мембраной, на которой лежит эпителиальноглиальный спиральный орган.
Слуховая система
Слуховая система состоит из двух отделов – периферического и центрального.
В периферический отдел входят наружное, среднее и внутреннее ухо (улитка) и слуховой нерв. Функциями периферического отдела являются:
Центральный отдел включает подкорковые и корковые слуховые центры. Функциями слуховых центров мозга являются обработка, анализ, запоминание, хранение и интерпретация звуковой и речевой информации.
Ухо состоит из 3 частей: наружного, среднего и внутреннего уха. Почти все части наружного уха можно увидеть: это ушная раковина, наружный слуховой проход и барабанная перепонка, которая отделяет наружное ухо от среднего. За барабанной перепонкой находится среднее ухо – это небольшая полость (барабанная полость), в которой располагается 3 маленькие косточки (молоточек, наковальня, стремечко), соединенные последовательно друг с другом. Первая из этих косточек (молоточек) прикреплена к барабанной перепонке, последняя (стремечко) прикреплена к тонкой перепонке овального окна, которая отделяет среднее ухо от внутреннего уха. Система среднего уха включает также слуховую (евстахиеву) трубу, которая соединяет барабанную полость с носоглоткой, выравнивая давление в полости.
Внутреннее ухо – самая маленькая и важная часть уха. Внутреннее ухо (лабиринт) – система каналов и полостей, располагающихся в височной кости черепа. Состоит их преддверия, 3 полукружных каналов (орган равновесия) и улитки (орган слуха). Орган слуха называется улиткой, потому что напоминает по форме раковину виноградной улитки. Именно в улитку во время операции кохлеарной имплантации вводится цепочка активных электродов КИ, которые стимулируют волокна слухового нерва.
В вестибулярной лестнице от костной пластинки отходит эластичная перепонка – мембрана Рейснера, которая с базилярной мембранной образует третью лестницу – срединную, или улитковую, лестницу. В улитковой лестнице но базилярной мембране располагается орган слуха – кортиев орган со слуховыми рецепторами (наружные и внутренние волосковые клетки). Волоски волосковых клеток погружены в расположенную над ними покровную мембрану. К внутренним волосковым клеткам подходит большая часть дендритов кохлеарного ганглия, которые являются началом афферентного/восходящего слухового пути, предающего информацию в слуховые центры мозга. Наружные волосковые клетки имеют больше синаптических контактов с эффективными/нисходящими путями слуховой системы, обеспечивающими обратную связь ее высших отделов с нижележащими. Наружные волосковые клетки участвуют в тонкой селективной настройке базилярной мембраны улитки.
Волосковые клетки располагаются на базилярной мембране в определенном порядке – в начальной части улитки располагаются клетки, отвечающие на высокочастотные звуки, в верхней (апикальной) части улитки расположены клетки, отвечающие на звуки низких частот. Такое упорядоченное расположение элементов слуховой системы называется тонотопической организацией. Она характерна для всех уровней – слухового органа, подкорковых слуховых центров, слуховой коры. Это важное свойство слуховой сиситемы, которое является одним из принципов кодирования звуковой информации – «принцип места», т.е. звук определенной частоты передается и стимулирует совершенно определенные зоны слуховых путей и центров.
Что делают рецепторы улитки
В улитке совершается дальнейшая доставка звуков к рецептору, а в нем происходит трансформация звуковой энергии в процесс нервного возбуждения. Поэтому в отношении процессов, совершающихся в улитке, следует раздельно различать функции звукопроведения и звуковосприятия.
В звукопроведении принимают участие как жидкие среды, так и мембраны перепончатого лабиринта. Точное изучение этих физических процессов началось лишь недавно, а прежние теории слуха базировались либо на теоретических соображениях, либо на несовершенных экспериментальных моделях, так как благодаря плотной лабиринтной капсуле и малой величине процессы в улитке были недоступны для методов прямого наблюдения.
Благодаря разработке микрооперации, применению стробоскопического наблюдения под микроскопом, а также использованию электрофизиологических методов, колебательные процессы в улитке изучены с большей полнотой.
Классическая теория Гельмгольца, согласно которой звук определенной частоты вызывает соколебания определенного участка базилярной мембраны по законам механического резонанса, в настоящее время дополнена теориями, придающими большее значение гидродинамическим процессам в улитке.
Согласно законам инерции, более частые колебания способны сообщить свой ритм только небольшому столбу жидкости; очень медленные колебания вызывают сдвиги большого столба лимфы. Кроме того, более частые колебания ведут к значительному повышению трения в скалах, ввиду чего изгиб мембран происходит в участках, ближе лежащих к овальному окну, которые благодаря малой ширине и сильной натянутости изгибаются труднее, при медленных же колебаниях изгибается широкая и менее натянутая мембрана у верхушки улитки, так как для этого требуется меньшая сила.
Следующее вдавление подножной пластинки дает новую деформацию, которая распространяется так же. Получается некоторая аналогия с пульсовой волной, которая распространяется по артериям при сокращениях сердца. Поэтому но числу вибраций образуется серия бегущих волн, вызывающих соколебание основной мембраны.
Не трудно видеть, что при низких звуках количество раздражаемых нервных элементов весьма велико. Максимума амплитуды бегущая волна достигает непосредственно перед местом погашения волны, т. е. после достижения максимума амплитуды деформация быстро падает до нуля. При сильных звуках в этом участке могут образоваться вихревые движения лимфы.
Следует предположить, что ощущение высоты звука зависит от месторасположения максимального изгиба основной мембраны.
Таким образом, согласно всем теориям, звуки определенной высоты раздражают определенные участки основной мембраны (place theory), что и объясняет способность уха различать частоты и осуществлять разложение сложных звуков (пространственная теория).
Таким образом, установлена способность улитки к первичному анализу. При помощи условнорефлекторной методики (Л. А. Андреев) подтверждено, что у собаки область восприятия высоких тонов находится у основания, а низких — у верхушки улитки. Такие же результаты были получены при помощи метода регистрации токов улитки. При этом разрушение отдельных участков улитки производилось у кошек, кроликов и морских свинок [Девис, Крейчи (Davis, Krejci), В. Ф. Ундриц и др.].
В наших опытах мы разрушали второй завиток улитки морской свинки и отводили токи с круглого окна, причем обнаружили явное падение потенциалов на средние тона. Однако токи обнаруживались, хотя и в ослабленном виде, и на все другие тона. В свете новой теории бегающих волн это делается понятным, так как клеточные элементы основного завитка раздражаются при любом звуке. Этим, вероятно, отчасти объясняется большая ранимость этой зоны при акустической травме и при возникновении профессиональной тугоухости. О пространственном расположении восприятия в улитке говорят также опыты отведения потенциалов при помощи микроэлектродов с отдельных завитков.
Число нервных элементов вполне допускает различение высоты звука по пространственному принципу. Исходя из величины разностных порогов частоты, наше ухо отличает около 1500 раздельно воспринимаемых частот. Если принять длину основной мембраны за 30 мм, то на каждом миллиметре расположилось бы 50 частот. При этом каждая частота отстояла бы от соседа на расстоянии 0,02 мм. На таком участке расположено около 20 волосковых клеток.
Трудности возникают по другому поводу: по любой из новых пространственных теорий, деформация основной перепонки под влиянием определенного тона занимает гораздо большую зону, чем 0,02 мм. Поэтому для объяснения тонкого различения ухом высоты звука приходится прибегать к добавочным гипотезам, которые учитывают особенности нервного раздражения, причем особая роль в этом отношении принадлежит центральным звеньям анализатора — проводникам и центрам.
Бегущая волна (по М. Portniann).
А — при высоких звуках; В — низких частотах; О — овальное окно; Г — круглое окно. mb — основная перепонка; h — геликотрема
Приходится допускать, что при раздражении группы волосковых клеток возбуждение передается только по тем проводникам, которые получают импульсы с участка максимального изгиба. Электрофизиологические исследования центральных звеньев говорят о большом значении процессов торможения.
Изучение процессов, происходящих при раздражении рецептора (волосковых клеток), электрофизиологическими методами началось 30 лет тому назад, когда в 1930 г. Уивер и Брей (Wever, Bray) сообщили о том, что раздражение улитки звуком сопровождается генерацией электрических потенциалов. Характер тока улитки по силе, частоте и виду в широких пределах соответствовал кривой звука. Эти токи распространяются по законам электропроводимости и легко могут быть обнаружены при контакте отводящего электрода с мембраной круглого окна или слуховым нервом.
Они легко записываются в виде осциллограммы, а также могут быть выслушаны после соответственного усиления при подаче на любой телефон или громкоговоритель. Таким образом, улитка представляет собой живой микрофон, в связи с чем эти потенциалы получили название микрофонных потенциалов улитки. Эти потенциалы представляют собой существенный элемент при раздражении рецептора; при отсутствии их отсутствует и слух. Поэтому они являются замечательным индикатором для изучения нарушений работы рецептора.
Многие данные о функции среднего уха базируются на результатах, полученных путем изучения микрофонных потенциалов (В. Ф. Ундриц и др.); повреждение же центральных звеньев анализатора (например, декортикация животного) не нарушает генерации микрофонных потенциалов, поэтому наличие их еще не доказывает сохранности слуха, а только свидетельствует о функциональной целости улитки.
Микрофонные потенциалы были получены и у человека (при прикладывании электрода к круглому окну через перфорацию барабанной перепонки), но они гораздо слабее, чем у кошки и других экспериментальных животных [Нилен (Nylon), Г. В. Гершуни и др.].
Однако очень скоро было обнаружено (Davis), что потенциалы, отводимые с круглого окна, представляют собой не только микрофонные потенциалы, но к ним примешиваются и другие, а именно акционные потенциалы, получаемые от активной деятельности нервных элементов. Источник акционных потенциалов не вызывает сомнений — он аналогичен акционным токам в других нервах и подчиняется тем же закономерностям. Эти потенциалы очень чувствительны к холоду, недостатку кислорода и т. д.
Они имеют рефрактерный период и одиночное нервное волокно не может дать более 700 импульсов в секунду. Благодаря синхронной деятельности многих волокон (согласно теории залпов) могут наблюдаться и более частые колебания тока. При отведении потенциалов с круглого окна наименьший латентный период имеют микрофонные потенциалы, поэтому для того, чтобы наблюдать акционные потенциалы в чистом виде, применяют очень короткие звуковые сигналы. В этом случае на осциллограмме микрофонные и акционные потенциалы записываются раздельно — раньше идет запись микрофонных потенциалов, а потом акционных.
Строение, функции и особенности органа слуха человека
Полезные статьи и актуальная информация от специалистов по слуху «Аудионика»
Ухо человека – сложный орган, который помогает поддерживать связь с внешним миром и дает человеку информацию о его расположении и перемещении в пространстве. Оно состоит из трех отделов: наружного, среднего и внутреннего. Уникальное строение органа слуха обеспечивает: прием, передачу звука и преобразование энергии колебания в нервный импульс.
Строение органа слуха
Звуки окружают человека с самого рождения. Выделяются 3 отдела органа слуха:
Наружное ухо – видимая часть органа. Оно представлено ушной раковиной и наружным слуховым проходом. Раковина – хрящ воронковидной формы, покрытый кожей. На ее поверхности находятся разные образования: ямки, завитки, возвышенности. Они помогают улучшать качество звука, делают его более громким и направляют в слуховой проход.
К раковине присоединяются волокна ушных мышц. В процессе эволюции человек утратил возможность «шевелить ушами», чтобы точнее локализовать звуки, эти мышцы работают у редких «счастливчиков». Кожный покров раковины имеет сальные и потовые железы.
Описывая строение органа слуха, анатомы указывают, что наружная часть канала имеет хрящевые стенки, а контактирующая со средним ухом – костные. Структуры среднего и внутреннего уха располагаются в теле височной кости.
Среднее ухо представлено полостью, объем которой составляет чуть более 1 кубического сантиметра. В ней расположены три маленькие слуховые косточки, которые соединены между собой в цепочку:
Они названы так по своему сходству с предметами обихода. Стремечко соединяется с окном преддверия. Среднее ухо также связано с носоглоткой посредством евстахиевой трубы.
Внутреннее ухо – самое причудливое образование органа слуха человека. Оно состоит из:
Что такое орган слуха и равновесия
Ухо человека отвечает не только за восприятие и дальнейшую передачу звуковой информации. Внутреннее ухо относится к органу слуха и равновесия. Это сложное образование, в котором волна механических колебаний, как морской прибой, распространяется в лимфатической жидкости и колышет отростки нервных клеток, формируя электрический импульс. Этот сигнал несет информацию о громкости, продолжительности, высоте звука в мозг.
Другая часть внутреннего уха – орган равновесия (вестибулярный аппарат). Он состоит из: преддверия, находящихся в нем трех полукружных каналов, маточки и мешочка. Преддверие – полость округлой формы с диаметром около 5 мм. Оно находится между каналами и улиткой. Каналы взаимно перпендикулярны и в месте соединения с преддверием имеют расширения – ампулы. Каналы заполнены эндолимфатической жидкостью.
Маточка и мешочек – поля нервных клеток, которые воспринимают различные раздражения. Смена положения тела регистрируется рецепторами маточки и вызывает рефлекторную реакцию мышц, помогая человеку сохранять равновесие. Вибрация улавливается окончаниями мешочка.
От органа в головной мозг идет преддверно-улитковый нерв.
Функции органа слуха
Говоря о функциях органа слуха, физиологи описывают их в соответствии с анатомическими образованиями. Так для каждого отдела есть свои специфические задачи:
Функции слуха эволюционно тесно связаны с оповещением об опасности и коммуникациями в сообществе. Чтобы надолго сохранить способность слышать долго, необходимо соблюдать простые правила профилактики снижения слуха.
Особенности органа слуха
Органы слуха у человека парные. Что это означает? Человек может слушать одновременно правым и левым ухом. Бинауральный слух дает больше информации о звуке и усиливает его при определенных условиях.
Если источник механических колебаний находится на одинаковом расстоянии от правого и левого уха, громкость сигнала увеличивается на 50%. Значит, при одностороннем нарушении компенсация с помощью слухового аппарата даже небольшой мощности существенно улучшает качество жизни.
Это помогает избегать опасности (например, приближающегося автомобиля) и выделять полезные звуки из всего фонового шума, беседуя с одним человеком в шумном помещении.
При возникновении любых проблем со слухом, необходимо срочно пройти диагностику слуха на профессиональном оборудовании. Если обратиться за помощью вовремя, то появляется шанс на полное восстановление слуха.
Удивительные возможности слуха человека
Особые возможности связаны с адаптацией органа слуха и коркового отдела анализатора при травме, одновременном воздействии нескольких звуковых волн способностью «достраивать» разговор на основе имеющегося опыта.
Развитие височных областей коры мозга происходит постепенно в ответ на сигналы извне. Физиология органа слуха такова, что при повреждении коркового отдела анализатора окружающие нейроны могут взять на себя «обязанности» погибших клеток. Это явление носит название нейропластичность. Ее запас особенно велик у детей в раннем возрасте, что говорит о важности слуховой стимуляции для развития мозга и слуха.
Взрослые люди не обладают такой способностью, но опыт общения позволяет им восполнять информацию, которая теряется при разговоре – например, при плохой телефонной связи, беседе в шуме. Это достигается за счет усиленной работы нейронов височных областей и приводит к быстрому утомлению.
А как реагирует ухо на очень громкие звуки? Доказано, что после воздействия таких сигналов у человека развивается временное снижение слуховой чувствительности. Это так называемое постстимульное утомление. Для полного восстановления требуется до 16 часов. Такой механизм должен защищать орган слуха от повреждения, но люди, долго слушающие громкую музыку, непроизвольно «делают погромче» и вредят здоровью.
Звуки-фантомы – еще один феномен, описывающий работу органа слуха. Порой человек «слышит» низкие звуки, хотя в действительности их нет. Особенность колебаний мембраны улитки приводит к «появлению» звуков низкой частоты, в то время как источника сигнала отсутствует. Такие колебания, особенно громкие, обладают интересной способностью маскировать звуки высокой частоты до их полного исчезновения.
Органы слуха – сложные и хрупкие образования. Внимательное отношение к их состоянию позволит сохранить здоровье и предотвратить развитие ряда тяжелых заболеваний.
Орлова Наталья Михайловна
Более 7000 подобранных и настроенных аппаратов. Участник Международного семинара аудиологов в Дании.
Для чего нужны кохлеарные импланты?
Что делать, когда слуховые аппараты уже бессильны? При глубокой потере слуха помогают кохлеарные импланты.
Что нужно о них знать? Рассказываем.
Что такое «кохлеарный»?
Что такое кохлеарная тугоухость?
При заболеваниях улитки волосковые клетки могут погибнуть. Причиной тому становятся и тяжелые вирусные инфекции, и прием токсичных лекарств, и акустические травмы, и некоторые возрастные изменения. Возникают значительные нарушения слуха.
В медицине они обозначаются термином «кохлеарная (сенсоневральная) тугоухость». Человек перестает воспринимать звуки, так как рецепторы улитки не могут превращать механическую энергию звука в электрический импульс.
Тугоухость может развиваться резко или постепенно, быть сильной или слабой. Иногда повреждение улитки сопровождается почти полной потерей слуха, когда человек не слышит звуков на расстоянии полуметра. Такое нарушение слуха оценивается как IV степень тугоухости. В особо тяжелых случаях повреждение улитки приводит к полной глухоте.
Как работают кохлеарные импланты нового поколения?
Как выглядит кохлеарный имплант?
Система кохлеарной имплантации состоит из двух компонентов. Это сам имплант и речевой процессор. У каждого из этих электронных устройств есть своя функция. Речевой процессор с помощью микрофона улавливает окружающие нас звуки: гудки автомобилей, голоса людей, лай собак, шорох ветра в листве. Полученную информацию процессор анализирует и преобразует. В виде радиоволн кодированная информация передается на кохлеарный имплант, состоящий из приемника/стимулятора и электродной решетки.
Приемник/стимулятор в соответствии со своим названием служит для приема сигналов с речевого процессора и преобразования их в электрические импульсы. После этого преобразованные звуковые колебания передаются в слуховой нерв, минуя поврежденные волосковые клетки. Роль рецепторов выполняет электродная решетка. Она выглядит как тончайшая нить из платиновых электродов, выходящая из приемника/стимулятора.
Кохлеарные импланты имеют миниатюрный размер (несколько сантиметров) и минимальный вес (9-12 граммов). Импланты безопасны для человеческого организма. Они делаются из биологически инертных материалов. В частности, корпуса кохлеарных имплантов часто делаются из титана. Что касается речевых процессоров, они могут быть карманными либо заушными. И в том, и в другом случае они не доставляют носителю неудобств.
В каких случаях кохлеарная имплантация необходима?
При глубокой глухоте на оба уха. В медицинских показателях это выражается так: средний порог слухового восприятия на частотах 0,5, 1 и 2 кГц (диапазон, отвечающий за четкость и разборчивость речи) составляет более 95 дБ (шум поезда). Иными словами, человек различает только промышленные шумы и голос, переходящий в крик.
Если слуховые аппараты не помогают улучшить восприятие звуков на протяжении полугода и более пользования ими.
Если человек не различает звуки тише 55 децибел в диапазоне 2-4 кГц (шум кипящего чайника в полуметре от уха) даже при пользовании хорошо подобранным слуховым аппаратов.
В каких случаях нельзя проводить кохлеарную имплантацию
При развитии очаговой патологии в корковых или подкорковых структурах головного мозга
Если у больного есть ретрокохлеарная патология, то есть поражение путей или центров слуховой системы: опухоли слухового нерва или мостомозжечкового угла, поражение слухового нерва и др.
Если результаты промонториального теста отрицательные. Промонториальный тест позволяет узнать, может ли электрическая стимуляция вызывать у данного больного слуховые ощущения.
Если у больного нет желания работать с сурдопедагогом и развивать слух.
Как проходит установка имплантов?
Имплант размещают в заушной области, а электродную решетку вводят в улитку. На восстановление после операции отводится месяц. В это время организм адаптируется к импланту.
Через месяц проводится подключение импланта к речевому процессору и его настройка. Дальше начинается сложный и тонкий процесс восстановления слуха.
Долингвальная глухота обозначает, что человек потерял слух еще до того, как у него сформировалась речь. В этом случае приходится развивать с чистого листа и внешнюю, и внутреннюю речь. Но обучение таких пациентов очень похоже на обучение детей с нормальным слухом, которые только учатся говорить.