СПОСОБ РАСЧЕТА ШИРИНЫ АПИКАЛЬНОГО СОЕДИНЕНИЯ МЕМБРАН УЛИТКОВОГО ПРОТОКА СЛУХОВОГО АНАЛИЗАТОРА ЧЕЛОВЕКА И УСТАНОВЛЕНИЕ ЕЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО И ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ЗНАЧЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК A61B5/12 

Изобретение относится к медицинской технике и практике, в частности к оториноларингологии, конкретно к моделированию процессов, происходящих в периферическом отделе слухового анализатора.

Анатомо-гистологические данные о структурах внутреннего уха показывают (фиг. 1), что внутреннее ухо состоит из трех отдельных камер, заполненных пери- (1), эндо- (2) и кортилимфой, имеющих различный химический состав [1] и, естественно, различные физиологические (функциональные) свойства. Эти жидкости вместе с сосудистой полоской и ушными железами сохраняют свой гомеостаз, а перилимфа становится способной к проявлению дисперсии звуковых волн.

При этом мембраны внутреннего ухa, разделяя камеры и обладая всеми присущими им физиологическими функциями [2], во внутреннем ухе приобретают и новые специфически функциональные свойства. Преддверная мембрана (4), разделяющая перилимфу от эндолимфы, деформируясь при распространении в камере (1) диспергируемых звуковых волн после окна преддверия (8), становится способной к созданию отсаженных от ее свободного у геликотремы (7) края обратных волн тех же частот (длин). На ней происходит формирование стоячих волн как результат интерференции первичных, набегающих на нее, диспергируемых, и вторичных, отраженных от ее апикальной части, волн с максимумами в установленных экспериментально [3] координатах.

Эти данные о структурах внутреннего уха и физиологических функциях приводит к выводу о невозможности смешивания пери-, эндо- и кортилимфы, изолированности внутриушных камер длуг от друга для нормальной работы слухового анализатора и к констации соединения мембран улиткового протока (преддверной, покровной и сетчатой, базилярной) в его апексе (10). Упоминания об этом образовании (10) отсутствует во всех учебниках по анатомии [4, 9, 10], гистологии [5], физиологии [6-10], научных работах [11], хотя наличие его подразумевается.

А роль этого структурного образования (10) в формировании слуховых ощущений велика, хотя бы потому, что при нормальной работе слухового анализатора на всем протяжении жизни человека оно находится под непрерывном воздействием звуковых волн. Следствием этого возможно его непрерывное разрушение, сопровождающееся уменьшением (естественным сокращением) длины улиткового протока.

Но для нормализации функции слуха одновременно с его непрерывным разрушением происходит и постоянная регенерация этого элемента улиткового протока.

Более того, знание биофизическиъх параметров и функциональных свойств апикального соединения мембран может служить важным физиологическим и, возможно, одним из диагностических критериев работы слухового анализатора.

Целью данного изобретения является построение биофизического способа расчета ширины апикального соединения мембран улиткового протока слухового анализатора человека и установления ее физиологического и возможного диангостического значения.

В оториноларингологической практике постановка и решения этой проблемы не представлены. Аналогом предлагаемого способа могла бы явиться электронная микроскопия [12], хотя электронно-микроскопические сведения о соединении мембран улиткового протока полностью отсутствуют.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Существующая в настоящее время экспериментальная модель слуха [3] феноменологически определяет экспериментальное распределение по частотам координат базилярной пластинки, воспринимающих звук соответствующей частоты.

Можно показать, что эта модель с ее дискретными результатами (фиг.2, а, для некоторых фиксированных частот n_j=20, 200, 2000, 20000 Гц) представляется функлионально аналитическим соотношением

где Δl_s(f) - отсчитываемая от апекса улиткового протока координата базилярной пластинки стандартной длины L_o=32 мм, на которой расположена волосковая клетка, воспринимающая звук частотой f при максимальной воспринимаемой ухом частоте звука f_mo=20 кГц (фиг.2, б).

Используя метод наименьших квадратов, можно установить аналитическое соответствие частоты поступающего в уxo звука f (в герцах) высоте воспринимаемого слухом тона (в мелах) P(f) [13]. Оно определяется функционально соотношением

где P(f)- высота воспринимаемого слухом тона для поступающего в ухо звука частотой f при максимальной воспринимаемой ухом частоты f_mo=20 кГц, которой соответствует максимально воспринимаемая слухом высота тона Р_о=3252 мел.

При этих условиях стандартная частота f_ст=1000 Гц соответствует опорной высоте тона Р(f_ст)=1006 (тысяча шестому) мелу, и минимально воспринимаемая частота f₀= 20 Гц соответствует высоте тона P(f₀)=6 (шестому) мелу. Однако условились считать [13] , что при стандартной частоте f_ст=1000 Гц опорная высота тона Р(f_ст)=1000 мел и при f₀=20 Гц P(f_o)=0 мел. Поэтому для выполнения декларативного условия [13] соотношение (2) следует изменить до вида (фиг.3)

(График этой функции представлен на фиг.4). При этом следует отметить, что высота тона является целочисленной величиной, причем максимальное значение высоты тонов, воспринимаемых слухом, P_m0=3246 мелу, можно считать точно соответствующим числу волосковых клеток внутреннего ряда [5].

С помощью представленного соотношения (3) можно рассчитать диапазон частот Δf(P), который слух воспринимает как тон одной высоты P(Δf). Число тонов Р_mо, воспринимаемых человеком, определяет количество этих интервалов в общем звуковом диапазоне и по величине совпадает с числом внутренних волосковых клеток N_mo на базилярной пластинке, а номер тона P(Δf) можно отождествить с порядковым номером внутренней волосковой клеткой на базилярной пластинке, отсчитываемым от апекса.

Воспользовавшись формулой [2] , можно установить, что поставленное соответствие высоты тона P₀=P(f₀)=0 (нулевому) мелу минимально воспринимаемой частоте f₀= 20 Гц, имеющей биофизический смысл нижнего порога восприятия частоты, определяет N₀= Т(f₀)=6 (шестую от апекса) волосковую клетку внутреннего ряда. Значит, всем первым пяти волосковым клеткам нет соответствия в восприятии слухом тонов.

Поэтому апикальная часть базилярной пластинки по длине, вычисленной по формуле (1) для аудиометрически определенной частоты f₀, не способна к восприятию звука частотой до f₀ по той причине, что эти пять волосковых клеток либо отсутствуют вовсе, либо поглощены апикальным соединением (10, фиг.1). Его ширина устанавливается по формула (1) для L_d(f(N₀)), где f(N₀) - определяемая аудиометрически минимальная частота, воспринимаемая ухом и соответствующая начальному (нулевому) тону Р₀, воспринимаемому слухом; расчет величины L_d(f(N₀), выполненный в системе MathCAD, представлен на фиг.5.

Установим физиологический смысл этой величины: ширина апикального соединения определяет нижний диапазон восприятия частоты звука из общего (20 Гц÷20 кГц). Если испытуемый (пациент) воспринимает меньшую, по сравнению со стандартной, частоту, то апикальное соединение узкое, и наоборот.

Установим возможное диагностическое значение этой величины. Из-за отсутствия исследований по данной проблеме можно только высказать некоторые предположения. Ширина апикального соединения может свидетельствовать о характере и скорости процесса возрастной эволюции протока и нарушении слуховой функции. При узком апикальном соединении возможно его быстрое разрушение звуками чрезмерной интенсивности. Широкое апикальное соединение может свидетельствовать о физиологических нарушениях гомеостаза составляющих внутреннего уха.

Ширина апикального соединения соответствует абсолютной невосприимчивости слухом звуков. Но тогда разность между длиной базилярной пластинки (в норме L₀= 32 мм) и шириной апикального соединения L_d будет являться функциональной (рабочей) длиной базилярной пластинки.

ЛИТЕРАТУРА
1. Rauch С., Kostlin A. // Pract. Otol. -1958. - V.20. P. 287-291.

2. Laurence М. // Laryngoscope. - 1966. V. 76. - Р. 1318-1337.

3. Schuknecht H. F. Pathology of the Ear. A Commonwealth Fund Book. // Harward Univ. Рress. Cambridgem Massachusets. - 1974.

4. Привес М. Г. , Лысенко Н.К., Бушкович В.И. Анатомия человека. / Под ред. М.Г. Привеса. М.: Медицина, 1985.

5. Гистология. / Под ред. Б.Г. Елисеева, Ю.И. Афанасьева, Е.А. Юриной. М.: Медицина, 1983.

6. Физиология человека. / Под ред. Г.И. Косицкого. Изд. 3-е. М.: Медицина, 1985.

7. Основы физиологии. / Под ред. П.Стерки. М.: Мир, 1384.

8. Физиология человека: Compendium. / Под ред. Б.И. Ткаченко и В.Ф. Пятина. СПб., 1996.

9. Human Anatomy and Physiology. 3 Ed. / E.N. Marieb. The Benjamin Commings Publishing Company, Inc. - California. -1995.

10. The World^,s Best Anatomical Charts. / Anatomical Сhart Co. - Skokle. IL. -1993.

11. Тамар Г. Основы сенсорной физиологии. / Пер. с англ. М.: Мир, 1976.

12. Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. Т. 5. / Пер. с англ. М.: Мир, 1987. С. 121-123.

13. Русаков И.Г. // БСЭ. Т.16. - 1974. - С. 38-39.

Изобретение может быть использовано в медицине, а именно в оториноларингологии. Аудиометрически определяют нижнюю границу воспринимаемого ухом звука. Методом наименьших квадратов устанавливают функциональное соотношение ширины апикального соединения мембран улиткового протока и нижней воспринимаемой ухом частоты звука. Рассчитывают ширину апикального соединения по математической формуле. Способ позволяет повысить точность определения. 5 ил.

Способ расчета ширины апикального соединения мембран улиткового протока слухового анализатора человека, отличающийся тем, что аудиометрически определяют нижнюю границу воспринимаемого ухом звука, методом наименьших квадратов устанавливают функциональное соотношение ширины апикального соединения мембран улиткового протока и нижней воспринимаемой ухом частоты звука и рассчитывают ширину апикального соединения L_d по формуле

где L₀ - длина стандартной базиллярной пластинки;
f_mo - максимально воспринимаемая ухом частота;
f(N₀) - минимально воспринимаемая ухом частота, определяемая аудиометрически для нулевого тона P₀;
N₀ - номер от апекса улиткового протока волосковой клетки, воспринимающий нулевой тон.