§ 21. Ухо и слух. Орган равновесия

Определения и обозначения

Наружное ухо — ушная раковина и наружный слуховой проход, которые улавливают и направляют звуковые колебания. Ушная раковина собирает звук, а проход ведёт его к барабанной перепонке. Этот отдел нужен, чтобы звуковая волна достигла частей уха, воспринимающих её дальше.

Среднее ухо — барабанная полость со слуховыми косточками, передающими и усиливающими колебания от барабанной перепонки к внутреннему уху. В нём находятся молоточек, наковальня и стремечко. Среднее ухо помогает передать слабые колебания внутрь организма с достаточной силой.

Внутреннее ухо — система полостей и каналов, где расположены улитка со слуховыми рецепторами и орган равновесия. Улитка связана со слухом, а другие структуры воспринимают движения и положение головы. Поэтому внутреннее ухо участвует сразу в двух видах чувствительности.

Орган равновесия — рецепторная система внутреннего уха, воспринимающая положение и движения тела. В неё входят полукружные каналы, маточка и мешочек с чувствительными клетками. Благодаря их сигналам мозг может поддерживать устойчивую позу.

Как это устроено

Ушная раковина имеет сложную форму, поэтому собирает звуки, приходящие с разных направлений, и направляет их в наружный слуховой проход. Воздух в проходе начинает колебаться, а звуковая волна достигает барабанной перепонки. Перепонка похожа на упругую тонкую мембрану: она колеблется с той же частотой, что и поступивший звук, превращая воздушные колебания в механические.

Колебания перепонки передаются цепочке косточек — молоточку, наковальне и стремечку. Такая система работает как рычаг и уменьшает площадь, на которую передаётся движение, поэтому давление возрастает. В результате стремечко действует на овальное окно сильнее, чем звуковая волна действовала бы на внутреннее ухо напрямую, и колебания переходят в жидкость улитки.

Во внутреннем ухе колебания овального окна вызывают движение жидкости внутри улитки. Жидкость смещает мембраны, рядом с которыми расположены чувствительные клетки с тонкими волосками. Их изгиб раздражает рецепторы, потому что механическое движение преобразуется в электрический сигнал — нервный импульс.

Сигналы от рецепторов улитки собираются в волокнах слухового нерва и направляются в головной мозг. В слуховой зоне коры больших полушарий мозг анализирует частоту, силу и последовательность импульсов. Поэтому само возникновение импульсов ещё не является полноценным слуховым ощущением: оно появляется после обработки информации мозгом.

Полукружные каналы расположены в разных плоскостях и заполнены жидкостью, поэтому каждый из них особенно чувствителен к вращению в определённом направлении. При повороте головы жидкость смещается относительно стенок каналов и раздражает рецепторы. Маточка и мешочек содержат отолиты — маленькие плотные частицы: их смещение при наклоне или ускорении натягивает чувствительные волоски и сообщает мозгу о положении тела.

Отделы уха и их функции

Таблицу удобно читать слева направо: сначала определить часть уха, затем вспомнить её строение и вид сигнала. Последний столбец показывает, какую работу выполняет структура, поэтому помогает не смешивать слух и равновесие. Для восстановления пути звука достаточно последовательно пройти от наружного уха к рецепторам улитки и далее к мозгу.

Разбор задач

Задача 1. Путь звуковой волны

Условие. Определите путь звуковой волны от ушной раковины до слуховой зоны коры больших полушарий. Нужно указать не только части уха, но и момент превращения звука в нервный сигнал.

1. Сначала назовите наружное ухо: ушная раковина улавливает волну, а слуховой проход направляет её к барабанной перепонке.
2. Затем укажите барабанную перепонку и слуховые косточки. Перепонка начинает колебаться, а молоточек, наковальня и стремечко передают и усиливают движение.
3. Далее проследите путь во внутреннем ухе: стремечко воздействует на овальное окно, жидкость улитки приходит в движение, рецепторы раздражаются.
4. В конце назовите слуховой нерв и слуховую зону коры больших полушарий. Нерв переносит импульсы, а мозг анализирует их и создаёт слуховое ощущение.

Ответ. Последовательность такова: ушная раковина → наружный слуховой проход → барабанная перепонка → молоточек, наковальня, стремечко → овальное окно → жидкость улитки → слуховые рецепторы → слуховой нерв → слуховая зона коры.

Задача 2. Повреждение слуховых косточек

Условие. Объясните, почему при повреждении слуховых косточек человек слышит значительно хуже, хотя слуховой нерв остался неповреждённым. Сравните нормальную передачу звука и ситуацию после травмы.

1. В норме барабанная перепонка получает колебания и передаёт их молоточку. Через наковальню и стремечко движение доходит до овального окна с усилением.
2. Если цепочка косточек повреждена, колебания становятся слабее или передаются неправильно. До жидкости улитки доходит меньше энергии, поэтому слуховые рецепторы раздражаются недостаточно.
3. Слуховой нерв при этом может работать нормально, но он получает слишком слабые импульсы. Значит, причина снижения слуха находится на пути передачи звука, а не обязательно в самом нерве.

Ответ. Повреждение косточек нарушает проведение и усиление колебаний к улитке. Поэтому рецепторы формируют более слабые сигналы, даже если слуховой нерв способен их передавать.

Задача 3. Части органа равновесия

Условие. Определите, какие структуры раздражаются при вращении головы, а какие — при изменении положения тела и прямолинейном ускорении. Для решения сопоставьте движение жидкости и смещение отолитов.

1. При вращении головы жидкость в полукружных каналах по инерции смещается относительно стенок. Это раздражает рецепторы каналов, поэтому они сообщают мозгу о направлении вращения.
2. При наклоне головы или прямолинейном ускорении смещаются отолиты в маточке и мешочке. Они давят на чувствительные клетки и меняют их раздражение.
3. Сопоставьте вид движения с рецептором: вращение — полукружные каналы, положение тела и прямолинейное движение — маточка и мешочек.

Ответ. Полукружные каналы воспринимают главным образом вращательные движения. Маточка и мешочек воспринимают наклон, положение головы и прямолинейное ускорение.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что звук воспринимает ушная раковина. Её заметная форма создаёт такое впечатление, но рецепторы находятся в улитке; проверить себя можно вопросом: «Где возникают нервные импульсы?»

Ошибка: путать барабанную перепонку со слуховой косточкой. Перепонка сама колеблется под действием звука, а косточки передают это движение; достаточно разделить в ответе мембрану и рычажную цепочку.

Ошибка: утверждать, что равновесие обеспечивает только мозжечок. Мозжечок обрабатывает сигналы и координирует движения, но рецепторы положения находятся во внутреннем ухе; ищите источник сигнала отдельно от его обработки.

Ошибка: смешивать улитку и полукружные каналы. Улитка связана преимущественно со слухом, а полукружные каналы — с вращением; проверка проста: определите, какой раздражитель воспринимается — звук или поворот головы.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужны знания о нервной системе, рецепторах, нервном импульсе и анализаторе. С физикой ухо связывают звуковые волны, их частоту, громкость и распространение колебаний. Дальше эти сведения пригодятся при изучении профилактики нарушений слуха и равновесия, первой помощи при травмах уха и других органов чувств.

Что запомнить

• Ухо состоит из наружного, среднего и внутреннего отделов.
• Барабанная перепонка превращает звуковые волны в механические колебания.
• Слуховые косточки передают и усиливают колебания.
• Слуховые рецепторы находятся в улитке внутреннего уха.
• Нервные импульсы от слуховых рецепторов поступают в слуховую зону коры больших полушарий.
• Полукружные каналы воспринимают вращательные движения головы.
• Маточка и мешочек участвуют в восприятии положения тела и прямолинейного движения.