Fisiologia dell'udito e protesi uditive

L’udito

Fisiologia dell'udito

Il suono è determinato da onde di pressione nell’aria dovute alla rarefazione e compattamento delle particelle, in seguito alla messa in vibrazione di una membrana. Queste vibrazioni si propagano tramite onde spazio-temporali. L’onda sonora è caratterizzata, ipotizzando costituita da una sola frequenza, dalla sua intensità e dalla distanza tra due picchi, altrimenti detta lunghezza d'onda. La velocità di spostamento dell’aria è di circa 330 m/s e tende ad aumentare all’aumentare di densità del mezzo (nei liquidi e nei metalli è maggiore).

La frequenza di emissione si traduce in variazioni di pressione. Per quanto riguarda la componente spaziale, appunto la lunghezza d’onda, essa è data dal prodotto tra periodo dell’onda (n° di secondi per un’oscillazione) e la velocità, oppure dal rapporto tra velocità e frequenza dell’onda (n° di oscillazioni in un secondo). All’aumentare della frequenza diminuisce la lunghezza d’onda.

Il segnale udibile ha componenti frequenziali che vanno dai 10 Hz ai 20 KHz. Invece le lunghezze d’onda variano dal metro al millimetro, e sono non a caso dimensioni paragonabili a quelle dell’uomo, visto che dobbiamo essere in grado di trasdurle, le dimensioni devono essere comparabili.

L’ampiezza del segnale tende a diminuire come 1/r², infatti l’onda si muove su una sfera che si allarga. La superficie della sfera su cui si distribuisce l’energia dell’onda aumenta con r², per cui andando al denominatore, l’intensità si riduce come 1/r².

Percezione

La percezione di un fenomeno associato ad un senso è modulata come funzione logaritmica dell’intensità, ovvero se incremento di 10 volte l’ampiezza, ho un incremento analogo nella percezione. logIntensità=L=20 log₁₀(P/P_ref) dB (P=pressione sonora dell’onda) Ovvero per un aumento di intensità da 20 a 40 dB, ho un incremento di intensità di 10 volte.

L’intensità del suono viene attenuata con la distanza. La soglia del dolore si ha a 140 dB.

Il sistema uditivo

Il sistema uditivo ha due funzioni:

• Rilevare ampiezza e frequenza del suono
• Dare una localizzazione spaziale della sorgente dello stimolo grazie alla modulazione dell’intensità con la distanza e grazie alla latenza di fase, ovvero se il suono arriva prima all’orecchio destro o al sinistro.

Come funziona l’udito?

L’udito è un senso fisico, infatti al pari del tatto, trasduce segnali meccanici. L’orecchio è costituito da diverse parti:

• Esterno: costituito da padiglione auricolare che grazie alla sua geometria, capta il suono e lo convoglia nel canale uditivo.
• Medio: costituito da timpano, che fa da separatore tra orecchio esterno e medio, e dai tre ossicini, staffa incudine e martello.
• Interno: le vibrazioni arrivano grazie ai tre ossicini, fino alla coclea che converte l’onda meccanica in impulsi elettrici. È composto da coclea, finestra ovale e finestra rotonda.

Orecchio esterno

Composto da padiglione auricolare, canale uditivo e timpano che è al confine con l’orecchio medio. Il padiglione auricolare è la struttura che dà la direzione preferenziale di ricezione del segnale, visto che convoglia lo stimolo, raccogliendolo e poi convogliandolo verso il canale uditivo. Ha una frequenza di risonanza, cioè è particolarmente efficace, intorno ai 2-5 KHz, ovvero le frequenze del parlato. Le onde arrivano fino alla membrana timpanica, mettendola in movimento.

Orecchio medio

La oscillazione della membrana timpanica, mette in movimento il martello, che poi facendo leva sull’incudine fa muovere la staffa. Quest’ultima oscillando avanti e indietro mette in pressione la finestra ovale facendola oscillare a sua volta e adattando l’impedenza meccanica. Infatti l’aria ha una bassa impedenza, cioè si oppone poco alla propagazione di onde meccaniche, mentre il liquido nella coclea ha un’impedenza maggiore. La pressione impressa pilota quindi in movimento del liquido cocleare. Visto che quest’ultimo è un fluido incomprimibile, la sua oscillazione mette in movimento anche la finestra rotonda.

Sulla parete esterna dell’orecchio medio, si trova inoltre un canaletto, chiamato tromba di Eustachio che mette in comunicazione il sistema uditivo a quello respiratorio, e ha la funzione di mantenere la pressione interna uguale a quella esterna (cioè uguale sui due lati del timpano), a meno che non arrivi un suono. Prende di fatto l’offset della pressione. In questo modo il timpano non viene compresso verso l’interno dalla pressione atmosferica e può svolgere al meglio la sua funzione.

Orecchio interno

L’orecchio interno è costituito da coclea, finestra ovale e finestra rotonda. Le vibrazioni entrano nella coclea attraverso la finestra ovale ed escono attraverso la finestra rotonda. Esse, propagandosi all’interno dell’endolinfa nella scala vestibolare e timpanica, mettono in vibrazione la membrana basilare. Questa è di fatto la chiave della funzione uditiva.

La coclea

La coclea è costituita da una formazione conica di tessuto osseo compatto che si avvolge intorno ad un perno per 2 giri e mezzo. È divisa in 3 setti: la scala vestibolare, la scala timpanica e la scala cocleare o media, ognuno dei quali è riempito di un liquido incolore detto liquido endococleare, che prende il nome di perilinfa nella scala vestibolare e timpanica e di endolinfa in quella cocleare.

La scala vestibolare e timpanica si aprono rispettivamente verso la finestra ovale e quella rotonda e vengono in contatto alla sommità della coclea attraverso un’apertura chiamata elicotrema. Le tre aperture sono fondamentali, perché visto che il liquido è incomprimibile, queste tre pareti elastiche permettono il movimento delle onde sonore.