Биология

Урок 8: Слух и равновесие

Слух и равновесие

В ходе эволюции так сложилось, что восприятие гравитации и звука развивалось совместно. И до сих пор у человека органы, воспринимающие звук и изменение положения тела, находятся в одной структуре – внутреннем ухе и имеют общий путь к мозгу. Удивительно и то, что привыкший к земной жизни орган равновесия, приспособился к полётам на самолёте и космических кораблях.

План урока:

Слух человека

Орган равновесия

 

Сходство между органом слуха и органом равновесия заключается в нескольких деталях:

  • изменение положения тела или звук активирует специальные волосковые клетки;
  • у волосковых клеток есть микроворсинки (стереоцилии); для простоты далее в тексте они будут называться волосками;
  • волоски покрыты слоем вещества, похожим на желе;
  • при изменении положения тела или воздействии звука желеобразное вещество смещается и сдвигает волоски;
  • сдвиг волосков порождает нервный импульс;
  • нервный импульс передаётся в мозг по одному нерву, который называется преддверно-улитковым или VIII черепным.

 

Слух человека

1 sluh cheloveka
Строение уха

2 stroenie uha

Ушная раковина человека не так развита, как у животных, она не может двигаться в поисках источника звука. Но всё же она улавливает звук и направляет его в наружный слуховой проход.

Наружный слуховой проход представляет собой короткую трубку. На границе наружного и среднего уха находится барабанная перепонка. Она почти полностью состоит из соединительной ткани.

В коже наружного слухового прохода много серных желёз. Они вырабатывают ушную серу, которая служит преградой для микробов, инородных тел и даже насекомых. Иногда в слуховом проходе образуются серные пробки. Как правило, это происходит у людей, чей слуховой проход узок и имеет извитую форму. Также серные железы у кого-то работают нормально, а у кого-то выделяют слишком много серы.

При попытке достать серу ватными палочками кожа слухового прохода раздражается, в ответ на это железы вырабатывают ещё больше серы. Ватная палочка может повредить барабанную перепонку или протолкнуть серу ещё глубже. Сера сама покидает слуховой проход. Достаточно мыть уши с моющим средством. Серные пробки удаляет только врач-оториноларинголог (ЛОР).

Внутри среднего уха есть слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Они усиливают и передают звуковые колебания по следующей схеме:

3 zvuki

С помощью слуховой (евстахиевой) трубы среднее ухо сообщается с носоглоткой. Эта связь хорошо знакома тем, кто хотя бы раз летал на крупном авиалайнере.

Кабина пилотов и салон для пассажиров находятся в основном корпусе самолёта, который называется фюзеляжем. Пассажирские самолёты летают на высоте 8 – 11 км над землёй. Но этой высоте давление воздуха настолько низкое, что кислорода слишком мало для человека. Поэтому внутри авиалайнера создаётся искусственная атмосфера для нормального дыхания.

Давление воздуха в искусственной атмосфере немного ниже, чем нормальное давление воздуха (760 мм рт. ст.), к которому привык человек. Если давление внутри авиалайнера на высоте 8 – 11 км будет 760 мм рт. ст., то воздух начнёт сильно давить на стенки фюзеляжа изнутри и как бы раздувать его.

Когда самолёт ещё находится на земле, давление внутри него равно атмосферному. Но когда авиалайнер набирает высоту, давление внутри фюзеляжа немного снижается, а в среднем ухе оно остаётся прежним. Воздух давит на барабанную перепонку изнутри, поэтому возникает ощущение «закладывания» в ушах. Когда самолёт снижается, давление внутри фюзеляжа снова меняется и становится равным атмосферному. Поэтому и перед посадкой люди чувствуют дискомфорт в ушах.

Когда слуховая труба открывается, она уравновешивает давление на барабанную перепонку со стороны среднего уха и окружающего воздуха. Это происходит каждые несколько минут само по себе, а также при зевании, глотании или жевании. Поэтому борт-проводники (стюарды и стюардессы) некоторых авиакомпаний перед полётом предлагают пассажирам леденцы.

При простуде и гриппе инфекционный процесс может перейти по слуховой трубе к среднему уху, развивается отит. У детей это случается чаще, так как у них слуховая труба короткая, широкая, лежит почти горизонтально, а у взрослого человека расположена косо. Отит обязательно нужно сразу лечить. Иначе есть риск того, что гнойное воспаление распространится в головной мозг.

4 vnutrennee uho
Внутреннее ухо

5 visochnaya kost

6 stroenie vnutrennego uha

Глубоко внутри височной кости черепа есть сложный рельефный узор. Это костный лабиринт – прочный футляр для органа слуха и органа равновесия. Эти органы находятся в перепончатом лабиринте.

Перепончатый лабиринт заполнен жидкостью эндолимфой («эндо» означает внутри). Между костным и перепончатым лабиринтами находится жидкость перилимфа («пери» означает «вокруг»).

7 striktura uha

Одна часть лабиринта делает 2,5 оборота вокруг костного стержня. Это улитка, в которой находится кортиев орган с волосковыми клетками. Они реагируют на звук. Их волоски погружены в покровную мембрану.

Перепончатый лабиринт с кортиевым органом заполняет не всю костную улитку, а лишь её среднюю часть – средний канал (среднюю лестницу). Средний канал находится между верхним и нижним каналами. Он заполнен жидкостью эндолимфой, а остальные каналы – перилимфой.

Верхний канал начинается от овального окна и доходит до верхушки улитки. Там он переходит в нижний канал. Отверстие между каналами называется геликотрема. Нижний канал заканчивается круглым окном.

Стремечко упирается в овальное окно. Под действием звука оно заставляет колебаться овальное окно, перилимфу и кортиев орган. Волоски чувствительных клеток изгибаются, возникает нервный импульс.

8 stroenie ulitki
Строение улитки

9 stroenie uha ulitki
Улитка под микроскопом

10 ulitka pod mikroskopom
Иллюстрация из учебника Агаджаняна Н.А. «Нормальная физиология»

Тимпаническая лестница – это другое название барабанной лестницы

Звук может распространяться не только по воздуху, но и по твёрдым телам, например, костям черепа. Например, если звучащий камертон приставить к височной кости за ушную раковину, человек будет слышать звук даже с закрытыми ушами.

11 test zvuka

Возможно, Людвиг ван Бетховен пользовался приспособлениями, которые проводили звук от музыкального инструмента к костям черепа. Великий немецкий композитор ещё в молодости стал испытывать проблемы со слухом. К 30 годам он уже плохо слышал. Эта трагедия чуть не довела его до самоубийства. Но Бетховен был очень мужественным человеком, он приспособился жить с глухотой.

Бетховен продолжал создавать гениальные произведения. Ко времени наступления глухоты в его памяти был колоссальный запас музыки. Ему не нужны были фортепиано или оркестр, чтобы слышать то, что звучало у него внутри. Потому что музыкальное произведение рождается не в ухе, с точки зрения физиологии, оно рождается в мозге.

12 bethoven
Людвиг ван Бетховен

Нервный импульс передаётся в головной мозг по преддверно-улитковому нерву. Центры слуха находятся в разных структурах мозга и связаны друг с другом множеством путей. Центры среднего мозга участвуют в реакциях на внезапные звуки. Центры таламуса обеспечивают оценку слуховой информации, но человек не осознаёт и не чувствует работу этих структур мозга.

Высшие корковые центры, которые создают ощущение звука, находятся в височной доле.

 

Восприятие звука

Слух нормального человека различает звуки в огромном диапазоне, а также тонко улавливает уровни громкости.

13 vospriyatie zvuka

Сенсорные системы приспосабливаются (адаптируются) к длительно действующему раздражителю. Например, человек сначала ничего не видит в тёмной комнате, но через несколько минут привыкает и различает предметы в темноте.

То же касается и органа слуха человека. Если слушать музыку в наушниках на шумной улице или в транспорте, происходит привыкание к окружающему шуму и уровню громкости музыки. Поэтому через несколько минут хочется прибавить звук. Такое мощное воздействие на волосковые клетки в конечном итоге приводит к их гибели и потере слуха.

Резкий очень громкий звук вызывает боль в ушах и обратимую утрату слуха. Если он длится долго, повреждаются сенсорные клетки и слух уже не восстановить. У людей, которые часто находятся среди громких звуков (рок-музыканты, работники аэродромов), рискуют со временем потерять слух. Люди с нарушением слуха страдают не только от невозможности слушать музыку. Человек со сниженным слухом плохо различает речь. Он уже не может, как прежде, радоваться общению с другими людьми.

 

Орган равновесия

Развитие наземных животных шло по пути приспособления к гравитации. Орган равновесия человека совершенствовался ещё больше, ведь нужно было удерживать всё тело при передвижении всего на двух ногах.

Сейчас человека как бы возвращают в водную среду, чтобы подготовить к космическому полёту. В воде сила земной тяжести уравновешивается выталкивающей архимедовой силой. Вес тела (не масса!) становится меньше, такое явление обозначают термином «гидроневесомость».

Гидроневесомость используют для подготовки космонавтов к работе в открытом космосе. В Центре подготовки космонавтов в Звёздном городке и в NASA есть гидролаборатория. Это огромный бассейн, где под водой находятся макеты Международной космической станции (МКС).

Космонавтов одевают в скафандр для работы в открытом космосе, уравновешивают грузами и погружают в бассейн. Там космонавты учатся работать инструментами, обслуживать и ремонтировать МКС в условиях, похожих на настоящую невесомость.

14 akvalangisty

15 organ ravnovesia
Орган равновесия

Линейные ускорения (движение в лифте, разгон или торможение автомобиля) улавливаются волосковыми клетками преддверия. Мембрана над клетками похожа на желе. На её поверхности лежат кристаллы карбоната кальция – отолиты, поэтому мембрана называется отолитовой. Она в 2 – 3 раза тяжелее эндолимфы.

Когда человек находится в «нормальном» вертикальном положении на Земле, отолитовая мембрана находится в привычном для вестибулярного аппарата положении. Он подаёт мозгу сигнал «всё нормально, всё на месте».

Если человек наклоняет голову или находится в ускоряющемся транспорте, эндолимфа и отолитовая мембрана тоже сдвигаются. Но из-за своей тяжести мембрана сдвигается быстрее, чем эндолимфа. Мембрана изгибает волоски чувствительных клеток. Клетки генерируют электрический импульс.

16 smeshchenie otolitovoi membrany
Смещение отолитовой мембраны при движениях головы

Волосковые клетки в полукружных каналах покрыты веществом, похожим на купол - купулой. Плотность купулы и эндолимфы одинакова, поэтому на линейные ускорения и наклоны головы волосковые клетки реагировать не будут.

При вращении головы вместе с ней перемещаются и полукружные каналы. Эндолимфа в них смещается не сразу, а с некоторой задержкой. Поэтому в самом начале движения с одной стороны эндолимфа давит на купулу, а с другой – нет. Купула смещается и тянет за собой волоски. Это порождает электрические импульсы в волосковых клетках.

В продолговатом мозге есть восемь вестибулярных ядер (нервных центров), которые обрабатывают информацию от вестибулярного аппарата. Четыре ядра находятся справа и четыре – слева. Нервные волока связывают ядра правой стороны с ядрами левой. Часть сигналов они получают ещё от мышц и суставов шеи, рук, ног. Таким образом, в продолговатом мозге собирается информация не только о положении головы, но и всего тела.

Вестибулярные ядра связаны нервными волокнами с другими структурами головного мозга. Например, они обеспечивают связь с нейронами, управляющими глазодвигательными мышцами. Благодаря этому человек в движущемся транспорте может непрерывно смотреть на объект, например, светофор.

Также вестибулярные ядра связаны с гипоталамусом. Поэтому при вращении и «морской болезни» бывают тошнота, рвота, обильное отделение слюны, бледность кожи, повышается потливость, сердце бьётся чаще.

Сигналы от вестибулярных ядер получает мозжечок. Он регулирует напряжение мышц при изменении положения тела. Вестибулярные ядра влияют на нейроны спинного мозга. Поэтому человек не падает и не шатается, когда встаёт, садится, идёт.

Следующий подкорковый центр находится в таламусе. Корковый центр обработки информации располагается в постцентральной извилине. Он даёт возможность сознательно ориентироваться в пространстве.

 

«Морская болезнь»

В движущемся транспорте, особенно в морских путешествиях и авиаперелётах, люди жалуются на укачивание или «морскую болезнь». На профессиональном языке такое состояние называется кинетоз. Чаще кинетозы проявляются у детей и подростков, так как их вестибулярная сенсорная система не до конца созрела.

Причин кинетозов несколько. Например, вестибулярный аппарат формировался для того, чтобы ходить и бегать, а не летать и быстро ездить. Ещё одна причина – конфликт между видимой «картинкой» и ощущениями тела. Мозгу трудно одновременно обработать информацию от зрительной и вестибулярной сенсорной систем.

Чтобы избежать или облегчить укачивание, перед поездкой нужно помнить о следующих моментах:

  • Помочь мозгу, то есть хорошо отдохнуть и выспаться перед путешествием;
  • Если перед дорогой переесть или отказаться от еды, тошнить будет ещё сильнее. Лучше съесть лёгкое овощное блюдо или йогурт без сахара. Из напитков оптимальным вариантом станет негазированная минеральная вода, много пить тоже не надо. В долгий путь нужно запастись лёгкой пищей – овощи, фрукты, йогурт;
  • Во время взлёта и посадки самолёта помогает сосание леденцов;
  • Меньше всего укачивает в средней части корабля,и в той части самолёта, которая расположена между крыльями. В поезде и автотранспорте надо садиться лицом по ходу движения;
  • Ночной полёт и плавание переносится легче;
  • Чем меньше движется голова, тем лучше. Нужно опустить спинку кресла, положить под шею фиксирующую подушку. Морское путешествие легче переносить лёжа на спине с валиком под головой;
  • Если «отключить» сигналы от зрения, мозгу будет проще справиться с сигналами от вестибулярного аппарата. Короче говоря, если закрыть глаза, станет легче. Рассматривание мелькающих за окнами предметов или волн только добавляет мозгу задач. Можно смотреть в окно прямо перед собой или чуть выше;
  • Помогает прослушивание спокойной мелодичной музыки, но в наушниках можно слушать музыку на маленькой громкости, да и то недолго. В шумном транспорте громкость приходится увеличивать, в метро и самолёте такой способ не подходит;
  • Перегревание и переохлаждение усиливают «морскую болезнь»;
  • В положении сидя помогает постукивание ногами по полу то пяткой, то носком. Так создаётся эффект ходьбы по земле и устраняется конфликт между зрительной и вестибулярной системами.

Занятия физкультурой, спортом или танцами тренируют вестибулярную систему и ослабляют проявления кинетозов.

Также можно сходить на приём к врачу-неврологу. Он занимается диагностикой и лечением заболеваний нервной системы, а кинетоз – это и есть реакция мозга на движение.

 

Вестибулярный аппарат в космическом полёте

Вестибулярный аппарат человека рассчитан на обычное передвижение на ногах. Когда лётчик выполняет сложные фигуры высшего пилотажа, мозг может ошибиться и исказить ориентацию в пространстве.

На высоте полёта Международной космической станции (МКС) земная гравитация действует примерно на 90%. Невесомость в этом случае обусловлена тем, что МКС всё время как бы падает вниз. Несмотря на то, что космонавты проходят строгий отбор и много лет подготовки к полётам, у них тоже бывают неприятные эффекты со стороны вестибулярной системы.

На Земле отолиты смещаются под действием гравитации. Вестибулярный аппарат не «молчит» а посылает стандартные импульсы к мозгу. В невесомости вестибулярный аппарат лишается обычного раздражителя, вестибулярная система работает с ошибками.

Поэтому в первые дни полёта космонавты страдают от тошноты, головокружения, иногда рвоты. Они перестают ощущать, где именно находятся их руки или ноги. Даже понятия «верх, низ, потолок, пол» на МКС условны. Но даже к таким условиям мозг адаптируется за несколько дней. Часть работы по ориентации в пространстве берёт на себя зрение.

 

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Ухо человека:
1Состоит из трёх отделов; внутреннее ухо воспринимает звук и изменения положения тела
2Воспринимает только звук
3Его клетки-рецепторы находятся в мозге
4Не реагирует на изменения давления воздуха
5Не связано с глоткой
Ответить
1
Вопрос: 2
Среднее ухо
1Усиливает звуковые колебания и передаёт их к улитке
2Связано с глоткой слуховой (евстахиевой) трубой, на него может перейти воспаление от носоглотки
3Воспаление среднего уха нужно сразу лечить, чтобы предотвратить поражение мозга
4Содержит молоточек, наковальню и стремечко
5Все ответы правильные
Ответить
5
Вопрос: 3
Ушная сера:
1Защищает от микробов, инородных частиц, насекомых
2Образует серные пробки, если наружный слуховой проход слишком узкий, а его железы слишком активно работают
3Образует серные пробки, если чистить уши ватными палочками
4Серные пробки удаляет только оториноларинголог (ЛОР-врач)
5Все ответы правильные
Ответить
5
Вопрос: 4
Клетки, воспринимающие звук:
1Находятся в улитке и страдают при прослушивании музыки в наушниках
2Находятся в преддверии и реагируют на невесомость
3Находятся в полукружных каналах и реагируют на вращение
4Лежат на барабанной перепонке
5Являются железистыми
Ответить
1
Вопрос: 5
Вестибулярная сенсорная система содержит:
1Преддверие и полукружные каналы, преддверно-улитковый нерв
2Ядра в продолговатом мозге и таламусе
3Связи со спинным мозгом, мозжечком, гипоталамусом
4Высший центр в коре больших полушарий
5Все ответы правильные
Ответить
5
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Ухо человека:
1) Состоит из трёх отделов; внутреннее ухо воспринимает звук и изменения положения тела 2) Воспринимает только звук 3) Его клетки-рецепторы находятся в мозге 4) Не реагирует на изменения давления воздуха 5) Не связано с глоткой
2 вопрос:

Среднее ухо
1) Усиливает звуковые колебания и передаёт их к улитке 2) Связано с глоткой слуховой (евстахиевой) трубой, на него может перейти воспаление от носоглотки 3) Воспаление среднего уха нужно сразу лечить, чтобы предотвратить поражение мозга 4) Содержит молоточек, наковальню и стремечко 5) Все ответы правильные
3 вопрос:

Ушная сера:
1) Защищает от микробов, инородных частиц, насекомых 2) Образует серные пробки, если наружный слуховой проход слишком узкий, а его железы слишком активно работают 3) Образует серные пробки, если чистить уши ватными палочками 4) Серные пробки удаляет только оториноларинголог (ЛОР-врач) 5) Все ответы правильные
4 вопрос:

Клетки, воспринимающие звук:
1) Находятся в улитке и страдают при прослушивании музыки в наушниках 2) Находятся в преддверии и реагируют на невесомость 3) Находятся в полукружных каналах и реагируют на вращение 4) Лежат на барабанной перепонке 5) Являются железистыми
5 вопрос:

Вестибулярная сенсорная система содержит:
1) Преддверие и полукружные каналы, преддверно-улитковый нерв 2) Ядра в продолговатом мозге и таламусе 3) Связи со спинным мозгом, мозжечком, гипоталамусом 4) Высший центр в коре больших полушарий 5) Все ответы правильные
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Состоит из трёх отделов; внутреннее ухо воспринимает звук и изменения положения тела
2 вопрос: Все ответы правильные
3 вопрос: Все ответы правильные
4 вопрос: Находятся в улитке и страдают при прослушивании музыки в наушниках
5 вопрос: Все ответы правильные