Physiologie - sixbynine.de
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Physiologie, Akustik Physiologie Akustik Physikalische Grundlagen - Schallwellen sind Druckschwankungen der Luft, die sich als longitudinale Schwingungen mit 330m/s ausbreiten minimale Schallintensität ,die wahrgenommen werden kann (Absolutschwelle I 0) beträgt 10-12 Watt/m2 entspricht Schalldruckschwankungen von 2*10-5 N/m2(=[Pa]) bei 1000 Hz Empfindungsstärke nimmt mit dem Logarithmus der Reizstärke zu (Weber-Fechner-Gesetz) Dezibel-Skala : 20 dB bedeuten jeweils eine Verzehnfachung des Schalldruckes, 6 dB eine Verdoppelung, Nullpunkt bei minimaler Hörschwelle (=2*10-5 Pa), 10 dB = 1 B [Bel] - Weber-Quotient : c = - Schmerzgrenze bei 120 dB Dauerbeschallung mit 90 dB ergibt allerdings auch schon Hörschäden - L 20 log - Hörschwelle (=2*10-5 N/m2) Frequenzbereich des Ohres : 16 – 20.000 Hz (70y: 13.000 Hz Presbyakusis) Frequenzverdoppelung = Oktave, 3/2 = Quinte, 4/3 = Quarte, ... Weißes Rauschen enthält alle Frequenzen gleichzeitig - Fechner : k log - Stevens : - Schallintensität/~leistung [Watt/m2] ~ (Schalldruck)2 = kleinste unterscheidbare Reizintensität / Reizintensität = const. px dB; L = Lautstärkepegel in dB, Px = gemessener Schalldruck, P0 = Schalldruck der p0 0 ; φ = Reizintensität, φ0=Reizintensität an Schwelle k 0 a I x c p x , c = konstanter Faktor 2 Bau und Funktion des Ohrs - - äußeres Ohr = Ohrmuschel und Gehörgang Schallwellensammlung Resonanzfrequenz bei 3500 Hz Richtungsabhängige Veränderung der Klangfarbe durch von Einfallswinkel bestimmter Filterwirkung Richtungshören Mittelohr = Paukenhöhle Lufthaltig, trommelförmig Mit Tube (Ohrtrompete, Eustachischer Röhre) mir Rachenraum verbunden Schleimhautepithel resorbiert stetig Luft Unterdruck wird ausgeglichen über Tube, wenn nicht reduzierte Hörfähigkeit bedingt durch verminderte Schwingfähigkeit des Trommelfells Trommelfell Hammer (Malleus), Amboss (Incus), Steigbügel (Stapes) ovales Fenster Druckverstärkung für Ausgleich des höheren Schallwellenwiderstands in Schneckenflüssigkeit um 22 (/26) dB durch Flächenverhältnis des Trommelfells zur Fußfläche des Steigbügels Durch Zusammenfallen aller Schwer- und Drehpunkte der Gehörknöchelchen gibt es kein Klirren beim Gehen und Drehen Schallschutz durch M. tensor tympani ( N. trigeminus) spannt Trommelfell vermehrte Reflektion verminderte Schallübertragung; auch M. stapedius ( N. facialis, Hyperakusis bei Fazialisparese) Kippung der Steigbügelfußplatte Lauschen und gezieltes Hinhören wahrscheinlich durch Veränderung der Resonanzfrequenz der Gehörknöchelchenkette 14.05.2016 Seite 1 / 4 [email protected] Physiologie, Akustik - Innenohr = Vestibularapparat und Schnecke = Labyrinth Scala vestibuli (ovales Fenster) und Scala tympani (rundes Fenster) mit Perilymphe (140 mmol/l Na+ = extrazelluläre Flüssigkeit) gefüllt und verbunden über Helicotrema Scala media mit Endolymphe ( hoher K+-Gehalt 145 mmol/l ) gefüllt, enthält Corti-Organ mit Haarzellen, über Ductus reuniens mit Endolymphräumen des Vestibularapparats verbunden Morbus Menière : gesteigerter Innenohrdruck und Gleichgewichtsstörungen durch Hydrops der Scala media und Veränderter Ionenzusammensetzung der Endolymphe kein Generatorpotential Einorttheorie (überholt) : jede Frequenz setzt Basilarmembran an einem bestimmten Ort in Bewegung Wanderwellentheorie : Vom Steigbügel an die Scala vestibuli abgegebene Druckstöße in der Schneckenflüssigkeit induzieren eine Oberflächenwelle in der Schnecke, wobei die Energie zurück an die Schneckenflüssigkeit und das Runde Fenster abgegeben wird. Da jeder Membranabschnitt eine spezifische Eigenfrequenz E m (E = Elastizität der Membran, m = besitzt, wird das Corti-Organ nur dort maximal bewegt. Am Beginn der Schnecke hohe Frequenzen, am Ende tiefe Frequenzen, durch frequenzabhängige Dämpfung bei der Ausbreitung der Wellen Aktive Verstärkung durch kochleären Vibrationsverstärkungsmechanismus mit Energieverbrauch in Form der äußeren Haarzellen. Mikrophonpotential : durch mitschwingende elektrische Ladung im Corti-Organ, kann über elektrische Verstärkung wiedergegeben werden. Tonhöhenwahrnehmung : Einorttheorie und Tonhöhenwahrnehmung auch bei periodisch wiederkehrenden Schwingungsereignissen (z.B. 16 Hz Folge von Knacken) im nichteingeschwungenen Zustand Knochenleitung : über schallsynchrone Kompressionen und Dekompressionen des Schädels, welche Schnecke komprimieren und aufgrund der unterschiedlichen Dehnbarkeiten der Fenster eine Basilarmembran-Verschiebung auslösen ( Hörereignis) bei Mittelohrerkrankung: Schwabach-Test Stimmgabel auf Vertex wird im kranken Ohr lauter empfunden bewegte Masse der Schneckenflüssigkeit) Funktion des Transformationsorgans - - Eine Reihe innerer und Dreierreihe äußerer Haarzellen zwischen Stütz- und Pfeilerzellen Besitzen Hörhärchen (Stereozilien), deren Länge nach außen hin zunimmt Scala vestibuli und Scala tympani ca. 0 mV, Scala media +85 mV, innere Haarzelle –40 mV, äußere Haarzelle –70 mV, Potetialdifferenz zw. Scala media und Innerem der Haarzelle = 155 mV Öffnen bei Auslenkung in Richtung des längsten Ziliums (außen) Kaliumkanäle Einstrom von K+Ionen Depolarisation Bewegung in andere Richtung schließt K +-Kanäle und öffnet Ionenkanäle an basolateraler Zellmembran, sodaß K+-Ionen ausströmen Repolarisation Da bei gleichem Ausschlag in beide Richtungen mehr Depolarisation als Repolarisation geschieht, entsteht ein Rezeptorpotential Freisetzung von Ca++-Ionen Freisetzung von glutamatartigem Transmitter in afferenten synaptischen Spalt Generatorpotential an postsynaptischen Ionenkanälen AP’s in Nervenfaser Ganglion spirale Sauerstoffversorgung des Corti-Organs durch Blutgefäße in Stria vascularis und Schneckenflüssigkeit (verminderte Versorgung wahrscheinlich Grund für akuten Hörsturz, kann auch zu bleibenden Hörschäden führen) Innervation der Haarzellen - Haarzellen sind sekundäre Sinneszellen Innere Haarzellen : einzeln innerviert Tonhöhenunterschiede Äußere Haarzellen mehrere zu einer ableitenden Nervenfaser zusammengeschaltet höhere Empfindlichkeit für geringe Schallintensitäten 14.05.2016 Seite 2 / 4 [email protected] Physiologie, Akustik Hörbahn - - - - - - Ganglion spirale im Modiolus der Ohrschnecke Ncl. Cochlearis ventralis et dorsalis Nur in den unteren Regionen der Hörnbahn eine reine tonotope Abbildung der Frequenzen Olivenkomplex : erste Verrechnung der Zeitunterschiede und somit Richtungseindruck Im Colliculus inferior der Lamina quadrigemina Verbindungen zu oberem Hügel und damit optischen Reizen und Entstehungsort des motorischen Payerschen Ohrmuschelreflexes Corpus geniculatum mediale gibt erste emotionale Färbung und wahrscheinlich Zeitgebung für Harmoniewahrnehmung (hier gibt es Neurone, die nur bei ganzzahligen Vielfachen einer Grundfrequenz „Feuern“) Primäre Hörrinde im Operculum in der Tiefe der Sylvischen Fissur (Heschelsche Querwindung) sekundäre und tertiäre Felder, sensorisches (Wernicke-) und motorisches (Broca-) Sprachzentrum Kodierung der Lautstärke durch Amplitude des Generatorpotentials und somit Pulsfrequenz der AP’s Kodierung der Tonhöhe durch den Ort auf der Basilarmembran, an dem maximale Schwingung stattfindet tonotope Abbildung Laterale Hemmung: Wenn Basilarmembran nach intensiver Beschallung mit einer Frequenz mit geringfügig höherer beschallt wird, wird dieser höher empfunden als er ist. Tinnitus bei anhaltender Selbsterregung des nervösen akustischen Systems (Töne, Rauschen, Klingeln) Richtungshören - Durch zeitversetzte Ankunft, spezielle Form der Ohrmuschel (s.o., entwickelt sich postnatal) und frequenzabhängige Dämpfung in der Luft (Dispersion) (Donnergrollen) Erste beiden Mechanismen nicht beim monauralen Hören schon Richtungseindruck nach wenigen Millisekunden (Sehen:1s) Schwelle für das Richtungshören bei 2 – 4 Grad 14.05.2016 Seite 3 / 4 [email protected] Physiologie, Akustik Psychophysik - - Hörschwelle bei 2 bis 5 kHz am niedrigsten Phonskala entspricht der dB-Skala bei 1000 Hz „Isophone“ sind Kurven gleicher subjektiv empfundener Lautstärke Empfindlichkeit bei Mikrophonmessungen durch Filter (A,B,C) angepasst „dB,A“ „Sone“ nach Stevens mittels doppelter empfundener Lautstärke: 50 doppelt so laut wie 40, 60 viermal, 70 achtmal 40 Phon = 1 sone, 50 Phon = 2 sone, 60 Phon = 4 sone, 80 Phon = 16 sone, 120 Phon = 256 sone Hauptsprachbereich bei 300 – 4.000 Hz Intensitäts-Unterschiedschwelle bei Optimalbedingungen bei 1 dB Frequenz-Unterschiedsschwelle bei Optimalbedingungen unter 1% (bei 1 kHz bei 0,3%) Audiologische Untersuchungsmethoden Schwabach-Test : Weber-Versuch : Hörbarkeit von leichtem Sprechen und Stimmgabeln aus bestimmten Entfernungen Stimmgabel auf Schädelmitte, Ton sollte „gleichlaut“ sein, bei Schalleitungsstörung lateralisation in krankes Ohr, bei Innenohrschwerhörigkeit in gesundes Ohr. Rinne Versuch : angeschlagene Stimmgabel auf Warzenfortsatz sollte nach Nachlassen der Hörbarkeit über Knochenleitung vor dem Ohr normalerweise wieder gehört werden können (Rinne „positiv“). Bei Schalleitungsstörung nicht (Rinne „negativ“) Tonschwellenaudiomertrie : Tongenerator mit regulierbarer Intensität und Frequenz über Kopfhörer oder Tongenerator auf Mastoid zur Aufzeichnung eines Audiogramms (mit zunehmender Lautstärke nach unten zur Verdeutlichung von Hörverlusten (z.B. c4-Senke bei Knalltraumen oder Einschränkung der Binnenohrknochenbeweglichkeit als eine Art von Arthritis)) SISI-Test (short increment sensivity index) : Lautstärkesprünge mit 250 ms Länge während eines 20-dB-Tons, Anzahl der Erkannten wird registriert. Noch 100%-ige Erkennung bei chochleärem Schaden, aber nicht bei neuraler Schädigung. Sprachaudiometrie : Sprachverständlichkeit wird anhand standardisierter Testworte überprüft Elektrocochleographie (EcochG) mit Elektroden Trommelfell Impendanzaudiometrie : Echo des Trommelfells BERA (brainstem-evoked response audiometry Hirnstammpotentiale) und ERA (evoked response audiometry akustisch-evozierte Potentiale) aus EEG 14.05.2016 Seite 4 / 4 [email protected]
