hogyan erősítik a kalapács, üllő és kengyel csontok a hangot a belső fülbe?
Douglas E. Vetter, a Tufts University Sackler Orvosbiológiai Iskola Idegtudományi adjunktusa válaszol erre a lekérdezésre.
a kalapács, üllő és kengyel-más néven a malleus, incus, illetve stapes, illetve együttesen, mint “középfül ossicles” – a legkisebb csontok az emberi szervezetben., A középfülben található, a dobhártya és a cochlea közötti hallórendszer része (a spirál alakú vezeték, amely hajsejteket tartalmaz, amelyek részt vesznek a hang továbbításában az agyba). Ahhoz, hogy megértsük ezeknek a csontoknak a hallásban betöltött szerepét, meg kell értenünk a karokat. Ennek oka az, hogy a középfül-oszétok karrendszerként vannak elrendezve és kölcsönhatásba lépnek egymással.
minden kar mechanikai előnyt generál. Ezeket arra használják, hogy nagy erőt fejtsenek ki kis távolságra a kar egyik végén, ha kisebb erőt alkalmaznak hosszabb távolságra az ellenkező végén., A középfül-ossicles kihasználó képességeire van szükség ahhoz, hogy olyan nagy erőket generáljunk, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy halljunk.
szárazföldi állatokként gáznemű környezetben élünk. De a belső fülünk tele van folyadékkal, ami problémát jelent. Például a legtöbb ember első kézből ismeri a víz alatti hallást. Ha valaki sikolyok rád felülről a víz felszínén, a hangok rettenetesen elnémult, így nehéz megérteni, vagy akár hallani egyáltalán. Ez egyszerűen azért, mert a legtöbb hang tükröződik le a víz felszínén.,
tehát hogyan fogadjuk el a levegőben lévő hangokat, amelyek egyszerűen a légmolekulák rezgései, és juttassuk el őket a hallójárat és a belső fül közötti légfolyadék-interfészen? Szükségünk van egy olyan rendszerre, amely ezeket a levegő rezgéseket használja a belső fülfolyadék felületéhez.
amikor a dobhártya vibrál, amikor a hang eléri a felületét, a csontokat mozgásba hozza. A csontokat különleges sorrendben rendezik el munkájuk elvégzéséhez. Közvetlenül a dobhártyához csatlakozik-ami lényegében egy nagy hanggyűjtő-a kalapács., A kalapács úgy van elrendezve, hogy az egyik vége a dobhártyához legyen rögzítve, míg a másik vége karszerű csuklópántot képez az üllővel. Az üllő másik végét a kengyel köti össze (így az üllő és a kengyel egy csontként működik). A kengyel ezután csatlakozik egy speciális nyíláshoz a cochlea-ban, az úgynevezett ” ovális ablak.”A kengyel lábazata—a csont ovális, lapos része, amely hasonlít arra a részre, ahol az egyik lábat egy tényleges kengyelben pihenteti-lazán csatlakozik a cochlea ovális ablakához, lehetővé téve, hogy dugattyúként mozogjon., A dugattyúszerű hatás rezgéseket generál a folyadékkal töltött belső fülben, amelyeket egy hang esemény agyának jelzésére használnak. A középfül-oxigén nélkül a hangenergiának csak körülbelül 0, 1% – A jutna a belső fülbe.
a levegőben lévő hang bejutásának problémáját a folyadékkal töltött belső fülbe két fő mechanizmus oldja meg: a nagy dobhártyából származó energia koncentrációja az ovális ablakban található kis kengyel láblapra; valamint a kalapács és az üllő-kengyel komplex közötti karszerű hatás., A macskáknál például a dobhártyától a kengyelig terjedő erők egyszerű koncentrációja növeli az ovális ablak nyomását a dobhártyán mért körülbelül 35-szörösére. A középfül csontjainak karos hatása további mechanikai előnyt jelent a rendszernek—mivel az üllő rövidebb, mint a kalapács—, továbbá durván 35 százalékkal növeli a nyomást. Ily módon leküzdjük azt a problémát, hogy a levegőben lévő rezgéseket a túlnyomásos, folyadékkal töltött belső fülbe helyezzük.
nem minden állat rendelkezik ugyanazzal a középfül csontkonfigurációval., Valójában a hüllőknek, kétéltűeknek és madaraknak van egy középfülük, amely csak egy csontot tartalmaz, az úgynevezett columella, amely közvetlenül összeköti a dobhártyát a cochlea ovális ablakával. Amikor megvizsgáljuk a legérzékenyebb hallási frekvenciát ezekben az állatokban, nagyon jól teljesítenek az 1000 hertz (1 kHz) körüli hangoknál, de gyorsan elveszítik képességüket, hogy magasabb frekvenciákon jól halljanak. Másrészt a három középfül csonttal rendelkező állatok sokkal magasabb frekvenciákon hallanak. Az emberek számára a hallásunk 20 kHz-ig terjedhet, bár életünk nagy részét 4-8 kHz közötti hangokra fordítjuk.,