Чтобы понять, как человек слышит, стоит знать, что звуки — это невидимые вибрации, которые распространяются по воздуху. Когда кто-то говорит, листья деревьев шуршат, телефон звонит или что-то еще создает звук, вибрации передаются по воздуху во всех направлениях. Мы называем эти колебания звуковыми волнами. Почти все звуковые волны уникальны. Вот почему каждый человек, предмет или явление природы звучат по-разному. Когда наши уши улавливают звуковые волны, они превращают их в сообщения, которые наш мозг может понять. Насколько хорошо они захвачены и насколько четко они отправляются в наш мозг, зависит от того, насколько хорошо работают наши уши. Наше восприятие окружающих звуков зависит от ряда сложных шагов, которые превращают даже маленькие звуковые волны в воздухе в электрические сигналы. Один из самых важных элементов в теле, отвечающий за это — стремечко, самая маленькая кость в скелете человека.
Самая маленькая кость скелета человека: описание
Маленькая кость стремечко является третьей из системы косточек тела в среднем ухе, которая свойственная всем млекопитающим. Стремечко является самой маленькой костью человеческого тела. Интересно, что скрепляющей ее с соседними органами мышцей выступает стременная — самая маленькая в теле человека.
Эта маленькая кость была обнаружена в 16 веке анатомом Джованни Филиппо Инграсиа. Ее средняя высота составляет 3,3 мм, а опорная планка длиной 3 мм и шириной 1,4 мм. Самая маленькая кость в скелете человека имеет массу от 3 до 4 мг. Маленькое стремечко названо так из-за его формы, напоминающей стремя лошади. А его главная задача — обеспечивать связь между сочлененной с ним костью, тоже довольно маленькой, под названием наковальня, и улиткой, расположенной во внутреннем ухе с другой стороны. Интересно, что это еще и одна из самых твердых костей скелета человека.
Ушная или слуховая кость абсолютно одинаково устроена у всех млекопитающих. Она состоит из трех небольших косточек:
- молота;
- наковальни;
- стремечка.
Стремечко и выступает самой маленькой костью в скелете человека. Вместе они образуют короткую цепь, которая пересекает среднее ухо и передает вибрации, вызванные звуковыми волнами, из мембраны барабанной перепонки в жидкость внутреннего уха. Молот больше напоминает дубинку, чем молоток, тогда как наковальня напоминает премолярный зуб с обширной корневой системой. Маленькая кость стремечко в теле человека очень похоже на стремя — часть конской амуниции, которая используется для крепления ног во время езды на лошади.
Верх, или головка, молота и основная часть наковальни скреплены плотно прилегающим маленьким суставом и находятся в верхней части полости барабанной перепонки. Три небольших связки удерживают головку молота, а четвертая прикрепляет выступ наковальни к небольшому углублению в задней стенке полости. Длинный отросток этой косточки согнут около нижнего конца и имеет маленький, похожий на ручку выступ, который свободно соединен с третьей и самой маленькой из косточек тела человека — стремечком.
Также в среднем ухе есть две крошечные мышцы, которые служат для изменения напряжения в ушных костях и, следовательно, интенсивности (степени громкости) звуков. Первая — мышца барабанной перепонки, прикреплена к рукоятке молота и непосредственно к мембране барабанной перепонки. Сокращаясь, она стремится втянуть молот внутрь, увеличивая тем самым натяжение барабанной перепонки. Вторая мышца называется стременной и нужна для того, чтобы оттягивать стремечко в теле среднего уха подальше от овального окна, тем самым снижая громкость внешних звуков и внутренней вокализации. Это достигается путем опрокидывания маленькой кости назад, в сторону барабанной перепонки.
История открытия и исследования самой маленькой кости в скелете человека
Открытие самой маленькой кости в скелете человека обычно приписывается профессору Джованни Филиппо Инграссиа: сделал он это в 1546 году в университете Неаполя. Хотя это утверждение до сих пор несколько противоречиво, поскольку многие ученые не согласны с этой теорией. Причиной тому служит факт, что описание Инграссиа было опубликовано посмертно в 1603 году, как анатомический комментарий в издании Ossibus Doctissima et Exceatissima Commentaria. Испанскому анатому Педро Химено впервые приписывают опубликованное при жизни описание маленькой косточки в Dialogus de re medica в 1549 году. В английском языке эта маленькая кость скелета имеет название Stapes, от одноименного латинского слова, а также связана с его формой, напоминающей стремя. Современный вариант слова, вероятно, создан в средневековые времена от латинского слова stapia, обозначающего «стоять», поскольку стремена не существовали в раннем латиноязычном мире.
Эволюция самой маленькой косточки в теле человека
Стремечко — типичная отличительная черта млекопитающих. Однако развилась она лишь в процессе эволюции от строения тела земноводных, а до этого от жаберной дуги рыб. Интересно, что подобную мини-эволюцию можно наблюдать и сегодня, рассматривая развитие эмбриона человека.
У земноводных, рептилий и птиц эта маленькая кость скелета более известна как колумелла: она происходит от кости рыб и также имеет название Hyomandibulare, или хрящ Рейхерта. У костных рыб кости тела Os quadratum и Os articulare являются первичным височно-нижнечелюстным суставом. Однако Os hyomandibulare соединяет часть Os с костями верхушки черепа. Os quadratum и os articulare также образуют первичный височно-нижнечелюстной сустав у рептилий, но здесь os quadratum напрямую связан с черепной чашечкой. Благодаря маленькой, но необыкновенно значимой для эволюции кости скелета Os hyomandibulare в итоге и появились рептилии, способные слышать на суше, где воздух обладает меньшей проводимостью, не хуже, чем в воде.
Развитие самой маленькой кости в скелете у эмбриона
Выступающая часть (ушная раковина) наружного уха развивается из бугорков на первой и второй жаберных дугах. Эктодермальная бороздка между этими дугами углубляется и становится наружным слуховым каналом. Барабанная перепонка — это расширения энтодермального мешочка, расположенные между первой и второй жаберными дугами.
Область соприкосновения эктодермального желобка и энтодермального мешочка является местом будущей барабанной перепонки. Цепочка из трех слуховых косточек скелета, в которую входит и стремечко, которая простирается через барабанную полость, является производной от первой и второй глоточных дуг, которая появляется в течение шестой-восьмой недели эмбриологической жизни.
Как работает самая маленькая кость в организме человека
Перед тем, как мозг сможет обработать звуковые сигналы, поступающие из вне, звуковые волны должны пройти по сложному маршруту:
- Проникнуть через слуховой канал.
- Пройти через барабанную перепонку.
- Войти в отсек среднего уха.
- Там звуковые волны осуществляют вибрацию трех костей скелета, известных под названиями молот, наковальня и стремечко.
- Оттуда вибрации проникают во внутреннее ухо, где преобразуются в нейронные сигналы, которые передаются в мозг через улитку и слуховой нерв.
Функции самой маленькой кости в теле человека
Три маленьких косточки скелета среднего уха, в число которых входит стремечко, образуют функциональную единицу и отвечают за передачу вибраций от барабанной перепонки к так называемому овальному окну. Последним звеном в этих косточках скелета является стремя, которое по своей форме напоминает стремя в конном спорте. Его вибрации передаются в овальное окно. Поскольку три косточки тела сообщаются друг с другом, звуковые колебания, которые достигают барабанной перепонки, могут усиливаться. С помощью акустического рефлекса стременной мышцы, крепящейся к самой маленькой кости в теле, внутреннее ухо защищается от слишком громких шумов и громкости собственного голоса человека. Именно поэтому собственный голос на записи кажется нам чужим и незнакомым, потому что дополнительные эффекты стременной уже не работают.
Ножкой стремечко лежит на овальном окне, которое соединяется с внутренним ухом. От вибрации колебания переходят в перилимфу жидкой среды у овального окна. Перилимфа окружает улитку и органы равновесия, а внутри находится так называемая эндолимфа.
Вместе с молотом и наковальней стремечко передает вибрации, которые развиваются в барабанной перепонке, к перилимфе. Самая маленькая кость скелета человека также защищает сенсорные клетки в улитке от перегрузки из-за высокого звукового давления.
На этом этапе может возникнуть проблема так называемого фазового перехода. Для воздушного звука с низким звуковым давлением при высоком отклонении необходимо преобразовать его в высокое звуковое давление с низким отклонением. Это происходит через использование закона рычагов. Барабанная перепонка оказывает силу на молоток, который поглощает вибрацию и усиливает ее в 90 раз, одновременно уменьшая прогиб. В результате звук преобразуется практически без потерь, и стремечко передает его через овальное окно во внутреннее ухо. Чтобы сенсорные клетки в улитке не были перегружены, возникает акустический рефлекс стременной мышцы, что приводит к очень эффективному снижению уровня шума.
Болезни самой маленькой кости в скелете человека
Отосклероз — это врожденное или спонтанно приобретенное заболевание, характеризующееся аномальным ремоделированием стремечка во внутреннем ухе. Часто это приводит к тому, что оно плотно прилипает к овальному окну, что препятствует его способности проводить звук и является причиной кондуктивной потери слуха. Клинический отосклероз встречается примерно у 1% людей, хотя чаще наблюдается в формах, которые не вызывают заметной потери слуха. Отосклероз чаще встречается у людей молодой возрастной группы и у женщин.
Почему возникает отосклероз, пока неизвестно. Одной из возможных причин может быть инфицирование вирусом кори. В некоторых случаях окостенение также передается по наследству. Такие пациенты изначально страдают от шума в ушах, а позже возникают полная или частичная глухота. Вначале жалобы ограничиваются одним ухом, затем отосклероз может поражать оба уха. Так как нервы для баланса и слуха в теле человека сопряженно идут к мозгу, некоторые страдающие этим заболеванием также страдают от головокружения.
Двумя распространенными методами лечения являются стапэдэктомия — хирургическое удаление этих костей тела и замена искусственными протезами, а также и стапедотомия — создание небольшого отверстия в основании костей с последующей вставкой искусственного протеза в это отверстие. Хирургия может быть осложнена процессами, связанными с фиброзом или повреждением основания кости скелета, а также облитерирующим отосклерозом, приводящим к заращению основания.
Инфекции среднего уха, простуда или повреждения евстахиевой трубы также могут вызвать нарушение работы в барабанной полости. Она накапливает жидкость в среднем ухе, что может привести к воспалению. При этом опять же начинают появляться проблемы с передачей звука. Результатом является кондуктивная потеря слуха, которая может быть устранена при заживлении травм в барабанной полости. Редко возникает нарушение функциональности барабанной полости из-за опухоли, обнаруженной в носоглотке.