(二)鼓膜和中耳听骨链增压效应

中耳包括鼓膜、鼓室、听骨链、中耳小肌和咽鼓管等主要结构,其中鼓膜、听骨链和内耳卵圆窗之间的关系如图9-15所示,它们构成了声音由外耳传向耳蜗的最有效通路。声波在到达鼓膜交,由空气为振动介质;由鼓膜经听骨链到达卵圆窗膜时,振动介质变为固相的生物组织。由于不同介质的声阻拦不同,理论上当振动在这些介质之间传递时,能量衰减极大,估计可达99%或更多。但由于由鼓膜到卵圆窗膜之间的传递系统的特殊力学特性,振动经中耳传递时发生了增压效应,补偿了由声阻挡不同造成的能量耗损。

鼓膜呈椭圆形,面积约50-90mm2,厚度约0.1mm。它不是一个平面膜,呈顶点朝向中耳的漏斗形。其内侧连锤骨柄,后者位于鼓膜的纤维层和粘膜层之间,自前上方向下,终止于鼓膜中心处。鼓膜很像电话机受话器中的振膜,是一个压力承受装置,具有较好的频率响应和较小的失真度,而且它的形状有利于把振动传递给位于漏斗尖顶处的锤骨柄。据观察,当频率在2400Hz以下的声波作用于鼓膜时,鼓膜都可以复制外加振动的频率,而且鼓膜的振动与声波振动同始同终,很少残余振动。

人中耳和耳蜗关系模式图

图9-15 人中耳和耳蜗关系模式图

点线表示鼓膜向内侧振动时各有关结构的移动情况

听骨链由锤骨、砧骨及镫骨依次连接而成。锤骨柄附着于鼓膜,镫骨脚板和卵圆窗膜相接,砧骨居中,将锤骨和镫骨连接起来,使三块听小骨形成一个两壁之间呈固定角度的杠杆。锤骨柄为长臂,砧骨长突为短臂。该械杆系统的特点是支点刚好在整个听骨链的重心上,因而在能量传递过程中惰性最小,效率最高。鼓膜振动时,如锤骨柄内移,则砧骨的长突和镫骨亦和锤骨柄作同方向的内移,如图9-15中点线所示。

中耳增压泖应主要有以下两个因素:一是由于鼓膜面积和卵圆窗膜的面积大小有差别,鼓膜振动时,实际发生振动的面积约55mm2,而卵圆窗膜的面积只有3.2mm2,如果听骨链传递时总压力不变,则作用于卵圆窗膜上的压强将增大55÷3.2=17倍;二是听骨链中杠杆长臂和短臂之比约为1.3:1,即锤骨柄较长,于是短臂一侧的压力将增大为原来的1.3倍。这样算来,整个中耳传递过程的增压效应为17×1.3=22倍。

与中耳传音功能有关的,还有中耳内的两条小肌肉,其中鼓膜张肌收缩时,可使锤骨柄和鼓膜内向牵引,增加鼓膜紧张度;镫骨肌收缩时,使镫骨脚板向外后方移动。强烈的声响气流经过外耳道,以及角膜和鼻粘膜受到机械刺激时,都可以反射性地引起这两块小肌肉的收缩,其结果是使鼓膜紧张,使各听小骨之间的边境更为紧张,导致吸骨链传递振动的幅度减小;阻力加大,总的效果是使中耳的传音效能有所减弱。据认为,这一反应可以阻止较强的振动传到耳蜗,对感音装置起到某种保护作用;但由于声音引起中耳肌的反射性收缩需经过十几个毫秒的潜伏期,故它们对突然发生的短暂爆炸声的保护作用不大。