Способ установления эффекта возрастной эволюции улиткового протока внутреннего уха человека и определения биофизических параметров его временных изменений
Авторы патента:
Способ может быть использован в медицине, а именно в отоларингологии. Аудиометрически исследуют слух. Определяют максимально воспринимаемую ухом частоту звука. Рассчитывают линейный коэффициент возрастной эволюции k(t) по математической формуле. Вычисляют частотный коэффициент возрастной эволюции r(t) по математической формуле с учетом k(t). Рассчитывают длину улиткового протока L(t) по максимально воспринимаемой ухом частоте звука по математической формуле с учетом r(t). Способ позволяет повысить точность определения. 3 ил.
Изобретение относится к медицинской технике и практике, в частности к оториноларингологии, конкретно к аудиометрическим методам исследования слуха.
Известно [1 - 6], что улитка внутреннего уха человека действительно напоминает по форме улитку - конусообразную спираль с завитками. Ее высота приблизительно равна 5 мм, диаметр у основания около 9 мм и длина ее средней части около 35 мм. Отмечается [7] , что после рождения улитка (уточнение: ее костное образование) не развивается. Анатомо-морфологические и гистологические структуры внутреннего уха представлены из трех отдельных камер, заполненных пери-, эндо- и кортилимфой, имеющих различный химический состав и физиологические (функциональные) свойства [8]. Заключенный в улитку улитковый проток совпадает с ней по форме и имеет длину порядка 32 мм. Собственно улитковый проток внутреннего уха состоит из эндолимфатической камеры (ограниченной покровной, сетчатой и преддверной мембранами, той частью костного лабиринта улитки, которая несет сосудистую полоску, и зубчатой частью базилярной пластинки, покрытой клетками Гензена и Клаудиса) и кортилимфатической (ограниченной базилярной пластинкой и системой двух мембран - покровной и сетчатой, которую следует рассматривать [9] как достаточно прочное и слитное соединение, надежно отделяющее содержимое этой камеры от других, но также и достаточно мягкое, что позволяет покровной мембране совершать колебательные движения относительно волосковых клеток). Базилярная пластинка, благодаря которой осуществляется восприятие звуковой энергии, поскольку на ней располагаются волосковые клетки, - переменная по ширине и толщине [4]. При этом апикальный участок ее ответственен за восприятие низких звуковых частот, а противоположный - базальный - за восприятие высоких частот [3 - 6]. Слуховые эффекты сопровождаются, особенно с возрастом, изменением диапазона воспринимаемых ухом частот звука. При этом отмечается, что для слуха разных людей свойствен различный порог восприятия верхних частот (высоких тонов) поступающего в ухо звука. Как правило, отмечается снижение его величины, особенно с возрастом: по данным [10] снижение порога восприимчивости верхних частот составляет после 40 лет около 80 Гц через каждые полгода жизни человека. Указывается также [11] о существовании эффекта, который можно назвать "апикально-базальным" парадоксом: он проявляется потерей уха воспринимать звуки высокой частоты при разрушениях апикальной части базилярной пластинки, ответственной за восприятие низких звуков. Этиология и механизмы этих экспериментально установленных феноменов восприятия звука не установлены. Проблема природы изменения диапазона восприятия ухом звука с установлением биофизических механизмов и характеристик этого временного (возрастного) процесса является важной диагностической, лечебной и профилактической задачей. В оториноларингологической практике решение этой проблемы не представлено. В качестве аналога способа установления эффекта возрастной эволюции улиткового протока внутреннего уха человека и определения биофизических параметров его временных изменений рассматривается метод аудиометрии как метод исследования спектральной характеристики уха на пороге чувствительности [11]. Целью данного изобретения является установление на основе аналогов и аудиометрических исследований слуха эффекта возрастной эволюции улиткового протока внутреннего уха человека, разработка его биофизических механизмов и характеристик и физиологическая интерпретация его законов. Сущность изобретения заключается в следующем. Можно показать, что в перилимфатической камере выполняются соотношения распределения скорости звука по частотам и координат базилярной пластинки как функции воспринимаемой ухом частоты звука, так, что устанавливается связь длины L базилярной пластинки с воспринимаемой ею максимальной (верхней пороговой) частотой fm звука в сравнении с длиной Lo = 32 мм стандартной базилярной пластинки, воспринимающей максимальную частоту fmo = 20 кГц: Это соотношение (1) соответствует экспериментам G. Bekesy [11] для базилярной пластинки. Но она является структурной единицей улиткового протока внутреннего уха, также как и остальные его составляющие: преддверная, покровная и сетчатая мембраны, эндо- и кортилимфатические камеры (протоки). Поэтому данное соотношение (1) можно расширить не только как простую связь длины базилярной пластинки с воспринимаемой ею максимальной частотой звука, но и как линейно-частотный закон (закон соответствия длины частоте) для улиткового протока и его структур. Биофизический подход к проблеме предполагает, что звуковые волны, действуя в течение всей жизни человека на структуры улиткового протока, производят непрерывное разрушение его незакрепленной у геликотремы апикальной части, укорачивая его длину. Этот процесс обусловлен естественным развитием человека и может быть усилен рядом внешних и внутренних факторов: физических (температурой среды и организма, интенсивностью звука, другими воздействиями), физиологических (повышением давления крови и внутриушных жидкостей), фармакологических, временных (возрастных). По этой причине улитковый проток и соответственно базилярная пластинка (как основная, несущая на себе волосковые клетки, генерирующие нервные импульсы, приводя к слуховым ощущениям) и другие его структурные единицы естественным образом в апикальной части разрушаются и длина их непрерывно сокращается. Следствием линейно-частотного закона (1) является снижение максимальной частоты fm воспринимаемого человеком звука. Проявлением этого является апикально-базальный парадокс. Пусть звуковые волны действуют на апикальную часть улиткового протока от момента рождения человека в течение t лет. За это время его длина уменьшится от первоначальной (стандартной) Lo = 32 мм до L < Lo. Назовем целостностью улиткового протока (базилярной пластинки) величину W = L / Lo (2) и примем, что целостность улиткового протока (базилярной пластинки) определяется только временем жизни человека, исключая влияние на его величину патологических процессов, т.е. W = f(t). По прошествии времени t от рождения длина улиткового протока (базилярной пластинки) составит L = Lo f(t) (3) и изменится на L = L - Lo. Соотношение (3) предполагает, что естественный ход процесса ведет к тому, что величина разрушения ( -L) прямо пропорциональна длине улиткового протока (базилярной пластинки) и длительности процесса t -L = kLt, (4) где положительный коэффициент k (с единицей измерения [k] = 1 год-1) определяет относительное уменьшение длины улиткового протока (базилярной пластинки) при его возрастной эволюции (естественном старении) за единицу времениЭтот коэффициент k можно определить также и как скорость линейного разрушения улиткового протока (базилярной пластинки) при его естественном развитии. Установим течение возрастной эволюции (естественного развития, старения) улиткового протока (базилярной пластинки). Переходя в (5) к бесконечно малым, получаем дифференциальное уравнение
Интегрируя (6) в пределах для t от 0 до t и для L от Lo до L, получаем закон возрастной эволюции, или линейно-временной закон развития улиткового протока (базилярной пластинки)
L = Lo e-kt (7)
Величину коэффициента k можно определить, используя соответствие (1) между длиной базилярной пластинки и верхней пороговой границей воспринимаемого ухом звука fm при стандартной fmo = 20 кГц, соотношения (1) и (7) привести к виду с одинаковым основанием, и приравнять правые их части. При этом получим
lg(fm/fmo) = - kt/(2 ln2) (8)
откуда
Интерпретацию замечания G. Bekesy [10] о скорости снижения указанной границы следует уточнить предположением, что убыль частоты осуществляется не линейно, а как однопроцентное изменение от существующей за год. Тогда, используя (9) для fmo = 20 кГц, fm = 19,8 кГц и t = 1 год, получаем k = 0,0060 год-1. На фиг. 1 представлена математическая интерпретация полученных результатов, выполненных в системе MathCAD [14]. В блоке a) приведены начальные (на момент рождения человека) стандартные данные для Lo и fmo. В блоке b) приведено также значение fm, соответствующее верхней пороговой частоте через год после рождения и дана ее величина fm = 19,8 кГц. В блоке c) задан цикл расчета, приведена формула расчета L как функции времени L(t) и представлены результаты расчет в графической форме. На фиг. 2 представлено продолжение математических расчетов. В блоке d) определена аналитически целостность улиткового протока (базилярной пластинки) как функция времени WL(t) и установлен графически ее временной характер. То же самое относится к новым, вводимым нами другим характеристикам улиткового протока, каждая из которых по-своему уточняет временной процесс развития внутреннего уха человека: величина FL(t) и степень (показатель) EL(t) уменьшения с возрастом длины улиткового протока (базилярной пластинки) в блоках e) и f) соответственно, линейный коэффициент возрастной эволюции улиткового протока (базилярной пластинки) k(t) с графической интерпретацией в виде ln(L(t)/Lo) в блоке g). С другой стороны, преобразование соотношения (8) приводит к тому, что
fm = fmo 10-kt/(2*ln2) = fmo e-kt/2(*lg2)
Окончательно получаем
fm = fmo e-rt (10)
где r = k/(2lg2) может быть интерпретирован как коэффициент звукопотерь базилярной пластинкой высокочастотного диапазона (коэффициент ВЧД-звукопотерь с единицей измерения [r] = 1 год-1). При тех же условиях коэффициент ВЧД-звукопотерь r = 0,0100 год-1. Соотношение (10) определим как частотно-временной закон возрастной эволюции улиткового протока внутреннего уха человека. На фиг. 3 представлено продолжение математических расчетов. В блоке h) определен аналитически частотно-временной закон возрастной эволюции улиткового протока (базилярной пластинки) внутреннего уха человека как функция f(t) и коэффициент ВЧД-звукопотерь r(t) с графической интерпретацией в виде ln(f(t)/fmo. Анализ изменения биофизических параметров и физиологических особенностей улиткового протока внутреннего уха человека и его структурных единиц и частот восприятия ухом звука определяет динамику их возрастных изменений при нормальном течении процесса возрастной эволюции человека. ЛИТЕРАТУРА
1. Привес М. Г. , Лысенко Н.К., Бушкович В.И. Анатомия человека. / Под ред. М.Г. Привеса. - М.: Медицина. - 1985. 2. Human Anatomy and Physiology. / 3 Ed. E.N. Marieb. The Benjamin Commings Publishing Company, Inc. - California. - 1995. 3. Физиология человека. / Под ред. Г.И.Косицкого. // Изд. - 3. - М.: Медицина. - 1985. 4. Физиология человека: Compendium. / Под ред. Б.И. Ткаченко и В.Ф. Пятина. - Спб. - 1996. 5. Основы физиологии. / Под ред. П. Стерки. - М.: Мир. - 1984. 6. Гистология. / Под ред. В.Г. Елисеева, Ю.И. Афанасьева, Е.А. Юриной. - М.: Медицина. - 1983. 7. Ундриц В. Ф. , Темкин Я.С., Нейман Л.В. Руководство по клинической аудиологии. - М.: Медгиз. 1962. 8. Шипов А.А., Кондрачук А.В., - Сиренко С.П. Биомеханика вестибулярного аппарата. - М.: Изд. фирма Слово. - 1997. 9. Laurence М. // Laryngoscope, - 1966. - V, 76. - Р. 1318 - 1337. 10. Bekesy G. Experiments in Hearing. - N.J.: McGraw - Hill. 1960. 11. Гельфанд С. А. Слух: введение в психологическую и физиологическую акустику. / Пер. с англ. - М.: Медицина. - 1984. 12. Дьяконов В.П. Система MathCAD. - М.: Радио и связь. - 1993.
Формула изобретения
где fmo = 20 кГц - максимальная частота звука, воспринимаемая стандартной базилярной пластинкой длиной Lo = 32 мм;
fm - воспринимаемая ухом максимальная частота звука;
t - время от рождения,
вычисляют частотный коэффициент возрастной эволюции r(t) по формуле r(t)=k(t)/2ln2, проводят расчет длины улиткового протока L(t) по максимально воспринимаемой ухом частоте звука по формуле L(t) = Loe-kt.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Способ исследования слуховой функции // 2148949
Изобретение относится к медицине, точнее к оториноларингологии и сурдологии, и может найти применение при обследовании и лечении тугоухих и глухих
Изобретение относится к медицине, точнее к оториноларингологии, и может найти применение при определении состояния слуха пациентов, подборе слуховых аппаратов и профотборе
Изобретение относится к медицинской технике и практике, в частности, к оториноларингологии, конкретно к моделированию процессов, происходящих в периферическом отделе слухового анализатора
Изобретение относится к медицинской практике и используется для объективного исследования слуха пациентов
Изобретение относится к медицине, а именно к оториноларингологии
Изобретение относится к медицине, в частности - оториноларингологии и отоневрологии, и предназначено для топической диагностики поражений слухового анализатора
Способ исследования пространственного слуха // 2090139
Изобретение относится к медицине, в частности к неврологии и психофизиологии, и может быть использовано как способ исследования пространственного слуха для исследования межполушарной сенсорной (слуховой) асимметрии, для ранней и экспресс-диагностики односторонних центральных и периферических поражений слухового анализатора, для оценки функционально-адаптивных возможностей слуховой и вестибулярной систем, а также при отборе на профессии, связанные с акустическими и вестибулярными нагрузками (космос, авиация, морфлот и т.д.)
Изобретение относится к медицине (психофизиологии) и может быть использовано для активации психических способностей человека за счет дифференцированной цветостимуляции в полуполя каждого глаза
Изобретение относится к медицине, а именно к магнитно-резонансной томографии и может быть использовано для диагностики травматического повреждения передней крестообразной связки в ортопедической, травматологческой и хирургической практике
Изобретение относится к медицине, в частности к неврологии и педиатрии
Изобретение относится к медицине, оториноларингологии
Изобретение относится к области медицины, а именно к оториноларингологии
Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике внутренних органов человека с использованием электромагнитной энергии оптического диапазона волн
Изобретение относится к медицине, а именно к онкологии и может быть использовано в терапии, сосудистой хирургии и травматологии
Изобретение относится к области медицины, в частности к неврологии и психиатрии
Изобретение относится к медицине, а именно к топографической анатомии с оперативной хирургией
Изобретение относится к медицине, а именно к гистохимическим исследованиям
Изобретение относится к медицине, кардиологии
Изобретение относится к психофизиологии и может быть использовано при выявлении скрытых психических реакций человека, в частности при проведении психодиагностических мероприятий