По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), к 2050 году каждый четвертый человек в мире будет страдать от потери слуха — частичной или полной. Ученые Пермского Политеха рассказали, как наши уши защищаются от слишком громких звуков, почему рвется барабанная перепонка, к чему приводит «звон» в ушах, какие наушники считаются наиболее опасными, что поможет распознать у себя тугоухость и зачем кохлеарный имплант вживляют в череп пациента.
Как устроено человеческое ухо?
Звук — это механическая волна, возникающая при колебаниях частиц среды, например, воздуха, воды или твердых тел. Для человека важными будут две характеристики — частота и громкость звука. Частота определяет высоту тона. Чем больше колебаний совершает волна за единицу времени, тем «писклявее» она звучит. Человек воспринимает громкость в диапазоне от 2⋅10-5 до 60 Па, измеряется она в децибелах. Например, шепот — 30 дБ, разговорная речь — 40-60 дБ, крик в ухо — 110 дБ.
— Ушная раковина помогает улавливать звук. Барабанная перепонка — это тонкая мембрана, которая воспринимает механические волны и направляет их на маленькие косточки в среднем ухе. Они — молоточек, наковальня и стремечко — усиливают звуковые колебания и передают во внутреннее ухо. Когда звук очень громкий, специальные мышцы ограничивают колебания барабанной перепонки и стремечка, чтобы защитить слух, — объясняет Владимир Савкин, кандидат медицинских наук, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ.
Во внутреннем ухе звуковые волны попадают в жидкую среду улитки, которая находится в височной кости. Эта область уха представляет собой костный, спиральный, постепенно расширяющийся канал с двумя перепонками — мембранами. На основной расположены внутренние и наружные волосковые клетки — десятки тысяч звуковых рецепторов. Когда волны заставляют обе мембраны колебаться и «сталкиваться», волоски клеток деформируются. Они посылают сигналы слуховому нерву, а он передает информацию в мозг.
— Ухо человека слышит звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц, что соответствует 10-11 октавам. С возрастом верхняя граница слышимости снижается, поэтому пожилые люди часто не слышат высокие тона. Наиболее чувствительное ухо в диапазоне от 1000 до 4000 Гц, а главное поле для речи находится между 200 и 3200 Гц. Болевой порог по громкости звука составляет 130-140 дБ — так звучит реактивный самолет на старте, — рассказывает ученый-медик Пермского Политеха.
Как слышат представители животного мира?
Многие животные слышат звуки в диапазонах, недоступных для человека. Например, собаки могут различать ультразвук (выше 20 кГц). Почему их слух острее? Уши собак имеют более сложную анатомию и большее количество мышц, что позволяет им поворачивать уши в разные стороны, лучше улавливать звуки из различных источников. Их ушные раковины крупнее, что помогает собирать больше звуковых волн. Еще в собачьей улитке расположено огромное число слуховых клеток. Качество собачьего слуха объясняется эволюцией: они произошли от волков и развивались как охотники и хищники.
У многих представителей фауны есть дополнительные органы слуха. Рыбам и некоторым земноводным ориентироваться в пространстве и охотиться помогает боковая линия — с ее помощью они улавливают движение и вибрацию окружающей среды. У змей отсутствуют наружное ухо, барабанная перепонка и слуховые косточки. Они обладают только внутренней частью органа, которая воспринимает вибрации поверхности, где рептилии ползают. То есть если звук вызывает колебания земли под змеей, она способна его уловить. Однако слышать звуки непосредственно из воздуха змея не может.
Насекомые слышат звуки в диапазоне от 100 до 20000 Гц. Их органы слуха представляют собой чувствительные волоски, реагирующие на вибрации воздуха. Они соединены с нервами, которые передают информацию о звуке в мозг насекомого. У муравьев и пчел «уши» находятся на передних ногах. Эти органы слуха позволяют насекомым слышать звуки, которые издают другие члены их колонии, а также обнаруживать хищников. У бабочек и жуков волоски расположены на брюшке — так они улавливают движение жертвы или хищника. У комаров орган слуха находится на усиках.
Как понять, что ухудшается слух?
Ухудшение качества слуха проявляется не только в потере остроты восприятия звуков. Есть и другие симптомы. Например, шум в ушах (тиннитус): возникают постоянные или периодические звуки, такие как звон, свист или гудение, которые не имеют внешнего источника. Чувство заложенности в ушах — когда появляется ощущение, что они «забиты» или переполнены воздухом. Часто люди с падающим слухом сталкиваются с неправильным восприятием звуков, например, когда они кажутся искаженными, слишком громкими или тихими.
— К отоларингологу следует обратиться, если возникают проблемы с пониманием разговоров, особенно в шумной обстановке или при разговоре с несколькими людьми. Есть трудности в определении направления, откуда доносятся звуки. Приходится часто увеличивать громкость в наушниках, телевизоре, колонках и т.д., чтобы все расслышать. Или наоборот, появляется дискомфорт при воздействии громких звуков, — советует Владимир Савкин.
Причины нарушения слуха
Тугоухость — снижение способности человека слышать окружающие звуки и воспринимать речь других людей. Степень нарушений варьируется от умеренного снижения слуха до абсолютной глухоты. Этому предшествуют вирусные или бактериальные инфекции, такие как отит (воспаление среднего уха), физические повреждения головы или ушей, шумовая травма, нарушения кровообращения в области уха, опухоли. Иногда потеря слуха бывает только на одно ухо, но возникает она по тем же причинам.
Оглушение, например, — это временное снижение слуха, которое может возникнуть после воздействия громких звуков, как на концерте. Это состояние связано с временной дисфункцией волосковых клеток во внутреннем ухе, которые отвечают за восприятие звуковых волн. При длительном или интенсивном воздействии громких звуков эти клетки могут быть повреждены или временно «перегружены», что приводит к притуплению слуха. Но после отдыха рецепторы приходят в норму. Потеря слуха также обратима при инфекциях — если вовремя обратиться за лечением, то при терапии слух вернется.
— Способность улавливать высокие звуки снижается по мере старения, к сожалению. Сенсоневральная тугоухость — это наиболее распространенный тип потери слуха у пожилых людей, связанный с естественным старением волосковых клеток во внутреннем ухе. С возрастом также снижается способность уха воспринимать высокочастотные звуки, что затрудняет восприятие речи, особенно в шумной обстановке. Заболевания вроде диабета и гипертонии, вредные привычки (курение, злоупотребление алкоголем) ускоряют падение качества слуха. К сожалению, по многим причинам его потеря необратима, — добавляет Владимир Савкин.
Почему вредны наушники?
По оценке ВОЗ, около 50% людей в возрасте от 12 до 35 лет подвержены риску потери слуха из-за длительного и чрезмерного воздействия громких звуков, таких как музыка в наушниках. Это грозит не только глухотой, но и снижением когнитивных функций, социальной адаптации. У людей со снижением слуха легкой степени тяжести риск развития деменции (старческого слабоумия) повышается в два раза.
— Мы живем в условиях «шумового загрязнения» и, если к этому добавить от 60 до 80 минут ежедневного прослушивания громких звуков через наушники, снижение слуха гарантировано. ВОЗ рекомендует уровень громкости не более 70 децибел. Прослушивание звуков на уровне 85 децибел больше часа ежедневно в перспективе приведет к тугоухости, — объясняет Игорь Безукладников, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматики и телемеханики ПНИПУ.
Наиболее опасными для нашего слуха считаются наушники-«затычки». Они создают наибольший перепад давления в слуховом проходе, повышая нагрузку на барабанную перепонку и слуховой нерв. А самыми безопасными являются полноразмерные наушники, а также наушники костной проводимости — они не воздействуют на барабанную перепонку напрямую.
Но необходимо отметить, что в некоторых случаях даже на низких частотах и при небольшой громкости длительное использование наушников создает нагрузку на слуховой нерв. Постепенно в течение пяти-шести лет может наступить хроническая тугоухость или глухота. Если часто слушать музыку в наушниках на максимальной громкости, то это приведет к возникновению острой тугоухости.
Когда барабанная перепонка может порваться?
Разрыв барабанной перепонки наступает от звуковых колебаний с уровнем от 140 дБ. Это очень громкие звуки, такие как близкий раскат грома, пушечные выстрелы, взрывы, звуки клепальных машин и иных механизмов. Допустимая норма громкости при долговременном прослушивании — около 70 дБ.
Громкий звук — это механическое воздействие за счет колебаний воздуха. Кроме него барабанную перепонку можно повредить твердыми или острыми предметами, ватными палочками и другими инородными предметами, которые в уши лучше не засовывать.
Как в медицине решают проблему потери слуха?
Чтобы вернуть слух, нужно устранить причину, приведшую к этому: вылечить инфекцию, восстановиться после травмы, удалить ушную пробку. Если же фактор тугоухости никак не убрать, на помощь приходят различные устройства.
При травме возможно потерять и наружную часть уха. В таких случаях изготавливают ушной протез — имитацию реальной раковины. Он используется в косметических целях — для воссоздания внешнего вида пациента, а также помогает ему полноценно использовать предметы и устройства, рассчитанные на здорового человека с целыми ушами, например, очки.
— Кохлеарный имплант — медицинское устройство, вживляемое в череп пациента и передающее звуковые колебания непосредственно к слуховому нерву. Он используется, когда патологические процессы затронули волосковые клетки и сделали человека полностью глухим. Устройство позволяет воспринимать информацию об окружающих звуках, речевых сигналах и музыке наиболее физиологичным способом. Пациенты с имплантами должны улавливать звуки через сохранившиеся слуховые проводящие пути. Когда при тотальной глухоте поражена улитка, где и находятся рецепторы, логично «обойти» ее и направлять сигнал сразу в слуховой нерв. Так и работают кохлеарные импланты, активирующие нейроны, расположенные за волосковыми клетками, — объясняет Игорь Безукладников.
Кохлеарный имплант вживляется в череп пациента, после заживления на него устанавливается непосредственно слуховой аппарат. На рынке существуют решения с различным функционалом: от аппаратов, не имеющих никаких настроек кроме уровня громкости, до развитых решений с тонкой настройкой качества звука, эквализацией (регулировкой частот), управлением через приложение в телефоне и т.д. Это принципиально иное решение по сравнению с обычным слуховым устройством, не требующим хирургического вмешательства.
Слуховой аппарат — это электронное устройство, обеспечивающее прием, обработку и усиление звуковых колебаний. Оно предназначено для улучшения человеческого слуха, то есть чаще всего его назначают при сильной, но частичной потере слуха.
Если механизм совмещают с имплантом, принцип работы заключается в преобразовании звуковых колебаний в вибрационный сигнал, который передается непосредственно на вживленный имплант. При этом получается доставить звуковой сигнал прямо к волокнам слухового нерва, не задействовав улитку. Это позволяет восстанавливать слух пациентам с полной утратой слуха. Качество слуха при аппарате отличается от естественного из-за того, что используется другой принцип передачи звуковых колебаний. Изменяются тональные характеристики, человек слышит менее широкую полосу частот. Однако получается достаточный для нормальной жизни слух. За счет технических средств его острота полностью обеспечивается.
— Ушной протез выполняет декоративную функцию и устанавливается отдельно. Однако ученые ПНИПУ, МГМСУ и ПГМУ совместно создали модель слухового аппарата, который включал бы как кохлеарный имплант, так и слуховой аппарат и наружный протез. На данный момент у разработки нет аналогов, — добавляет Игорь Безукладников.