Tutti i recettori cutanei, olfattivi e gustativi sono localizzati alla superficie del nostro corpo, o almeno in vicinanza di essa. Il modo in cui lo stimolo li raggiunge è facilmente comprensibile in quanto è diretto senza l’interposizione di altri organi. I recettori dell’udito, e quelli della vista, si trovano invece in situazioni del tutto diverse. I recettori sono localizzati in profondità e per il loro corretto funzionamento necessitano di stimoli che arrivino alla superficie recettiva e ad essa si distribuisca secondo modalità ben precise, variabili alle necessità.
Gran parte dello studio dell’acustica è necessario per comprendere il funzionamento di questo organo, che rispetto alla vista capta onde meccaniche e non elettromagnetiche cioè che non si propagano nel vuoto e sono dovute a vibrazioni di un mezzo ( gassoso, liquido o solido) in cui si trasmettono in linea retta, da una particella elementare all’altra.
La vibrazione provoca fasi alterne di condensazione e di rarefazione, la cui pressione è rispettivamente maggiore e minore rispetto al valore medio. Queste onde sonore giungono all’orecchio e provocano vibrazione di tutte le strutture che incontrano: la membrana del timpano, gli ossicini dell’orecchio medio, i liquidi peri- e endolinafatici ed infine la membrana basilare. Esse hanno frequenze uguale ed ampiezza proporzionale a quelle delle vibrazioni che hanno viaggiato per l’aria e colpito la membrana del timpano.
Figura 8. Schema di un campo sonoro da un diapason vibrante. In alto le onde sonore sono nell’aria con regioni di compressione e rarefazione, prodotte da un diapason. In basso, le variazioni sinusoidali della pressione. (da “Fisiologia della vita di relazione” G.Moruzzi)
La vibrazione di questi organi è dato dal trasporto di energia meccanica, dovuta ai movimenti delle particelle, dall’aria a un solido , e da un solido a un liquido. In questa trasmissione la frequenza della vibrazione resta invariata mentre cambia la velocità di propagazione che è di 330 m/s nell’aria, 1430 m/s nell’acqua mentre valori ancora più superiori si hanno nei solidi.
L’orecchio medio permette di risolvere il difficile problema del passaggio dell’energia sonora dall’aria ai liquidi che riempiono l’orecchio interno.
L’impedenza acustica di un corpo è la resistenza che questo corpo offre a lasciarsi mettere in vibrazione dalle oscillazioni sonore. Quando un suono passa da un corpo all’altro, esso può essere riflesso o rifratto, a seconda delle impedenze acustiche dei due corpi. Un suono prodotto nell’aria è quasi totalmente riflesso da una superficie liquida; solo una minima parte dell’energia sonora riesce ad entrare nel liquido. Nel caso dell’orecchio perché si abbia eccitazione dei recettori acustici l’energia dello stimolo acustico deve passare dall’aria ai liquidi della coclea. Dovremmo aspettarci che quasi tutta l’energia sonora dello stimolo venga riflessa dalla coclea e sia perciò inefficace ai fini dell’eccitamento dei recettori cocleari. Nell’organo dell’udito normale si vede invece che oltre il 90% dell’energia sonora dello stimolo viene trasmessa alla coclea. Esiste quindi un meccanismo che permette di avvicinare le impedenze acustiche dell’aria e dei liquidi cocleari, consentendo così la quasi totale rifrazione del suono. L’orecchio medio ha la funzione di trasmettere la pressione sonora dalla membrana timpanica alla finestra ovale. L’aumento della pressione a livello della finestra ovale rispetto a quella esercitata dal suono, sulla membrana timpanica è sufficiente a compensare la perdita d’energia sonora che si ha nel passaggio del suono dall’aria ai liquidi cocleari.24 L’amplificazione è nell’ordine di 30-40 db, grazie soprattutto all’ampia superficie del timpano rispetto alla finestra ovale di circa 20 volte (effetto
chiodo) ed alla maggiore lunghezza del manico del martello rispetto alla lunga apofisi dell’incudine (effetto leva).
In un chiodo, tutta l’energia derivante dall’impatto fra il martello e la superficie della capocchia si scarica sulla punta del chiodo con conseguente enorme aumento dell’energia di penetrazione del chiodo stesso. L’amplificazione che si ottiene è proporzionale al rapporto esistente fra la superficie del timpano e quella della finestra ovale. La lunghezza della lunga apofisi dell’incudine è circa 2/3 di quella del manico del martello. Ne risulta che il rapporto in lunghezza fra le due strutture è di 1.5 a vantaggio del martello. Il sistema incudo-malleolare rappresenta pertanto una leva vantaggiosa, con asse di rotazione a livello dell’articolazione fra i due ossicini, che determina un’ulteriore amplificazione nella trasmissione del suono dall membrana timpanica alla finestra ovale.44
Il sistema timpano-ossiculare funziona inoltre anche da differenziatore di fase fra le onde sonore che arrivano alla finestra ovale e quelle che arrivano alla finestra rotonda. Senza catena ossiculare la vibrazione del timpano arriverebbe direttamente dall’aria presente nella cassa alla coclea; pertanto a livello della finestra ovale e rotonda il suono finirebbe per arrivare quasi in fase ( esisterebbe solo una lieve sfasatura legata alla diversa posizione anatomica delle due finestre).
La struttura ad ampolla dell’orecchio consente di convogliare le vibrazioni verso la membrana timpanica e solo il 70% della sua superficie parteciperà alla funzione fisiologica di vibrazione ( principalmente la zona al di sotto dell’umbus), mentre il restante 30% ( per esempio la “pars flaccida” e l’anulis) non ha una funzione di trasmissione del suono. Questo fa capire perché una perforazione timpanica a livello della pars flaccida” non determini disturbi uditivi mentre, a parità di ampiezza della perforazione, il deficit di udito è massimo quando il danno è a carico della porzione inferiore della “pars tesa”. La perdita di udito per una perforazione si aggira intorno ai 40 db se è superiore solitamente si ritiene interessato anche la catena ossiculare.
Nella patologia dell’orecchio medio con interruzione anatomica della catena ossiculare, si riscontra una ipoacusia trasmissiva di 50-60 db, un valore in contrasto con il guadagno fisiologico di 30-40 db determinato dall’orecchio medio. Questo sembra essere legato ad una mancata sfasatura nell’impatto dell’onda sonora a livello delle due finestre da cui si ottiene sempre una differenza di 20 db rispetto a quella fisiologica : un deficit uditivo maggiore indica necessariamente una concomitante compromissione dell’orecchio interno.
Tale compromissione può condizionare la vita sociale del soggetto determinando difficoltà nel percepire chiaramente dialoghi e suoni
provenienti dall’esterno, ad esempio una conversazione a voce medio- debole si aggira intorno ai 50 db.24,28
Funzione delle tube di Eustachio.
La tromba di Eustachio impedisce che la pressione statica nell’orecchio medio diventi diversa dalla pressione atmosferica che si esercita sulla parte esterna della membrana del timpano. Se l’orecchio medio fosse una cavità ripiena d’aria, ma chiusa, la sua pressione tenderebbe lentamente a
diminuire nel suo interno rispetto alla pressione atmosferica, perché l’ossigeno tende ad essere assorbito dal sangue che circola nella mucosa che lo tappezza. Un gradiente opposto di pressione ai due lati della membrana timpanica si verifica quando si sale rapidamente in quota. Questi inconvenienti vengono eliminati da movimenti di deglutizione, durante i quali si apre la tromba di Eustachio, e la pressione statica dell’orecchio medio si porta al livello della pressione atmosferica.
La tromba di Eustachio ha 3 fondamentali funzioni nell’orecchio medio :
1. Protezione contro le secrezioni e gradiente di pressione dal nasofaringe; 2. Drenaggio e aspirazione delle secrezioni dall'orecchio medio al
nasofaringe;
3. Ventilazione dell'orecchio medio per equilibrare la pressione con la pressione atmosferica. Questa è la funzione più importante, perché l'udito è migliora quando la pressione nell'orecchio medio è simile alla pressione del condotto uditivo esterno.
Una tuba ideale è fisiologicamente attiva e aperta solo saltuariamente a causa della contrazione dei muscoli tensori del velo palatino nelle fasi di deglutizione e sbadiglio, mantenendo la pressione dell'orecchio medio simile a quella dell'ambiente. Il muscolo elevatore del velo palatino non è coinvolto nella funzione attiva di apertura della tuba di Eustachio, in quanto è più associata a funzioni velo faringee 7,28.
Fig 6. Dimostrazione schematica dell’apertura e della chiusura della tuba di Eustachio. La pressione esercitata dalla cartilagine,il rigonfiamento dei tessuti e l’azione del muscolo salpingofaringeo determinano la chiusura della tuba. (da “Atlante di anatomia” Sobotta-Becher USES-Edizioni Scientifiche).
Un liquido per passare attraverso l'istmo del sistema, dipenderà dalla pressione, dalla lunghezza del collo e dalla viscosità del liquido. Quando una piccola quantità di liquido viene collocata nell’apertura della bottiglia, si fermerà nella regione cervicale a causa della pressione positiva prodotta nella bottiglia (presenza di aria nella bottiglia). Questo disegno geometrico è considerato il punto critico della funzione di protezione del sistema tuba di Eustachio-otite media. Il reflusso dei liquidi nella cavità della bottiglia si verifica se la regione è troppo grande.
Questo è analogo alla struttura di una tuba anormale, dove si crea un flusso d'aria e secrezioni dal nasofaringe verso l'orecchio medio, con conseguente reflusso nella cavità timpanica. Tale fenomeno può verificarsi se si crea un'apertura secondaria nella bottiglia, in modo da creare una pressione negativa. In questa situazione, la protezione fisiologica dell'orecchio medio e della mastoide viene perduta. L'apertura è analoga alla perforazione della membrana timpanica o in presenza di tubi di ventilazione che potrebbero consentire reflusso nasofaringeo.
Se la pressione negativa viene applicata sul fondo della bottiglia, il liquido viene aspirato. Situazioni cliniche, ad alta pressione negativa possono portare ad aspirazione delle secrezioni nasofaringeo nell'orecchio medio. Se la pressione viene applicata in occasione dell'apertura della bottiglia, come soffiandosi il naso, piangendo, deglutendo o nelle immersioni, il
liquido viene insufflato perché si crea una pressione positiva nel nasofaringe.
Nell’uomo, l'insufflazione del secreto nasale, si verifica in presenza di alterazioni della dilatazione delle tube di Eustachio (aumento anomalo di elasticità).
Clinicamente, una rapida applicazione di pressione negativa nell'orecchio medio , come ad esempio una variazioni della pressione atmosferica, potrebbe chiudere il tubo e impedire il flusso d'aria e la secrezione.
Un altro meccanismo di protezione è legato all’elastina presente tra la lamina laterale e mediale della cartilagine tubarica, in grado di proteggere il tetto del tubo contro il reflusso faringeo. È presente un tessuto adiposo sul pavimento della tuba di Eustachio (tessuto adiposo di Ostemann) che agisce impedendo l'apertura del tubo quando il muscolo tensore del velo palatino è a riposo e anche durante l’apertura, non esagerandone la contrazione. Le pieghe della mucosa del pavimento del tubo servono anche per la captazione e la protezione delle tube, infatti la presenza di tessuto linfoide sul pavimento, specialmente nella sua parte faringea, protegge l'orecchio medio attraverso la secrezione di immunoglobuline ed enzimi.
3) La funzione ventilatoria
Le tube di Eustachio sono funzionalmente ostruite o collassate a causa, probabilmente, di piccole pressioni negative nell'orecchio medio. Normalmente, i gas dell'orecchio medio sono in equilibrio con i gas presenti nella vascolarizzazione della mucosa. In queste circostanze, il tasso di assorbimento dei gas è minimo in quanto il gradiente di pressione non è alto. Nel funzionamento normale di una tuba, le aperture frequenti equilibrano possibili differenze tra l'orecchio medio e la rinofaringe, con un piccolo volume di aria che entra nell'orecchio medio. Il ruolo fisiologico delle cellule della mastoide, in relazione all’orecchio medio, non è completamente noto, ma è stato accettato il concetto di serbatoio d'aria per l’orecchio medio. Così, durante gli intervalli dovuti a disfunzioni della tromba di Eustachio, la conformità della membrana timpanica e della catena degli ossicini, non diminuisce in seguito a riduzioni della pressione nell'orecchio medio (che potrebbero influenzare l'udito).
La CO2 è il gas della circolazione che maggiormente può diffondersi nell’orecchio medio, rappresenta un importante agente di variazione della pressione. In condizioni di ipoventilazione (sonno) vi è un aumento della pCO2 e la conseguente riduzione di pO2, con conseguente pressione
positiva nell'orecchio medio mentre durante l'iperventilazione vi è una diminuzione di pCO2 ed un aumento di pO2, il che comporta la comparsa di pressione negativa. Pertanto si presume che la pressione nell'orecchio medio sia influenzata particolarmente dalla concentrazione ematica di CO2 che tende a modificarsi in seguito a variazioni della composizione dei gas nel sangue. Allo stesso modo, i cambiamenti delle condizioni di vascolarizzazione della mucosa durante l’otite media può alterare la diffusione dei gas. 39,44