Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (Т. Е. В одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (Т. Е. На одинаковую величину).

Громкость звука. Субъективное восприятие интенсивности звука связано не только с уровнем интенсивности, но и с частотой звука (например, ультразвук не воспринимается при большой интенсивности). При построении шкалы громкости учитывают восприимчивость уха «среднего» человека к различным частотам.

Поступают следующим образом. Для звука с частотой 1 кГц вводят единицу уровня громкости – фон, которая соответствует уровню интенсивности 1 дБ. Для других частот уровень громкости также выражают в фонах по правилу: громкость исследуемого звука равна уровню интенсивности звука на частоте 1 кГц, который вызывает у «среднего» человека такое же ощущение громкости, что и исследуемый звук.

Рис. 18.

На рисунке 18 приведены кривые равной громкости. Их строят экспериментально. Каждая кривая соответствует одинаковой громкости, но разному уровню интенсивности для разных частот. В таблице 6 приведены уровни интенсивности для различных звуков.

 

Таблица 6

Характеристики различных звуков

 

	Уровень интенсивности, дБ	Звуковое давление, Па
Тихий шепот		0,0002
Разговорная речь		0,006
Крик		0,2
Метро		0,64
Реактивный двигатель

 

Звуковые методы исследования

 

а) Аускультация – непосредственное выслушивание звуков, возникающих внутри организма. Приборы: стетоскоп, фонендоскоп.

б) Фонокардиография – графическая регистрация тонов и шумов сердца и их диагностическая интерпретация.

в) Перкуссия – исследование внутренних органов посредством постукивания по поверхности тела и анализ возникающих при этом звуков. По тону перкуторных звуков определяют состояние и топографию органов.

г) Аудиометрия – метод измерения остроты слуха.

Прибор – аудиометр, на нем определяется порог восприятия: ,

где – пороговая интенсивность звука, которая приводит к возникновению слухового ощущения. Аудиограмма – это спектральная характеристика уха на пороге слышимости. Сравнивая аудиограмму больного пациента с нормальной кривой порога слухового ощущения, ставят диагноз (табл. 7).

 

Таблица 7

Тугоухость (Международная классификация)

 

Степень тугоухости	I	II	III	IV
Среднее значение порога восприятия (дБ)	26-40	41-55	56-70	71-90
Глухота	90 дБ
	ЛЕКЦИЯ 5

 

Физика слуха

 

В слуховом аппарате человека можно выделить звукопроводящую и звуковоспринимающую части (рис. 19). Строение слухового аппарата представлено на рис. 20а.

Рис. 19. Схематическое представление основных элементов

слухового аппарата человека: 1 – ушная раковина,

2 – наружный слуховой проход, 3 – барабанная перепонка,

4 – система косточек, 5 – улитка, 6 – основная мембрана,

7 – рецепторы, 8 – разветвление слухового нерва

а) Наружное ухо – это ушная раковина, наружный слуховой проход и барабанная перепонка. Ушная раковина (1) – звукоулавливатель, концентрирующий звуковые волны на слуховом проходе (2). Вследствие этого давление на барабанную перепонку (3) возрастает в ~ 3 раза по сравнению с давлением в падающей волне. Наружный слуховой проход (длина ~ 2,5 см) вместе с ушной раковиной играет роль резонатора. Барабанная перепонка отделяет наружное ухо от среднего и состоит из двух слоев коллагеновых волокон, ориентированных по-разному. Ее толщина ~ 0,1 мм. Максимальная чувствительность уха в районе 3 кГц.

Рис. 20 а. Структура человеческого уха

 

б) Среднее ухо содержит систему косточек (4) – устройство, передающее звуковое колебание из воздушной среды (наружное ухо) в жидкую среду (внутреннее ухо). Объем среднего уха ~ 0,8 см³, оно заполнено воздухом. Для того, чтобы понять назначение среднего уха нужно рассмотреть переход звука из воздушной среды в жидкую. Он характеризуется коэффициентом пропускания .

для воздуха – 440 (кг/м²с); для жидкости внутри
уха – 1440000 кг/м²с; (см. формулу 7.2) В логарифмическом масштабе потери составляют:

.

Такой переход с энергетических позиций не эффективен. Система слуховых косточек среднего уха выполняет функцию согласования волновых сопротивлений воздушной и жидкой среды для уменьшения энергетических потерь. Система косточек работает как рычаг, в связи с чем, сила F ₂, действующая на овальное окно (рис. 21) возрастает в 1,3 раза по сравнению с силой, развиваемой барабанной перепонкой, т.е. F ₂ = 1,3 F ₁. Площади барабанной перепонки и овального окна относятся как .

 

текториальная мембрана

текториальная

мембрана

Рис. 20 б. Схема улитки и поперечное сечение. Звук проходит

путь как показано стрелочками, что вызывает движение волосков

в кортиевом органе против текториальной мембраны,

стимулируя нервы в основании волосков

 

Рис. 21. Диаграмма показывает как давление звука, пришедшего

из внешнего уха, увеличивается в среднем ухе. Сила F ₂

в 1,3 раза больше силы F ₁. Площадь овального окна A ₂

в 20 раз меньше площади барабанной перепонки.

Таким образом давление P ₂ в 26 раз больше P ₁

 

~ 26 раз.

Таким образом, различие площадей и совместно с системой косточек обеспечивает усиление звукового давления в 26 раз. В логарифмических единицах это составляет: , т.е. энергетические потери составят лишь 1 дБ.

Еще одна функция среднего уха – ослабление передачи колебаний в случае большой интенсивности за счет рефлекторного ослабления с помощью мышц связи между косточками. Сильное изменение давления в окружающей среде может вызвать растяжение барабанной перепонки (болевые ощущения, разрыв). Для ослабления таких перепадов служит евстахиева труба, которая соединяет полость среднего уха с верхней частью глотки.

в) Внутреннее ухо содержит улитку, основную мембрану, рецепторы, разветвление слухового нерва и представляет собой полость, заполненную перелимфой (рис. 20б). Полость – лабиринт имеет сложную форму и состоит из двух основных частей: улитки (5), преобразующей механические колебания в электрический сигнал и полукружий вестибулярного аппарата (рис. 20 а). Вдоль улитки, представляющей собой полое костное образование длиной 35 мм, в виде спирали, содержащей 2,5 завитка, проходит три канала: вестибулярный, барабанный, улитковый. Между улитковым и барабанным каналом вдоль улитки проходит основная (базилярная) мембрана (6), на которой находится Кортиев орган, содержащий рецепторные (волосковые) клетки (7) (около 24000), в которых возникают электрические потенциалы, передаваемые по слуховому нерву (8) в мозг.

Кортиев орган является преобразователем механических колебаний в электрический сигнал. Длина основной мембраны 32 мм. Она неоднородна. Так, например, модуль упругости вблизи стремечка ~ в 100 раз больше, чем у вершины.

 

Бинауральный эффект

Бинауральный эффект – это способность устанавливать направление на источник звука в горизонтальной плоскости. Звуковая волна приходит в левую и правую ушные раковины в разных фазах и с отличающимися интенсивностями. Это обеспечивает бинауральный эффект. Человек с нормальным слухом фиксирует направление на источник звука с точностью до 3°.

В вертикальной плоскости разности фаз нет и интенсивность одинакова, но форма ушной раковины способствует определению локализации источника звука. Дифракция звука на ушных раковинах происходит по-разному. В результате на спектр звукового сигнала накладываются max и min, зависящие от положения источника. По-видимому, в результате огромного опыта слушатели научились ассоциировать различные спектральные характеристики с соответствующими направлениями. Специальным подбором спектрального состава можно «обмануть» ухо. Человек воспринимает звук, содержащий основную часть энергии в области 1 кГц – сзади, независимо от его действительного расположения. Звуковые волны с частотами ниже 500 Гц и в области 3 кГц – спереди, 8 кГц – сверху.

Тимпанометрия

 

Тимпанометрия – метод измерения податливости звукопроводящего аппарата слуховой системы под влиянием аппаратного изменения воздушного давления в слуховом проходе. По тимпанограммам судят о патологиях.

 

Рис. 22. Тимпанограммы при различной степени

подвижности системы

Рис. 23. Основные типы тимпанограмм при патологиях среднего уха:

а – отсутвствие патологии; б – экссудативный средний отит;

в – нарушение проходимости слуховой трубы; г – атрофические

изменения барабанной перепонки; д – разрыв слуховых косточек

В слуховом проходе создается избыточное или недостаточное давление до 200 дПа. Подается волна определенной интенсивности, которая отражается от барабанной перепонки. Изменение интенсивности отраженной волны позволяет судить о звукопроводящих возможностях среднего уха. Мерой является параметр подвижности (рис. 22). Тимпанограммы позволяют определять патологии среднего уха (рис. 23).

ЛЕКЦИЯ 6

 

Ультразвук

 

Получают ультразвук (УЗ) за счет использования пьезоэффекта. Особенность ультразвука – это направленность распространения, как луч света. Для УЗ применимы законы геометрической оптики. При прохождении через вещество УЗ поглощается. На глубине h интенсивность УЗ: ; H – глубина полупоглощения. На этой глубине интенсивность УЗ уменьшается вдвое. В медицинских целях используют УЗ волны различных интенсивностей: малая 1,5 Вт/м², средняя 1,5–3 Вт/м², большая 3–10 Вт/м². Волновое сопротивление биологических тканей в 3000 раз больше волнового сопротивления воздуха, поэтому 99,99 % УЗ отражается. Для исключения влияния воздушного слоя поверхность кожи покрывают смазкой, уменьшающей отражение и создающей акустический контакт.

а) Биофизическое действие УЗ.

– УЗ механические колебания частиц вещества в тканях могут вызывать благоприятные структурные перестройки вследствие микровибраций на клеточном и субклеточном уровне, микромассаж тканевых структур.

– УЗ оказывает действие на клеточные мембраны. Внутри клетки микропотоки могут менять взаимное расположение клеточных органелл, перемешивать цитоплазму, изменять ее вязкость. УЗ волны могут отрывать от клеточных мембран биологические макромолекулы, изменять поверхностный заряд, проницаемость. При достаточно большой интенсивности УЗ происходит разрушение мембран. Резистивность клеток различна от 0,1 10⁴ Вт/м² до 25 10⁴ Вт/м².

– Облучение УЗ с интенсивностью, превышающей порог кавитации, используют для разрушения имеющихся в жидкости бактерий и вирусов.

– УЗ вызывает расщепление молекул воды на H⁺ и ОН^– с последующим образованием перекиси водорода Н₂О₂.

– При воздействии УЗ происходит нагрев тканей. Теплота выделяется на границах раздела тканей: мягкие ткани ‑ кость. При этом повышается интенсивность процессов обмена.

б) УЗ-терапия. Это УЗ массаж – при помощи дозированного пучка УЗ (массаж сердца, легких и др.).

в) Фонофорез – введение с помощью УЗ в ткани через поры кожи лекарственных веществ. При этом перемещаются и незаряженные частицы. Фонофорез эффективнее электрофореза.

г) Аутогемотерапия – внутримышечное введение человеку собственной крови, взятой из вены. Эта процедура более эффективна, если кровь перед вливанием облучить УЗ. Предварительное воздействие УЗ усиливает действие γ и СВЧ облучения на опухоли.

УЗ можно использовать для сваривания мягких тканей и костей и, наоборот, для резки тканей. При этом инструмент соединяют с источником УЗ. Снижаются усилия резания, уменьшается болевое ощущение, есть кровоостанавливающий и стерилизующий эффект.

Очень интенсивный УЗ смертелен. Инфразвук с характеристиками: 160 дБ и 7 Гц также смертелен.

 

 

Гемодинамика

 

Вязкость жидкости

 

В реальной жидкости вследствие взаимного притяжения и теплового движения молекул имеет место внутреннее трение. Силы трения между слоями подчиняются уравнению Ньютона.

, (18.1)

где ‑ градиент скорости, S – площадь слоев, dr – расстояние между слоями, ‑ коэффициент внутреннего трения или динамическая вязкость. зависит от состояния и молекулярных свойств жидкости. Определяют вязкость вискозиметрами (табл. 8).

 

Таблица 8

Вязкость некоторых веществ, Па·с

Температура t, ^оС
Вязкость	1,5∙10^‑5	1∙10^‑3	4∙10^‑3	1,5∙10^‑3
вещество	воздух	вода	кровь	плазма

 

Вязкость крови увеличивается при тяжелой физической работе, при некоторых заболеваниях: 23∙10^‑3 Па·с при сахарном диабете, или уменьшается 10^‑3 Па·с при туберкулезе. Вязкость сказывается на таком клиническом параметре, как скорость оседания эритроцитов (СОЭ).