1.2.1 Anatomia e fisiologia dell’orecchio

1.2.1.1 Orecchio esterno e medio

L’orecchio esterno è composto dal padiglione auricolare o pinna, e dal condotto uditivo esterno (Fig. 1a). La struttura cartilaginea della pinna con il suo complesso di rilievi e solchi è in relazione a funzioni di localizzazione delle sorgenti sonore sul piano frontale-verticale. Nei suoni complessi sono soprattutto le frequenze superiori a 4 kHz che attraverso la pinna contribuiscono alla direzionalità sul piano verticale, consentendo una discreta localizzazione anche nei casi di anacusia monolaterale.

Il condotto uditivo esterno è a fondo cieco e termina con la membrana timpanica. Le dimensioni e la forma sono molto variabili, spesso ha un decorso sigmoide.

Anche la sezione è irregolare, da circolare ad elissoide: mediamente la sezione è di 0,7-0,9 mm, e la lunghezza 2,5-3,1 cm. Il condotto è costituito da cartilagine nei due terzi laterali e da osso nel terzo mediale. La cute di rivestimento è sottile e presenta annessi cutanei e ghiandole ceruminose nella parte cartilaginea del condotto. Il condotto uditivo, a forma di tubo ha importanti caratteristiche acustiche di risonanza, determinate dalla sua lunghezza: la Figura 1b mostra l’effetto della risonanza del condotto, che di fatto amplifica di circa 15 dB l’intensità dei suoni presentati al padiglione, soprattutto sulle alte frequenze con un picco attorno a 2,5-3,5 kHz. 

Cambiando l’angolo di incidenza dei suoni dalla direzione frontale all’indietro (da 0° a 180° di azimut) cambia leggermente il picco della frequenza di risonanza ed il guadagno di 15 dB resta sostanzialmente invariato. Il condotto uditivo esterno termina con la membrana timpanica inserita diagonalmente all’anulus timpanico. Il suo spessore è poco meno di 0,1 mm, per una superficie (ellittica) di circa 0,9 cm2. Alla visione dall’esterno si presenta concava, con un picco di depressione (umbus) para-centrale, in corrispondenza dell’attacco del manubrio del martello.

Al di sopra dell’umbus, una sporgenza verso l’esterno è costituita dall’apofisi laterale del martello da cui si dipartono in avanti ed indietro due legamenti che dividono la membrana in due parti: la pars flaccida superiormente e la pars tensa inferiormente. La membrana è costituita da 4 strati. Quello esterno è il proseguimento della cute del condotto esterno, quello prospiciente alla cavità timpanica è il proseguimento della mucosa dell’orecchio medio. La pars flaccida è costituita solo da questi due strati. Nella pars tensa la parte cutanea e mucosa sono separati da due strati di fibre elastiche: radiali al di sotto della parte cutanea e non radiali sotto la parte mucosa.

La cavità timpanica alloggia la catena ossiculare e i muscoli timpanici, m. stapedio e m. del martello. In essa, antero-inferiormente si apre la tuba uditiva, la cui funzione principale è di equilibrare la pressione area nella cassa con l’aria esterna (per le funzioni della tuba, vedi il capitolo 1.2.1.6). Le pareti della cassa timpanica contraggono importanti rapporti anatomici con formazioni vascolari (arteria carotide interna, vena giugulare), nervose (n. faciale), ossee (cavità mastoidee), ed inoltre, superiormente con la fossa cranica media da cui è divisa da una sottile lamina ossea (tegmen timpani).

La catena ossiculare, formata dagli ossicini martello, incudine e staffa, articolati fra loro, costituisce la struttura attraverso cui le vibrazioni raccolte dalla membrana timpanica vengono trasferite all’orecchio interno. Gli ossicini sono tenuti in sede da legamenti e dai tendini dei muscoli timpanici (Fig. 2a,b,c). Il peso degli ossicini, è di 25 mg per il martello, 30 mg per l’incudine, 3 mg per la staffa. La superficie della staffa, che si articola con la finestra ovale per mezzo del legamento anulare, è di circa 3,2 mm2.

Il muscolo stapedio, innervato dal n. facciale, è lungo 6 mm, è completamente incapsulato nell’eminenza piramidale ossea della parete posteriore della cassa. Un tendine lo connette con il capitello della staffa, quindi contraendosi stira posteriormente la staffa. 

Il muscolo del martello, innervato dal n. trigemino, occupa un canale osseo al di sopra della tuba uditiva ed il suo tendine emerge con un angolo dalla parete mediale della cassa (processo cocleariforme) per inserirsi nel collo del manubrio del martello. La sua contrazione determina un movimento mediale ed anteriore del martello.

Meccanismi di trasformazione dell’orecchio medio

La funzione dell’orecchio medio è di provvedere un efficace accoppiamento fra l’impedenza del mezzo aereo e quella del mezzo acqueo costituito dai liquidi dell’orecchio interno. Fisicamente l’impedenza dell’acqua è 4000 volte superiore a quella dell’aria. Per tale motivo solo una piccola proporzione di energia acustica, equivalente ad una 4-millesima parte, potrebbe passare dall’aria all’acqua, mentre il restante 99,6% sarebbe riflesso all’indietro. In termini di pressione acustica ciò corrisponde ad una perdita nell’ordine di 60 dB. L’orecchio medio provvede a migliorare il trasferimento di energia attraverso due fondamentali meccanismi, ognuno dei quali è basato sulle caratteristiche fisico-strutturali delle componenti timpaniche.

a) rapporto di area: come si è visto l’area della membrana timpanica è di circa 65 mm2, mentre quella della platina è di circa 3,2 mm2. Il loro rapporto di grandezza è pertanto di 20/1 e ciò determina un’amplificazione della pressione acustica di un fattore pari a 20. Oltre a questo, un altro fattore di amplificazione sarebbe dato dalla curvatura della membrana timpanica, che come si è visto è concava: questo fattore potrebbe amplificare per un fattore pari a 2.

b) leva ossiculare: nell’insieme i movimenti della catena ossiculare sono molto complessi, poiché i vari elementi hanno pesi ed assi di rotazione diversi, variabili secondo l’intensità e la frequenza dei suoni. Tuttavia si stima che il sistema ossiculare sia la sede di un seppur debole effetto leva, che contribuisce all’amplificazione di un fattore di 1,3.

In totale quindi, il prodotto dei fattori di amplificazione dell’orecchio medio, nell’uomo sarebbe pari a 20*2*1,3 = 52, corrispondente a circa 35 dB di pressione acustica. Questo valore è simile alla perdita uditiva che si può osservare nelle patologie dell’orecchio medio.

APPROFONDIMENTO

La funzione di trasferimento dell’orecchio medio, cioè la modalità con cui viene attuata l’amplificazione, è la principale responsabile della morfologia della soglia psicoacustica di minima udibilità (Fig. 3a). Nell’uomo infatti la sensibilità uditiva è massima per le frequenze fra 1 e 4 kHz, mentre per le frequenze inferiori la sensibilità si riduce, e sono necessari livelli maggiori di pressione acustica per raggiungere la soglia. Come verrà descritto più dettagliatamente nel capitolo specifico, l’impedenza dell’orecchio medio è determinata da elasticità, massa e resistenza delle sue componenti. Quando le reattanze dipendenti da massa ed elasticità si annullano, e ciò avviene per determinate frequenze, il sistema è in condizione di risonanza. In questa condizione l’impedenza è costituita solo dalla resistenza e quindi l’opposizione al passaggio di energia è minima.

La Figura 3b mostra i valori di resistenza e reattanza in funzione delle frequenze dei suoni che attraversano l’orecchio medio. Come si vede, fino a 1 kHz la reattanza è negativa, e ciò dipende dalle proprietà fisiche dell’orecchio medio, che in questo campo di frequenza risponde con modalità dipendenti dall’elasticità. Oltre 1 kHz la reattanza è praticamente inesistente, indicando che la trasmissione di energia dalla membrana timpanica alla coclea avviene con la massima efficacia. Alle frequenze più elevate la reattanza tende ad essere positiva, per l’effetto della massa degli ossicini.

Riflesso cocleo-stapediale

Dei due muscoli alloggiati nella cassa del timpano il m.stapedio contribuisce maggiormente a modificare l’impedenza dell’orecchio medio. La sua contrazione, determinata da stimoli di elevata intensità modifica la posizione della platina della staffa nella finestra ovale ed irrigidisce la catena in modo da modificare l’energia destinata ad entrare nella coclea. La via del riflesso, descritta nel capitolo dell’impedenza, permette la contrazione bilaterale del m. stapedio. La soglia di contrazione, utilizzando toni puri è a circa 80 dB al di sopra della soglia di udibilità. Utilizzando rumore a banda larga la soglia del riflesso stapediale si riduce di circa 10 dB (70 dB SL), e ciò indica un effetto legato all’ampiezza della banda di eccitazione cocleare. Inoltre la soglia dei riflessi evocati da uno stimolo ipsilaterale è di circa 5 dB inferiore rispetto ai riflessi evocati da uno stimolo applicato all’orecchio controlaterale.

APPROFONDIMENTO

La contrazione del muscolo avviene con un certo ritardo rispetto all’inizio dello stimolo; nell’uomo tale ritardo è di circa 25-35 msec quando lo stimolo è di intensità elevata. Inoltre l’entità della contrazione dipende dall’intensità di stimolazione, variando dal minimo al massimo per un campo di intensità di circa 15 dB (esempio Fig. 4, fra 100 e 115 dB SPL).

La latenza con cui si contrae il muscolo stapedio fa sì che i suoi effetti siano trascurabili quando i suoni variano rapidamente in intensità, mentre diventano apprezzabili con suoni di intensità stazionaria o lentamente variabile nel tempo.

L’effetto principale della contrazione del muscolo dello stapedio è di ridurre la trasmissione dell’energia all’orecchio interno prevalentemente nel campo delle frequenze gravi. 

Nell’uomo tale riduzione corrisponde ad un innalzamento di soglia che attorno a 0,5 kHz può raggiungere 15 dB per contrazioni massimali. Oltre la frequenza di risonanza dell’orecchio medio, (circa 1,5 kHz) l’effetto è molto minore se non trascurabile (2-3 dB). L’utilità di queste modifiche della sensibilità uditiva non è ben chiara, anche se in generale viene accettata la teoria che un’aumentata impedenza dell’orecchio medio causata da suoni di elevata intensità avrebbe un ruolo protettivo nei confronti dell’orecchio interno. Ciò è in analogia ad altri meccanismi di protezione sensoriale, come ad esempio il muscolo cigliare che regola con un riflesso foto-sensibile il diametro pupillare. Nell’uomo anche la comunicazione trae vantaggio dal riflesso cocleo-stapediale: infatti nell’ascolto in condizioni molto rumorose la sua contrazione riduce il mascheramento attuato dalle componenti in bassa frequenza su quelle in alta frequenza, facilitando l’intelligibilità del linguaggio (vedi audiometria vocale).