Akustik & Gleichgewicht Flashcards
Hörschall
Für den Menschen wahrnehmbarer Schall, abhängig von Lautstärke und Frequenz ( f = 20 - 20.000 Hz). Höchste Empfindlichkeit bei f = 2 - 5 kHz / 2.000 - 5.000 Hz
Infraschall
Frequenz zu klein um von dem Menschen wahrgenommen zu werden, < 20 Hz. Wird als Vibration wahrgenommen.
Ultraschall
Frequenz zu hoch um vom Menschen gehört zu werden, f > 20.000 Hz
Schalldruckpegel
Lp = 20 x lg(p/p0)
[dB]
p: effektiver Schalldruck, p0: Referenzwert = 2 x 10 ^-5 Pa
Addition mehrerer gleichlauter Schallquellen
Lges = Lpi + 10 x lg(n)
10 Schallquellen = Erhöhung des Schallpegels um 10 dB
100 Quellen = Erhöhung um 20 dB
1000 Quellen = Veränderung um 30 dB
Schallleistungspegel
Objektiv
Lp = 10 x lg (P/P0) [dB]
Schallintensitätspegel
Objektiv
Li = 10 x lg (I/I0) [dB]
Schallfrequenz
Wiederholungen der Schallwelle pro Sekunde / Geschwindigkeit der Wiederholungen
f = c / Landa [Hz], c: Schallgeschwindigkeit, Landa: Wellenlänge
- Je höher die Frequenz, desto höher der Ton und desto kleiner die Wellenlänge
- unabhängig vom Medium
Schallgeschwindigkeit c
Ausbreitung des Schalls, i.d. Luft: c = 343 m/s
c = s/t [m/s]
Schalldruck p
Kraft, die durch die Schallquelle auf die Luft ausgeübt wird.
p = I/v [Pa], v: Schallschnelle
- nimmt mit Entfernung ab
Schallintensität I
Energie des Schalls pro Fläche und Zeit.
I = E/A x t = P/A [W/m^2]
- nimmt mit Entfernung ab
Schallleistung P
Leistung, die von einer Schallquelle erbracht wird um Schall zu erzeugen.
P = I x A [Watt]
- unabhängig von der Entfernung zur Schallquelle
Schallschwächung I(x)
Abschwächung der Schallwelle bei Entfernung durch Umwandlung in thermische Energie, analog zur Lichtabsorption.
I(x) = I0 x e^mü x x
- mü: Absorptionskoeffizient,
- x: zurückgelegte Strecke
Lautstärke
Subjektive Größe [Phon]
Isophone
Diagramm aus Frequenz f und Schallpegel L bei denen alle Töne als gleich laut empfunden werden
Impendanz
Materialabhängiger „Schallwiderstand“; Konstante erklärt den Zusammenhang zwischen Schallgeschwindigkeit c und der Materialdichte
z =rho x c [Ns/m^3] , rho: Dichte des Mediums
- Je höher die Dichte, desto höher c
- Beim Übergang zwischen unterschiedlichen Medien, gibt es keine Frequenzänderung
z(Knochen): 3 - 7 x 10^6 Ns/m^3
z(Wasser): 1,5 x 10^6 Ns/m^3
Resonanz
Erfolgt bei einer kontinuierlichen Anregung einer Schwingung mit oder nahe der Eigenfrequenz
- Haarzellen im Innenohr haben ca. 100 unterschiedliche Resonanzfrequenzen -> Trennung von unterschiedlichen Frequenzen eines Geräusches
Resonanzkatastrophe
Wenn Resonanz die Eigenschwingung eines Systems so weit verstärkt, dass es zusammenbrcht
Doppler-Effekt
Frequenzänderung des empfangenen Schalls wenn sich Empfänger und Schallquelle während des Hörens voneinander wegbewegen.
- Doppler-Sonographie: nutzt Doppler-Effekt zur Darstellung des Strömungsverhalten von Blut -> Ableitung Flussgeschwindigkeit -> Diagnose von Gefäß- und Herzerkrankungen
Impendanzanpassung im Mittelohr
Verminderung des Schallwellenverlusts (Reflektion/ Absorption) durch 2 Mechanismen:
1) Druckerhöhung um etwa das 22fache durch Verkleinerung der Übertragungsfläche vom Trommelfell zur Steigbügelplatte (Druck entspricht einer definierten Kraft pro Flächeninhalt)-> P1 x f1 = P2 x f2
2) Hebelwirkung der Gehörknöchelkette
Ausbildung der Wanderwelle
Wellenförmige Bewegung innerhalb des cochleären Gangsystems durch Schwingungen am ovalen Fenster
Steigbügelplatte -> ovales Fenster -> Scala vestibuli (Perilymphe)-> (Helicotrema ->) Scala tympani -> rundes Fenster
Verstärkung der Wanderwelle durch die äußeren Haarzellen
Ablauf:
1) Schwingungen von Basilar- und Tectorialmembran
2) Abscherbewegung zwischen beiden Membranen
3) Abscherung der Stereocilien der äußeren Haarzellen (ÄHZ)
4) Einstrom von endolymphatischem K+ in die äußere Haarzelle (folgt Potentialgefälle)
5) Depolarisation -> Rezeptorpotential
6) (Oszilierende) Längenänderung der ÄHZ durch Kontraktion (spannungsabhängige Konformationsänderung d. Proteins Prestin durch Chloridfreisetzung)
- Depolarisation -> Verkürzung
- Repolarisation -> Verlängerung
7) Zusätzliche Schwingungsenergie der Endolymphe-> niedrige Hörschwelle + Verstärkung der Frequenzselektivität, max. 20.000 Hz beeinflusst durch Hörbereich
Indirekte Erregung der inneren Haarzellen
1) Verstärkte Schwingungsenergie -> Hydrodynamische Kopplung (ÄHZ verändert Position des Flüssigkeitsfilm der auch die IHZ umgibt)
2) Abscherung der Stereocilien der inneren Haarzellen
3) Dehnung der „Tip-links“ der inneren Haarzellen
4) Öffnung von Transduktionskanälen (mechanosensitive Kationenkanäle)
5) Depolarisation der inneren Haarzellen durch Einstrom von K+ Ionen aus den Endolymphen
6) K+ induzierte Depolarisation bewirkt Öffnung spannungsabhängiger Ca2+ Kanäle
7) Anstieg der intrazellulären Ca2+ Konzentration führt zu erhöhter Transmitterfreisetzung (Glutamat)
8) Glutamat bindet an Rezeptoren afferenter Nervenfasern (N. Cochlearis) und löst ein EPSP aus
Weg der zentralen Reizweiterleitung
Haarzellen -> N. Cochlearis -> Cochleariskerne (-> Ncl. Olivaris superior) -> Colliculi inferiores -> Corpus geniculatum mediale -> Primäre Hörrinde
Rezeptororgan
Haarzellen im Corti- Organ:
A) Innere Haarzellen:
- Überwiegend afferente Fasern
- Myelinisiert
- 90% des N. Cochlearis
B) ÄHZ:
- überwiegend efferente Fasern
- Nicht- myelinisiert
- 10% d. N. Cochlearis
- Neuron d. N. Cochlearis
Ganglion Spirale:
- enthält d. 30 bis 40 Tsd. Perikaryen der bipolaren Nervenzellen d. Hörbahn
- befinden sich im Modiolus der Cochlea
- Neuron
Indirekte Hörbahn: Ncl. Cochlearis anterior
- zusätzliche Verschaltungen und kreuzende Fasern
Direkte Hörbahn: Ncl. Cochlearis posterior
- kürzere Bahn mit weniger Stationen und weniger kreuzenden Fasern
- Neuron (fakultativ)
Corpus trapezoideum: Ncl. Olivaris superior (Kerngebiet im Hirnstamm, erhält auditorische Infos von beiden Corti- Organen, Richtungshören) + Ncll. Corporis trapezoidei
Faserbahn
Lemniscus lateralis: verbindet Ncl. Cochlearis posterior bzw. Ncl. Olivaris superior mit den Colliculi inferiores
3./ 4. Neuron
Colliculus inferior: Teil der Vierhügelplatte (Lamina tecti) im Mittelhirn
Faserbahn
Brachium colliculi inferioris
4./ 5. Neuron
Corpus geniculatum mediale: im Thalamus
Primäre zentrale Verschaltung
Primäre Hörrinde (Brodmann Areal 41): Die Fasern gelangen über die Hörstrahlung zur Hörrinde in den Gyri temporales transversi.
- Frequenz- Orts- Abbildung wird bis in die Hörrinde beibehalten = anatomische Sortierung nach Tonhöhe
Codierung der Tonfrequenz
Ermöglicht Wahrnehmung von akustischen Reizen im ZNS
Prinzip: Frequenz-Orts-Abbildung aka Ortstheorie, jede Tonfrequenz hat genau einen Ort der optimalen Abbildung auf der Basilarmembran, erfolgt von Haarzellen bis zu übergeordneten Hörzentren
- Hohe Frequenzen = hohe Töne: Nahe der Schneckenbasis
- Niedrige Frequenzen = tiefe Töne: Nahe dem Helicotrema
Codierung des Schalldrucks
Höhe des Schalldruckpegels (Lautstärke) wird über die Entladungsfrequenz verschlüsselt durch die zusätzliche Rekrutierung von Nachbarfasern
Richtungshören
Die Richtung einer Schallquelle kann mit Hilfe des ZNS berechnet werden durch binaurales Hören (Hören mit beiden Ohren).
- Ncl. Olivaris superior und Colliculi inferiores erhalten akustische Info und vergleichen die Folgen von APs, die von beiden Seiten kommen
- Ermittlung der Laufzeitdifferenz: Zeitpunkt an dem d. Akustische Reiz am jeweiligen Ohr ankommt
- Morphologie der Ohrmuschel: unterschiedl. Verzerrung der Schallsignale abhängig von d. Einfallsrichtung
-> Abweichungen ab 3° v. d. Mittellinie können detektiert werden
Schallleitungssstörung
Störung im Mittelohr oder äußerem Gehörgang (Schallleitende Strukturen des Ohres)
Schallempfindungsstörung
Störung im Innenohr durch Verlust der Haarzellfunktion (cochleär) oder Bereich des Hörnerven (retrocochleär)
Bsp.: Altersschwerhörigkeit (Presbyakusis) durch Degeneration des Corti- Organs -> progrediente Schallempfindungsstörung -> Abfall der Tonschwellenaudiogrammkurve im Hochtonbereich
Rinne- Versuch
Subjektives audiometrisches Verfahren: Test der Schallleitung beider Ohren durch Vergleich der Hörschwellen, für Luft- und Knochenleitung
Durchführung: Stimmgabel an Proc. Mastoideus und dann vor das gleichseitge Ohr gehalten, Ton am Ohr besser oder normal zu hören = Rinne positiv bei normaler Schallleitung (Luft besser als Knochen)
Negativer Rinne Versuch: Hinweis auf Schallleitungsstörung
Positiver Rinne Versuch: Physiologisch / Schallempfindungsstörung des getesteten Ohrs
Weber Versuch
Test der Kopfknochenleitung, untersucht ob eine einseitige Schwerhörigkeit auf einer Schallleitungs-/ Schallempfindungsstörung beruht
Durchführung: Stimmgabel wird auf die Schädelmitte aufgesetzt und der Patient soll beantworten auf welcher Seite er den Ton besser hört
- keine Lateralsation: physiologisch/ seitengleiche Schwehörigkeit
- Lateralisation in das normale Ohr: Schallempfindungsstörung der Gegenseite
- Lateralisation in das hörgeeschädigte Ohr: Schallleitungsstörung dieser Seite
Einteilung der Makulaorgane (Vestibuläres Labyrinth)
A) Knöcherndes Labyrinth
- Vestibulum labyrinthi: mit abgehendem Aquaeductus vestibularis
B) Membranöses Labyrinth:
- Vorhofsäckchen: Sacculus + Utriculus
- Verbindungsgänge: Ductus reuniens + Ductus utriculosaccularis mit abgehendem Ductus endolymphaticus
Einteilung der Bogengangsorgane (Vestibuläres Labyrinth)
A) Knöchernes Labyrinth
- Canales semiculares: anterior, posterior, lateralis
B) Membranöses Labyrinth
- Ductus semicirculares: anterior, posterior, lateralis
Makulaorgane (Sacculus und Utriculus)
Vom Perilymphraum umgeben, liegen im Vestibulum labyrinthi zwischen Bogengängen und Cochlea -> Wahrnehmung von Linearbeschleunigung und Lageänderung des Körpers im Raum
- Sacculus: nimmt vertikale Linerabschleunigung wahr (Gravitationskraft bewirkt Reizung in aufrechter Haltung)
- Utriculus: nimmt horizontale Linearbeschleunigung wahr
Sacculus und Utriculus stehen senkrecht zueinander
Sinnesfelder aka Maculae staticae
Fleckenförmige Areale innerhalb der Makula- und Bogengangsorgane, dienen der Sinneswahrnehmung. Aufbau aus drei Schichten: Sinnesepithel, Otolithenmembran und Otolithen
Sinnesepithel der Maculae staticae
1) Vestibuläre Haarzellen: sekundäre Sinneszellen
- eingebettet in Stützzellen
- besitzen Sinneshärchen am apikalen Zellpol: ca. 50 kleine Stereocilien und ein längeres Kinocilium (Sortierung von groß nach klein = Polarisierung der Sinneszellen), diese ragen in die Otolithenmembran
- generieren das Rezeptorpotential durch Abscherung der Stereocilien (in Richtung d. Kinocilium: Zunahme der Erregung; in Gegenrichtung: Abnahme der Erregung)
2) Stützzellen
- säulenförmig, enthalten viele Mitochondrien
- Stützfunktion (+ Produktion d. Galertmasse)
Otolithenmembran
Gallertschicht, die dem Sinnesepithel aufliegt -> überträgt jede Bewegung der Endolymphe auf die Sinneshärchen
Otolithen
Kleine Kristalle (Calciumcarbonat), die in die Otolithenmembran eingelagert sind, erhöhen deren Dichte
Bogengangsorgane aka Ductus semicirculares
3x Bogengänge (membranöser Schlauch -> Perilypmphe -> knöchernder Bogengang), rechtwinklig zueinander, münden alle in den Vestibulum labyrinthi: Wahrnehmung von Drehbeschleunigung
Lage: Felsenbein, pars petrosa ossis temporalis
Vorderer Bogengang aka Ductus semicircularis anterior
- nach lateral offener Winkel mit hinterem Bogengang
- 45° v. d. Median- und Frontalebene
- nimmt vertikale Kopfbewegung wahr
Hinterer Bogengang aka Ductus semicircularis posterior
- lateral offener Winkel mit vorderem Bogengang
- 45° Abweichung zur Median- und Frontaleben
- nimmt seitliche Kopfbewegungen wahr, insbesondere seitliche Rückwärtslagerung (Hallpike- Manöver)
Lateraler Bogengang aka Ducutus semicircularis lateralis
- nahezu horizontal
- 30° Abweichung v. d. Horizontalen
- nimmt Horizontale Kopfbewegungen wahr: Kopfbewegung nach li. bewirkt eine Aktivierung der linken Bogengangsorgane und eine Hemmung der re., und umgekehrt
Cristae ampullares
Sinnesfelder der Bogengänge, liegen in der Ampullen.
Bestehen aus 2 Schichten, einem Sinnesepithel mit dem gleichen Aufbau wie in den Maculae staticae, dass das Rezeptorpotential generiert, und der Cupula ampullaris, einer aufliegenden Gallertschicht (ohne Kristalle!), die Bewegungen der Endolymphe auf die Sinneshärchen überträgt.
Dynamische Funktion der Makulaorgane
Wahrnehmung linearer Beschleunigung:
1) Lineare Beschleunigung
2) Verschiebung der Otolithenmembran
3) Gerichtete Abscherung der Sinneshärchen
4) Adäquater Reiz für die Haarzelle
5) Aktivierung oder Hemmung der Haarzelle
Statische Funktion der Makulaorgane
Ermittlung der Lage des Körpers:
1) Lageänderung des Kopfes
2) Verschiebung der Otolithenmembran
3) Gerichtete Abscherung der Sinneshärchen
4) Adäquater Reiz für die Haarzelle
5) Aktivierung oder Hemmung der Haarzelle
Funktion der Bogengänge
Wahrnehmung von Drehbeschleunigung
1) Drehbeschleunigung
2) Auslenkung der Cupula
3) Gerichete Abscherung der Sinneshärchen
4) Adäquater Reiz für die Haarzelle
5) Aktivierung oder Hemmung der Haarzelle
Periphere vestibuläre Wahrnehmung
Mechanoelektrische Transduktion: Umsetzung von mechanischen Reizen in ein elektrisches Signal, das über die afferenten Fasern des N. Vestibularis weitergeleitet wird
Ruhe: Spontane Ruheaktivität, ständige Transmitterfreisetzung (Glutamat)
Aktivierung: Zug der Gallertschicht in Richtung des Kinociliums -> Zunahme der APs (Kaliumeinstrom und Depolarisation)
Hemmung: Zug weg vom Kinocilium -> Abnahme der APs
Weg der zentralen vestibulären Verschaltung
Rezeptororgan: Vestibuläre Haarzellen d. Bogengänge und der Makulaorgane (Sekundäre Sinneszellen)
- Bilden Synapsen mit bipolaren Neuronen des Ggl. Vestibulare
- Neuron: Ggl. Vestibulare d. N. Vestibularis
- befinden sich im inneren Gehörgang im Felsenbein - Neuron: Vestibulariskerne (Med. Oblongata), außer die Fasern, die direkt ins Kleinhirn ziehen
- Ncll. Vestibularii superior, medialis, inferior und lateralis, jeweils beidseits vorhanden
Vestibulo- oculärer Reflex VOR
Vestibuläre Bahnen zu den Augenmuskelkernen -> ermöglicht die stabile visuelle Wahrnehmung eines Objekts bei Kopfbewegungen durch reflektorische, entgegengesetzte Augenbewegung
- physiologischer Hirnstammreflex, keine kortikale Verschaltung
Nystagmus
Rhythmische unwillkürliche Augenbewegungen, bei der meist auf eine relativ langsame Folgebewegung eine rasche Rückstellbewegung in die entgegengesetzte Richtung folgt.
Charakterisierung durch:
- Nystagmusrichtung, bezeichnet nach der Rückstellbewegung
- Art der Schlagrichtung: horizontal, vertikal oder rotierend
„Der Nystagmus schlägt in das stärker erregte Labyrinth“
Physiologische Nystagmusformen
- Optokinetscher Nystagmus aka Eisenbahnnystagmus: Orientierungsvorgang zur Bildstabilisierung einer bewegten Umwelt
- Kalorischer Nystagmus: provoziert durch kalorische aka thermische Reizung
- Rotatorischer Nystagmus: entsteht durch Rotation des Körpers und die Drehbewegung der Endolymphe, darauf folgt ein postrotatorischer Nystagmus
Pathologische Nystagmusformen
Spontan oder nach Reizung, spontane Nystagmen sind immer pathologisch
- Pathologischer vestibulärer Nystagmus: meist horizontal und mit Schwindel oder Übelkeit assoziiert
- Blickrichtungsnystagmus (tritt bei etwa 60% physiologisch erschöpftbasiert auf): beim Blick zur Seite oder nach oben/ unten
Ruhemembranpotentiale
ÄHZ: -75 mV
IHZ: -45 mV
Endokochleäres Potential: +85 mV
Absolute Hörschwelle
Kleinster Druck bei dem eine Hörempfindung bei 1000 Hz möglich ist -> Schalldruckpegel Referenzwert
