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E. Cunsolo La biomeccanica dell’orecchio medio Lo studio moderno della biomeccanica dell’orecchio medio inizia nel 1868 con Hermann von Helmholtz (1821–1894) 1 . Egli comprese il ruolo di adattatore d’impedenza svolto dall’orecchio medio e definì tre modalità secondo le quali tale compito veniva assolto: l’effetto leva legato alla morfologia della membrana timpanica, l’effetto leva risultante dalla strutturazione della catena ossiculare e l’effetto idraulico derivante dal rapporto tra l’ampia superficie timpanica e la ridotta superficie della platina. Negli anni successivi tali argomenti sono stati affrontati, ampliati e definiti da illustri studiosi tra i quali il premio Nobel 1961 Georg von Békésy e, solo per citarne alcuni, Ernst Glenn, Merle Lawrence, Juergen Tonndorf, Shyam Khanna, William Peake, Aage Møller e Josef Zwislocki. Per una migliore comprensione delle attuali interpretazioni della biomeccanica dell’orecchio medio è opportuno definire alcuni fondamentali concetti di fisica acustica. Le grandezze fisiche che definiscono un suono, con le quali deve confrontarsi l’orecchio nelle sue tre sezioni, sono la frequenza e l’intensità. La frequenza è misurata in Hertz (Hz) ed esprime il numero di cicli vibratori per secondo, con l’unità di misura (1Hz) che indica 1 ciclo vibratorio al secondo. Fig 1: l’ampiezza di un suono può essere espressa in ampiezza delle oscillazioni o in pressione sonora (Pa) L’ampiezza di un suono (Fig.1) può essere espressa secondo 2 grandezze fisiche: la pressione esercitata dalle particelle in vibrazione o l’ampiezza di tali vibrazioni. Nella pratica, è più semplice misurare la pressione sonora, espressa in Pascal (Pa), dove 1Pa è pari ad 1 Newton di forza per 1 m 2 di superficie. L’orecchio umano è sensibile a pressioni sonore estremamente basse: per un tono a 1000Hz la soglia di intensità, espressa in pressione sonora, è di 20 μPa, con ampiezze di vibrazione di ordine molecolare. Il sistema uditivo umano ha, peraltro, una gamma dinamica estremamente ampia. Nella pratica clinica l’intensità di un suono viene, perciò, espressa in scala logaritmica mediante la decima parte del Bell, decibel (dB), tenendo conto che vi è una relazione matematica che lega tale grandezza relativa alla pressione sonora, espressa in rmsPa (root mean square): 8
proximate Sound Level Attualità nella fisiopatologia dell’orecchio medio Livello sonoro in dB SPL=10log 10 [X/0.00002rmsPa] 2 = 20log 10 [X/0.00002rmsPa] Rrrms Pa dB SPL Fonte Sonora 0.0001–0.0002 0.002–0.02 0.02–0.6 0.6–20 >20 14-20 40-60 60-90 90-120 >120 Voce sussurrata Voce di conversazione Ambiente rumoroso Musica alto volume Arma da fuoco La frequenza delle variazioni pressorie è espressa in Hertz (cicli per secondo). L’orecchio umano è in grado di udire suoni con frequenza compresa tra 20 e 20.000 Hz con una maggiore sensibilità situata tra 500 ed 8000 Hz, ed un picco di sensibilità a 1500 Hz in cuffia e 4000Hz in campo libero 2 . Come già detto, a livello soglia, per le frequenze centrali (1000Hz) la minima intensità sonora ha valori molto bassi di pressione sonora (20μPa) e determina ampiezze d’oscillazioni della catena ossiculare estremamente ridotte, nell’ordine dell’Ǎ(10 -10 m), pari alle dimensioni della molecola d’idrogeno (Fig.2). Fig 2: Ampiezza delle oscillazioni uditive dello STO, in funzione della frequenza (modificata da Hüttenbrink (3) 9
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