Ucho je smyslový orgán, který detekuje zvuky. Ucho obratlovců vykazuje běžnou biologii od ryb po člověka, s variacemi ve struktuře podle řádu a druhu. Působí nejen jako přijímač zvuku, ale hraje hlavní roli ve smyslu rovnováhy a polohy těla. Ucho je součástí sluchového systému.
Úvod do uší a sluchu
Konkurz je vědecký název pro vnímání zvuku. Zvuk je forma energie, která se pohybuje vzduchem, vodou a jinou hmotou ve vlnách tlaku. Zvuk je prostředek sluchové komunikace, včetně žabího volání, ptačích písní a mluvené řeči. Ačkoli ucho je obratlovci smyslový orgán, který rozpoznává zvuk, je to mozek a centrální nervový systém, který „slyší“. Zvukové vlny jsou vnímány mozkem prostřednictvím odpalování nervových buněk ve sluchové části centrálního nervového systému. Ucho mění zvukové tlakové vlny z vnějšího světa na signál nervových impulsů vyslaných do mozku.
Vnější část ucha shromažďuje zvuk. Tento zvukový tlak je zesílen prostřední částí ucha a u suchozemských živočichů přechází ze vzduchového média do kapalného média. Ke změně ze vzduchu na kapalný dochází proto, že vzduch obklopuje hlavu a je obsažen ve zvukovodu a středním uchu, ale ne ve vnitřním uchu. Vnitřní ucho je duté, zapuštěné do spánkové kosti, nejhustší kosti těla. Duté kanály vnitřního ucha jsou naplněny kapalinou a obsahují smyslový epitel, který je posetý vlasovými buňkami. Mikroskopické „chloupky“ těchto buněk jsou strukturní proteinová vlákna, která vystupují ven do tekutiny. Vlasové buňky jsou mechanoreceptory, které při stimulaci uvolňují chemický neurotransmiter. Zvukové vlny pohybující se tekutinou tlačí na vlákna; pokud se vlákna dostatečně ohýbají, způsobuje to vznícení vlasových buněk. Tímto způsobem jsou zvukové vlny transformovány na nervové impulzy. Ve vidění hrají tyčinky a kužely sítnice se světlem podobnou roli jako vlasové buňky se zvukem. Nervové impulzy putují z levého a pravého ucha přes osmý lebeční nerv na obě strany mozkového kmene až do části mozkové kůry věnované zvuku. Tato sluchová část mozkové kůry je ve spánkovém laloku.
Část ucha, která je věnována snímání rovnováhy a polohy, také vysílá impulsy osmým kraniálním nervem, Vestibulární částí nervu VIII. Tyto impulzy jsou vysílány do vestibulární části centrálního nervového systému.
Lidské ucho může obecně slyšet zvuky s frekvencemi mezi 20 Hz a 20 kHz (zvukový rozsah). Ačkoli pocit sluchu vyžaduje neporušenou a funkční sluchovou část centrálního nervového systému stejně jako funkční ucho, lidská hluchota (extrémní necitlivost na zvuk) se nejčastěji vyskytuje kvůli abnormalitám vnitřního ucha, spíše než nervů nebo traktů centrálního sluchového systému.
Bat pinnae přicházejí v různých velikostech a tvarech
Tvar vnějšího ucha savců se mezi jednotlivými druhy značně liší. Vnitřní fungování uší savců (včetně lidských) je však velmi podobné.
Vnější ucho (pinna, zvukovod, povrch ušního bubínku)
Vnější ucho je nejvíce vnější část ucha. Vnější ucho zahrnuje ušní boltec (také volal ušní boltec), zvukovod, a velmi povrchní vrstva ušního bubínku (také volal bubínek membrány). U lidí, a téměř všichni obratlovci, jediná viditelná část ucha je vnější ucho. Ačkoli slovo „ucho“ může správně odkazovat na ušní boltec (maso pokryté chrupavky přívěsek na obou stranách hlavy), tato část ucha není životně důležité pro sluch. Vnější ucho sice pomáhá získat zvuk (a ukládá filtrování), ale ušní kanál je velmi důležité. Pokud kanál je otevřený, sluch bude navlhčen. Ušní vosk (lékařský název – cerumen) je produkován žlázami v kůži vnější části ušního kanálu. Tento vnější kůže ušního kanálu se aplikuje na chrupavku; tenčí kůže hlubokého kanálu leží na kosti lebeční. Pouze silnější cerumen-produkující ušní kanál kůže má chlupy. Vnější ucho končí v nejpovrchnější vrstvě bubínku. Bubínku se běžně říká ušní bubínek.
Lidské vnější ucho a kultura
Protažení ušního lalůčku a různé piercingy chrupavky
Auricles mají také vliv na vzhled obličeje. V západních společnostech byly vyčnívající uši (vyskytující se asi u 5% etnických Evropanů) považovány za neatraktivní, zejména pokud jsou asymetrické. První chirurgický zákrok, který zmenšil vyčnívající uši, byl publikován v lékařské literatuře v roce 1881.
Uši jsou také zdobeny šperky po tisíce let, tradičně probodnutím ušního lalůčku. V některých kulturách jsou ozdoby umístěny tak, aby se ušní lalůčky natáhly a zvětšily, aby byly velmi velké. Odtržení ušního lalůčku od váhy těžkých náušnic nebo od traumatického zatažení náušnice (například zachycením se za sundaný svetr) je poměrně běžné. Oprava takové trhliny obvykle není obtížná.
Kosmetický chirurgický zákrok ke zmenšení velikosti nebo změně tvaru ucha se nazývá otoplastika. Ve vzácných případech, kdy se nevytvoří žádná ušní boltce (atrézie), nebo je extrémně malá (mikrotia), je možná rekonstrukce ušní boltce. Nejčastěji se používá chrupavčitý štěp z jiné části těla (obecně žeberní chrupavka) k vytvoření matrice ucha, a kožní štěpy nebo rotační klapky se používají k zajištění krycí kůže. Nicméně, když se děti narodí bez ušní boltce na jedné nebo obou stranách, nebo když je ušní boltce velmi malá, ušní kanálek je obvykle buď malý nebo chybí, a střední ucho má často deformity. Počáteční lékařský zákrok je zaměřen na posouzení sluchu dítěte a stavu ušního kanálku, stejně jako středního a vnitřního ucha. V závislosti na výsledcích testů, rekonstrukce vnějšího ucha se provádí ve fázích, s plánováním případných oprav zbytku ucha.
U lidí a jiných suchozemských zvířat je střední ucho (stejně jako ušní kanálek) normálně vyplněno vzduchem. Na rozdíl od otevřeného ušního kanálku však není vzduch středního ucha v přímém kontaktu s atmosférou mimo tělo. Eustachova trubice se spojuje z komory středního ucha do zadní části hltanu. Střední ucho je velmi podobné specializované paranazální dutině, zvané tympanní dutina; je to stejně jako paranazální dutiny dutá dutina vystlaná sliznicí v lebce, která je větrána nosem. Masoidní část lidské spánkové kosti, která může být pociťována jako boule v lebce za ušní boltce, obsahuje také vzduch, který je větrán středním uchem.
Za normálních okolností je Eustachova trubice zhroucená, ale otvírá se jak při polykání, tak při pozitivním tlaku. Při startu v letadle se okolní tlak vzduchu mění z vyššího (na zemi) na nižší (na obloze). Vzduch ve středním uchu se rozpíná, jak letadlo nabírá výšku, a tlačí si cestu do zadní části nosu a úst. Při sestupu se objem vzduchu ve středním uchu zmenšuje a vzniká mírné vakuum. Aktivní otevření Eustachovy trubice je nutné pro vyrovnání tlaku mezi středním uchem a okolní atmosférou při sestupu letadla. Potápěč také zažívá tuto změnu tlaku, ale s větší rychlostí změny tlaku; aktivní otevření Eustachovy trubice je nutné častěji, jak potápěč klesá hlouběji do vyššího tlaku.
Uspořádání bubínkové membrány a kostí funguje tak, že efektivně spojuje zvuk z otvoru ušního kanálku s hlemýždí. Existuje několik jednoduchých mechanismů, které se kombinují, aby se zvýšil zvukový tlak. Prvním je „hydraulický princip“. Povrch bubínkové membrány je mnohonásobně větší než povrch třmínkové podnožky. Zvuková energie naráží do bubínkové membrány a je soustředěna do menší podnožky. Druhým mechanismem je „pákový princip“. Rozměry kloubových ušních kostic vedou ke zvýšení síly působící na třmínkovou podnožku ve srovnání se silou působící na bubínek. Třetí mechanismus usměrňuje zvukový tlak na jeden konec hlemýždě a chrání druhý konec před nárazem zvukových vln. U lidí se tomu říká „ochrana kulatých oken“ a podrobněji se o tom bude mluvit v další části.
Abnormality, jako je impaktní ušní maz (ucpání vnějšího zvukovodu), pevné nebo chybějící kosti, nebo otvory v bubínku obecně produkují vodivou ztrátu sluchu. Vodivá ztráta sluchu může být také důsledkem zánětu středního ucha způsobující nahromadění tekutiny v normálně vzduchem naplněném prostoru. Tympanoplastika je obecný název operace na opravu bubínku středního ucha a kostí. Štěpy ze svalových fascií se obvykle používají k obnově neporušeného ušního bubínku. Někdy jsou umělé ušní kosti umístěny jako náhrada za poškozené, nebo narušený kostní řetěz je přestavěn tak, aby účinně vedl zvuk.
Vnitřní ucho: hlemýžď, vestibul a půlkruhové kanálky
Vlasové buňky jsou také receptorové buňky podílející se na rovnováze, i když vlasové buňky sluchového a vestibulárního systému ucha nejsou identické. Vestibulární vlasové buňky jsou stimulovány pohybem tekutiny v půlkruhových kanálcích a v tkáni a sakule. Vypalování vestibulárních vlasových buněk stimuluje vestibulární část osmého kraniálního nervu.
Ušní dutina může být snadno poškozena. Protože se jedná o chrupavku pokrytou kůží, pouze s tenkou vycpávkou pojivové tkáně, hrubé zacházení s uchem může způsobit dostatečný otok, který ohrozí krevní zásobení jeho kostry, aurikulární chrupavky. Celá tato chrupavková kostra je napájena tenkou krycí membránou zvanou perichondrium (doslova: kolem chrupavky). Jakákoliv tekutina z otoku nebo krev z poranění, která se shromažďuje mezi perichondriem a podkladovou chrupavkou, vystavuje chrupavku nebezpečí, že bude oddělena od její zásoby živin. Pokud části chrupavky hladoví a odumírají, ucho se nikdy neuzdraví zpět do svého normálního tvaru. Místo toho se chrupavka stává hrbolatou a deformovanou. Jedním z termínů používaných k popisu výsledku je Wrestlerovo ucho, protože wrestling je jedním z nejčastějších způsobů, jak k takovému poranění dochází. Květákové ucho je jiný název pro stejný stav, protože zahuštěná aurikula se může podobat této zelenině.
Lalůček ucha (ušní lalůček) je jedna část lidské ušní boltce, která normálně neobsahuje chrupavku. Místo toho je to klín tukové tkáně (tuku) pokrytý kůží. Existuje mnoho normálních odchylek tvaru ušního lalůčku, který může být malý nebo velký. Slzy ušního lalůčku mohou být zpravidla opraveny s dobrými výsledky. Vzhledem k tomu, že neexistuje chrupavka, nehrozí riziko deformity z krevní sraženiny nebo tlakového poranění ušního lalůčku.
Další poranění vnějšího ucha se vyskytují poměrně často a mohou zanechat velkou deformaci. Některé z těch častějších patří, tržné rány od skla, nože, a kousnutí zranění, avulsion zranění, rakovina, omrzliny, a popáleniny.
Poranění zvukovodu může pocházet z petard a dalších výbušnin, a mechanické trauma z umístění cizích těles do ucha. Ušní kanálek je nejčastěji sebetraumatizován z úsilí o čištění ucha. Vnější část zvukovodu spočívá na maso hlavy; vnitřní část spočívá v otvoru kostní lebky (tzv. vnější sluchový meatus). Kůže je velmi odlišná na každé části. Vnější kůže je hustá, a obsahuje žlázy, stejně jako vlasové folikuly. Žlázy tvoří cerumen (také volal ušní vosk). Kůže vnější části se pohybuje trochu, pokud je pinna je tažen; to je jen volně aplikován na podkladové tkáně. Kůže kostního kanálu, na druhé straně, je nejen mezi nejchoulostivější kůže v lidském těle, to je pevně aplikován na podkladové kosti. Štíhlý objekt používá k slepému čistí cerumen z ucha často výsledek místo s voskem je tlačen dovnitř, a kontakt s tenkou kůží kostního kanálu je pravděpodobné, že povede k tržné ráně a krvácení.
Stejně jako poranění vnějšího ucha, poranění středního ucha nejčastěji přichází z poranění výbuchem a vložením cizích předmětů do ucha. Zlomeniny lebky, které procházejí částí lebky obsahující ušní struktury (spánková kost), mohou také způsobit poškození středního ucha. Malé perforace bubínku se obvykle hojí samy, ale velké perforace mohou vyžadovat transplantaci. Vysunutí bubínku způsobí vodivou ztrátu sluchu, kterou lze napravit pouze chirurgickým zákrokem. Násilné vytlačení třmínku do vnitřního ucha může způsobit smyslovou ztrátu sluchu, kterou nelze napravit ani v případě, že se bubínek vrátí do správné polohy. Protože lidská kůže má vrchní vodotěsnou vrstvu odumřelých kožních buněk, které se neustále odlupují, může být vytlačení částí bubínku nebo zvukovodu do středního ucha nebo do hlubších oblastí úrazem zvláště traumatizující. Pokud vytlačená kůže žije v uzavřené oblasti, povrch kůlny se hromadí v průběhu měsíců a let a tvoří cholesteatom. Koncovka -oma tohoto slova označuje v lékařské terminologii nádor, a přestože cholesteatom není novotvar (ale kožní cysta), může rozšiřovat a erodovat ušní struktury. Léčba cholesteatoma je chirurgická.
V průmyslové společnosti existují dva hlavní mechanismy poškození vnitřního ucha a oba poškozují vlasové buňky. Prvním je vystavení zvýšeným hladinám zvuku (hlukové trauma) a druhým je vystavení drogám a jiným látkám (ototoxicita).
V roce 1972 americká EPA sdělila Kongresu, že nejméně 34 milionů lidí je denně vystaveno hladinám zvuku, které pravděpodobně vedou k výrazné ztrátě sluchu. Celosvětové důsledky pro průmyslové země by tuto exponovanou populaci řadily do stovek milionů.
Srovnávací anatomie uší primátů: Člověk (vlevo) a Makak berberský (vpravo).
Už dlouho je známo, že lidé a vlastně i další primáti jako šimpanz, gorila a orangutan mají ušní svaly, které jsou minimálně vyvinuté a nefunkční, ale přesto dostatečně velké, aby byly snadno identifikovatelné. Tyto nevyvinuté svaly jsou zbytkové struktury. O svalu, který z jakéhokoli důvodu nemůže pohnout uchem, se už nedá říci, že by měl nějakou biologickou funkci. To slouží jako důkaz homologie mezi příbuznými druhy. U lidí je variabilita těchto svalů taková, že někteří lidé jsou schopni pohnout ušima různými směry, a bylo řečeno, že jiní mohou takový pohyb získat opakovanými pokusy.
Sluchové orgány jiných než obratlovců
Pouze obratlovci mají uši, i když mnoho bezobratlých je schopno detekovat zvuk pomocí jiných druhů smyslových orgánů. U hmyzu se tympanální orgány používají k zaslechnutí vzdálených zvuků. Nejsou omezeny na hlavu, ale mohou se vyskytovat na různých místech v závislosti na skupině hmyzu.
Jednodušší struktury umožňují členovcům detekovat zvuky v blízkém terénu. Například pavouci a švábi mají na nohou chlupy, které se používají k detekci zvuku. Housenky mohou mít na těle také chlupy, které vnímají vibrace a umožňují jim reagovat na zvuk.
Pinna (Helix, Antihelix, Tragus, Antitragus, Incisura anterior auris, Earlobe) • Ušní kanál • Auriculární svaly
Ušní šelma (Umbo, Pars flaccida)
Labyrint stěna/médium: Oválné okno · Kulaté okno • Sekundární tympanická membrána • Prominence obličejového kanálku • Promontory dutiny tympanické
Mastoidní stěna/posterior: Mastoidní buňky • Aditus na mastoid antrum • Pyramidní eminence
Tegmental stěna / střecha: Epitympanic recess
Malleus (Krk z mallea, Vrchní vaz z mallea, Laterální vaz z mallea, Přední vaz z mallea) · Incus (Vrchní vaz z incusu, Zadní vaz z incusu) · Stapes (Anulární vaz z třmínku)
Stapedius · Tensor tympani
Bony part of pharyngotympanic tube · Cartilage of pharyngotympanic tube (Torus tubarius)
Scala vestibuli • Helicotrema • Scala tympani • Modiolus • Cochlear cupula
Perilymfa • Kochleární akvadukt
Reissnerova/vestibulární membrána • Bazilární membrána
Endolymfa • Stria vascularis • Spirální vaz
Cortiho varhany: Stereocilia • Tektoriální membrána • Sulcus spiralis (externus, internus) • Spirální limbus
Statika/překlady/vestibul/endolymfatický kanál: Utricle (Macula) · Saccule (Macula, Endolymphatic sac) · Kinocilium · Otolith • Vestibulární akvadukt • Canalis reuniens
Kinetické/rotace: půlkruhové kanály (Superior, Posterior, Horizontal) • Ampullary cupula • Ampullae (Crista ampullaris)
Otitis media – Mastoiditida (Bezoldův absces) – Cholesteatoma – Perforovaný ušní bubínek
Otoskleróza – porucha rovnováhy – Ménierova choroba – benigní paroxysmální poziční vertigo – vestibulární neuronitida – vertigo – labyrintitida – Perilymfatická píštěl – syndrom dehiscence nadřazeného kanálu (SCDS)
Vodivá ztráta sluchu – Sensorineurální ztráta sluchu – Presbycusis