В мире запахов и звуков

Рязанцев Сергей Валентинович

Шутка молотобойца

«Шутки шути, да оглядывайся»

Русская пословица

На одном из ленинградских заводов имел место такой случай. Один кузнец в обеденный перерыв захотел отдохнуть и улегся на станину кузнечного пресса. Его товарищ решил пошутить и напугать спящего. Он забрался под станину и что было силы ударил по ней молотком. Шутка окончилась плачевно — спящий кузнец оглох.

В чем причина внезапно наступившей глухоты? Каков ее механизм? Чтобы понять это, нам надо разобраться, каким путем звуковая волна достигает внутреннего уха, какие изменения она при этом претерпевает.

В

предыдущей главе мы познакомились с системой среднего уха, барабанной полостью. В одном из дрезденских музеев посетителям предлагают совершить экскурсию по человеческому уху. Муляж гигантских размеров не только воспроизводит строение слухового органа человека, но и показывает процессы, идущие в нем при восприятии звука. Давайте тоже мысленно совершим прогулку по барабанной полости. Так вот, барабанная полость содержит три маленькие косточки, самые маленькие косточки нашего организма. Одна из них напоминает молоток и потому названа молоточком. Действительно, в ней различают рукоятку, головку, шейку. Другая по своему внешнему виду похожа на кузнечную наковальню и названа наковальней. Отдаленно она напоминает зуб с двумя корнями — более длинным и более коротким. Поэтому в этой косточке различают длинный отросток, короткий отросток и тело наковальни. И, наконец, третья косточка называется стремечко, так как похожа на настоящее стремя. Рукоятка молоточка вплетена в барабанную перепонку, головка его соединяется с наковальней, и длинный отросток наковальни — со стремечком. Подножная пластинка стремечка (та часть стремени, куда всадник ставил ногу) помещается в овальном окне лабиринта. Но лабиринт — это уже система внутреннего уха, и о нем вы узнаете чуть позже.

К этим косточкам присоединяются две маленькие мышцы, меньше которых трудно найти в организме. Одна из них присоединяется к стремечку и называется стремянной мышцей, а другая — к рукоятке молоточка и называется «мышца, натягивающая барабанную перепонку», так как при ее сокращении действительно натягивается барабанная перепонка и воспринимаются более слабые колебания. Мы прислушиваемся… натягиваются мышцы и мы различаем звуки, неслышимые раньше. Иногда даже говорят: он напряг слух.

Но далеко не всегда нам надо «напрягать слух». На концертах современных рок-ансамблей это совсем излишне. Даже наоборот — хочется закрыть уши, спрятаться от чрезмерно громких звуков, преследующих нас. Тут снова приходят на выручку мышцы — они сильно-сильно сокращаются, и косточки перестают колебаться совсем. Сработала защитная реакция, наступил блок.

Для чего же нужна столь сложная система звукопроведения? Для усиления звуков. Звуковая волна, пройдя систему среднего уха, многократно усиливается. Усиливается она за счет двух законов механики — закона разницы площадей и закона рычага.

Закон разницы площадей гласит: с уменьшением площади усиливается давление на эту площадь. Представьте себе: лето, по горячему асфальту рядом идут мужчина и женщина. Вес мужчины намного превышает вес женщины, но его туфли-платформы не оставляют следов на расплавленном асфальте. А вот каблучки-шпильки женщины глубоко проваливаются в асфальт. Площадь шпилек намного меньше площади подошвы-платформы, отсюда и результат, наглядно подтверждающий закон разницы площадей. Площадь барабанной перепонки превышает площадь овального окна в 14–18 раз. Следовательно, по закону разницы площадей, звук при прохождении через систему косточек среднего уха усиливается тоже в 14–18 раз.

По закону рычага во сколько раз одно плечо рычага больше другого, во столько раз происходит выигрыш в силе. И молоточек, и наковальня со своими отростками являются своеобразными рычагами. Благодаря особенностям взаимного сочленения косточек среднего уха и их связи с барабанной перепонкой образуется система рычагов с соотношением плеч, равным 1,3:1. Учитывая при этом, что эффективная поверхность барабанной перепонки в 14–18 раз больше площади основания стремечка, с уверенностью можно считать, что звуковое давление у круглого окна улитки усиливается примерно в 20 раз. Эту величину называют коэффициентом передачи звукового давления в среднем ухе.

Интересно отметить, что в ходе эволюции позвоночных животных произошло значительное изменение строения среднего уха. Эта трансформация заключалась в том, что в среднем ухе вместо одной косточки — колумеллы, как, например, у птиц, появилось три — молоточек, наковальня и стремечко, что обеспечило млекопитающих механической системой, увеличивающей давление на мембрану овального окна внутреннего уха по сравнению с давлением на барабанной перепонке.

Вторая функция системы среднего уха — защитная. Для доказательства этого проводился следующий опыт. В клетку помещали двух белых мышей. Одна бегала по клетке, другая спала, усыпленная эфиром. Над клеткой производился выстрел из стартового пистолета. Затем мышей убивали и изучали препараты их среднего уха. У той мыши, которая бегала по клетке, не было обнаружено никаких изменений. Это закономерно — мышцы среднего уха сократились и система косточек не пропустила во внутреннее ухо чрезмерно сильных звуковых колебаний. А вот у мыши, усыпленной эфиром, механизм защиты не сработал, звуковые колебания стартового пистолета усилились в 20 раз вследствие перечисленных законов, достигли чрезвычайной силы, которая полностью разрушила структуры внутреннего уха.

Может быть, аналогичный случай произошел с кузнецом? Нет. Эфирный наркоз принципиально отличается от нормального физиологического сна. Мышечные механизмы защиты при нормальном сне продолжают функционировать. (Если спящего человека ущипнуть за ногу, он ее тотчас же отдернет, как бы крепко он ни спал).

А не существует ли других механизмов звукопроведения? Существует. Помимо воздушного звукопроведения также имеет место костное. При костном звукопроведении звуковая волна идет через костные балки затылочной, теменной или височной кости, передается непосредственно на лабиринт (минуя систему среднего уха) и на его звуковоспринимающие рецепторы. Но дело в том, что мы практически не пользуемся костным звукопроведением. Можно привести лишь отдельные примеры применения звукопроведения по кости. Так Бетховен, когда стал терять слух (на начальных этапах его болезни преимущественно страдала система воздушного звукопроведения), брал в зубы палочку, плотно прижимал ее к деке рояля и только так слышал музыку. При этом звуковые колебания передавались на верхнюю челюсть, скуловую и височную кость и на лабиринт.

В последнее время мы стали использовать систему костного звукопроведения в быту. Костные телефоны, спрятанные за ухо, могут быть использованы и как средство связи в армии (танковые войска, авиация) вместо применявшихся ранее традиционных наушников. При этом можно свободно разговаривать с товарищем по экипажу и в то же время получать команды по костным телефонам.

Для слабослышащих людей отечественная промышленность выпускает слухоулучшающие аппараты, вмонтированные в дужки очков. Такой человек может сказать: «Извините, я надену очки, а то плохо слышу» — и эта фраза не будет шуткой.

В детективных романах встречаются радиопередатчики, спрятанные в пломбе зуба. Хотя таких технических новинок пока не существует, но ничего невозможного в принципе нет — вполне возможно передавать информацию по системе костной проводимости через верхнюю челюсть, а не через слуховой поход.

Но все это появилось только в последние годы. Природой не предусмотрена передача звуковых колебаний через кость, а значит, не предусмотрена система защиты.

Вот мы и подошли к объяснению вопроса, заданного в начале главы; почему оглох молотобоец? Звуковые колебания от сильного удара молотка передались по железной станине кузнечного пресса на затылочную и височную кости спящего человека — непосредственно на лабиринт, и вследствие акустической травмы погибли звуковоспринимающие клетки.