Il Padiglione Auricolare

Per millenni l'uomo non e' riuscito a capire come funzionasse l'orecchio, solo oggi riusciamo a far luce su questo affascinante organo, grazie a particolari strumenti (microscopio elettronico a scansione), siamo riusciti ad andare in profondita' tra le cellule cigliate, là dove risiede il segreto dell'udito. Le regioni dell'orecchio umano sono: orecchio esterno: padiglione uditivo, orecchio medio, ossicini orecchio interno, conclea e labirinto. Il padiglione auricolare rappresenta come noto la parte visibile dell'orecchio ,quella esterna per intenderci,dove le onde sonore vengono focalizzate nel condotto uditivo. Se non avessimo queste strane sculture di cartilagine sentiremmo meno bene, ed inoltre non riusciremo a localizzare i rumori. Quest' ultimo aspetto nella storia dell'evoluzione della vita sul nostro pianeta e'sempre stato molto importante, forse decisivo. Gli animali che si servono dell'udito come principale strumento di sopravvivenza sono dotati di padiglioni uditivi particolarmente sviluppati. Le prede come gli erbivori le utilizzano come sensibili sistemi di allarme, capaci di orientarsi a seconda delle necessita' e delle situazioni, altri come molti mammiferi che vivono in zone particolarmente calde, si pensi agli elefanti per esempio, le usano come veri e propri dissipatori di calore. Tra l'altro la presenza di due padiglioni auricolari consente un ascolto stereo cioe', di sentire le onde sonore e localizzarle tridimensionalmente.

Rumori intensi possono danneggiare
irreversibilmente l'udito

I muscoli dell'orecchio medio

L'industria moderna ha prodotto un mondo pieno di rumori. Il frastuono dei martelli pneumatici, il rombo degli aerei a reazione e il suono assordante delle discoteche sono diventate fin troppo comuni. E'quindi una fortuna che la natura abbia provveduto a dotare l'orecchio umano di un sistema di attenuazione del rumore piuttosto sofisticato, costituito da due piccoli muscoli collegati alla catena di ossicini che connette il timpano alla conclea. Quando questi muscoli si contraggono, smorzano le vibrazioni degli ossicini, riducendo perciò lo stimolo acustico che finisce per raggiungere l'orecchio interno. Sebbene siano muscoli scheletrici o striati(sono in effetti i piu' piccoli muscoli scheletrici del corpo umano), i muscoli dell'orecchio medio non sono muscoli volontari. Si contraggono per via riflessa circa un decimo di secondo dopo che un orecchio o entrambi siano stati esposti a forti suoni provenienti dall'esterno. Le caratteristiche di questo riflesso sono ormai così ben conosciute che le alterazioni rispetto alla risposta normale servono come base per la diagnosi di vari disturbi dell'udito e di alcune patologie neurologiche. I muscoli dell'orecchio medio si contraggono non solo in risposta a forti rumori provenienti dall'esterno, ma anche immediatamente prima che una persona emetta un suono. Questo riflesso prevocale agisce anche quando si parla ,canta o piange in tono molto basso; tuttavia la maggior parte dei dati indica che questo meccanismo serve per proteggere l'orecchio interno dall'affaticamento, da interferenze e da possibili danni causati dalla propria emissione vocale di elevata intensità, che puo' dare luogo a una notevole pressione sonora all'interno del cranio. Il pianto e le grida dei neonati e dei bambini, per esempio,possono giungere agli stessi orecchi di chi li emette con un'intensità paragonabile a quella del frastuono prodotto da un treno che passi nelle vicinanze. Nell'uomo i muscoli dell'orecchio medio non si limitano ad attenuare indifferentemente forti suoni provenienti dall'interno o dall'esterno. I muscoli attenuano principalmente le basse frequenze di un suono molto forte, quelle che tendono a sopraffare le frequenze più elevate. Queste loro proprietà migliora la capacità uditiva , soprattutto nei confronti di quei suoni che contengono molte componenti ad alta frequenza, come la voce umana. Infatti i muscoli consentono di udire la conversazione di altre persone anche mentre noi stessi stiamo parlando.

Il timpano

Al termine del condotto uditivo troviamo il timpano.Il timpano è una membrana sottile, composta da un tessuto particolare: praticamente è come una pelle di tamburo molto tesa, sensibile alle onde sonore che vengono a infrangersi su di essa.Quando un rumore,una voce o una musica provocano queste onde sonore, la membra del timpano vibra e "trasforma" i suoni in una varietà raffinatissima di vibrazioni, che a loro volta creano un movimento meccanico. Queste vibrazioni vengono trasmesse a tre piccoli ossicini,

Gli ossicini composti dalla staffa,
l'incudine ed il martello

i più piccoli di tutto il corpo umano :il martello (che è direttamente a contatto con il timpano),l'incudine e la staffa. Questo sistema di leve puo'amplificare la vibrazione, tanto che quando arriva sulla conclea il segnale e' circa venti volte maggiore.Non solo,ma in caso di rumori troppo forti,gli ossicini riducono i loro movimenti e attenuano i rumori. 

IL labirinto

Veniamo ora a quella curiosa struttura che appartiene all'orecchio interno, ma che non ha nulla a che fare con l'udito : il cosiddetto 'labirinto' che presiede al senso dell'equilibrio. E' un sistema semplice ma estremamente efficente. In pratica si tratta di una specie di strumento per il calcolo della posizione nello spazio, che si trova proprio nella parte piu' interna dell'orecchio e che comunica al cervello tutti gli spostamenti della nostra testa. Voi come avreste fatto per costruire un tale strumento? Consideriamo una struttura di plastica trasparente, costiuita da tre anelli vuoti all'interno e ad angolo retto l'uno rispetto agli altri. Questi anelli rappresentano le tre dimensioni dello spazio: larghezza, altezza, profondità. Supponiamo che all'interno si trovino delle palline:a ogni movimento esse si sposteranno in base alla legge di gravita'. In geometria (forse lo ricordate dai compiti di scuola) se si posseggono dati su queste tre dimensioni si possono calcolare molte cose.

Il labirinto e la conclea

Se noi fornissimo ad un matematico (oppure introducessimo in un computer) l'elenco di tutti gli spostamenti delle palline,questi saprebbe ricostruire esattamente quali sono stati i movimenti della struttura che le contiene. Ebbene, e' proprio l'operazione che compie il nostro cervello grazie alle informazioni dell'orecchio interno. Nella realta' il labirinto e' molto piccolo,soltanto 1 cm circa. Quando noi muoviamo la testa, tutta la sua struttura naturalmente segue il movimento. All'interno del labirinto pero' non ci sono delle palline che rotolano, ma qualcosa di molto simile. Anzi di ancor piu' raffinato. Il microscopio elettronico ci permette di vedere delle cellule provviste di ciglia, simili a quelle che avevamo visto nella conclea. Anch'esse sono immerse in un liquido che qui assume una consistenza gelatinosa, ma, a differenza di quelle, si muovono per gravita'. In questa zona centrale ci sono, insieme alle ciglia,addirittura anche delle pietruzze, chiamate "Otoliti"(pietre dell'orecchio), che sono costituite da una sostanza calcarea, e che si spostano seguendo i movimenti della testa,trascinando con se' le cellule cigliate. Sotto le cellule dell'equilibrio si trovano delle terminazioni nervose,che vengono eccitate da questi movimenti e trasmettono automaticamente dei segnali al cervello(soprattutto al cervelletto, che presiede alla funzione dell'equilibrio). Siccome questo avviene contemporaneamente in migliaia di cellule situate un po' dovunque nel labirinto, e ogni cellula segnala cosa sta accadendo intorno a sè, il cervelletto riceve ed immagazina una grande quantita' di segnali. E da quel bravo computer che è, calcola immediatamente le variazioni che sono intervenute nella posizione del labirinto, e ai vari muscoli del corpo per riequilibrare la situazione. E'in questo momento che noi possiamo ogni volta e immediatamente reagire nella maniera giusta per ritrovare in modo automatico l'equilibrio perso. Noi non ci rendiamo assolutamente conto del terremoto che provochiamo all'interno del labirinto ogni volta che muoviamo la testa ,ad esempio quando facciamo capriole e giravolte o quando saliamo su una giostra al luna park. I liquidi del labirinto vengono continuamente sballottati e talvolta le cellule mettono a dura prova la capacità di risposta del cervello, che deve inviare al sistema muscolare i comandi adatti per compensare il movimento e permettere al corpo di ritrovare il giusto equilibrio. Esistono cioè limiti alla sopportazione alle rapide variazioni di posizione oltre i quali il sistema va in crisi. E' per questo che gli astronauti vivono in una situazione insolita anzi estrema per l'esperienza umana. In assenza di gravita',alle cui leggi i liquidi non possono piu' obbedire, si puo' creare confusione nel cervello, che provoca quelle nausee costanti che gli astronauti ben conoscono. Ed è per questa ragione che gli astronauti vengono selezionati anche in base alla resistenza del loro labirinto. All'Universita' dell'Oregon, a Portland, un'equipe di ricercatori sta studiando il problema per conto della NASA ; le loro indagini, almeno si spera, potrebbero consentire anche di trovare nuove terapie per coloro che soffrono di vertigini e perdita dell'equilibrio. Il punto centrale delle ricerche è il rapporto esistente fra il labirinto e i movimenti degli occhi. Gli astronauti vengono legati su speciali sedili e fatti ruotare in tutte le direzioni: una telecamera riprende e misura gli spostamenti degli occhi provocati da bruschi cambiamenti di posizione. Quando il labirinto viene disturbato, infatti, gli occhi cominciano a cercare, con una caratteristica danza, un nuovo punto di riferimento. Durante questa ricerca scatta il 'mal di spazio'. Il cervello riceve, cioe, le informazioni sbagliate e rimane, per cosi dire 'intossicato'. E qusta intossicazione da informazioni proprio come quella alimentare, genera la nausea. Nello spazio il funzionamento del labirinto entra in crisi per l'assenza di gravita'. La gravità infatti e' infatti il punto di riferimento centrale per l'organo dell'equilibrio, cioè una specie di filo a piombo cui tutti i movimenti del corpo vengono riferiti. Quando gli astronauti si trovano nello spazio, quindi, perdono quel filo a piombo rappresentato dalla gravità e devono crearsi un nuovo sistema di riferimento spesso non e'abbastanza accurato e genera sensazioni contraddittorie : si verifica cosi' il mal di spazio.

La Conclea

 La sua forma ricorda il guscio di una lumaca (da cui anche il significato latino del termine), con un canale spirale avvolto introno ad un nucleo di forma conica. La coclea di destra presenta un avvolgimento in senso antiorario, mentre quella di sinistra in senso orario. Si divide in tre scale, o rampe: scala vestibolare, scala media (che prevede il condotto cocleare) e la scala timpanica, divise da membrane. La scala vestibolare e la timpanica sono messe in comunicazione dall'elicotrema e sono piene di perilinfa con l'unica funzione di trasmettere le vibrazioni che provengono dalla catena degli ossicini alla scala media nella quale è posto l'organo del corti, il vero organo neuro-sensoriale uditivo, responsabile della trasduzione dell'impulso cinetico in elettro-chimico. La funzione della coclea è duplice: trasmettere le vibrazioni generate dalle onde sonore all'Orhanodel Corti deputato alla ricezione sonora e captare i suoni proprio grazie a quest'organo terminando quindi l'organo dell'udito con il passaggio da vibrazione ad impulso nervoso. La ricezione delle onde sonore parte dalle vibrazioni del timpano dopo il passaggio nel condotto uditivo esterno. Tali vibrazioni si ripercuotono sulla catena degli ossicini che, agendo come una leva, aumenta di 1,2 volte l'energia per unità di area, energia che aumenta ulteriormente di 17 volte grazie alle dimensioni più ridotte della finestra ovale rispetto al timpano. Questo permette di vincere l'inerzia della perilinfa contenuta nella coclea generando onde di pressione che si ripercuotono quasi contemporaneamente in tutte le parti della chiocciola. Si genera quindi uno spostamento di una piccola quantità di liquido che si ripercuote in una sollecitazione della membrana basilare.In base al tipo di innervazione si è capito che le cellule implicate nella ricezione di stimoli acustici sono le cellule acustiche interne in quanto riceventi fibre afferenti del nervo cocleare. Le cellule acustiche esterne, in base ad osservazioni su animali che presentavano difetti in tali strutture, non sembrano essere fondamentali per la trasduzione del suono, ma bensì per la sensibilità di essi e la discriminazione della frequenza. In generale circa il 90% delle cellule del ganglio spirale si mettono in rapporto con le cellule acustiche interne e ciascuna cellula interna riceve afferenza da circa una decina di neuroni gangliari del I tipo (fenomeno detto di convergenza).
Nelle cellule acustiche esterne, invece, un neurone gangliare del II tipo ne innerva circa una decina (generando il fenomeno della divergenza). Captazione delle varie frequenza La membrana basilare con la sua struttura crea una discriminazione piuttosto grezza delle frequenze (detta anche sintonizzazione passiva) che viene migliorata dalle cellule acustiche (tramite la sintonizzazione attiva). Sintonizzazione passiva All'interno della coclea la membrana basilare (su cui poggia l'Organo di Corti) presenta spessore, massa e rigidità diverse a man mano che si sale dalla base all'apice della chiocciola: queste differenza generano vibrazioni diverse e quindi capacità di captare diverse frequenze. Questa viene detta organizzazione tonotopica della coclea e si ripercuote anche in tutte le vie acustiche nervose dove, specifiche regioni sono deputate alla coordinazione e ricezione di specifiche frequenze. Nell'uomo lo spettro delle frequenze in grado di eccitare l'apparato uditivo varia da 0,1 a 20 khz.Ogni onda si propaga all'interno della coclea fino al punto di massima ampiezza (cioè dove viene meglio recepita): per quanto riguarda la conformazione della coclea umana le frequenze più alte sono meglio captate nella parte basale, a differenza di quelle basse che trovano il punto di massima ampiezza apicalmente.

La sintonizzazione attiva si basa sulle differenze di composizione molecolare delle membrane sensitive, sulla forma e sulla lunghezza delle stereociglia: ciglia più lunghe sono sensibili alle basse frequenze, mentre ciglia più corte alle alte. In questo sono implicate le cellule acustiche esterne che riescono ad operare cambiamenti di lunghezza in base a stimoli elettrici di frequenza di molte migliaia di cicli al secondo. Tale mobilità sembra dipendere dalle modificazioni conformazionali delle proteine di membrana. Tali cellule sembrano regolare inoltre la sensibilità delle cellule acustiche interne.

Sintonizzazione passiva:
All'interno della coclea la membrana basilare (su cui poggia l'Organo di Corti) presenta spessore, massa e rigidità diverse a man mano che si sale dalla base all'apice della chiocciola: queste differenza generano vibrazioni diverse e quindi capacità di captare diverse frequenze. Questa viene detta organizzazione tonotopica della coclea e si ripercuote anche in tutte le vie acustiche nervose dove, specifiche regioni sono deputate alla coordinazione e ricezione di specifiche frequenze. Nell'uomo lo spettro delle frequenze in grado di eccitare l'apparato uditivo varia da 0,1 a 20 kHz.
Ogni onda si propaga all'interno della coclea fino al punto di massima ampiezza (cioè dove viene meglio recepita): per quanto riguarda la conformazione della coclea umana le frequenze più alte sono meglio captate nella parte basale, a differenza di quelle basse che trovano il punto di massima ampiezza apicalmente.Gli spostamenti di fluido generano dei movimenti della membrana basilare che si ripercuono nell'organo del Corti in modo tale che l'organo e la sovrastante membrana tectoria deflettano le stereociglia delle cellule acustiche che portano a cambiamenti del potenziale di membrana,in maniera molto simile a quello che accade nelle cellule ciglia dell'apparato vestibolare.
Questi cambiamenti vengono percepiti dal cervello come un cambiamento di frequenza di scarica delle fibre afferenti del nervo vestibolare e tali informazioni vengono poi confrontate con segnali visivi o somatosensitivi che permettono di rilevare la posizione della testa.
Funzionamento microscopico:
In pratica qualsiasi trasmissione nervosa dipende dal potenziale di membrana che viene modificato dalla composizione ionica presente a livello della membrana stessa. All'apice di ogni stereociglia sono presenti diversi canali ionici il cui grado di apertura può aumentare o diminuire in base al movimento delle stereociglia stesse: una deflessione verso la fila più alta provoca un aumento dell'apertura (depolarizzazione), mentre un movimento verso le file più basse ne provoca una riduzione (iperpolarizzazione)