L’impedenza fisica ed acustica e la sua funzione nell’orecchio medio A cura di Gabriele Delosa e Salvatore Picardi Web Site: www.audioprotesisti.tk

Indice: Concetto di Impedenza Fisica Concetto di Impedenza Acustica Equazioni ed esempi fisici Misure fondamentali Impedenza Assoluta e Relativa Impedenziometria e tecniche Varie curve timpanometriche Dinamica dell’orecchio medio

Concetto di impedenza fisica E’ l’impedimento o resistenza offerta dalle strutture dell’orecchio medio al passaggio del suono E’ espressa come il rapporto tra i moduli di Pressione e Velocità ed è una funzione reale in quanto rapporto tra due funzioni sinusoidali Z = P/V cioè Z = Pascal/m/s Unità di misura S.I. = Ohm acustico

Nell’Acustica: Anche nell’acustica come nella fisica esiste un rapporto di proporzionalità tra Pressione e Velocità. Infatti a bassa impedenza con poca pressione si ottengono notevoli velocità mentre se c’è alta impedenza occorre una pressione elevata per ottenere velocità apprezzabili

Si basa su 3 principi: Generazione Propagazione Ricezione In cui si ha lo spostamento di onde sonore ed il fenomeno del trasporto dell’energia meccanica A questo proposito molti studiosi hanno detto la loro sulla concetto di propagazione delle onde sonore

Equazioni ed esempi fisici: Equazione di D’Alambert Tubo di Kundt Tubo di Quinke Impedenza in funzione di 3 variabili Ponte di Zwislocki Ponte di Madson

Equazione di D’Alambert: Il moto di un qualsiasi sistema di corpi, la risultante delle forze attive è uguale alla risultante delle reazioni cinetiche, definite come il prodotto della massa di ciascun punto per la sua accelerazione. L'importanza di questo principio consiste nel fatto che permette di ricondurre qualsiasi problema dinamico a un problema di statica. Le sue Réflexions sur la cause générale des vents (1746) contengono la prima concezione del calcolo delle equazioni differenziali alle derivate parziali, sviluppata poi nella formulazione dell'importante equazione delle corde vibranti, detta anche equazione di d'Alembert. Equazione di D'Alambert o equazione delle onde che descrive appunto la propagazione dei campi come sistemi di onde caratterizzati da una velocità (di propagazione) v=c=(e0m0)-1/2=3·108 m/sec. (nel vuoto).

Tubo di Kundt: Il tubo di Kundt sfrutta il fenomeno della risonanza. E' costituito da un tubo di vetro con uno stantuffo mobile; all'interno vi è, distribuita uniformemente per tutta la sua lunghezza, della polvere di lìcopodio o di sughero. Per una determinata posizione dello stantuffo, il suono prodotto da un diapason in prossimità dell'imboccatura risulta notevolmente rinforzato. La formazione di onde stazionane è evidenziata dalla formazione di nodi e ventri sulla polvere la cui distanza permette di fare valutazioni di frequenza o di velocità del suono.

Tubo di Quinke: E' un tubo con due diramazioni, una di lunghezza fissa e l'altra di lunghezza variabile, e due aperture. Ponendo un diapason in vibrazione in prossimità di un'apertura, si osserva che, per opportune posizioni del braccio variabile il suono, all'apertura opposta, risulta amplificato, per altre risulta indebolito

Ponte di Zwislocki e Feldman: Deriva dal ponte di Metz e rassomiglia ad una siringa metallica formato da due tubi di ugual diametro, collegati ciascuno ad una propria estremità con un terzo tubo ad Y. Uno dei tubi è introdotto a tenuta ermetica nel c.u.e mentre l’altro può variare la propria impedenza ad esempio cambiando la propria lunghezza. Se si inviano simmetricamente nei tubi per mezzo di un piccolo trasduttore delle onde sonore di uguale ampiezza che saranno di fase opposta, esse verranno riflesse quando giungeranno al fondo dei due tubi. La quantità di energia riflessa dal lato corrispondente al c.u.e dipenderà dall’impedenza della membrana timpanica. Il sistema di misura potrà essere messa in equilibrio aggiustando l’impedenza variabile del tubo opposto fino ad eguagliare il valore nelle due sezioni.

Si vengono cosi a creare nei due tubi delle onde stazionarie, dovute alla combinazione dell’onda incidente e dell’onda riflessa, la quale ultima rappresenta la frazione di energia non utilizzata dall’orecchio. Allorchè il dispositivo dell’impedenza variabile è regolato in modo che i due treni di onde stazionarie si annullino a vicenda per l’opposizione di fase, al punto d’incontro del tubo ad Y si avrà una zona nodale di silenzio e quindi non si udrà nessun suono in corrispondenza di uno stetoscopio posto in quella sede. L’impedenza dell’orecchio medio potrà essere letta sull’apparecchio, rapportata allo spostamento della sezione mobile del sistema. Adoperando toni sonda fino a 1000 Hz di frequenza si possono ottenere i vaoli dei volume del c.u.e, della compliance e della resistenza della membrana timpanica (imp. Assoluta).

Meccanismo:

Orecchio medio: I suoni vengono trasmessi alla coclea attraverso una piccolo "trasformatore" meccanico, formato dal timpano e da una catena di tre ossicini (martello, incudine e staffa), il quale provvede a tradurre le vibrazioni sonore raccolte dall'orecchio in variazioni di pressione del fluido cocleare. Analogamente ai trasformatori di corrente elettrica, questo dispositivo funziona in modo da assicurare un buon trasferimento di energia acustica. Grazie al grande rapporto tra la superficie del timpano e quella della finestrella elastica su cui si appoggia la staffa (circa 35 nell'orecchio umano), all'effetto leva esercitato dal sistema degli ossicini (rapporto = 1.32 circa) e a un terzo effetto dovuto al rigonfiamento del timpano (guadagno = 4 circa), la pressione applicata alla staffa, in condizioni statiche, risulta circa 185 volte maggiore di quella applicata al timpano. Chiaramente, l'entità dello spostamento alla staffa risulta inferiore di quello del timpano. In condizioni dinamiche, l'orecchio medio trasferisce meglio suoni di frequenze prossime a 1000 - 2000 hertz, e via via meno bene quelli di bassa e alta frequenza, a causa delle risonanze che si producono  nella cavità in cui hanno sede i componenti dell'orecchio medio.

Studio del riflesso stapediale ORECCHIO MEDIO IMPEDENZOMETRIA Studio del riflesso stapediale Timpanometria

Pressione nel CUE (indotta) espressa in mm H20 (oppure daPa) ORECCHIO MEDIO TIMPANOMETRIA Picco di “compliance”, espressione del funzionamento ottimale del sistema, espresso in mho Pressione nel CUE (indotta) espressa in mm H20 (oppure daPa)

Versamento endotimpanico o esiti cicatriziali di notevole entità ORECCHIO MEDIO TIMPANOMETRIA Versamento endotimpanico o esiti cicatriziali di notevole entità Stenosi tubarica Timpanogrammi patologici dipendenti da malfunzione tubarica

Disgiunzione ossiculare ORECCHIO MEDIO TIMPANOMETRIA Disgiunzione ossiculare Irregolarità cicatriziali della MT, senza particolare significato clinico Timpanogrammi patologici non dipendenti da malfunzione tubarica

Timpanometria: Essa ci informa su: comportamento della membrana timpanica e della catena ossiculare; pressione vigente nella cavità timpanica; funzionalità tubarica. L'esame consiste nell'inserire preliminarmente un'oliva a tenuta nel condotto uditivo esterno (c.u.e.) a cui raccordiamo una sonda connessa con tre tubicini: il primo immette un tono continuo a bassa frequenza (220 Hz) con intensità pari a 65 db HL, registrato da un microfono, collocato nel secondo tubicino: il terzo provoca l'escursione pressoria nel c.u.e. (di solito ± 200 mm H2O). Nel corso dell'escursione pressoria è registrato il comportamento dinamico dell'orecchio medio (timpanogramma). Il punto di minima impedenza (o massima compliance) corrisponde al valore di equilibrio tra pressione esterna indotta nel c.u.e. e pressione dell'orecchio medio.

I parametri che vengono considerati sono: picco (punto di massima compliance); ampiezza; morfologia. Le curve timpanometriche (con tono sonda a 220 Hz) si distinguono in : Tipo A: picco centrato intorno allo 0 pressorio e morfologia a campana. Sue varianti sono l'As, con ampiezza minore (sarebbe tipico dell'otosclerosi) e l'Ad, con ampiezza maggiore (sarebbe tipico delle interruzioni di catena). Tipo B: curva timpanometrica piatta. Si osserva nei versamenti endotimpanici e nella timpanosclerosi marcata (fig. 1). Tipo C: aspetto a campana. ma picco spostato verso i valori negativi di pressione (< 100-150 mm H2O). Esprime uno stato di depressione endotimpanica (fig. 2). Tipo P: aspetto a campana, con picco spostato verso i valori positivi (di raro riscontro) . A queste morfologie, Liden (con tono-sonda a 800 Hz) ha aggiunto: Tipo D: morfologia a W (fig. 2). Tipo E: morfologia a gobba di cammello (fig. 2). Tali aspetti esprimerebbero grossolane alterazioni fibro-calcaree della membrana timpanica, esiti di cofochirurgia, interruzioni della catena ossiculare

Reflessologia Stapediale: La contrazione riflessa dello stapedio dopo stimolo acustico si basa su un arco polisinaptico cocleo stapediale in cui la porzione afferente è data dal nervo acustico e la parte efferente dai nuclei motori del faciale, dal suo tronco e dal ramo per il muscolo stapedio. La parte centrale del riflesso si colloca a livello troncoencefalico. Lo stimolo necessario ad evocare la contrazione riflessa dei muscoli stapedii (ipsi e controlaterale allo stimolo sonoro) è di entità sopraliminare (70-80 dB HL). La contrazione dello stapedio determina un irrigidimento del sistema. con aumento dell'impedenza registrata a livello della membrana timpanica. A scopo clinico, i dati forniti dalla reflessologia stapediale sono di varia natura. Essa può darci informazioni: sullo stato funzionale dell'orecchio medio; sull'orecchio interno e sul nervo acustico; sui centri neurali coinvolti nell'arco riflesso.

parametri da considerare sono: soglia del riflesso: livello di intensità dello stimolo a cui compare il riflesso (in dB HL o SPL); latenza, tempo di salita, ampiezza del riflesso; valutazione della soglia differenziale con l'audiometria tonale liminare (test di Metz); valutazione dell'adattamento perstimolatorio (test di Anderson); L'esame è condotto con stimolo sopraliminare (ipsi o controlaterale) alle frequenze da 500 a 4.000 Hz, oltre che con rumore bianco. Nelle ipocausie trasmissive ed in quelle retrococleari. se si evoca il riflesso, la soglia sarà pari alla soglia audiometrica tonale aumentata di 70-80 dB; nelle ipoacusie percettive cocleari (se si evoca il riflesso) la soglia risulterà aumentata di un valore inferiore a quello atteso (test di Metz positivo), ponendosi 30 SO db al di sopra della soglia audiometrica, quale espressione del fenomeno del recruitment. L'adattamento perstimolatorio è valutato con il test di Anderson (Tone Decay Test: T D.T.), inviando per 10" il tono alla frequenza di 500 o 1 .000 Hz a l0 dB al di sopra della soglia reflessogena. Nelle ipoacusie retrococleari da sofferenza del nervo acustico, la variazione di impedenza indotta non sarà mantenuta per tutta la stimolazione, ma si ridurrà del 50% entro 5".

ORECCHIO MEDIO Impedenza: opposizione di un sistema ad essere attraversato da un’energia Nel caso di un’energia sinusoidale come l’onda sonora l’impedenza è composta da: - resistenza: componente fissa (attrito) - reattanza: componente variabile in funzione della frequenza dell’onda R. di rigidità: diminuisce con l’aumentare della frequenza R. di massa: aumenta con l’aumentare della frequenza