Ear anatomy

• Overview of the ear
• Anatomy of the ear
  • Outer ear
    • Pinna
    • Ear canal
  • Middle ear
    • Tympanic membrane (eardrum)
    • Auditory ossicles and muscles
    • Converting sound wave vibrations into inner ear fluid movement
  • Inner ear
    • Cochlea
    • Chambers of the cochlea
    • Organ of corti
• Physiology of the middle ear
  • Concentration of energy
  • Protection of inner ear
  • Coordinating speech with hearing

• Physiology of the inner ear
  • Cochlea hair cells
  • Role of inner hair cells
  • Role of outer hair cells
  • Other components of cochlea physiology
  • Sound transduction
  • Sensory coding
• Equilibrium: Coordination and balance
  • Saccule and utricle
  • The semicircular canals: Detecting rotational acceleration
• Dysfunctions of the ear
  • Deafness
  • Neural prebycusis
  • Vertigo
  • Meniere’s syndrome
• Treatments for hearing loss
  • Hearing aids
  • Cochlear implants

Overview of the ear

The ear is the sense organ that enables us to hear. Hearing can be defined as the perception of sound energy via the brain and central nervous system. Hearing consists of two components: identification of sounds (what the sound is) and localisation of those sounds (where the sounds are coming from). The ear is divided into three main parts – the outer ear, the middle ear, and the inner ear. The inner ear is filled with fluid. The inner ear also contains the receptors for sound which convert fluid motion into electrical signals known as action potentials that are sent to the brain to enable sound perception. Die Schallwellen aus der Luft müssen also zum Innenohr geleitet und dorthin übertragen werden, damit das Hören möglich ist. Die Aufgabe des Außen- und Mittelohrs besteht darin, den Schall an das Innenohr weiterzuleiten. Sie tragen auch dazu bei, den Verlust an Schallenergie auszugleichen, der beim Übergang der Schallwellen von der Luft ins Wasser entsteht, indem sie die Schallenergie während der Schallübertragung verstärken. Neben der Umwandlung von Schallwellen in Nervenaktionspotentiale ist das Innenohr auch für den Gleichgewichtssinn verantwortlich, der mit unseren allgemeinen Fähigkeiten für Gleichgewicht und Koordination zusammenhängt.

Anatomie des Ohres

Außenohr

Das Außenohr dient als Trichter, um Luftschwingungen zum Trommelfell weiterzuleiten. Außerdem hat es die Funktion der Schalllokalisation. Die Schalllokalisation für Geräusche, die von links oder rechts kommen, wird auf zwei Arten bestimmt. Erstens erreicht die Schallwelle das Ohr, das dem Schall näher ist, etwas früher als das andere Ohr. Zweitens ist der Schall weniger intensiv, wenn er das zweite Ohr erreicht, weil der Kopf wie eine Schallbarriere wirkt und die Ausbreitung der Schallwellen teilweise unterbricht. Alle diese Hinweise werden vom Gehirn integriert, um den Ort der Schallquelle zu bestimmen. Es ist daher schwierig, den Schall mit nur einem Ohr zu lokalisieren. Das äußere Ohr besteht aus der Ohrmuschel und dem Gehörgang.

Die Ohrmuschel

Die Ohrmuschel ist ein hervorstehender, hautbedeckter Lappen an der Seite des Kopfes und der äußerlich sichtbare Teil des Ohrs. Sie ist geformt und wird mit Ausnahme des Ohrläppchens von Knorpel gestützt. Die Ohrmuschel sammelt Schallwellen und leitet sie durch Muster auf der Ohrmuschel, die als Wirbel und Vertiefungen bekannt sind, in den äußeren Gehörgang. Seine Form schirmt auch Schallwellen, die von hinten auf das Ohr treffen, teilweise ab, so dass der Mensch unterscheiden kann, ob ein Geräusch direkt von vorne oder von hinten kommt.

Ohrkanal

Der Ohrkanal ist bei Erwachsenen etwa 3 cm lang und leicht S-förmig. Er wird an der Öffnung von Knorpel und auf dem Rest seiner Länge von Knochen gestützt. Die Haut, die den Gehörgang auskleidet, enthält Drüsen, die Sekrete produzieren, die sich mit abgestorbenen Hautzellen vermischen und Cerumen (Ohrenschmalz) bilden. Cerumen trägt zusammen mit den feinen Haaren, die den Eingang zum Gehörgang bewachen, dazu bei, dass Partikel aus der Luft nicht in das Innere des Gehörgangs gelangen, wo sie sich ansammeln oder das Trommelfell verletzen und das Hören beeinträchtigen könnten. Cerumen trocknet normalerweise aus und fällt aus dem Gehörgang. Es kann jedoch manchmal aufschlagen und das Hören stören.

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Mittelohr

Das Mittelohr befindet sich zwischen dem Außen- und Innenohr. Es ist durch das Trommelfell vom Gehörgang des Außenohrs getrennt. Das Mittelohr hat die Aufgabe, die Schwingungen des Trommelfells auf die Innenohrflüssigkeit zu übertragen. Diese Übertragung von Schallschwingungen wird durch eine Kette von beweglichen kleinen Knochen, den so genannten Gehörknöchelchen, die sich über das Mittelohr erstrecken, und die dazugehörigen kleinen Muskeln ermöglicht.

Trommelfell)

Das Trommelfell wird allgemein als Trommelfell bezeichnet und trennt den Gehörgang vom Mittelohr. Es hat einen Durchmesser von etwa 1 cm und ist an seiner Außenfläche leicht konkav (nach innen gewölbt). Es schwingt frei als Reaktion auf Schall. Die Membran ist hochgradig innerviert, was sie sehr schmerzempfindlich macht. Damit sich das Trommelfell frei bewegen kann, wenn Luft auf es trifft, muss der Ruhe-Luftdruck auf beiden Seiten des Trommelfells gleich sein. Die Außenseite des Trommelfells ist durch das Gehörrohr dem atmosphärischen Druck (Druck der Umgebung, in der wir uns befinden) ausgesetzt, so dass der Hohlraum, in dem es sich befindet, die Paukenhöhle, mit den Zellen im Kiefer- und Brustbereich in Verbindung steht. Normalerweise ist die Ohrtrompete abgeflacht und verschlossen, aber beim Schlucken, Gähnen und Kauen wird die Trompete geöffnet, so dass Luft in die Paukenhöhle eindringen oder sie verlassen kann. Durch diese Öffnung der Ohrtrompete kann sich der Luftdruck im Mittelohr dem Atmosphärendruck angleichen, so dass sich die Drücke auf beiden Seiten des Trommelfells angleichen. Ein übermäßiger Druck auf beiden Seiten des Trommelfells dämpft den Hörsinn, da das Trommelfell nicht frei schwingen kann. Wenn sich der Außendruck schnell ändert, z. B. beim Fliegen, kann sich das Trommelfell schmerzhaft wölben, weil sich der Druck außerhalb des Ohrs ändert, während der Druck im Mittelohr unverändert bleibt. Durch Gähnen oder Schlucken öffnet sich in diesem Fall die Ohrtrompete, so dass sich der Druck auf beiden Seiten des Trommelfells ausgleicht und die Druckverzerrung beseitigt wird, während das Trommelfell wieder an seinen Platz zurückspringt“. Da die Ohrtrompete den Kiefer-/Rachenraum mit dem Ohr verbindet, können Infektionen des Rachens relativ leicht auf das Mittelohr übergreifen. Mittelohrentzündungen treten bei Kindern häufig auf, weil ihre Ohrtuben im Vergleich zu Erwachsenen relativ kurz sind. Dies führt zu Flüssigkeitsansammlungen im Mittelohr, die nicht nur schmerzhaft sind, sondern auch die Schallübertragung im Mittelohr stören. Bleibt die Infektion unbehandelt, kann sie sich von den Zellen in der Nähe des Kiefers ausbreiten und eine Meningitis (Entzündung der Hirnhaut) verursachen. Eine Mittelohrentzündung kann auch zur Verschmelzung der Gehörknöchelchen führen, was einen Hörverlust zur Folge hat.

Gehörknöchelchen und Muskeln

In der Paukenhöhle befinden sich die drei kleinsten Knochen und zwei kleinsten Muskeln des Körpers. Die Knochen werden auch als Gehörknöchelchen bezeichnet und verbinden das Trommelfell mit dem Innenohr. Von außen nach innen werden die Knochen Malleus, Incus und Stapes genannt.

• Malleus: Der Malleus ist mit dem Trommelfell verbunden. Er hat einen Stiel, der an der Innenseite des Trommelfells befestigt ist, und einen Kopf, der an der Wand der Paukenhöhle aufgehängt ist.
• Incus: Der Incus ist auf der Seite, die näher am Trommelfell liegt, mit dem Malleus und auf der Seite, die näher am Innenohr liegt, mit dem Stapes verbunden.
• Stapes: Der Steigbügel hat einen Bogen und eine Fußplatte. Diese Fußplatte wird von einem ringförmigen Gewebestück in einer Öffnung gehalten, die als ovales Fenster bezeichnet wird und den Eingang zum Innenohr darstellt.
• Stapedius und Tensor tympani: Der Stapedius ist der Muskel des Innenohrs, der am Steigbügel ansetzt. Der Tensor tympani ist der Innenohrmuskel, der am Malleus ansetzt.

Umwandlung von Schallwellenschwingungen in Bewegung der Innenohrflüssigkeit

Wenn das Trommelfell als Reaktion auf Luftwellen schwingt, wird die Kette der Innenohrknochen mit der gleichen Frequenz in Bewegung gesetzt. Die Frequenz der Bewegung wird vom Trommelfell auf das ovale Fenster (eine weitere Struktur im Ohr) übertragen, wodurch bei jeder Schwingung ein Druck auf das ovale Fenster ausgeübt wird. Dies führt zu wellenförmigen Bewegungen der Innenohrflüssigkeit mit der gleichen Frequenz wie die ursprüngliche Schallwelle. Um die Flüssigkeit in Bewegung zu versetzen, ist jedoch ein größerer Druck erforderlich, so dass der Druck verstärkt werden muss. Diese Verstärkung des Drucks der Luftschallwelle zur Erzeugung von Flüssigkeitsschwingungen in der Cochlea ist auf zwei Mechanismen zurückzuführen. Zum einen ist die Oberfläche des Trommelfells viel größer als die des ovalen Fensters. Zum anderen erhöht die Hebelwirkung der Gehörknöchelchen die auf das ovale Fenster ausgeübte Kraft erheblich. Der durch diese Mechanismen erzeugte zusätzliche Druck reicht aus, um die Cochlea-Flüssigkeit in Bewegung zu versetzen.

Innenohr

Das Innenohr ist der tiefste Teil des gesamten Ohrs und befindet sich an einem Ort, der als knöchernes Labyrinth bekannt ist, einem Labyrinth aus Knochenkanälen, die von einem Netzwerk aus fleischigen Röhren, dem so genannten membranösen Labyrinth, ausgekleidet sind. Zwischen dem knöchernen und dem membranösen Labyrinth liegt ein Flüssigkeitspolster, die Perilymphe, während sich im membranösen Labyrinth selbst eine Flüssigkeit befindet, die Endolymphe. Innerhalb des Innenohrs befindet sich eine Kammer, die Vestibulum genannt wird und eine wichtige Rolle für den Gleichgewichtssinn spielt. Auf das Gleichgewicht wird später in diesem Artikel näher eingegangen. (Gleichgewicht – Koordination und Balance)

Cochlea

Aus dem Vestibulum entspringt die Cochlea, die manchmal auch als Hörorgan bezeichnet wird, da sie der Teil des gesamten Ohrs ist, der Schallschwingungen in die Wahrnehmung des Hörens umwandelt. Die Cochlea hat die Form einer schneckenartigen Spirale, so dass eine längere Cochlea in einen geschlossenen Raum passen kann. Sie ist an der Basis etwa 9 mm breit und 5 mm hoch und windet sich um einen Abschnitt des schwammigen Knochens, den Modiolus. Der Modiolus ist wie eine Schraube geformt, deren Gewinde eine spiralförmige Plattform bilden, die die Cochlea stützt, die fleischig ist und sich nicht selbst tragen kann.

Kammern der Cochlea

Die Cochlea enthält drei mit Flüssigkeit gefüllte Kammern, die durch Membranen getrennt sind. Die obere Kammer, scala vestibule, und die untere Kammer, scala tympani, sind mit Perilymphe gefüllt. Die Scala tympani ist von einem sekundären Trommelfell bedeckt. Die mittlere Kammer ist die Scala media oder der Cochlea-Gang. Sie ist nicht mit Perilymphe, sondern mit Endolymphe gefüllt.

Cortisches Organ

Das Cortische Organ wird von einer Membran, der Basilarmembran, getragen. Es ist etwa erbsengroß und dient als Wandler, der Schwingungen in Nervenimpulse umwandelt. Es besteht aus Haarzellen und Stützzellen. Die Haarzellen haben an ihrer apikalen Oberfläche lange, steife Mikrovilli, die Stereozilien genannt werden. Mikrovilli sind feine haarähnliche Strukturen auf den Zellen, die dazu beitragen, die Zelloberfläche zu vergrößern. Über diesen Stereozilien befindet sich eine geleeartige Membran, die sogenannte Tektorialmembran. Vier Reihen von Haarzellen ziehen sich spiralförmig über die Länge des Corti-Organs. Davon gibt es etwa 3500 innere Haarzellen (IHCs), jede mit einem Cluster von 50-60 Stereozilien, die von kurz bis groß gestaffelt sind. Es gibt weitere 20 000 äußere Haarzellen (OHC), die in drei Reihen gegenüber den IHCs angeordnet sind. Jede OHC hat etwa 100 Stereozilien, die mit ihren Spitzen in die darüber liegende Tektorialmembran eingebettet sind. Diese äußeren Haarzellen passen die Reaktion der Cochlea auf verschiedene Schallfrequenzen an, damit die inneren Haarzellen genauer arbeiten können. Die physiologischen Mechanismen, durch die die Haarzellen in der Cochlea das Gehör erzeugen, werden im Folgenden näher erläutert. (Physiologie des Innenohrs)

Physiologie des des Mittelohrs

Energiekonzentration

Die Funktion der Gehörknöchelchen im Mittelohr besteht darin, die Energie des vibrierenden Trommelfells zu konzentrieren, um eine größere Kraft pro Flächeneinheit am ovalen Fenster zu erzeugen, wie bereits beschrieben.

Schutz des Innenohrs

Darüber hinaus haben die Gehörknöchelchen und ihre angrenzenden Muskeln auch eine Schutzfunktion. Als Reaktion auf ein lautes Geräusch zieht der Tensor tympani das Trommelfell nach innen und spannt es an. Gleichzeitig reduziert der Stapedius die Bewegung des Steigbügels. Diese Aktionen der Muskeln werden als Paukenreflex bezeichnet. Dieser Reflex dämpft die Übertragung von Vibrationen vom Trommelfell zum ovalen Fenster. Es wird angenommen, dass der Trommelfellreflex eine evolutionäre Anpassung zum Schutz vor lauten, sich langsam aufbauenden Geräuschen wie Donner ist. Da er jedoch eine Zeitverzögerung von etwa 40 ms hat, ist er nicht schnell genug, um das Innenohr vor plötzlichen lauten Geräuschen wie Schüssen zu schützen. Auch vor anhaltenden lauten Geräuschen wie Fabriklärm oder lauter Musik schützt es die Ohren nicht ausreichend. Diese Geräusche können die Stereozilien der Haarzellen im Innenohr irreversibel schädigen, was zu Hörverlust führt.

Sprache und Gehör koordinieren

Die Muskeln des Mittelohrs helfen auch dabei, Sprache und Gehör zu koordinieren, so dass der Klang unserer eigenen Sprache nicht so laut ist, dass er unser Innenohr schädigt und leise oder hohe Töne aus anderen Quellen übertönt. In dem Moment, in dem wir zu sprechen beginnen, signalisiert das Gehirn den Mittelohrmuskeln, sich zusammenzuziehen und das Gehör in Abstimmung mit dem Klang unserer eigenen Stimme zu dämpfen. So ist es möglich, andere Menschen zu hören, während wir selbst sprechen.

Physiologie des Innenohrs

Haarzellen der Cochlea

Wie bereits erwähnt, ist die Cochlea das Organ, das die Schallwahrnehmung ermöglicht. Die Physiologie der Cochlea dreht sich um die Funktion der inneren und äußeren Haarzellen der Cochlea.

Rolle der inneren Haarzellen

Die inneren Haarzellen wandeln die mechanische Kraft des Schalls (Vibration der Cochlea-Flüssigkeit) in die elektrischen Impulse des Hörens um (Aktionspotentiale, die akustische Nachrichten an das Gehirn senden). Sie kommunizieren mit Nervenfasern, die den zum Gehirn führenden Hörnerv bilden. Wenn die Freisetzung von Neurotransmittern (chemische Stoffe, die von den Zellen als Reaktion auf Reize freigesetzt werden) aus diesen Haarzellen erhöht wird, erhöht sich auch die Feuerrate in den Nervenfasern. Dies geschieht, wenn die Spannung der Haarzellen positiver wird. Umgekehrt setzen die Haarzellen weniger Neurotransmitter frei, wenn die Spannung der Haarzellen negativer wird, und die Feuerrate in den Nervenfasern nimmt ab.

Rolle der äußeren Haarzellen

Im Gegensatz zu den inneren Haarzellen signalisieren die äußeren Haarzellen dem Gehirn nicht, dass sie Töne empfangen. Stattdessen dehnen sie sich aktiv und schnell aus, wenn sich die Spannungen an der Zellmembran ändern. Dieses Verhalten wird als Elektromotilität bezeichnet. Wenn sich die äußeren Haarzellen ausdehnen, wird die Bewegung der Basilarmembran verstärkt. Es wird angenommen, dass diese Veränderung der Basilarmembran die Stimulation der inneren Haarzellen verbessert und abstimmt. Die äußeren Haarzellen verstärken daher die Rezeptoren der inneren Haarzellen, erhöhen ihre Empfindlichkeit gegenüber der Schallintensität und machen sie in hohem Maße unterscheidungsfähig zwischen verschiedenen Tonhöhen.

Weitere Komponenten der Cochlea-Physiologie

Die Aktivität der inneren und äußeren Haarzellen wird durch verschiedene andere Komponenten innerhalb der Cochlea ermöglicht.

Basilarmembran

Die bereits beschriebene Vibration der Gehörknöchelchen führt schließlich durch eine Abfolge von Kettenreaktionen zur Vibration der Basilarmembran, auf der die Haarzellen ruhen. Während der Vibration der Gehörknöchelchen schwingt der Steigbügel schnell ein und aus, was dazu führt, dass das Basilarmembran nach unten und oben schwingt und das sekundäre Trommelfell nach außen und innen schwingt. Dies kann bis zu 20 000 Mal pro Sekunde geschehen.

Endolymphe

Damit die inneren Haarzellen richtig funktionieren können, müssen die Spitzen ihrer Stereozilien in Endolymphe gebadet werden, die eine außergewöhnlich hohe Kaliumionenkonzentration (K+) aufweist, wodurch ein starker elektrochemischer Gradient (großer Spannungsunterschied) von der Spitze zur Basis einer Haarzelle entsteht. Dieser elektrochemische Gradient liefert die Energie, die die Funktion der Haarzelle ermöglicht. Die Interaktion zwischen Stereozilien und Endolymphe wird weiter unten erläutert. (Stereozilien)

Tektorielle Membran

Die Stereozilien der äußeren Haarzellen sind mit ihren Spitzen in die tektorielle Membran eingebettet, während die Stereozilien der inneren Haarzellen sehr nahe an die Membran herankommen. Die Tektorialmembran ist an einer Struktur namens Modiolus verankert, die sie relativ ruhig hält, während die Basilarmembran und die Haarzellen vibrieren. Die Vibration der Basilarmembran führt daher zu einer Scherung der Haarzellen gegen die Tektorialmembran, wodurch die Stereozilien der Haarzellen hin und her gebogen werden.

Stereozilien

Ein Protein fungiert als mechanisch gesteuerter Ionenkanal an der Spitze jeder Stereozilie der inneren Haarzellen. Außerdem gibt es ein feines, dehnbares Proteinfilament, das so genannte Tip Link, das sich wie eine Feder vom Ionenkanal eines Stereoziliums zur Seite des benachbarten Streoziliums erstreckt. An jeder inneren Haarzelle nehmen die Stereozilien schrittweise an Höhe zu, so dass alle außer den größten Stereozilien Spitzenglieder haben, die zu höheren Stereozilien neben ihnen führen. Wenn sich ein höheres Stereozilium von einem kürzeren wegbiegt, zieht es an dem Spitzenglied, so dass der Ionenkanal des kurzen Stereoziliums geöffnet wird. Die Endolymphe, in der die Stereozilien baden, hat eine sehr hohe Konzentration an K+-Ionen, so dass beim Öffnen des Kanals ein schneller K+-Fluss in jede Haarzelle erfolgt. Dies führt dazu, dass die Spannung der Haarzelle positiv wird, wenn der Kanal geöffnet ist. Wenn das Stereocilium in die andere Richtung gebogen wird, schließt sich der Kanal und die Zellspannung wird negativ. Wenn die Zellspannung positiv ist, setzen die inneren Haarzellen einen Neurotransmitter frei, der die sensorischen Nerven an der Basis der Haarzelle stimuliert. Dies führt zur Erzeugung von Aktionspotentialen im Cochlea-Nerv.

Schalltransduktion

Die oben beschriebene Umwandlung von Schallenergie in ein neuronales Signal, das vom Gehirn als Schallwahrnehmung interpretiert wird, wird als Schalltransduktion bezeichnet. Das folgende Diagramm fasst diesen Prozess zusammen:

Sensorische Codierung

Laute vs. leise Töne

Das Corti-Organ ermöglicht es uns, zwischen verschiedenen Schallintensitäten zu unterscheiden. Laute Töne erzeugen stärkere Vibrationen des Corti-Organs, wodurch eine größere Anzahl von Haarzellen auf einer größeren Fläche der Basilarmembran angeregt wird. Dies führt zu einer hohen Frequenz von Aktionspotenzialen, die im Cochlea-Nerv ausgelöst werden. Intensive Aktivität in den Cochlea-Nervenfasern aus einem breiten Bereich des Corti-Organs wird daher vom Gehirn erkannt und als lauter Ton interpretiert. Umgekehrt werden leise Töne wahrgenommen.

Hohe und tiefe Töne

Die Basilarmembran ermöglicht es uns, zwischen hohen und tiefen Tönen zu unterscheiden. Die Membran wird von kurzen, steifen Fasern unterschiedlicher Länge überspannt. An ihrem unteren Ende ist die Basilarmembran befestigt, schmal und steif. Am oberen Ende hingegen ist sie nicht befestigt, breiter und flexibler. Die Vibration eines Bereichs der Basilarmembran verursacht eine Vibrationswelle, die sich über die gesamte Länge der Basilarmembran und wieder zurück ausbreitet. Dies wird als stehende Welle bezeichnet und ist vergleichbar mit dem Anzupfen einer Saite an einem Ende, wodurch eine Wellenschwingung entsteht (wie bei einer Gitarre). Die Spitzenamplitude der stehenden Welle liegt bei niederfrequenten Klängen nahe dem oberen Ende und bei höherfrequenten Klängen nahe dem unteren Ende. Wenn das Gehirn hauptsächlich Signale von den inneren Haarzellen am oberen Ende empfängt, interpretiert es diesen Ton als tief klingend. Empfängt das Gehirn dagegen hauptsächlich Signale von inneren Haarzellen am unteren Ende, wird der Ton als hoch interpretiert. In der Realität des täglichen Lebens sind Sprache, Musik und andere Alltagsgeräusche keine reinen Töne. Vielmehr erzeugen sie komplexe Schwingungsmuster in der Basilarmembran, die vom Gehirn entschlüsselt und interpretiert werden müssen.

Gleichgewicht: Koordination und Gleichgewicht

Obwohl wir das Ohr als Sinnesorgan für das Hören betrachten, hat es sich ursprünglich nicht zu diesem Zweck entwickelt. Vielmehr war es ursprünglich eine Anpassung an die Koordination und das Gleichgewicht, die als Gleichgewichtssinn bezeichnet werden. Bei den Wirbeltieren haben sich die Hörschnecke, die Mittelohrstrukturen und die daraus resultierende Hörfunktion des Ohrs erst später entwickelt. Beim Menschen sind die Teile des Ohrs, die den Gleichgewichtssinn ermöglichen, der Vestibularapparat (oder das Vestibulum). Dieser besteht aus den drei Bogengängen und den beiden Kammern, dem Sacculus und dem Utrikel. Es gibt zwei Komponenten des Gleichgewichtssinns. Die eine ist das statische Gleichgewicht, das sich auf die Fähigkeit bezieht, die Richtung des Kopfes zu erkennen, wenn sich der Körper nicht bewegt. Die zweite ist das dynamische Gleichgewicht, das sich auf die Wahrnehmung von Bewegung oder Beschleunigung bezieht. Die Beschleunigung kann wiederum unterteilt werden in die lineare Beschleunigung, d. h. die Änderung der Geschwindigkeit (Schnelligkeit) auf einer geraden Linie, und die Winkelbeschleunigung, d. h. die Änderung der Drehgeschwindigkeit des Kopfes. Die Saccula und das Utrikulum erfassen das statische Gleichgewicht und die lineare Beschleunigung, während die Bogengänge nur die Winkelbeschleunigung erfassen.

Saccula und Utrikulum

Sowohl die Saccula als auch das Utrikulum enthalten einen kleinen Bereich von Haarzellen und deren Stützzellen, die zusammen als Makula bezeichnet werden. Die Makula, die senkrecht an der Wand des Sacculus liegt, wird Macula sacculi genannt, während die Makula, die waagerecht auf dem Boden des Utrikulus liegt, Macula utriculi heißt. Jede Haarzelle einer Macula hat etwa 40-70 Stereozilien (Strukturen auf den Haarzellen, die mechanische Reize wahrnehmen) sowie ein echtes Cilium (ein schwanzartiger Zellfortsatz), das Kinocilium. Die Spitzen der Stereozilien und des Kinoziliums sind in eine geleeartige Membran eingebettet, die so genannte Otholithenmembran. Diese Membran wird von Körnchen beschwert, die als Otolithen bezeichnet werden. Die Otolithen tragen zur Dichte und Trägheit der Membran bei und helfen bei der Wahrnehmung von Schwerkraft und Bewegung.

Erkennung der Kopfneigung

Die horizontale Kopfneigung wird von den Macula utriculi erkannt, während die vertikale Kopfneigung von den Macula sacculi erkannt wird. Wenn der Kopf aufrecht steht, drückt die Otolithenmembran direkt auf die Haarzellen, wodurch die Stimulation auf ein Minimum reduziert wird. Wenn der Kopf jedoch geneigt ist, biegt das Gewicht der Membran die Stereozilien und stimuliert die Haarzellen. Jede Ausrichtung des Kopfes führt zu einer Kombination von Stimulationen an den Ohrmuscheln und -säckchen beider Ohren. Die Gesamtausrichtung des Kopfes wird vom Gehirn interpretiert, indem es die Eingaben beider Organe miteinander und mit anderen Eingaben von den Augen und den Dehnungsrezeptoren im Nacken vergleicht.

Erkennung der linearen Beschleunigung

Wenn wir uns aus dem Stillstand heraus vorwärts bewegen, bleibt die schwere Otolithenmembran der Macula utriculi kurz hinter dem übrigen Gewebe zurück. Wenn wir aufhören, uns zu bewegen, bleibt auch die Makula stehen, aber die Otolithenmembran bewegt sich noch einen Moment lang weiter und biegt die Stereozilien nach vorne. Die Haarzellen wandeln dieses Reizmuster in Nervensignale um, die an das Gehirn weitergeleitet und dort interpretiert werden. Dies führt dazu, dass das Gehirn Änderungen der linearen Geschwindigkeit interpretiert (d. h. lineare Beschleunigung erkennt). Wenn wir beginnen, uns aus dem Stand nach oben zu bewegen (z. B. in einem Aufzug), hinkt die Otolithenmembran der vertikalen Macula sacculi kurz hinterher und zieht die Haarzellen nach unten. Wenn wir aufhören, uns zu bewegen, bewegt sich die Otolithenmembran einen Moment lang weiter und biegt die Haarzellen nach oben. Das Gehirn empfängt also Signale von den Macula sacculi und kann so die vertikale Beschleunigung interpretieren.

Die Bogengänge: Erkennen von Drehbeschleunigungen

In jedem der drei Bogengänge befindet sich ein Bogengang. Zusammen erfassen sie die Rotationsbeschleunigung. Zwei Kanäle sind senkrecht und rechtwinklig zueinander angeordnet. Der dritte Kanal liegt in einem Winkel von etwa 30 Grad zur horizontalen Ebene. Die unterschiedlichen Ausrichtungen der drei Kanäle führen dazu, dass je nachdem, in welcher Ebene sich der Kopf dreht, unterschiedliche Kanäle stimuliert werden. Der Kopf kann von einer Seite zur anderen gedreht werden (z. B. Geste „Nein“), von oben nach unten (z. B. Geste „Ja“) oder von einer Seite zur anderen gekippt werden (z. B. Berühren der Ohren an jeder Ihrer Schultern, jeweils eine). Alle Bogengänge sind mit einer Flüssigkeit gefüllt, die Endolymphe genannt wird. Jeder Ductus mündet in den Utrikulus und hat an einem Ende einen erweiterten Sack, die Ampulle. Im Inneren der Ampulle befinden sich Haarzellen und ihre Stützzellen. Diese werden als Crista ampullaris bezeichnet. Eine gallertartige Membran, die Cupula, erstreckt sich von der Crista ampullaris bis zum Dach der Ampulle. Die Stereozilien der Haarzellen sind in die Cupula eingebettet. Wenn sich der Kopf dreht, rotiert der Ductus, aber die Endolymphe in ihm hinkt hinterher. Die Endolymphe drückt daher gegen die Cupula, wodurch sich die Stereozilien biegen und die Haarzellen stimuliert werden. Nach 25-30 Sekunden kontinuierlicher Rotation holt die Endolymphe jedoch die Bewegung des Kanals ein, und die Stimulation der Haarzelle hört auf.

Funktionsstörungen des Ohrs

Taubheit

Taubheit bezeichnet einen vorübergehenden oder dauerhaften, teilweisen oder vollständigen Verlust des Hörvermögens.

Leitungsschwerhörigkeit

Leitungsschwerhörigkeit entsteht, wenn die Schallwellen nicht richtig durch die äußeren und mittleren Teile des Ohrs geleitet werden, um die Flüssigkeit im Innenohr in Bewegung zu setzen. Mögliche Ursachen sind:

• Physikalische Verstopfung des Gehörgangs durch Ohrenschmalz
• Trommelfellriss
• Mittelohrentzündung mit begleitender Flüssigkeitsansammlung
• Einschränkung der Bewegung der Gehörknöchelchen, durch knöcherne Verwachsungen zwischen Steigbügel und ovalem Fenster

Sensorineurale Taubheit

Bei der sensorineuralen Taubheit werden die Schallwellen zwar zum Innenohr übertragen, aber nicht in Nervensignale umgewandelt, die vom Gehirn als Töne interpretiert werden. Der Defekt kann im Corti-Organ oder in den Hörnerven liegen, seltener auch in einigen Bahnen und Teilen des Gehirns.

Neurale Präbyakusis

Neurale Präbyakusis ist eine der häufigsten Ursachen für partiellen Hörverlust. Es handelt sich um einen fortschreitenden, altersbedingten Prozess, der im Laufe der Zeit auftritt, wenn sich die Haarzellen durch Gebrauch „abnutzen“. Selbst die Exposition gegenüber normalen modernen Geräuschen kann die Haarzellen über lange Zeiträume hinweg schädigen. Ein Erwachsener verliert bis zum Alter von 65 Jahren durchschnittlich mehr als 40 % seiner Haarzellen in der Cochlea. Diejenigen Haarzellen, die hochfrequente Töne verarbeiten, sind am stärksten von der Zerstörung bedroht.

Vertigo

Vertigo bezeichnet das Gefühl der Drehung in Abwesenheit des Gleichgewichts – mit anderen Worten Schwindel. Schwindel kann durch Virusinfektionen, bestimmte Medikamente und Tumore wie das Akustikusneurinom verursacht werden. Schwindel kann auch ganz normal durch eine übermäßige Stimulation der Bogengänge entstehen. Bei manchen Menschen kann eine übermäßige Stimulation der Ohrmuschel auch zu Reisekrankheit führen (Autokrankheit, Flugkrankheit, Seekrankheit).

Meniere-Syndrom

Das Meniere-Syndrom ist eine Erkrankung des Innenohrs, die sowohl das Gehör als auch das Gleichgewicht beeinträchtigt. Die Patienten leiden zunächst unter Schwindelgefühlen und Tinnitus (Ohrensausen), später kommt es zu einem Hörverlust im Tieftonbereich. Die Ursachen liegen in der Verstopfung eines Kanals in der Cochlea, der die überschüssige Endolymphe ableitet. Die Verstopfung des Kanals führt zu einem Anstieg des endolymphatischen Drucks und zu einer Schwellung des häutigen Labyrinths, in dem sich die Haarzellen des Innenohrs befinden.

Behandlung von Schwerhörigkeit

Hörgeräte

Hörgeräte können bei der Behandlung von Schallleitungsschwerhörigkeit nützlich sein, sind aber bei Schallempfindungsschwerhörigkeit weniger nützlich. Sie erhöhen die Intensität von Luftschall und können das Schallspektrum so verändern, dass es dem speziellen Hörverlustmuster des Patienten bei höheren oder niedrigeren Frequenzen entspricht. Allerdings muss das System aus Rezeptorzellen und Nervenbahnen noch intakt und funktionsfähig sein, damit der Schall wahrgenommen werden kann, so dass Hörgeräte bei sensorineuraler Taubheit nutzlos sind.

Cochlea-Implantate

Seit kurzem sind Cochlea-Implantate verfügbar. Dabei handelt es sich um elektronische Geräte, die chirurgisch eingepflanzt werden. Sie wandeln Schallsignale in elektrische Signale um, die den Hörnerv direkt stimulieren können, um so ein defektes Cochlea-System zu umgehen. Cochlea-Implantate können das normale Hörvermögen nicht wiederherstellen, aber sie ermöglichen es den Empfängern, Geräusche zu erkennen. Der Erfolg kann von der Fähigkeit, ein klingelndes Telefon zu hören, bis hin zur Fähigkeit, ein Gespräch am Telefon zu führen, reichen.