modelo teorico de la fisiologia de la membrana timpanica - cacavelos

7/24/2019 Modelo Teorico de La Fisiologia de La Membrana Timpanica - Cacavelos

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paper ID: 0415 /p.1

Modelo terico de la fisiologa de la membrana timpnica

S. Tiesoa, A.M. Saavedra

a, L.V. Fantini

a, N.F. Cacavelos

a, N. Casco Richiedei

a,

F. Messinaa, R. Fernandez Arcani

a

aGrupo de Fisiologa Auditiva, Universidad Nacional de Tres de Febrero, Valentn Gmez 4828/38, Caseros,

Argentina, [email protected]

RESUMEN:La superficie efectiva de la membrana timpnica (TM) define la cantidad de energa acstica querecibe y transfiere a la cadena de huesecillos, y se ha tomado como parmetro de anlisis en el estudio de la

funcin adaptadora de impedancias del odo medio. Los estmulos sonoros a nivel de presin sonora umbral,

crean en el odo medio la necesidad de transferir al contenido coclear la totalidad de la potencia incidente en la

superficie externa de la TM. Para que ello ocurra, el odo medio debe aumentar al mximo su poder

multiplicador de presin eficaz en la ventana oval, respecto de la presin que afecta a la TM. Sin embargo, no es

conveniente transferir la totalidad de la energa incidente en la TM al odo interno cuando los niveles de presin

sonora son elevados, ya que los mismos son dainos para las clulas ciliadas. El presente trabajo presenta un

modelo terico-fsico anlogo a este mecanismo de transferencia de la TM. Es as que, cuando el odo es

estimulado a nivel de presin umbral, la impedancia propia de la TM, en trminos de mecnica, se asemeja a una

pequea resistencia con mnimo componente reactivo elstico. Por otra parte, a elevado nivel de presin sonora,

presenta una elevada elasticidad y resistencia, afectando fundamentalmente la transmisin de potencia al mango

del martillo.

KEYWORDS:

Fisiologa auditiva, Membrana timpnica.


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IX Congreso Iberoamericano de Acstica, FIA2014 paper ID: 0415 /p.2

1. INTRODUCCIN

A nivel de presin sonora umbral, el mecanismo multiplicador de presin eficaz del odomedio transfiere al contenido coclear la totalidad de la potencia acstica incidente en la

superficie externa de la membrana timpnica. Pero a niveles de presin sonora elevados,

mantener dicha multiplicacin de presiones podra ser daino para las clulas ciliadas. Es por

esto que dicha funcin multiplicadora se modifica dependiendo del nivel de presin sonora al

cual es sometido, actuando as como un control de ganancia y contribuyendo al rango

dinmico al sistema auditivo. En trminos de impedancia mecnica, a nivel de presin sonora

umbral, la membrana timpnica se asemeja a una pequea resistencia con mnimo

componente reactivo elstico, transmitiendo casi la totalidad de la potencia al mango del

martillo. En cambio con el aumento del nivel de presin sonora no slo aumenta el

componente resistivo, sino que tambin se presenta una fuerte reactancia elstica, lo cual

afecta considerablemente a la transmisin de potencia al odo interno.

2. CONCEPTOS PREVIOS

La pared externa de la caja del tmpano est formada por un reborde seo que se denominasurco timpnico. Este delimita un orificio cerrado por la membrana timpnica y este establece

la frontera entre el odo medio y externo. El marco timpnico no es parejo sino un tanto

deformado y recibe en toda su extensin a la membrana del tmpano, la cual se inserta

mediante el rodete anular de Gerlach, siendo un engrosamiento perifrico mediante el cual la

membrana se agarra al marco timpanal. Sobre la membrana se enfunda el mango del martillo

que agarra a la membrana en el ombligo y la vuelve cncava hacia afuera. El ombligo esta untanto por debajo del centro fsico de la membrana timpnica.

Figura 1:Anatoma de la membrana timpnica

Por encima del martillo se encuentra la parte ms delgada de la membrana, la cual es

translcida y se denomina pars flcida o membrana de Scharpnell formando un tringulo


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invertido sobre el mango del martillo. Al resto de la membrana se la denomina pars tensa o

Condensa y ambas se dividen mediante los ligamentos timpanomaleolares anteriores y

posteriores.

La membrana es trilaminar, y est formada por distintas clases de fibras que varan en

rigidez y posicin en la membrana. Las mismas son las encargadas de entregar elasticidad y

resistencia a la membrana con lo que el estudio de la deformacin de las mismas resulta

indispensable para la descripcin de la impedancia mecnica de la membrana, lo que permite

realizar un anlisis en trminos de transmisin de potencia acstica a la cadena oscicular.

Las fibras se categorizan en: parablicas, radiales, anulares, circulares y semilunares .

Figura 2:Fibras que componen la membrana timpnica.

Las caractersticas fsicas de la membrana timpnica permiten un incremento de lapresin eficaz sobre la ventana oval. La diferencia de tamao en el orden de 20 a 1 existente

entre las membranas provoca que la presin que acta sobre la ventana oval sea hasta 24

veces mayor que en la membrana timpnica. A este mecanismo se lo denomina funcin

adaptadora de impedancias del odo medio. Esto es as porque la cadena de huesecillos y la

relacin de reas de las ventanas funcionan en su conjunto como un transformador mecnico

que adapta la impedancia acstica del odo externo con la impedancia hidromecnica del odo

interno. Diversos estudios muestran que dicha adaptacin se encuentra en funcin de la

frecuencia e intensidad estmulo y vara en cada especie. Hecho que implica la disminucin de

dicha adaptacin para niveles de presin sonora elevados.Los modelos de acoplamiento del movimiento entre la membrana timpnica y la

cadena de huesecillos pueden ser clasificados en movimientos modales y superficiales de la

membrana timpnica.

Diversas mediciones realizadas con tcnicas de interferometra y holografa mostraron

que la membrana timpnica presenta un movimiento complejo caracterizado por modos

normales de vibracin por encima de 1 kHz con la correspondiente aparicin de diferencias de

fase entre distintas zonas de la membrana. Por debajo de esta frecuencia presenta un

movimiento ms homogneo, mostrando su mayor desplazamiento en la zona posterior

superior y sin diferencias de fase apreciables entre las distintas zonas.


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Existen diversos estudios que permiten un anlisis de la respuesta en frecuencia del

odo medio. La timpanometra fue introducida como una herramienta clnica a mediados de

1940, y es un estudio mediante el cual es posible conocer indirectamente el estado de la

cadena oscicular. Esto es gracias a la posibilidad de medicin de la complianza que lamembrana timpnica junto con la cadena oscicular presenta ante una variacin de presin

esttica en el canal auditivo.

El estudio de Wide Band Reflectance (WBR) fue descripto por primera vez en los

aos 80, presentando nuevo un equipamiento y mtodos de medicin, perfeccionando as la

adquisicin y representacin de los datos obtenidos por los impedanciometros.

El principio de medicin de la timpanometra y la WBR es el mismo. El odo es

estimulado y con un micrfono insertado en el canal auditivo externo y sellado en el mismo,

se capta la magnitud de la onda reflejada proveniente del tmpano. La impedancia que el

tmpano y la cadena oscicular presentan en su conjunto puede ser expresada en trminos de la

relacin entre energa incidente y reflejada.

Estudios realizados con la tcnica de WBR demuestran que la respuesta normal de la

membrana timpnica se presenta como un filtro pasa altos por su predominante reactancia

elstica, as la cadena de huesecillos generara un filtro pasa bajos en virtud de su reactancia

inertante.

Ambos sistemas conformaran un filtro pasa banda de ancho de banda extendido. En

condiciones patolgicas donde aumenta la rigidez propia de la membrana timpnica o cadena

oscicular, tales como otitis seromucosa grave (en el que el odo medio se colma de lquido

mucoso) y la otosclerosis (donde se genera una fijacin de la cadena oscicular), la frecuencia

de corte del filtro se hace ms aguda. Estos mismos estudios tambin afirman que con ladisminucin de la elasticidad producto de dao en la cadena oscicular, la frecuencia de corte

del filtro deviene ms grave.

Figura 3:(a) Esquema de medicin con timpanmetro y WBR (bomba de aire). (b)

Propagacin de sonido reflejado a travs del canal auditivo. La suma de la onda incidente yreflejada es medida por el micrfono. Zme = Impedancia del odo medio.


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3. MODELO DE LA MEMBRANA TIMPNICA

Las caractersticas de la superficie de la membrana timpnica han sido estudiadas como

parmetro de anlisis en el estudio de la funcin adaptadora de impedancias del odo medioya que la misma define la cantidad de energa acstica que recibe y transfiere mecnicamente

a la cadena de huesecillos.Es posible dividir en dos instancias sucesivas la potencia involucrada en el

comportamiento fisiolgico de la membrana timpnica. Por un lado la potencia transferida a

travs del plano de la membrana timpnica, y por otro la potencia que esta ltima comunica al

mango del martillo.El grado de eficiencia en su funcin adaptadora de impedancias estar determinado

por la energa transferida al mango del martillo sobre la energa total transmitida a la

membrana timpnica.

A altos niveles de intensidad sonora dicha funcin adaptativa implica una disminucin

en el grado de eficiencia mencionado, encontrando as el grado de proteccin ofrecida por la

membrana timpnica.Es preciso diferenciar los conceptos de rea real y efectiva de la membrana en la

transmisin de energa, ya que los mismos dependern de las caractersticas mecnicas tales

como masa, elasticidad y amortiguacin distribuidas en cada sector de la misma.

En el modelo se define al rea efectiva como aquella que adquiere movimientovibratorio sin deformacin elstica, comunicndole con ello toda la potencia implcita en

dicho movimiento a la cadena oscicular. Dicha rea se encuentra en funcin de la frecuencia y

la intensidad estimulo.

Figura 4:Modelo de la membrana timpnica

La potencia transmitida obedece a la fisiologa intrnseca de la membrana, producto de

la reactancia compliante y resistencia mecnica. Esta se origina a su vez en su capa media,

patrimonio de la disposicin particular de sus fibras elsticas.En trminos de transmisin de potencia, la membrana timpnica ms eficiente es

aquella que vibra sin deformacin elstica, a la manera de un diafragma con mnima perdidade potencia por friccin contra el marco timpanal.

A nivel de presin sonora umbral, casi la totalidad de la superficie de la membrana

modelizada es efectiva, involucrando en el movimiento vibratorio a los amortiguadores y

elasticidades ms dbiles, por lo que su reactancia elstica y resistencia mecnica sern


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mnimas. La elevada relacin entre el rea efectiva y el rea de la ventana oval implicara la

mxima multiplicacin de presin sobre la ventana oval.A altos niveles de presin sonora se involucran en el movimiento vibratorio los

amortiguadores y elasticidades ms fuertes, con el consecuente incremento de la reactancia

elstica y resistencia mecnica. La disminucin de la relacin entre rea efectiva y rea de laventana oval conllevara a la mnima multiplicacin de presin sobre la ventana oval y una

mxima disipacin de energa en la membrana timpnica.

En el modelo se puede observar que a medida que el nivel de presin sonora aumenta,

adquieren movimiento vibratorio los amortiguadores y las elasticidades de mayor orden, lo

que conlleva a un incremento en la reactancia elstica y resistencia mecnica de la membrana,

al mismo tiempo en que su rea efectiva se ve disminuida. El sistema completo adquiere las

caractersticas de un filtro pasa altos y la efectividad de la adaptacin de impedancias se vedisminuida.

4. ANLISIS CUALITATIVO DE PATOLOGAS Y SU RELACIN CONEL MODELO PROPUESTO

Todo aumento o disminucin de la presin esttica en la caja timpnica genera un

desplazamiento de la membrana que involucra a las elasticidades y amortiguadores ms

fuertes en la membrana modelizada, lo que conlleva a un aumento de la rigidez y perdida detransmisin a frecuencias graves. La obstruccin tubaria simple es una patologa frecuente

que ilustra dicha afirmacin. En ella el hundimiento de la M.T. en la caja, compromete las

elasticidades y amortiguadores de menor orden, transfiriendo as la responsabilidad de

movimiento armnico a las elasticidades y amortiguadores ms fuertes, aumentando la rigidez

de la membrana en particular y del conjunto del odo medio en general, que pasa acomportarse con un filtro pasa altos.La disminucin de la presin esttica en la caja timpnica, es la responsable de la

hipoacusia conductiva de tonos graves que vemos en las obstrucciones tubarias. La

impedancia en esta circunstancia evidencia una disminucin de la complianza acstica y un

aumento de la resistencia.En el caso de la obstruccin tubaria con trasudado, adems del aumento de la rigidez

debido a la disminucin de la presin en la caja, existe un aumento de la reactancia de masa a

consecuencia del derrame. La retraccin del tmpano tambin se traduce en incremento de la

reactancia elstica del aire encerrado en un menor volumen, hecho que se magnifica por el

reemplazo del aire por fluido lquido. Por otra parte la membrana timpnica en contacto con el

lquido, no transfiere potencia al mango del martillo, esto se traduce en una disminucin delrea efectiva en la trasmisin de potencia al odo interno, que aumenta el umbral en todas las

frecuencias. La ubicacin del derrame, cuando el mismo se encuentra en contacto con la

ventana redonda, produce un aumento de la reactancia de masa que provoca cada de tonos

agudos. El contacto del fluido lquido con la cadena de huesecillos, provoca un incremento de

la resistencia mecnica, que se manifiesta con la cada en todas las frecuencias. De la

ubicacin del fluido en la caja timpnica y tico, depende del fenmeno de variacin de la

audicin que experimentan algunos pacientes con cambios de posicin de la cabeza. Elaumento de la viscosidad del fluido se traduce en un aumento de la resistencia mecnica,

cuando este se encuentra en contacto con la cadena de huesecillos. Todo esto conlleva a undesplazamiento de la curva timpanomtrica y el corrimiento del pico aplanado hacia presiones


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negativas. La cada de las seas sobre las frecuencias agudas, se debe a la alteracin de la

hidromecnica coclear producida por los fenmenos puestos en manifiesto en el odo medio. La otitis seromucosa grave afecta la caja del tmpano, llenndola de lquido viscoso.

En este caso el rea efectiva de la membrana timpnica es nula, por lo que el poder adaptador

del odo medio es inexistente. En esta situacin, el odo medio disminuye el umbral deaudicin en 60 dB HL en todas las frecuencias. El contacto del lquido con la ventana redonda

se traduce en un aumento de la reactancia de masa que produce una cada en frecuencias

agudas. El contacto del fluido con la cadena oscicular, aumenta la resistencia y la reactancia

mecnica disminuyendo el umbral seo de las frecuencias graves.

Cuando existen perforaciones en la membrana timpnica, el grado de prdida auditiva

depende de la ubicacin de la perforacin. La perforacin de la membrana de Schrapnell,

produce hipoacusia leve, mientras que perforaciones posteriores producen mayor hipoacusiasde hasta 50 dB HL.

5. CONCLUSIONES

El modelo propuesto permite una mejor comprensin de los mecanismos involucrados en lapercepcin auditiva y constituye una herramienta til para el estudio de patologas asociadas

al odo externo y medio.

En condiciones fisiolgicas normales, todo aumento de nivel de presin sonora

determina una disminucin en el poder adaptador de impedancias del odo medio.

Aumentando la reactancia elstica y resistencia mecnica. Adquiriendo la membrana elcomportamiento de un filtro pasa altos.

El mecanismo del odo medio contribuye a la proteccin del sistema auditivo. Dicho

mecanismo favorece al aumento del rango dinmico auditivo en el orden de las intensidades.

REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] Khanna SM, Tonndorf J. Tympanic membrane vibrations in cats studied by time-averaged holography.

Journal Acoustical Society of America. 1972;51:19041920

[2] Tonndorf J, Khanna SM. Tympanic-membrane vibrations in human cadaver ears studied by time-averaged

holography.Journal Acoustical Society of America. 1972 Oct; 52(4):1221-33.

[3] Tonndorf J, Khanna SM. The role of the tympanic membrane in middle ear transmission. Ann Otol.

1970;79:743753.

[4] Rosowski JJ, Cheng JT, Merchant SN, Harrington E, Furlong C. New Data on the Motion of the Normal

and Reconstructed Tympanic Membrane.2011; 32(9): 15591567.

[5] Withnell R.H, Parent P., Jeng P.S., Allen J.B. Using wideband reflectance to measure the impedance of themiddle ear.The Hearing Journal October 2009:62:10.

[6] Suzuki Y, Takeshima H: Equal-loudness-level contours for pure tones. Journal Acoustical Society of

America 2004;116(2):918-933.

[7]. Withnell RH. Jeng PS, Waldvogel K, et al.: An in situ calibration for hearing thresholds. Journal

Acoustical Society of America.2009;125:1605-1611.

[8] Allen JB: Measurement of eardrum acoustic impedance. In Hall JL, Allen JB, Hubbard A, et al., eds.,

Peripheral Auditory Mechanisms. New York: Springer Verlag, 1986: 4451.

[9] Allen JB, Jeng PS, Levitt H: Evaluation of human middle ear function via an acoustic power assessment.J

Rehab Res Dev 2005;42:6378.

[10] Surez C, Gil Carcedo L.M. Tratado de otorrinolaringologa y ciruga de cabeza y cuello.Ed. Mdica

Panamericana, 2007, 56 989

[11] Tieso Santos. Remo Marcovecchio. Fisiologa auditiva. Ed. Mdicas Corrales 2006, 189 237.

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