Strukturální adaptace hrtanu na vibrační zátěž

Souhrn

Autoři se zaměřili na studium mikrostruktury hlasových řas lidského hrtanu. Prohloubení znalostí o stavbě hlasového orgánu může rozšířit možnosti diagnostických i léčebných postupů. Cílem studie bylo rozšířit znalosti o mikroskopické stavbě hrtanu z hlediska funkčního zatížení. Autoři použili zpracování a interpretaci mikroskopických obrazů různých druhů histologického a histochemického barvení jednotlivých řezů z glottické oblasti. Zvýšenou pozornost autoři věnují strukturám, které mají úzký vztah ke schopnosti hrtanu odolávat extrémnímu zatížení při mluvení či zpěvu. Známé formace, které jsou obrazem adaptace na zvýšenou zátěž vibracemi (dlaždicový epitel hrany hlasové řasy, vinuté cévy ve stromatu lamina propria či macula flava anterior a posterior) jsme rozšířili o několik dalších. Jde především o nerovnoměrnou distribuci vláken elastiky, jejichž akumulaci jsme pozorovali v oblastech přechodu podslizniční vrstvy a svalů hlasové řasy. Důležitou roli hraje i nehomogenní distribuce cév, jejichž nejvyšší koncentrace je pod sliznicí. Výskyt přechodové zóny dlaždicového epitelu v epitel respirační v přední komisuře může hrát zásadní roli při vzniku novotvarů této oblasti glottis (16, 17, 22).

Klíčová slova:
glottis, hlasová řasa, morfologie, adaptace, mechanické zatížení, mikroskopické řezy.

ÚVOD

Hlas je jeden z nejdůležitějších komunikačních prostředků, kterými člověk disponuje. V posledních letech se výzkum hlasu zintenzivňuje v závislosti na pochopení důležitosti komunikace ve vývoji jedince i společnosti. Zároveň se velmi rychle vyvíjí technika umožňující hlubší výzkum lidského hrtanu, jeho hlasové funkce i morfologické stavby (21). Moderní práce na  téma mechanické zátěže hrtanu ukazují, jak extrémnímu zatížení je při prostém mluvení vystavena zejména hlasová řasa. Především vibrační zátěž tak vyžaduje odpovídající přizpůsobení tkání hrtanu, nejvíce hlasové řasy.

Vinuté cévy, macula flava anterior a posterior, přechod epitelu respiračního v dlaždicový (15, 25) na hraně hlasové řasy jsou již  známé morfologické projevy přizpůsobení hlasové řasy extrémnímu  zatížení. 

MECHANICKÉ NAMÁHÁNÍ GLOTTIS VIBRACEMI

Původní záměr vyjádřit výši námahy jednoduchou rovnicí se ukázal jako velmi složitý problém. Pouze díky novějším pracím, které se zabývají mechanikou tvorby hlasu, jsme mohli definovat míru zatížení hlasové řasy. Z těchto hodnot jsme pak vycházeli při vysvětlení jejích některých zvláštností.

Titze a Švec ( 23, 24) zavádějí několik nových veličin, kterými popisují míru zatížení  hlasové řasy. Jako základ použili hygienickou normu pro práci s vibračními nástroji užívanou v  USA.

1. „Distance doses” je součet oscilační trajektorie v metrech, která představuje bezpečnou „dávku” pro práci s vibračními nástroji. V běžné praxi je stanovena na 520 metrů. Běžná komunikace tak představuje dávku podstatně vyšší, 2893 metrů, tedy asi pětinásobek.
2. Další sledovanou hodnotou  základních veličin je  „time dose” (časová dávka), tj. akumulovaná doba fonace v určitém časovém období. V experimentu bylo během 12 hodin naměřeno 5082 sekund (cca 1,5 hodiny) fonace.
3. Veličinou, která upřesňuje pohled na zátěž hlasové řasy při  komunikaci, je „cycle doses”, počet jednotlivých cyklů vibrací ve vztahu k časové ose. Podrobné studie ukázaly složitost pohybu jednotlivých vln při uzávěru glottis ze subglotické oblasti přes hranu a do oblasti su-praglottis.  Každý takový uzávěr představuje konkrétní mechanickou námahu třecích ploch hlasových vazů, při kterých vzniká mimo jiné i tepelná energie. Schéma 1. zobrazuje postup „vlny” po sliznici hlasových vazů v rámci jednoho uzávěru hlasové štěrbiny. Při cca 90 minutách fonace v průběhu 12hodinového intervalu tak proběhne 722 208 cyklů. Podle předběžných měření prodělají hlasové řasy během dne více jak milion cyklů. 
4. Objem vibrujících  tkání při fonaci se blíží 1 cm³. Z této hodnoty pak vychází hodnota vztažená k namáhání hlasových řas. „Dissipated  energy dose” - dávka  rozptýlené energie vyjadřuje přebytek tepelné energie, který vzniká při tření hran hlasových vazů.
5. Poslední hodnotou je vyzářená dávka energie. „Radiated energy dose” je naměřená celková dávka energie vycházející z úst při fonaci na základě měření  SPL (sound pessure level).

Hodnoty naměřené při průměrné konverzační zátěži hlasových řas jsou překvapivě vysoké. Přizpůsobení tkání hrtanu této extrémní námaze tak nutně zasáhne všechny strukturální složky glottis. 

METODY

Struktury hrtanu byly sledovány v mikroskopickém obraze (zpracováno 13 kadaverů bez známek event. předchozí nemoci). Schematicky jsme vyšetřovali přední komisuru (1) v horizontálních řezech, membranózní část hlasové řasy ve vertikálních řezech.

K barvení jednotlivých řezů jsme užili klasické metody histologického barvení (orcein-indigokarmín, hematoxylin-eosin, resorcin-fuchsin), histochemické metody (acetylcholinesteráza, alkalická fosfatáza, dipeptidyl-peptidáza IV) a také imunohistochemické metody využívající nejmodernější monoklonální protilátky (monoklonální anti-human myší CD 34, collagen IV, anti-vimentin V9-IgG1). 

VÝSLEDKY

STRUKTURÁLNÍ ADAPTACE HLASOVÉ ŘASY NA EXTRÉMNÍ ZÁTĚŽ

V krátkém shrnutí podáváme přehled nejznámějších adaptací na mechanickou zátěž. Volné zavěšení skeletu pomocí pružných tkání zajišťuje dostatečnou pohyblivost celého hrtanu (9). Další důležitou strukturou je vybavení vlastní hrany hlasové řasy odolným dlaždicovým epitelem (15). Pod sliznicí nalézáme nárazníkové zóny macula flava anterior a posterior (7). Vinuté cévy jsou též obrazem adaptace na specifikou  funkci hrtanu (6). Řídké pojivo podslizničního prostoru umožňuje „běh” vln při fonaci.

Podrobným zkoumáním různých mikroskopických řezů hlasovými řasami v odlišných  rovinách a v různých barveních jsme nalezli ještě další morfologické zvláštnosti mikroskopické stavby hlasové řasy.

1. Žlázky jsou velmi volně umístěny v podslizničním prostoru (8, 20). Vývodová část těchto žlázek je patrně jejich jediným významným kotevním bodem. Hutná tkáň je odlišná od struktury řídkého okolního vaziva, a tudíž  setrvačnost při fonačních vibracích neumožní jejich pevnější uložení, fixaci k okolí (obr. 1).
2. Výrazná koncentrace cévních elementů těsně pod epitelem v lamina propria superficialis  (13, 14) je též strukturální adaptací na extrémní zatížení tkáně vibracemi. Chronicky namáhaná nevelká oblast hrtanu jistě potřebuje dostatečný odsun metabolitů a přísun živin pro reparativní pochody, které  musí probíhat ve větším rozsahu. Při fonaci dochází  také k vytváření třecího tepla (dissipation energy doses). Teplota však vzrůstá minimálně. Autoři to vysvětlují ochlazováním proudícím vzduchem v glottis a cirkulací krve (obr. 2).
3. Na obrázku 3 je vidět nahromadění elastických vláken  na přechodu mezi nejhlubší vrstvou lamina propri  (pod ligamentum vocale), která rozšiřuje “nárazníkový” systém  macula flava anterior a posterior a chrání tak sval proti poškození vibracemi.
4. Nehomogenní distribuce cév v m. thyreoarytenoideus a m. vocalis je patrná na obrázku 4. Větší koncentrace cév je periferně, tedy v zóně menších vibrací a objemových změn svalů (12).
5. Dlaždicový epitel v oblasti hrany hlasové řasy končí ventrálně přibližně v místě macula flava anterior. Ve střední čáře spolu dlaždicové epitely nekomunikují, jsou odděleny respiračním epitelem (obr. 5). Tato skutečnost je tedy obrazem adaptace pouze té namáhané oblasti hlasové řasy v oblasti mezi macula flava anterior a posterior. Naopak, úponové oblasti přední a zadní komisury jsou opět  kryty již epitelem víceřadým cylindrickým s řasinkami, který tak zajišťuje transport  hlenu směrem k trávicímu systému (3). 

DISKUSE

Morfologické zvláštnosti  hrtanu jsou podmíněny jeho adaptací na extrémní zátěž. Autoři zabývající se výzkumem lidského hrtanu postupně odkrývají míru jeho zátěže. Mnoho nových poznatků je již využíváno v moderní praxi. Např. videokymografie (19) přehledně v grafické formě zobrazuje normální stav hlasových řas i jejich patologické změny. Ke konečnému pochopení všech patologických procesů v oblasti hlasivky mají lékaři ještě daleko. Postupně však pronikají do větší hloubky poznání struktur hlasových vazů, a tím i jejich funkce a následně i patologie. Je potřeba interpretovat získaná data vzhledem k souladu funkce a struktury. Teprve poznání míry zatížení hlasových řas při jejich běžné funkci umožnilo vyzdvihnout zvláštnosti struktur, které jsou adaptací ovlivněny.

Různé hustoty tkání jednotlivých struktur mají i různé fyzikální vlastnosti, včetně setrvačnosti. Objemové změny podslizničního prostoru hlasové řasy jsou v různých fázích kmitu výrazné. Žlázové elementy však  těmto změnám nepodléhají. Proto je jejich uložení (mimo vývodové oblasti) velmi volné. Vliv na potřebnou poddajnost podslizničního vaziva je díky tomu minimální.

Vyšší koncentrace cévních struktur v těsné blízkosti dlaždicového epitelu hlasových řas má též funkční opodstatnění (5). Jde vlastně o nejvíce namáhanou oblast glottis, tudíž zde vzniká potřeba  rychlejší látkové obměny, která zajistí stabilní prostředí vhodné k reparačním změnám a k odvedení přebytku energie ve formě tepla.

Svaly (m. thyreoarytenoideus a m. vocalis) si musí zachovat velmi úzký kontakt s hlasovým vazem. Koncentrace elastických vláken mezi ligamentum vocale a svaly jistě není anatomicky oddělitelnou strukturou. Odpovídá potřebě aktivních objemových změn při svalové modulaci hlasu a relativní rigiditě hlasového vazu. Také je odpovědí na potřebu chránit struktury svalu před silnými vibracemi hlasového vazu. Tomu odpovídá i nerovnoměrná distribuce cévních elementů na jednotlivých řezech kolmých k ose hlasové řasy. Do jaké míry by mohla být tato vrstva elastických vláken bariérou ovlivňující šíření patologických procesů ve strukturách hrtanu lze zatím pouze spekulovat (10, 11).

Dlaždicový epitel, kryjící kontaktní plochy hlasivky, není pouze v oblasti zadní, ale i přední komisury. Místa přechodu dlaždicového epitelu v respirační jsou považována za nejpravděpodobnější místo vzniku potencionální neoplázie (18). 

ZÁVĚR

Morfologie hrtanu je díky jeho důležitosti jako komunikačního prostředku zkoumána do velkých podrobností. Je velmi obtížné objevovat v takto probádaném terénu nové skutečnosti. Díky novým výzkumům, které lépe objasňují hlasovou  funkci hrtanu, jsme měnili i úhel pohledu na zkoumané oblasti. Asi také proto jsme si všimli vlastností struktur, které bychom jinak považovali za nepodstatné. Věříme, že naše nálezy mohou být inspirací k dalším výzkumům aplikovatelným již v praxi. 

Došlo 24. 4. 2007

MUDr.Martin Kracík

Odd. ORL, chirugie hlavy a krku

Bolzanova 512

506 01  Jičín

e-mail: martin.kracik@nem.cz