К этим косточкам присоединяются две маленькие мышцы, меньше которых трудно найти в организме. Одна из них присоединяется к стремечку и называется стремянной мышцей, а другая — к рукоятке молоточка и называется «мышца, натягивающая барабанную перепонку», так как при ее сокращении действительно натягивается барабанная перепонка и воспринимаются более слабые колебания. Мы прислушиваемся… натягиваются мышцы и мы различаем звуки, неслышимые раньше. Иногда даже говорят: он напряг слух.
Но далеко не всегда нам надо «напрягать слух». На концертах современных рок-ансамблей это совсем излишне. Даже наоборот — хочется закрыть уши, спрятаться от чрезмерно громких звуков, преследующих нас. Тут снова приходят на выручку мышцы — они сильно-сильно сокращаются, и косточки перестают колебаться совсем. Сработала защитная реакция, наступил блок.
Для чего же нужна столь сложная система звукопроведения? Для усиления звуков. Звуковая волна, пройдя систему среднего уха, многократно усиливается. Усиливается она за счет двух законов механики — закона разницы площадей и закона рычага.
Закон разницы площадей гласит: с уменьшением площади усиливается давление на эту площадь. Представьте себе: лето, по горячему асфальту рядом идут мужчина и женщина. Вес мужчины намного превышает вес женщины, но его туфли-платформы не оставляют следов на расплавленном асфальте. А вот каблучки-шпильки женщины глубоко проваливаются в асфальт. Площадь шпилек намного меньше площади подошвы-платформы, отсюда и результат, наглядно подтверждающий закон разницы площадей. Площадь барабанной перепонки превышает площадь овального окна в 14–18 раз. Следовательно, по закону разницы площадей, звук при прохождении через систему косточек среднего уха усиливается тоже в 14–18 раз.
По закону рычага во сколько раз одно плечо рычага больше другого, во столько раз происходит выигрыш в силе. И молоточек, и наковальня со своими отростками являются своеобразными рычагами. Благодаря особенностям взаимного сочленения косточек среднего уха и их связи с барабанной перепонкой образуется система рычагов с соотношением плеч, равным 1,3:1. Учитывая при этом, что эффективная поверхность барабанной перепонки в 14–18 раз больше площади основания стремечка, с уверенностью можно считать, что звуковое давление у круглого окна улитки усиливается примерно в 20 раз. Эту величину называют коэффициентом передачи звукового давления в среднем ухе.
Интересно отметить, что в ходе эволюции позвоночных животных произошло значительное изменение строения среднего уха. Эта трансформация заключалась в том, что в среднем ухе вместо одной косточки — колумеллы, как, например, у птиц, появилось три — молоточек, наковальня и стремечко, что обеспечило млекопитающих механической системой, увеличивающей давление на мембрану овального окна внутреннего уха по сравнению с давлением на барабанной перепонке.
Вторая функция системы среднего уха — защитная. Для доказательства этого проводился следующий опыт. В клетку помещали двух белых мышей. Одна бегала по клетке, другая спала, усыпленная эфиром. Над клеткой производился выстрел из стартового пистолета. Затем мышей убивали и изучали препараты их среднего уха. У той мыши, которая бегала по клетке, не было обнаружено никаких изменений. Это закономерно — мышцы среднего уха сократились и система косточек не пропустила во внутреннее ухо чрезмерно сильных звуковых колебаний. А вот у мыши, усыпленной эфиром, механизм защиты не сработал, звуковые колебания стартового пистолета усилились в 20 раз вследствие перечисленных законов, достигли чрезвычайной силы, которая полностью разрушила структуры внутреннего уха.
Может быть, аналогичный случай произошел с кузнецом? Нет. Эфирный наркоз принципиально отличается от нормального физиологического сна. Мышечные механизмы защиты при нормальном сне продолжают функционировать. (Если спящего человека ущипнуть за ногу, он ее тотчас же отдернет, как бы крепко он ни спал).