Введение
Складки тканей горла, которые способствуют образованию звуков посредством вокализации.
У людей голосовые связки, также известные как голосовые складки, представляют собой складки тканей горла, играющие ключевую роль в создании звуков при вокализации. Размер голосовых связок влияет на высоту голоса. Открываясь при дыхании и вибрируя во время речи или пения, складки контролируются рецидивирующим гортанным нервом – ветвью блуждающего нерва. Они состоят из парных складок слизистой оболочки, натянутых горизонтально от задней к передней части гортани. Вибрируя, они модулируют поток воздуха, выдыхаемого из легких во время фонации. "Истинные голосовые связки" отличаются от "ложных голосовых складок", известных как вестибулярные или желудочковые складки, которые расположены немного выше более нежных истинных складок. Они играют незначительную роль в нормальной фонации, но могут издавать глубокие резонирующие тона, крики и рычание. Длина голосовых складок при рождении составляет примерно шесть-восемь миллиметров и увеличивается до восьми-шестнадцати миллиметров к периоду полового созревания. ДГТ, андрогенный метаболит тестостерона, вырабатываемый половыми железами, вызывает изменения в хрящах и мускулатуре гортани при достаточно высоких концентрациях, например, в период полового созревания у мальчиков: формируется щитовидный выступ, голосовые складки удлиняются и округляются, а эпителий утолщается с образованием трех различных слоев в собственной пластинке слизистой оболочки. Эти изменения лишь частично обратимы с помощью реконструктивной хирургии, такой как хондроларингопластика, феминизирующая ларингопластика и лазерная коррекция голосовых связок.
Местоположение
Голосовые складки расположены в гортани в верхней части трахеи. Они прикреплены сзади к аритеноидным хрящам, а спереди к щитовидному хрящу через связку Бройля. Они являются частью гортани (glottis). Их наружные края прикреплены к мышцам гортани, а внутренние края формируют отверстие, называемое рима глоттиды. Они состоят из эпителия, но содержат несколько мышечных волокон, в частности мышцу вокалиса, которая натягивает переднюю часть связки вблизи щитовидного хряща. Они представляют собой плоские треугольные полосы и имеют жемчужно-белый цвет. Над обеими сторонами гортани расположены две вестибулярные складки, или ложные голосовые складки, между которыми находится небольшое углубление.
Ложные голосовые складки
Голосовые складки иногда называют "истинными голосовыми складками", чтобы отличить их от "ложных голосовых складок", известных как вестибулярные или желудочковые складки. Это пара толстых складок слизистой оболочки, которые защищают истинные голосовые складки и расположены немного выше них. Они играют незначительную роль в нормальной фонации, но часто используются для создания глубоких, резонирующих тонов в тибетском пении и тувинском горловом пении, а также в музыкальном крике и стиле вокала "дэт-гроул".
Микроанатомия
Голосовые связки состоят из двух складок, образованных тремя различными типами тканей: наружный слой плоских клеток, не производящих кератин (плоскоклеточный эпителий). Под ним расположен поверхностный слой собственной пластинки гортани – гелеобразный слой, обеспечивающий вибрацию голосовой складки и генерацию звука. Самый глубокий слой составляют мышцы вокалис и щитовидно-черпаловидная. Голосовые складки покрыты слизистой оболочкой и натянуты горизонтально, от задней к передней части гортани.
Изменение
У мужчин и женщин разные размеры голосовых складок. Взрослые мужские голоса обычно имеют более низкий тон из-за более длинных и толстых складок. Длина голосовых складок у мужчин составляет от 1,75 до 2,5 см (примерно от 0,75 до 1,0 дюйма), а у женщин – от 1,25 до 1,75 см (примерно от 0,5 до 0,75 дюйма). Голосовые складки у детей значительно короче, чем у взрослых мужчин и женщин. Разница в длине и толщине голосовых складок между мужчинами и женщинами обуславливает разницу в высоте голоса. Кроме того, генетические факторы вызывают вариации между представителями одного пола, в результате чего мужские и женские голоса классифицируются по типам голоса.
У новорожденных
У новорожденных имеется однородная однослойная lamina propria, которая выглядит рыхлой и не содержит голосовых связок. Однослойная lamina propria состоит из основного вещества, такого как гиалуроновая кислота и фибронектин, фибробластов, эластических волокон и коллагеновых волокон. Хотя волокнистые компоненты немногочисленны, что делает структуру lamina propria рыхлой, содержание гиалуроновой кислоты (ГА) высокое. ГА – это объемный, отрицательно заряженный гликозаминогликан, сильное сродство которого к воде обеспечивает гиалуроновой кислоте ее вязкоупругие и амортизирующие свойства, необходимые для вокальной биомеханики. Вязкость и эластичность критически важны для голосообразования. Чан, Грей и Титце количественно оценили влияние гиалуроновой кислоты как на вязкость, так и на эластичность голосовых складок, сравнив свойства тканей с ГА и без него. Результаты показали, что удаление гиалуроновой кислоты снижает жесткость голосовых связок в среднем на 35%, но увеличивает их динамическую вязкость в среднем на 70% при частотах выше 1 Гц. У новорожденных наблюдается плач в среднем 6,7 часов в день в течение первых 3 месяцев, с постоянной тональностью 400–600 Гц и средней продолжительностью 2 часа в день. Подобное воздействие на голосовые связки взрослых быстро приведет к отеку и, впоследствии, к афонии. Schweinfurth и соавторы выдвинули гипотезу о том, что высокое содержание и распределение гиалуроновой кислоты в голосовых складках новорожденных напрямую связано с их способностью длительно плакать. Эти изменения также необратимы без хирургического вмешательства, хотя выступа щитовидной железы/гортани, также известного как кадык, можно потенциально уменьшить с помощью бритья трахеи или феминизирующей ларингопластики.
Взрослая жизнь
Голосовые связки человека – это парные структуры, расположенные в гортани непосредственно над трахеей, которые вибрируют и приходят в контакт во время фонации. Длина голосовых связок человека составляет примерно 12–24 мм, а толщина – 3–5 мм. Гистологически голосовые связки человека представляют собой слоистую структуру, состоящую из пяти различных слоев. Мышца вокалиса, являющаяся основным компонентом голосовых связок, покрыта слизистой оболочкой, которая состоит из эпителия и собственной пластинки слизистой оболочки. Последняя представляет собой эластичный слой соединительной ткани, разделенный на три слоя: поверхностный слой (SL), промежуточный слой (IL) и глубокий слой (DL). Разграничение слоев осуществляется на основе различий в содержании клеток или внеклеточного матрикса (экстраклеточного матрикса). Наиболее распространенным методом является оценка содержания внеклеточного матрикса. Поверхностный слой (SL) содержит меньше эластичных и коллагеновых волокон, чем два других слоя, и поэтому более рыхлый и эластичный. Промежуточный слой (IL) преимущественно состоит из эластичных волокон, в то время как глубокий слой (DL) содержит меньше эластичных и больше коллагеновых волокон.
Срок созревания
Структура голосовых связок у взрослых значительно отличается от структуры голосовых связок у новорожденных. Точно неизвестно, как голосовые связки созревают от незрелого монослойного слоя у новорожденных до зрелой трехслойной ткани у взрослых, однако несколько исследований изучили этот вопрос и предоставили некоторые ответы. Хирано и соавторы ранее обнаружили, что у новорожденных отсутствует истинная собственная связка (lamina propria), вместо этого имеются клеточные области, называемые желтыми пятнами (maculae flavae), расположенные на передних и задних концах рыхлой ткани голосовой складки. Бозели и Хартник исследовали развитие и созревание lamina propria голосовых связок у детей. Хартник первым определил каждый слой по изменению клеточной концентрации. Он также обнаружил, что монослой lamina propria при рождении и вскоре после него был гиперклеточным, тем самым подтвердив наблюдения Хирано. К 2 месяцам голосовые складки начали дифференцироваться в двуслойную структуру с различной клеточной концентрацией, при этом поверхностный слой был менее плотно заселен, чем глубокий. К 11 месяцам у некоторых образцов начинает проявляться трехслойная структура, также с различной плотностью клеточной популяции. Поверхностный слой оставался гипоцеллюлярным, за ним следовал промежуточный, более гиперцеллюлярный слой, и более глубокий гиперцеллюлярный слой, непосредственно над мышцей вокалиса. Несмотря на то, что голосовые связки, кажется, начинают организоваться, это не соответствует триламинарной структуре, наблюдаемой во взрослых тканях, где слои определяются их дифференциальным составом эластиновых и коллагеновых волокон. К 7 годам во всех образцах наблюдалась трехслойная структура голосовых связок, основанная на плотности клеточной популяции. В этот момент поверхностный слой оставался гипоцеллюлярным, средний слой был гиперцеллюлярным, с более высоким содержанием эластина и коллагеновых волокон, а более глубокий слой был менее заселен клетками. Однако различия между слоями на этой стадии не сопоставимы с различиями, наблюдаемыми во взрослой ткани. Созревание голосовых связок не наблюдалось до 13 лет, когда слои можно было определить по их дифференциальному составу волокон, а не по дифференциальной клеточной популяции. Наблюдается гипоцеллюлярный поверхностный слой, за которым следует средний слой, состоящий преимущественно из эластиновых волокон, и более глубокий слой, состоящий преимущественно из коллагеновых волокон. Эта картина наблюдается в более старых образцах в возрасте до 17 лет и старше. Хотя это исследование предлагает хорошее представление об эволюции от незрелых к зрелым голосовым связкам, оно все еще не объясняет механизм, лежащий в ее основе.
Флавейная пятна
Флавы макулы расположены на переднем и заднем концах мембранных частей голосовых связок. Гистологическое строение макулы является уникальным, и Сато и Хирано предположили, что она может играть важную роль в росте, развитии и старении голосовых связок. Макула флава состоит из фибробластов, основного вещества, эластических и коллагеновых волокон. Фибробласты были многочисленны и имели веретенообразную или звездчатую форму. Фибробласты находятся в активной фазе, на их поверхности наблюдаются недавно высвободившиеся аморфные материалы. С биомеханической точки зрения, роль макулы флава очень важна. Исследования Хирано и Сато показали, что макула флава отвечает за синтез волокнистых компонентов голосовых связок. Фибробласты в основном располагались в направлении голосовой связки, вдоль пучков волокон. Впоследствии было предположено, что механические напряжения во время фонации стимулируют фибробласты к синтезу этих волокон.
Влияние фонации
Вязкоупругие свойства собственной пластинки человеческих голосовых складок необходимы для их вибрации и зависят от состава и структуры их внеклеточного матрикса. Голосовые связки взрослых имеют слоистую структуру, основанную на различиях в распределении внеклеточного матрикса по слоям. Новорожденные, напротив, не имеют этой слоистой структуры. Их голосовые связки однородны и незрелы, что, вероятно, делает их вязкоупругие свойства непригодными для фонации. Гиалуроновая кислота играет очень важную роль в биомеханике голосовых складок. Фактически, гиалуроновая кислота описана как молекула внеклеточного матрикса, которая не только способствует поддержанию оптимальной вязкости ткани, необходимой для фонации, но и оптимальной жесткости ткани, необходимой для контроля частоты. Было проведено гистопатологическое исследование нефонированных человеческих голосовых складок. С помощью световой и электронной микроскопии были изучены слизистые оболочки голосовых складок трех молодых людей (17, 24 и 28 лет), которые не издавали звуков с рождения. Результаты показали, что слизистые оболочки голосовых складок были гипопластичными и рудиментарными и, как и у новорожденных, не имели голосовой связки, пространства Рейнке или слоистой структуры. Как и у новорожденных, собственная пластинка имела однородную структуру. Некоторые звездчатые клетки присутствовали в macula flava, но начали проявлять признаки дегенерации. Звездчатые клетки синтезировали меньше молекул внеклеточного матрикса, а цитоплазматические отростки оказались короткими и укорачивались, что свидетельствует о снижении активности. Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что фонация стимулирует звездчатые клетки к увеличению производства внеклеточного матрикса. Кроме того, используя специально разработанный биореактор, Titze и соавторы показали, что фибробласты, подвергшиеся механической стимуляции, производят внеклеточный матрикс в разных объемах, чем фибробласты, не подвергшиеся механической стимуляции. Были изменены уровни экспрессии генов компонентов внеклеточного матрикса, таких как фибронектин, MMP1, декорин, фибромодулин, гиалуроновая кислота синтаза 2 и CD44. Все эти гены участвуют в ремоделировании внеклеточного матрикса, что позволяет предположить, что механические силы, приложенные к ткани, изменяют уровни экспрессии генов, связанных с внеклеточным матриксом, что, в свою очередь, позволяет клеткам, присутствующим в ткани, регулировать синтез компонентов внеклеточного матрикса, тем самым влияя на состав, структуру и биомеханические свойства ткани. В конечном итоге, рецепторы на поверхности клеток замыкают цикл, предоставляя обратную связь о окружающем внеклеточном матриксе клеткам и влияя также на уровень их экспрессии генов.
Влияние гормонов
Другие исследования показывают, что гормоны также играют важную роль в созревании голосовых складок. Гормоны – это молекулы, выделяемые в кровоток для доставки в различные целевые участки. Обычно они способствуют росту, дифференцировке и функциональности различных органов и тканей. Их эффект обусловлен способностью связываться с внутриклеточными рецепторами, модулировать экспрессию генов и, как следствие, регулировать синтез белка. Взаимодействие между эндокринной системой и такими тканями, как молочная железа, мозг, яички, сердце, кости и т.д., активно изучается. Очевидно, что гортань подвержена гормональным изменениям, однако лишь немногие исследования посвящены выяснению этой взаимосвязи. Влияние гормональных изменений на голос отчетливо проявляется в различиях между мужским и женским голосами, а также в изменении голоса в подростковом возрасте в период полового созревания. Фактически, считается, что количество гормональных рецепторов в препубертатном периоде выше, чем в любом другом возрасте. Хирано и др. ранее описали несколько структурных изменений, связанных со старением, в ткани голосовых складок. Некоторые из этих изменений включают укорочение мембранной части голосовой складки у мужчин, утолщение слизистой оболочки и покрова голосовой складки у женщин, а также развитие отека в поверхностном слое собственной связки lamina propria у обоих полов. Хаммонд и др. отметили, что содержание гиалуроновой кислоты в собственной связке lamina propria голосовых складок было значительно выше у мужчин, чем у женщин. Как уже упоминалось, Хаммонд и др. показали, что содержание гиалуроновой кислоты выше в мужских, чем в женских голосовых складках. Бентли и др. продемонстрировали, что отек половой кожи, наблюдаемый у обезьян, был вызван повышением содержания гиалуроновой кислоты, которое, в свою очередь, опосредовалось эстрогеновыми рецепторами в дермальных фибробластах. Также наблюдалось увеличение биосинтеза коллагена, опосредованное эстрогеновыми рецепторами дермальных фибробластов. Можно предположить связь между уровнем гормонов и распределением внеклеточного матрикса в голосовых складках в зависимости от возраста и пола. В частности, может существовать связь между более высоким уровнем гормонов и более высоким содержанием гиалуроновой кислоты у мужчин в ткани человеческих голосовых складок. Хотя взаимосвязь между уровнем гормонов и биосинтезом внеклеточного матрикса в голосовых складках может быть установлена, детали этой взаимосвязи и механизмы влияния пока не выяснены.
Старость
В старости происходит истончение поверхностного слоя ламина проприя. С возрастом голосовые связки претерпевают значительные изменения, зависящие от пола. У женщин в гортани утолщается покров голосовой складки с возрастом. Поверхностный слой ламина проприя теряет плотность, становясь более отечным. Промежуточный слой ламина проприя имеет тенденцию к атрофии только у мужчин. Глубокий слой ламина проприя мужской голосовой складки утолщается из-за увеличения отложений коллагена. Мышца вокалис атрофируется как у мужчин, так и у женщин. Однако у большинства пожилых пациентов с нарушениями голоса наблюдаются патологические процессы, связанные со старением, а не только физиологическое старение.
Колебания
Гортань является основным (но не единственным) источником звука в речи, генерируя звук посредством ритмичного открытия и закрытия голосовых складок. Для начала колебаний голосовые складки сближаются настолько, что под гортанью накапливается давление воздуха. Это повышенное подголосовое давление разводит складки, причем нижняя часть каждой складки начинает движение раньше верхней. Такое волнообразное движение приводит к передаче энергии от воздушного потока к тканям складок. При благоприятных условиях передаваемая тканям энергия достаточно велика, чтобы компенсировать потери на рассеивание, и колебания поддерживаются. По сути, звук в гортани генерируется путем разбиения постоянного потока воздуха на небольшие порции звуковых волн. Воспринимаемая высота голоса человека определяется множеством факторов, наиболее важным из которых является основная частота звука, производимого гортанью. На основную частоту влияют длина, размер и натяжение голосовых складок. В среднем эта частота составляет около 125 Гц у взрослого мужчины, 210 Гц у взрослой женщины и более 300 Гц у детей. Глубинная кимография – это метод визуализации сложных горизонтальных и вертикальных движений голосовых складок. Голосовые складки генерируют звук, богатый гармониками. Гармоники возникают в результате столкновения голосовых складок друг с другом, рециркуляции части воздуха обратно через трахею или комбинации этих факторов. Некоторые певцы способны выделять отдельные гармоники таким образом, что это воспринимается как одновременное пение на нескольких тонах – техника, известная как обертонное пение или горловое пение, как, например, в традиции тувинского горлового пения.
Повреждения
Большинство поражений голосовых складок возникают преимущественно в покровном слое складок. Поскольку базальная мембрана надежно фиксирует эпителий к поверхностному слою собственной пластинки голосовой складки с помощью якорных волокон, это частое место повреждений. При фонотравме или привычной гиперфункции голосовых складок, также известной как прессованная фонация, белки в базальной мембране могут подвергаться сдвигу, вызывая повреждение голосовых складок, которое обычно проявляется в виде узелков или полипов, увеличивающих массу и толщину покровного слоя. Плоскоклеточный эпителий передней части голосовой щели также является частым местом развития рака гортани, вызванного курением.
Отек Рейнке
Патология голоса, называемая отеком Рейнке, возникает в поверхностном слое собственной связки голосовой складки или пространстве Рейнке и характеризуется отеком, вызванным аномальным накоплением жидкости. Это приводит к тому, что слизистая оболочка голосовой складки становится рыхлой и чрезмерно подвижной, что описывается как вид "распущенного носка". Увеличение массы голосовых складок из-за избытка жидкости понижает основную частоту при фонации.
Заживление ран
Заживление ран – это естественный процесс регенерации дермальных и эпидермальных тканей, включающий последовательность биохимических событий. Эти события сложны и могут быть разделены на три стадии: воспаление, пролиферация и ремоделирование тканей. Исследование заживления ран голосовых складок не так обширно, как исследование на животных моделях, из-за ограниченной доступности человеческих голосовых складок. Повреждения голосовых складок могут иметь множество причин, включая хроническое перенапряжение, химическую, термическую и механическую травму, такую как курение, рак гортани и хирургическое вмешательство. Другие доброкачественные патологические явления, такие как полипы, узелки голосовых складок и отек, также приводят к нарушению фонации. Любая травма человеческих голосовых складок вызывает процесс заживления раны, характеризующийся дезорганизованным отложением коллагена и, в конечном итоге, образованием рубцовой ткани. Вердолини и ее группа стремились выявить и описать острую тканевую реакцию поврежденной модели голосовых связок кролика. Они количественно оценили экспрессию двух биохимических маркеров: интерлейкина 1 и простагландина E2, которые связаны с острым заживлением ран. Они обнаружили, что секреция этих медиаторов воспаления значительно повышалась при заборе материала с поврежденных голосовых складок по сравнению с нормальными голосовыми складками. Этот результат соответствовал их предыдущему исследованию о функции IL 1 и PGE 2 в процессе заживления ран. Изучение временной динамики и интенсивности воспалительной реакции в голосовых складках может способствовать выяснению последующих патологических событий при повреждении голосовых складок. Пациенты, страдающие рубцами голосовых складок, жалуются на повышенное напряжение при фонации, голосовую усталость, одышку и дисфонию. Альтернативное написание на английском языке – vocal chords, возможно, из-за музыкальных ассоциаций или путаницы с геометрическим определением слова chord. Хотя оба варианта написания имеют исторические корни, стандартным американским написанием является cords. Согласно Oxford English Corpus, базе данных текстов XXI века, включающей в себя все – от статей в научных журналах до неопубликованных текстов и записей в блогах – современные авторы выбирают нестандартный вариант chords вместо cords в 49% случаев. Написание cords также является стандартным в Великобритании и Австралии. В фонетике предпочтение отдается термину «голосовые складки», а не «голосовые связки», поскольку он считается более точным и наглядным.