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3.1 Was ist Knochenleitung und wie machen Ärzte sie sich zunutze?

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Was ist Knochenleitung und wie
machen Ärzte sie sich zunutze?
3.1
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Aufgabe
Das menschliche Ohr nimmt Schall aus seiner Umgebung in der Regel über die Luft wahr. Die Verarbeitung von Schallsignalen durchläuft dabei drei Teile des Ohres: Außenohr (Ohrmuschel, äußerer Gehörgang), Mittelohr (Trommelfell, Gehörknöchelchen, Ohrtrompete) und Innenohr (Gehörschnecke, Gleichgewichtsorgan). Die eigentliche Hörinformation wird aus dem Innenohr über den Hörnerv an das Gehirn
geleitet. Dieses Experiment beschäftigt sich damit, ob Schall auch auf anderem Wege als über das
Außenohr wahrgenommen werden kann.
1. Untersuche die Knochenleitung von Schall im menschlichen Körper.
2. Finde heraus, was ein Hals-Nasen-Ohren-Arzt unter Rinne-Versuch und Weber-Versuch versteht
und worüber sie Aufschluss geben können.
Material
1 Stimmgabel 440 Hz
1 Anschlaghammer, Gummi
03424-00
03429-00
Aufbau und Durchführung
Teil 1: Knochenleitung
Abb. 1: Stimmgabel an verschiedenen Knochen (hier: Schlüsselbein)
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Schlage die Stimmgabel mit dem Anschlaghammer an und halte sie an verschiedene Knochen des
Körpers: Stirn, Schädel, Kiefer, Brustbein, Ellenbogen, etc.
Notiere deine Beobachtungen (unter Beobachtungen und Ergebnisse, 1.).
www.phywe.com
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PHYWE Systeme GmbH & Co. KG © All rights reserved
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Was ist Knochenleitung und wie
Machen Ärzte sie sich zunutze?
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Teil 2: Rinne-Versuch
Abb. 2: Rinne-Test: Stimmgabel auf dem Knochen hinter dem Ohr (links) und vor dem Ohr (rechts).
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Schlage die Stimmgabel an und setze sie mit ihrem Fuß auf den Knochen hinter der Ohrmuschel
(Fortsatz des Schläfenbeins).
Warte, bis der Ton der Stimmgabel über diesen Knochen nicht mehr zu hören ist.
Führe dann die Stimmgabel vor die Ohrmuschel und beobachte, ob auf diese Weise noch ein Ton
gehört werden kann.
Notiere deine Beobachtungen (unter Beobachtungen und Ergebnisse, 2.).
Teil 3: Weber-Versuch
Abb. 3: Weber-Versuch: Stimmgabel auf dem Scheitel
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Schlage die Stimmgabel an und setze sie mittig auf den Schädel. Beobachte, wie der Ton an beiden
Ohren zu hören ist.
Halte dann ein Ohr mit einem Finger zu und wiederhole dein Vorgehen.
Notiere deine Beobachtungen (unter Beobachtungen und Ergebnisse, 3.).
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Was ist Knochenleitung und wie
machen Ärzte sie sich zunutze?
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Beobachtungen und Ergebnisse
Teil 1: Knochenleitung
1. Beschreibe, wie die Stimmgabel an den verschiedenen Knochen gehört und gefühlt werden kann.
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Teil 2: Rinne-Versuch
2. Kann der Stimmgabelton länger über den Knochen oder über das offene Ohr gehört werden?
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Teil 3: Weber-Versuch
3. Wie ist die Stimmgabel zu hören, wenn
beide Ohren offen sind
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ein Ohr verschlossen wird
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Auswertung
1. Wieso hört man die Stimmgabel, wenn sie einen Knochen im Brust- und Schädelbereich berührt?
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In der Medizin unterscheidet man bei Hörproblemen zwischen Störungen der Schallleitung und der
Schallempfindung. Die Schallempfindung findet im Innenohr und in den Nervenbahnen zum Gehirn statt,
die Schallleitung beim Schalltransport vom Außenohr über das Mittelohr ins Innenohr. Altersschwerhörigkeit oder Hörstürze sind Störungen der Schallempfindung, wohingegen z.B. eine Entzündung des Mittelohres die Schallleitung behindert.
2. Bei einem gesunden Menschen wird Schall besser über die Schallleitung in Außen- und Mittelohr
zum Innenohr transportiert als über Knochenleitung. Wie lässt sich mit diesem Wissen deine Beobachtung beim Rinne-Versuch erklären?
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3.
Was ist Knochenleitung und wie
Machen Ärzte sie sich zunutze?
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Ist die Stimmgabel beim Rinne-Versuch länger über die Knochenleitung zu hören als über die
Schallleitung des Ohres, auf welche Art der Hörstörung - der Schallleitung oder der Schallempfindung - könnte man schließen?
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4.
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Der Rinne-Versuch kann Störungen der Schallempfindung nicht ausschließen. Daher wird in der
Medizin außerdem der Weber-Versuch zur Diagnostik eingesetzt. Welche Beobachtung würde man
beim Weber-Versuch (beide Ohren offen) für einen gesunden Menschen mit intakter Schallempfindung und Schallleitung erwarten?
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5.
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Schall wird nicht nur vom Außen- zum Innenohr transportiert. Nach der Schallableitungstheorie
muss Schwingungsenergie des Schalls im Innenohr auch wieder abgeleitet werden. Dies geschieht
normalerweise über das Mittelohr und das Trommelfell hin zum Außenohr. Warum ist beim WeberVersuch mit einem geschlossenen Ohr der Ton der Stimmgabel im geschlossenen Ohr lauter zu hören?
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6.
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Beim Weber-Versuch gelangt der Schall über Knochenleitung an das Innenohr. Liegt an einem Ohr
eine Störung der Schallempfindung vor, wird in diesem Ohr der Ton der Stimmgabel lauter oder leiser zu hören sein?
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7.
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Was könnte man dann aus dem Weber-Versuch schließen, wenn der Stimmgabelton im gestörten
Ohr lauter zu hören ist?
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(Was ist Knochenleitung und wie machen Ärzte sie sich zunutze?)
In diesem Experiment sollen die Schüler beobachten, dass Schall nicht nur über Außen- und Mittelohr
zur Empfindung im Innenohr gelangen kann, sondern auch über den menschlichen Knochenapparat. Die
Knochenleitung ist in der Medizin als Mittel in der Diagnostik eingesetzt. Am Beispiel des Rinne- und des
Weber-Versuchs aus dem Bereich der medizinischen Diagnostik sollen die Schüler verstehen, dass die
Knochenleitung die Schallleitung des Außen- und Mittelohres umgeht und man daher mit diesen Experimenten zwischen Störungen der Schallleitung (Außenohr, Mittelohr) und der Schallempfindung (Innenohr, Hörnerv) unterscheiden kann.
Vor Durchführung des Versuches sollten die Schüler mit dem Aufbau des menschlichen Ohres vertraut
sein. Sie sollten wissen, dass Schall sich nicht nur in Luft, sondern grundsätzlich in allen Medien ausbreitet, also auch in Festkörpern.
Beobachtungen und Ergebnisse
Teil 1: Knochenleitung
1. Wird die Stimmgabel an Knochen im Bereich des Kopfes oder oberen Rumpfes gehalten, so nimmt
man einen Ton wahr. Bei Knochen auf der rechten Körperseite ist der Ton besser im rechten Ohr zu
hören, auf der linken Körperseite besser im linken Ohr. Je weiter der Knochen vom Kopf entfernt ist,
desto leiser wird der Ton vernommen oder es ist gar nur noch ein Vibrieren des Knochens zu spüren.
Teil 2: Rinne-Versuch
2. Wenn der Stimmgabelton über den Knochen hinter der Ohrmuschel gerade nicht mehr zu hören ist
und man hält die noch leicht schwingende Stimmgabel unmittelbar vor die Ohrmuschel, dann lässt
sich (bei einem gesunden Ohr) der Ton der Stimmgabel noch hören.
Teil 3: Weber-Versuch
3. Die Stimmgabel wird mittig auf den Kopf gesetzt. Bei gesunden Ohren wird der Ton der Stimmgabel
von beiden Ohren gleich laut wahrgenommen. Hält man ein Ohr mit einem Finger zu, dann ist der
Ton in diesem geschlossenen Ohr lauter zu hören.
Hinweise zur Auswertung
Die durchgeführten Experimente sollen keine Anleitung zur Eigendiagnostik darstellen. Sie sollen lediglich demonstrieren, wie ein Arzt mit Hilfe von z.B. Rinne- und Weber-Versuch die Ursache von Hörproblemen eingrenzen kann. Aussagekräftige Diagnostik bleibt selbstverständlich einem Facharzt vorbehalten, weshalb die eigenen Versuchsergebnisse nicht zur Diagnose irgendwelcher Störungen herangezogen werden sollten. Weisen Sie die Schüler gegebenenfalls vor Beginn der Experimente darauf hin.
Auswertung
1. Schall breitet sich nicht nur in Luft bzw. Gasen, sondern auch in Flüssigkeiten und Festkörpern aus.
Durch das menschliche Skelett besteht eine Verbindung zwischen den einzelnen Knochen, so dass
der Schall von einem Knochen bis zum Schädel ins Innenohr geleitet werden kann. Diese Leitung
geschieht in der Regel schneller und effektiver als über Luft. Unterhalb des oberen Rumpfes kommt
es aber bei der Leitung zum Ohr zu hohen Verlusten, weshalb nur noch die Vibration des angeregten Knochens, aber kein Ton zu spüren ist.
2. Beim Rinne-Versuch an einem gesunden Ohr, wird die Stimmgabel länger über Außenohr und Mittelohr als über die Knochenleitung wahrgenommen. Das liegt daran, dass Trommelfell und Gehörknöchelchen den Schall äußerst gut und verlustfrei an das Innenohr transportieren können.
3. Wird die Stimmgabel über den Knochen genauso lang oder länger gehört, dann deutet dies darauf
hin, dass die Schallleitung in Außen- und Mittelohr gestört ist, z.B. durch eine Entzündung des Mittelohres oder Schädigungen des Trommelfells oder der Gehörknöchelchen.
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Knochenleitung
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Wird die Stimmgabel beim Weber-Versuch genau mittig auf den Schädel gesetzt, so sollte bei symmetrischem Knochenaufbau der Schall gleich gut zu beiden Innenohren geleitet und damit auf beiden Seiten auch gleich laut wahrgenommen werden, sofern die Schallempfindung intakt ist.
Nach der Schallableitungstheorie von E. Mach muss Schallenergie im Innenohr abgebaut werden.
Dazu leiten Mittelohr und Außenohr Schall aus dem Innenohr nach außen ab. Verschließt man also
ein Ohr beim Weber-Versuch, so kann der Schall, der über die Knochenleitung zu beiden Innenohren gelangt ist, am verschlossenen Ohren nicht mehr richtig abgeleitet werden und man hört auf
diesem Ohr lauter.
Ist ein Ohr in der Schallempfindung gestört, dann wird der Schall im entsprechenden Innenohr
schlechter wahrgenommen bzw. schlechter an das Gehirn geleitet. Beim Weber-Versuch erscheint
der Ton dann auf diesem geschädigten Ohr leiser.
Wird der Ton im geschädigten Ohr nicht leiser (Störung der Schallempfindung), sondern lauter
wahrgenommen, dann liegt vermutlich eine Störung der Schallleitung vor. Wie beim Zudrücken des
einen Ohres ist dann die Schallableitung behindert.
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