Xương búa, đe, bàn đạp: ba xương nhỏ nhất cơ thể làm gì trong tai

Búa, đe và bàn đạp là ba xương con nằm trong tai giữa, nối màng nhĩ với ốc tai. Việc của chúng là chuyển rung động từ không khí sang dịch trong tai trong mà không để mất năng lượng, đồng thời tăng áp lực lên khoảng 20 lần. Xương bàn đạp, dài chỉ khoảng 3 mm, là xương nhỏ nhất trong cơ thể người.

Ba xương nhỏ nhất cơ thể trông ra sao

Tên gọi tiếng Việt dịch sát từ tên Latin, đặt theo hình dáng mà các nhà giải phẫu châu Âu thời Phục hưng nhìn thấy: malleus (cái búa), incus (cái đe của thợ rèn), stapes (bàn đạp yên ngựa). Cả ba nằm gọn trong hốc tai giữa, một khoang khí bé hơn đầu ngón tay út, khớp với nhau bằng những khớp nhỏ thật sự, có sụn và bao khớp như khớp gối, chỉ là tí hon.

Cả ba xương cộng lại vẫn đặt vừa trên móng tay. Một điều hay được nhắc trong sách giải phẫu: các xương con đã đạt kích thước gần như người lớn từ khi em bé còn trong bụng mẹ, trong khi hầu hết xương khác còn lớn thêm nhiều năm.

Về lịch sử, xương búa và xương đe được các nhà giải phẫu Ý mô tả từ khoảng đầu thế kỷ 16. Xương bàn đạp thì nhỏ và khuất hơn nên được mô tả muộn hơn chút, vào giữa thế kỷ 16; người thường được ghi công là nhà giải phẫu Giovanni Filippo Ingrassia ở Ý.

Vì sao tai cần một chuỗi xương thay vì nối thẳng

Nghe thì tưởng đơn giản: màng nhĩ rung, sao không cho nó đẩy thẳng vào ốc tai? Vấn đề nằm ở chỗ ốc tai chứa dịch. Không khí nhẹ và dễ nén, dịch thì nặng và khó nén hơn rất nhiều. Khi sóng âm từ không khí chạm vào mặt chất lỏng, gần như toàn bộ năng lượng bị dội ngược; sách vật lý hay nói chỉ khoảng 0,1% lọt qua. Ai từng lặn đầu xuống hồ bơi đều biết: tiếng người nói trên bờ gần như biến mất.

Các kỹ sư gọi đây là bài toán "phối hợp trở kháng". Tai giữa giải bài toán đó bằng hai cơ chế chạy song song:

1. Thu lực từ diện tích lớn, dồn vào diện tích nhỏ. Phần màng nhĩ rung hiệu quả lớn hơn đế xương bàn đạp khoảng 17 lần. Cũng giống đóng đinh: lực từ cán búa dồn xuống mũi đinh nhọn nên xuyên được gỗ.
2. Đòn bẩy giữa búa và đe. Cán xương búa dài hơn nhánh dài xương đe một chút, tạo đòn bẩy làm lực tăng thêm khoảng 1,3 lần, đổi lại biên độ dịch chuyển nhỏ đi.

Hai cơ chế nhân với nhau cho mức tăng áp lực khoảng 20 lần, tương đương bù lại phần lớn năng lượng lẽ ra bị mất. Thêm vào đó, hình nón dẹt và độ cong của màng nhĩ cũng góp một phần nhỏ. Nếu chuỗi xương không làm việc, người ta vẫn nghe được nhờ âm truyền qua xương sọ và qua cửa sổ tròn, nhưng tiếng nhỏ đi rất nhiều.

Từ xương hàm bò sát đến xương tai thú

Một trong những câu chuyện đẹp nhất của sinh học tiến hoá nằm trong tai giữa. Ếch, bò sát và chim chỉ có một xương con trong tai giữa (tương ứng với xương bàn đạp). Chỉ động vật có vú mới có đủ ba xương.

Hai xương thêm vào lấy từ đâu? Từ hàm. Ở tổ tiên bò sát của thú, khớp hàm được tạo bởi hai xương nhỏ ở góc hàm. Qua hàng chục triệu năm, khi loài thú hình thành một khớp hàm mới chắc khoẻ hơn, hai xương cũ dần thu nhỏ, tách khỏi hàm và chuyển sang làm việc trong tai: một thành xương búa, một thành xương đe.

Bằng chứng đến từ hai phía:

• Phôi học: từ năm 1837, nhà giải phẫu Đức Karl Reichert đã thấy trong phôi thú, xương búa và xương đe phát triển từ cùng vùng mô với hàm dưới.
• Hoá thạch: nhiều hoá thạch thú cổ, phần lớn tìm thấy ở Trung Quốc từ đầu thế kỷ 21, cho thấy những dạng trung gian: xương tai đã nhỏ nhưng còn dính với hàm qua một thanh sụn.

Lợi ích của ba xương là tai thú nghe tốt tiếng cao hơn nhiều so với bò sát. Nhiều nhà khoa học cho rằng điều này giúp tổ tiên thú, vốn nhỏ và hay kiếm ăn ban đêm, nghe được tiếng côn trùng và tiếng động khẽ trong bóng tối.

Hai cơ nhỏ nhất cơ thể và phản xạ chống ồn

Trong tai giữa còn có hai cơ tí hon bám vào chuỗi xương:

• Cơ bàn đạp bám vào xương bàn đạp, thường được xem là cơ vân nhỏ nhất cơ thể. Nó được điều khiển bởi dây thần kinh mặt.
• Cơ căng màng nhĩ bám vào cán xương búa, kéo màng nhĩ căng vào trong.

Khi có tiếng đủ lớn, hai cơ này co lại, làm chuỗi xương cứng hơn và truyền kém đi, nhất là với tiếng trầm. Đây gọi là phản xạ cơ bàn đạp (hay phản xạ âm). Phản xạ này cũng tự bật khi ta nói hoặc hát, giúp giọng của chính mình không vang quá to trong đầu.

Phản xạ có giới hạn

Phản xạ âm cần vài chục phần nghìn giây mới kịp co, và không giữ được lâu khi tiếng ồn kéo dài. Vì vậy nó gần như không kịp bảo vệ tai trước tiếng nổ đột ngột như pháo, tiếng súng, và cũng không đủ để che chắn cho người đứng sát loa suốt cả buổi diễn. Đừng nghĩ "tai có cơ chế tự vệ" mà chủ quan với tiếng ồn.

Ngược lại, khi dây thần kinh mặt bị ảnh hưởng (ví dụ trong một số trường hợp liệt mặt), cơ bàn đạp không co được, người bệnh có thể thấy mọi tiếng động bỗng to và chói khó chịu ở bên tai đó. Đây là một chi tiết bác sĩ hay hỏi khi khám.

Khi chuỗi xương trục trặc

Vì ba xương con nằm trong tai giữa, mọi thứ cản chuyển động của chúng đều làm âm thanh tới ốc tai yếu đi, gây kiểu nghe kém dẫn truyền. Một số tình huống phổ biến (nêu để hiểu, không để tự đoán bệnh):

• Dịch đọng sau màng nhĩ: hay gặp ở trẻ nhỏ sau cảm cúm, khi vòi nhĩ hoạt động kém. Xương con phải "bơi" trong dịch nên rung kém. Trẻ có thể chỉ có biểu hiện nghe kém nhẹ, hay hỏi lại, mở tivi to.
• Xương bàn đạp bị cố định: có tình trạng xương quanh đế bàn đạp phát triển bất thường, gắn chặt nó vào cửa sổ bầu dục. Người bệnh nghe kém dần, thường ở tuổi trưởng thành. Từ giữa thập niên 1950, phẫu thuật thay xương bàn đạp bằng một bộ phận nhân tạo nhỏ đã được phát triển và ngày nay khá phổ biến.
• Chuỗi xương bị đứt khớp: có thể xảy ra sau chấn thương vùng đầu hoặc tai.
• Viêm tai giữa kéo dài: có thể làm mòn một phần xương con.

Điểm chung là các vấn đề ở tai giữa thường có hướng xử trí, kể cả phẫu thuật tái tạo chuỗi xương. Đó là lý do nghe kém cần được khám và đo để biết nằm ở đâu, thay vì nghĩ "già rồi thì phải chịu".

Thử cảm nhận đường xương tại nhà

Có thể tự thấy rằng âm thanh không chỉ đi qua chuỗi xương con. Vài thí nghiệm an toàn:

• Bịt tai và nói: lấy hai ngón tay ấn nhẹ nắp bình tai (mẩu sụn nhỏ phía trước lỗ tai) cho kín, rồi nói "a" kéo dài. Giọng mình nghe to và trầm hơn, vì âm đi qua xương sọ không thoát ra ngoài được.
• Gõ răng nhẹ: cắn nhẹ hai hàm răng vào nhau, tiếng "cạch" vang rõ trong đầu dù người bên cạnh gần như không nghe thấy.
• Cán thìa: gõ nhẹ chiếc thìa kim loại vào cạnh bàn, rồi đặt cán thìa lên xương sau tai (không đưa vào lỗ tai). Tiếng ngân rõ hơn khi nghe bằng không khí.

Bác sĩ dùng nguyên lý này trong khám bằng âm thoa và đo thính lực đường xương: so sánh tiếng nghe qua không khí với tiếng nghe qua xương giúp biết vấn đề nằm ở tai ngoài – tai giữa hay ở tai trong.

Khi nào cần đi khám

• Nghe kém đột ngột, nhất là một bên: đi khám tai mũi họng ngay, càng sớm càng tốt.
• Tai bí, nghe như cách lớp bông kéo dài nhiều ngày sau cảm cúm hoặc sau đi máy bay.
• Đau tai, chảy dịch, mủ hoặc máu; sốt kèm đau tai.
• Nghe kém sau một cú va đập vào đầu, vào tai, hoặc sau tiếng nổ lớn.
• Mọi tiếng động bỗng chói khó chịu ở một bên, nhất là kèm méo miệng, khó nhắm mắt một bên: cần khám sớm.
• Trẻ hay hỏi lại, mở tivi to, chậm nói, kém tập trung khi được gọi: đưa trẻ đi khám bác sĩ nhi hoặc tai mũi họng nhi.