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Artículo de método

Configuración de Hemi-laríngea para el estudio de vibración de la cuerda vocal en tres dimensiones

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DOI:

10.3791/55303

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25 de noviembre de 2017

En este artículo

Resumen

Este papel presenta un protocolo para la preparación de las muestras de hemi-laringe facilitando una visión multidimensional de la vibración de la cuerda vocal, con el fin de investigar diversos aspectos biofísicos de la producción de la voz en los seres humanos y no humanos mamíferos.

Resumen

La voz de los seres humanos y la mayoría de los mamíferos no humanos se genera en la laringe a través de la oscilación autosostenible de las cuerdas vocales. Documentación visual directa de la vibración de la cuerda vocal es un reto, especialmente en los mamíferos no humanos. Como alternativa, extirpada laringe experimentos proporcionan la oportunidad para investigar la vibración vocal bajo condiciones fisiológicas y físicas controladas. Sin embargo, el uso de una laringe completo simplemente proporciona una vista superior de las cuerdas vocales, excepto las porciones cruciales de las estructuras oscilantes de la observación durante su interacción con las fuerzas aerodinámicas. Esta limitación puede ser superada mediante la utilización de una configuración de hemi-laringe donde la mitad de la laringe se mid-sagittally retira, proporcionando una superior y una vista lateral del doblez vocal restante durante oscilación autosostenida.

Aquí, se da una guía paso a paso para la preparación anatómica de las estructuras de la hemi-laríngea y su montaje en el Banco de laboratorio. Fonación ejemplar de la preparación de la hemi-laringe está documentado con datos de alta velocidad videos capturados por dos cámaras sincronizadas (vistas superiores y lateral), mostrando del movimiento tridimensional del doblez vocal y área contacto variables en el tiempo correspondiente. La documentación de la configuración de la hemi-laringe en esta publicación facilitará la aplicación y constancia fiable en la investigación experimental, los científicos de la voz proporciona el potencial para entender mejor la biomecánica de la producción de la voz.

Introducción

Voz se crea típicamente por vibración del tejido laríngeo (principalmente las cuerdas vocales), que convierte un flujo de aire constante, suministrada por los pulmones, en una secuencia de pulsos de flujo de aire. La forma de onda de presión acústica (es decir, el sonido principal) salen de esta secuencia de pulsos de flujo acústico excita el tracto vocal que filtra, y el sonido resultante es irradiado de la boca y (hasta cierto punto) de la nariz1 . La composición espectral del sonido generado en gran parte está influenciada por la calidad de la vibración vocal, gobernada por la biomecánica laríngea y las interacciones con el flujo de aire traqueal2. Tanto en una clínica y un contexto de investigación, documentación y evaluación de la vibración de la cuerda vocal está así de interés principal al estudiar la producción de la voz.

En los seres humanos, investigación endoscópica directa de la laringe durante la producción de sonido en vivo es un desafío, y es prácticamente imposible en los mamíferos no humanos, medios tecnológicos actuales. Por lo tanto y en orden a la garantía cuidadosamente controlado física o fisiológica experimental condiciones de contorno, el uso de laringes suprimido3,4 es en muchos casos una substitución adecuada para la investigación de en vivo mecanismos de producción de la voz.

Vibración de la cuerda vocal es un fenómeno tridimensional complejo5. Mientras que los métodos de investigación convencionales como endoscopia laríngea (en vivo) o preparaciones de laringe suprimido normalmente proporcionan sólo una vista superior de los pliegues vocales vibrante6, no permiten análisis tridimensional completo de movimiento de la cuerda vocal. En particular, en la vista superior los márgenes inferiores (caudales) de las cuerdas vocales son invisibles durante una parte importante del ciclo vibratorio. Esto es debido al retraso de fase entre el inferior (caudal) y el borde superior (craneal) de las cuerdas vocales, un fenómeno que se ve típicamente durante el doblez vocal oscilación5. Como escasa evidencia empírica directa para respaldar los resultados de modelos matemáticos y físicos, conocimiento de la geometría y el movimiento del vocal baja doble borde7y, por tanto, la geometría del canal subglótico8,9 , 10 es crucial para entender mejor la interacción entre el flujo de aire laríngea, tejido del pliegue vocal y la resultante fuerzas y presiones11,12. Otro aspecto de la vibración de cuerdas vocales que se esconde de la vista superior habitual es la vertical (caudo-craneal) profundidad de contacto entre las dos cuerdas vocales. La profundidad vertical del contacto se relaciona con el espesor vertical de las cuerdas vocales, que es un indicador potencial del registro vocal en canto ("pecho" vs "falsete" registro)13,14.

Para superar las deficiencias de los preparados convencionales laringe extirpada (completo), se puede utilizar una configuración llamada hemi-laringe, donde la mitad de la laringe se quita, lo que facilita la evaluación de las características vibratorias de los restantes del doblez vocal en tres dimensiones. Sorprendentemente, desde la introducción de esta configuración en la década de 196015 y una validación inicial del concepto en 199316, no muchos laboratorios han realizado experimentos con este prometedor enfoque experimental17,18 ,19,20,21,22,23. Una explicación para esto podría encontrarse en las dificultades de crear una preparación viable hemi-laringe. Mientras que la preparación convencional extirpada laringe (completo) está bien documentado4, no hay tales instrucciones más detalladas aún están disponibles para crear una configuración de hemi-laringe. Por lo tanto es el objetivo del presente trabajo proporcionar un tutorial para crear una configuración fiable reproducible hemi-laringe, complementada por los resultados experimentales de ejemplares de ciervo rojo.

Una configuración de hemi-laringe comparte muchas características con una configuración "convencional" laringe suprimido, como equipo de medida, de alta velocidad u otra tecnología de imagen para documentar adecuadamente las vibraciones de las estructuras laríngeas durante la generación de sonido, o correcto suministro de aire calentado y humidificado. Estas consideraciones de configuración general se describen en detalle en un capítulo del libro4 y un informe técnico del Centro Nacional de la voz y el habla24. Reiteración de estas instrucciones sería más allá del alcance de este manuscrito. Aquí, se presentan sólo las directivas especializadas para generar una configuración de hemi-laringe.

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Protocolo

El animal muestras analizadas en este trabajo fueron tratadas conforme a los requisitos de la norma éticos de la Universidad Palacky de Olomouc, República Checa. Derivan de vivir violentamente en los bosques, que eran buscados por el ejército Checo bosque servicio durante la temporada regular de la caza de ciervo.

1. preparación de la muestra de Hemi-laringe

Nota: Muestras debidamente preparadas sólo puede usarse, como se indica en4 . Rápida congelación de la laringe25 inmediatamente después de la supresión y almacenamiento a-80 ° C se minimiza el potencial de degradación del tejido y la alteración de las propiedades biomecánicas y permite la realización de los experimentos en cualquier momento conveniente.

  1. Descongelación de la laringe
    1. Inserte la laringe congeladora en dos bolsas de autoclave o cualquier otras bolsas de plástico con sellado impermeable. Sellar las bolsas y ponerlas en un baño de agua calentado a 30 ° C hasta que la laringe esté completamente descongelada. La duración necesaria oscila entre unas horas y más de un día, dependiendo del tamaño de la laringe y la temperatura de congelación.
  2. Limpieza de la laringe
    1. Después de que la laringe esté descongelada, retire de la bolsa y limpiar con solución salina (0,9% NaCl).
    2. Retire con cuidado el tejido superfluo como aplicable (músculos del cuello es decir externo, hueso hioides etc.) sin dañar las estructuras laríngeas principal y acortar la tráquea a una longitud adecuada para el montaje de la laringe en un tubo de suministro de aire (generalmente ca. 4-5 cm).
    3. Compruebe el tejido laríngeo para posibles anomalías del tejido, tales como heridas, deformaciones orgánicas o grietas potencialmente producido por el proceso de congelación, que podría hacer que la laringe no aptos para el experimento.
  3. Exposición de los cartílagos tiroides y cricoides
    1. Saque las piezas del tejido muscular laríngeo externo alrededor del cartílago tiroides y cricoides con un bisturí, exponiendo los cartílagos en preparación para el corte sagital creando la hemi-laringe. Esta etapa de preparación se representa en la figura 1A y 1B.
  4. Corte sagital a través del cartílago tiroides
    1. Hacer un corte vertical inicial a través de la parte anterior del cartílago tiroides.
    2. Coloque con cuidado el corte un poco más hacia el lado que está a punto de retirarse, para no dañar el doblez vocal que debe permanecer conservados. Si es posible, utilice un bisturí para cortar. Si el cartílago está osificado, use una sierra pequeña.
  5. Cortar cartílago cricoides
    1. Llevar el corte verticalmente (inferiorly) de entre los cartílagos aritenoideo y luego a través del cartílago cricoides a un nivel aproximadamente horizontal de la entalladura de la tiroidea inferior.
  6. Retiro del doblez vocal uno, creando una incisión en forma de L en la laringe
    1. Hacer horizontal cortado a partir del extremo inferior del anterior corte vertical en el cartílago cricoides y conducir el nuevo corte a la muesca de la tiroidea inferior. Pliegue anterior del lado de la laringe que se va a quitar.
    2. Hacer una vertical corte a través del tejido blando en la cara interna del cartílago tiroides - tenga cuidado mientras que el corte entre el accesorio anterior de las cuerdas vocales hacia el cartílago tiroides, evitando así daños en el pliegue vocal.
  7. Refinamiento del corte a través del cartílago tiroides
    1. Uso de un bisturí, una sierra o un archivo, con el fin de aplicar un corte recto precisamente en el cartílago tiroides y como cerca posible de la parte anterior del doblez vocal previamente inspeccionado.
    2. Quitar también una parte pequeña del cartílago tiroides posterior, con el fin de crear espacio para la inserción de la clavija para adducting el aritenoides cartílago y, por tanto, el vocal doblan (véase abajo). Esta etapa de preparación se representa en la figura 1C y 1D.
      Nota: Dependiendo de la pregunta de investigación, exposición completa del doblez vocal entera puede necesitar para permitir su visibilidad desde arriba. En tal caso, deben eliminarse las estructuras por encima del doblez vocal (verdadera) (es decir, la ventricular o vestibular veces, según sea el caso teniendo en cuenta la anatomía del espécimen). En algunos ejemplares el interior suave del tejido laríngeo por encima de las cuerdas vocales puede perder su conexión con el cartílago tiroides e interfiere con el pliegue vocal durante la vibración, potencialmente causando falsos patrones oscilatorios (en su mayoría irregulares). En tal caso es inevitable eliminar de ese tejido.

figure-protocol-1
Figura 1 : Montaje y preparación de Hemi-laringe. (A) y (B) limpió laringe espécimen, vista medial y posterior, antes del retiro del doblez vocal izquierdo; (C) y (D) preparado hemi-laringe con incisión en forma de L (a la izquierda del doblez vocal removido), medial y posterior. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

2. Hemi-laringe experimento

  1. Configuración de Hemi-laríngea
    1. Utilizar un tubo de suministro de aire que entrega el aire humidificado y calentado en la laringe.
    2. Construir dos perpendicular había arreglado placas transparentes como una sustitución por piezas desmontadas laríngeas.
    3. Uso puntas 4 para aumentar la estabilidad de la laringe y la creación de una configuración adecuada de laringe pre-phonatory por adducting del doblez vocal restante a la placa vertical (ver figura 2A).
      Nota: En teoría, las cuerdas vocales pueden también ser aducción por suturas y pesas en un sistema de polea-palanca 26 . Sin embargo, este enfoque tiene, para el mejor conocimiento de estos autores, aún no han intentado para una preparación hemilarynx.

figure-protocol-2

Figura 2 : Configuración de Hemi-laringe. (A) las estructuras de apoyo: tubo de suministro de aire, arreglo de la placa de vidrio en forma de L dientes de aducción. (B) montaje preparación de hemi-laringe con las horquillas de aducción. (C) y (D) planos de hemi-laringe-preparación, visto desde el lado y desde arriba, respectivamente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

  1. Montaje de la hemi-laringe
    1. Cubrir el tubo de suministro de aire con fijador de prótesis dental crema y montar la laringe con la parte restante de su tráquea. La crema fijadora funciona como adhesivo y cierra brechas posibles, creando un sello hermético.
    2. Fijar la tráquea con una correa o una abrazadera de apriete de plástico.
    3. Cubrir también los bordes del corte a través del cartílago tiroides con el crema, evitando separarse crema fijadora en el pliegue vocal o los tejidos blandos de los laringeos interiores fijador.
    4. Acople las placas transparentes.
  2. Estabilización del cartílago tiroides, aducción del doblez vocal con dientes
    1. Utilice las clavijas para aducción del doblez vocal a la placa y estabilizar el cartílago tiroides.
    2. Después la crema fijadora, aplicar el flujo de aire con el fin de establecer la oscilación de la cuerda vocal y verifique posibles fugas entre el hemi-laringe y las placas de vidrio.
    3. Sellar huecos eventualmente ocurrir agregando más crema fijadora.

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Resultados

Ilustraciones de la preparación de la hemi-laringe y su montaje en el tubo de suministro de aire, como se indica en el apartado anterior, se encuentran en la figura 1 y figura 2, respectivamente.

Documentación de la vibración de la cuerda vocal desde dos ángulos de cámara

Inducida por el flujo...

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Discusión

La preparación de la hemi-laringe comparte las ventajas de la configuración "convencional" laringe extirpada (completo): en este enfoque experimental, condiciones físicas y fisiológicas y parámetros (tales como presión subglótico o alargamiento de cuerdas vocales) pueden ser controlar bastante bien. El comportamiento del hemilarynx es homólogo de una laringe completo con un perfecto lateral simetría, con la excepción de que magnitudes de algunos parámetros (e.g., caudal de aire, presión sonora) se reducen en apr...

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Divulgaciones

Los autores no tienen nada que revelar.

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por una subvención APART de la Academia Austriaca de Ciencias (CTH), la Agencia de tecnología de la República Checa del proyecto no. TA04010877 (CTH, VH y JGS), y la Fundación de la ciencia Checa (GACR) no proyecto 01246S GA16 (a JGS). Agradecemos a W. Tecumseh Fitch su sugerencia de usar crema fijadora de la dentadura y Ing. Liska de P. del servicio de bosque del ejército Checo por su ayuda en la adquisición de las laringes de ciervos suprimido.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Cuchillas quirúrgicasSurgeonJai Surgical Ltd., Nueva Delhi, India
Sierramano (Lux, 150 mm de longitud)Lux, Wermelskirchen, Alemania
TermómetroTesto 922Testo Ltd., Hampshire, Reino UnidoSonda tipo K, temperatura de funcionamiento de -20 a +50 ° C
Bolsas de autoclaveBolsas de autoclavevwr.com, VWR International s.r.o., Stribrna Skalice, República
Checa Placas de vidrio conductorasHecho a medidaUPOL - Laboratorio conjunto de Óptica
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, la Rep. Checa.Crema
fijadora Cremafijadora para dentaduras postizasBlend-a-dent Natural
Puntas y sistemade fijaciónPerfiles personalizados de salmón Kanya AlDistribuidor: VISIMPEX a.s.. Seifertova 33, 750 02 Prerov, Rep. Checa;  Combinación de sistemas de fijación Kanya RVS y PVS (http://www.kanya.cz/) + puntas hechas a medida
Tubo de montajeHechoa medida UPOL - Laboratorio conjunto de Óptica,
Trida 17. listopadu 50A, 772 07 Olomouc, la Rep. Checa.Luz
LEDVerbatim 52204 Lámpara LEDMitsubishi Chemical Holdings Corporation, Tokio, Japón
CámaraCanon EOS1100DCanon Inc.Lente de 18-55 mm
Bomba de aireResun LP100Resun
Luz estroboscópicaELMED Helio-Strob micro2ELMED Dr. Ing. Mense GmbH, Heiligenhaus, Alemania
Humidificadorhecho a medidaLaboratorio de investigación de voz, Departamento de Biofísica, Facultad de Ciencias, Universidad Palacky Olomouc, República
Tracto subglóticoTractosubglótico ajustable a medidaLaboratorio de Investigación de la Voz, Departamento de Biofísica, Facultad de Ciencias, Universidad Palacky Olomouc, República ChecaHampala, V., Svec, Jan, Schovanek, P., y Mandat, D. Uzitny vzor c. 25585: Modelo subglotickeho traktu. [Modelo de utilidad n.º 25585: Modelo de tracto subglotal] (En checo) Soukup, P. 2013-27834(CZ 25505 U1), 1-7. 24-6-2013. Praha, Urad prumysloveho vlastnictvi
de Checa

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