FISIOLOGIA DELL’EMISSIONE VOCALE

Fisiologia cellulare delle corde vocali

La mucosa che riveste il lume laringeo è costituita da epitelio respiratorio pseudo stratificato con ciglia vibratili, ad eccezione delle corde vocali, del margine delle pliche ventricolari e delle pliche ariepiglottiche, che sono rivestite da epitelio squamoso stratificato. Dunque la commessura posteriore presenta epitelio respiratorio ed una piccola striscia di tale tessuto può essere presenta a livello della commessura anteriore.
La mucosa è generalmente ricca di ghiandole a secrezione sieromucosa e di ammassi di tessuto linfatico, soprattutto a livello del ventricolo.
Questa differente distribuzione dell’epitelio nell’ambito glottico risponde a precise esigenze funzionali. La
glottide membranosa è, infatti, dotata del rivestimento epiteliale maggiormente specializzato nella resistenza meccanica, mentre a livello commessurale è presente l’epitelio più efficace nella gestione della clearance muco-ciliare (CMC).
Le cellule dell’epitelio stratificato cordale hanno necessità fisiologiche diverse rispetto a quelle dell’epidermide. Devono, infatti, resistere ad intense sollecitazioni vibratorie e devono essere ottimizzate per un ambiente mucoso. Per rispondere a tali esigenze, le cellule epiteliali cordali sono prive dello strato corneo superficiale e si mantengono metabolicamente attive anche nei piani più superficiali, sino alla loro
desquamazione nel lume aereo. Gli elementi cellulari mostrano, inoltre, un citoscheletro particolarmente sviluppato, con un efficace sistema di desmosomi, che garantisce coerenza tra le cellule anche sotto forti sollecitazioni vibratorie.

Gli studi di microscopia elettronica hanno evidenziato un aspetto a microcreste della superficie di rivestimento dell’epitelio squamoso, presente già nelle cellule di ricambio, immediatamente sottostanti a quelle in via di desquamazione. Queste, prima di staccarsi definitivamente, presentano una fase di fluttuazione, nella quale rimangono legate alle cellule più giovani mediante ponti che si distaccano dalla
sommità delle creste di queste ultime. Vi sono numerose ipotesi circa il significato funzionale delle microcreste: maggiore aderenza del muco, maggior assorbimento dell’acqua mediante aumento della area d’interfaccia. La superficie frastagliata delle corde vocali può essere paragonata al battistrada di un pneumatico, con la funzione di aumentare la trazione del flusso aereo fonatorio sulle corde vocali, ottimizzandone così la vibrazione.
Nella glottide umana la funzione della CMC riguarda fondamentalmente l’epitelio cilindrico ciliato della commessura posteriore. Nell’uomo sono molto evidenti le vie della CMC nella trachea, dirette in alto, con verso antero-posteriore atto a raggiungere la regione commessurale posteriore.
Lo scopo di tale disposizione è quello di orientare i flussi di muco delle vie respiratorie inferiori verso l’ipofaringe, destinandolo alla deglutizione. Ciò potrebbe spiegare l’elettiva localizzazione alla glottide posteriore di malattie delle basse vie respiratorie, come nel caso della TBC laringea.
Fukuda ha condotto studi comparativi sui flussi della CMC laringo-tracheale nel cane e nell’uomo. Nei modelli canini si è riusciti ad identificare delle vere e proprie correnti di CMC cordale, dirette in senso antero-posteriore.

Queste osservazioni non si sono ripetute nelle laringi umane. Nell’uomo manca, infatti, una vera e propria CMC glottica. La notevole efficacia e velocità della CMC tracheale e sottoglottica, che riescono a sospingere un film mucoso molto fluido sull’epitelio squamoso glottico, e la superficie frastagliata di quest’ultimo sono, tuttavia, in grado di garantire un’ottimale lubrificazione ed umidificazione cordali.
Le differenze di CMC tra la glottide del cane e quella umana rispondono, verosimilmente, ad esigenze funzionali differenti. L’assenza di un vero e proprio mantello mucoso, nell’uomo, può rendere più fine e modulabile la vibrazione cordale3.

Fonazione

Si definisce “fonazione” il processo, grazie al quale si produce un suono laringeo.
Ferrein nel 1741, dopo i suoi esperimenti sulla laringe di alcuni animali, fu il primo a dimostrare che la vibrazione delle corde vocali è responsabile della voce, pensando che le corde vocali si muovessero sull’aria circostante, alla stregua di corde vibranti.
Helmhotz nel 1863 ha fornito una spiegazione più accurata, mostrando che la fonazione è il prodotto di un flusso d’aria, rilasciato attraverso la glottide.
Oggi sappiamo che l’apparato fonatorio, dal punto di vista fisiologico, può venire suddiviso in tre parti:

• Una parte soffiante, rappresentata da polmoni, bronchi e trachea, responsabile dell’ampiezza del suono emesso. L’ampiezza, o intensità (loudness), è infatti in rapporto alla quantità d’aria emessa e, di conseguenza, alla pressione aerea sottoglottica. Perché la voce sia ad intensità costante deve essere mantenuta costante la pressione sottoglottica.

• Un restringimento vibrante, rappresentato dalla glottide, responsabile dell’altezza, o frequenza (pitch), del suono emesso. Tale caratteristica fisica del suono è in rapporto al grado di chiusura della rima glottica, e soprattutto allo stato di tensione delle corde vocali stesse. Secondo la teoria mucoondulatoria la componente vibrante è rappresentata dalle pliche mucose delle corde vocali che, separate dal legamento vocale a mezzo della lamina di Reinke, sono libere di vibrare per effetto della spinta aerea, esercitata dalla pressione sottoglottica. All’aumentare della tensione e della lunghezza delle corde aumenta la frequenza, ma è importante notare come essa aumenti anche all’aumentare della pressione sottoglottica. In altre parole all’aumentare dell’intensità vocale tende ad aumentare anche l’altezza vocale.

• Una serie di cavità di risonanza, rappresentate dallo spazio sovraglottico, dal cavo orale, dal lume faringeo, dalle fosse nasali e dai seni paranasali, responsabili del timbro, o colore, del suono emesso, ma anche dell’articolazione del suono emesso.

Partecipano alla gestione dell’emissione vocale il sistema nervoso centrale, la funzione uditiva, grazie al cosiddetto feedback uditivo, il livello educativo genitoriale o del gruppo sociale d’appartenenza, la postura, la costituzione fisica, la situazione ormonale, la situazione emotiva il feedback kinestesico dei gruppi muscolari coinvolti nella funzione fonatoria. Quest’ultimo, assieme al feedback uditivo, permette il controllo dinamico dei parametri della propria voce.
Durante la fonazione si verificano importanti modificazioni della dinamica respiratoria: l’attività muscolare respiratoria varia in funzione della pressione sottoglottica e della quantità d’aria, residua nei polmoni. In particolare il periodo inspiratorio tende a diminuire, mentre si allunga la fase espiratoria. Come diretta conseguenza di ciò i volumi respiratori subiscono notevoli variazioni e la pressione espiratoria incrementa in modo proporzionale all’intensità fonemica25,26.
Inoltre al fine di mantenere costante il flusso aereo durante la fonazione, e quindi di mantenere costante l’intensità vocale, occorre mantenere costante la pressione sottoglottica. I muscoli inspiratori antagonizzano le forze espiratorie dorante la fonazione, lasciando prevalere, ma di poco, l’attività delle forze espiratorie. Per tale motivo l’espirazione risulta prolungata. Man mano che i polmoni si svuotano la forza di ritorno elastico tende a calare. In questa fase vengono progressivamente de-reclutati i muscoli inspiratori, al fine di mantenere le forze espiratorie un poco al di sopra di quelle inspiratorie. Successivamente, quando le forze di ritorno elastico sono pari a zero, si assiste ad un progressivo reclutamento di muscoli espiratori. Tutto il fenomeno è finemente sincronizzato, al fine di garantire una pressione in uscita costante e, di conseguenza, un flusso espiratorio costante.

Frequenza Fondamentale

E’ oggi noto come la vibrazione della glottide produca un suono ad una frequenza tipica ed individuale, definita come “frequenza fondamentale”. Il suono prodotto possiede determinate caratteristiche spettrali acustiche, che dipendono dal modo in cui si realizza il ciclo vibratorio, ed in particolare dalla durata delle fasi d’apertura e chiusura della glottide. In altre parole la frequenza fondamentale corrisponde esattamente alla frequenza di vibrazione delle corde, e viene espressa in cicli di vibrazione al secondo (Hz). Tale frequenza è direttamente controllata dagli stati di tensione e di lunghezza delle corde vocali: a maggiori lunghezze e tensioni corrispondono suoni di maggiore frequenza e viceversa. Le dimensioni delle corde vocali, ed in particolare la lunghezza è responsabile delle differenze tra uomo e donna, nella produzione della frequenza fondamentale.
Inoltre la frequenza fondamentale genera armoniche più alte in corrispondenza delle cavità superiori della via aerea. Tali concentrazioni d’energia sonora, dovute alla cavità di risonanza, sono definite “frequenze formanti”. Il modo in cui la laringe produce i suoni è stato spiegato grazie al modello della teoria mioelastica, elaborato da Van der Berg nel 1958 e successivamente evoluto da Lieberman nel 196827.

La teoria mioelastica

L’apertura e la chiusura periodica delle corde vocali è prodotta dall’interruzione tra la tensione-massa delle corde e delle forze aerodinamiche, esercitate sopra ed intorno a loro dalla corrente aerea espirata. Il contenzioso maggiore della teoria è quello per cui le corde vocali addotte ed unite passivamente sulla linea mediana vengono aperte e chiuse, grazie alla pressione aerea infraglottica.
Sulle corde vocali agiscono 2 forze:

• Le forze aerodinamiche aerostatiche che spostano le corde vocali dalla loro posizione addotta in preparazione alla fonazione.

• Le forze del tessuto che agiscono per riportare le corde in posizione addotta.

Il bilancio tra le forze citate determina lo stato di apertura/chiusura della rima glottica. Poiché l’aria espirata, durante il suo passaggio nella costrizione cordale, perde pressione, prevarranno le forze del tessuto, determinando chiusura glottica. Tale fenomeno fa aumentare la pressione infraglottica e, quindi, fa prevalere le forze aerodinamiche aerostatiche che, di conseguenza, riapriranno la rima glottica. Ciò si traduce in un’alternanza di apertura e chiusura glottica (ciclo vibratorio). Il ciclo vibratorio determina la comparsa di un’onda, che in condizioni fisiologiche percorre la faccia superiore della corda vocale dal bordo libero in direzione mediolaterale, nota con il nome di onda mucosa.

fig. 8 Ciclo vibratorio cordale

 E’ bene ricordare che tale dinamica vibratoria è esclusivamente a carico dalla mucosa di rivestimento delle corde vocali, libera di muoversi grazie alla presenza della lamina di Reinke, che la separa dal legamento vocale. Il legamento vocale, invece, non varia la propria posizione durante la fonazione.

Il ciclo vibratorio

Timcke et Al iniziarono da pionieri, nel 1958, l’analisi fotogramma per fotogramma di film ultraveloci delle corde vocali durante la fonazione28. Ogni ciclo vibratorio è costituito da un’apertura, da una chiusura e da una fase di accollamento dei margini cordali liberi.
Il quoziente di velocità esprime il rapporto tra la durata della fase di chiusura (adduzione) e la durata della fase d’apertura (abduzione). In una voce normale questo rapporto è sempre inferiore ad 1,0. In altre parole in una voce normale il ciclo vibratorio è costituito da adduzioni più veloci, rispetto alle abduzioni. Tuttavia, quando l’intensità vocale aumenta, aumenta anche il quoziente di velocità.
Una seconda misura del comportamento delle corde vocali, durante il ciclo vibratorio, è dato dal quoziente di apertura, ossia dal rapporto tra la durata dell’apertura cordale (cioè la somma dei tempi di adduzione e di abduzione) e la durata dell’intero ciclo. Nella voce normale questo parametro varia tra 0,6 e 0,8, a testimonianza del fatto che in un ciclo vibratorio la fase d’accollamento dei margini è sempre di durata inferiore alla fase in cui la rima glottica è aperta. Anche tale parametro tende a crescere con il crescere dell’intensità vocale.
La modalità con cui avviene il ciclo vibratorio, viene definita registro di fonazione, o più semplicemente “registro”. Come si vedrà in seguito esistono differenti registri vocali, caratterizzati da particolari quozienti di velocità e d’apertura.
Va infine citata un’altra caratteristica della voce: il tipo di attacco vocale. Specialmente le vocali, ma anche le consonanti, possono essere prodotte isolatamente, o nel contesto della parola, per mezzo di tre differenti tipologie di attacco vocale29:

• Attacco duro, glottale o “stopped”: la voce è prodotta da una prima adduzione della glottide, aumentando quindi la pressione infraglottica ed iniziando successivamente la fonazione. Ne risulta un suono esplosivo, definito colpo di glottide.