청각 귀의 구조와 특징, 청각생리, 평형감각의 생리

청각

1. 청각과 청각생리

소리(음파)라는 물리적 자극은 고막을 진동시키고, 중이의 귓속뼈(이소골)를 거쳐 내이의 난원창과 달팽이세관의 림프액을 진동시키고, 이 진동이 청각신경을 자극하여 대뇌로 전달되면 소리를 감지하게 됩니다. 우리 귀는 선택성이 있어 여러 가지 소리 중에서도 자신이 듣고자 하는 소리를 들을 수 있습니다. 한편, 내이의 Semicircular canals과 전정은 몸의 회전과 기울어짐을 감지하는 평형감각을 담당하고 있습니다. 인체가 들을 수 있는 소리의 주파수 범위는 16~24,000 ㎐이며, 이보다 낮거나 높으면 들을 수 없습니다. 최적의 가청주파수는 1,000~3,000 ㎐이며, 일상적인 대화의 음역은 250~2,000 ㎐입니다. 그러나 매우 높거나 낮은 진동수의 공기 떨림은 피부를 통해 느껴지기도 합니다. 소리의 감지는 공기 진동이 고막을 통해 증폭되어 내이의 청각신경에 전달되어 감지되는 공기전도가 대부분입니다. 공기전도의 과정은 먼저 소리가 고막과 귓속뼈를 차례로 진동시키고 전정과 연결된 난원창을 안으로 움직이면 난원창이 팽창되면서 내이, 즉 달팽이관의 3개 관 중 전정계의 림프액을 진동시킵니다. 이 자극으로 인해 다시 달팽이세관의 맨 아래에 있는 기저막의 위치를 변화시키고 달팽이세관 림프액을 진동시킵니다. 이 진동은 달팽이세관 내 코르티기관의 유모세포 섬모를 움직이고, 이 섬모가 구부러지면서 생성된 전기적 충격이 청각신경(달팽이신경)을 통해 대뇌로 전달되면 소리를 감지하게 됩니다. 결국 귓바퀴에서 모아진 소리의 진동은 달팽이세관 내 코르티기관의 유모세포를 통해 감지되는 것입니다. 귀 근처의 얼굴뼈에 소리 내는 물체를 직접 접촉시키면 소리가 뼈를 통해 외이와 중이를 거치지 않고 바로 내이로 전해지는데, 이를 골전도라 합니다. 예를 들면 자신의 목소리는 공기전도 외에 골전도에 의해 내이에 전달된 것을 듣게 됩니다. 녹음된 자신의 목소리가 평상시 듣던 자신의 목소리와 다르게 들리는 것은 녹음된 소리는 골전도 부분이 빠진 공기전도만으로 외이, 중이를 거쳐 내이에 도달한 것을 듣기 때문입니다.

2. 귀의 구조와 특징

귀는 외이, 중이 및 내이의 세 부분으로 구분됩니다. 귓바퀴에 의해 모인 소리는 외이도를 통해 고막으로 전달됩니다. 외이도는 길이가 약 3~5cm인 가는 관으로, 그 내부에 섬모와 귀지선이 있습니다. 귀지선에서 분비되는 귀지는 먼지 등의 이물질의 침입을 막아 주며, 외이도의 건조함을 막아 고막을 보호해 줍니다. 외이와 중이의 경계에 위치한 고막은 외이의 가장 안쪽에 있으며, 두께 0.1mm의 얇은 타원형 깔때기 모양의 막입니다. 외이에서 전달된 소리(음파)는 고막을 진동시키고, 이 진동이 귓속뼈에 전달됩니다. 고실은 고막의 안쪽에 뼈로 둘러싸여 있는 공간으로 공기가 차 있습니다. 고실 안에는 쌀알 만한 크기로 체내에서 가장 작은 뼈인 귓속뼈가 3개 있습니다. 귓속뼈는 고막 쪽으로부터 망치뼈(추골), 모루뼈(침골), 등자뼈(등골)의 순으로 연결되어 있습니다. 고막에 전달된 소리는 귓속뼈를 통과하면서 10~20배 증폭되어 내이인 전정의 난원창에 도달합니다. 또한 고막의 진동이 1개가 아닌 3개로 구성된 귓속뼈에 의해 전달되는 것은 너무 큰 진동으로부터 청각신경을 보호하기 위한 시스템입니다. 따라서 고실과 귓속뼈는 소리의 전도를 조절하는 역할을 합니다. 유스타키오관(중이관)은 고실과 목구멍을 연결하는 관으로 중이 내의 기압을 신체 외부의 기압과 동일하게 조절하는 역할을 합니다. 평상시에 닫혀 있던 유스타키오관은 음식을 삼키거나 하품이나 재채기를 할 때 열리므로 신체 내, 외부의 기압 차는 자연스럽게 조절됩니다. 그러므로 비행기가 급상승 또는 급하강하여 귀가 먹먹할 때 침을 삼키면, 닫혀 있던 유스타키오관이 열리면서 신체 내, 외부의 기압이 동일하게 유지됩니다. 내이는 림프액으로 채워져 있는 다양한 관들로 구성되어 있으며, 기능적으로는 크게 두 부분으로 구분됩니다. 즉, 전달된 음파의 진동을 청각신경에 전달하는 청각수용기인 달팽이관(와우)과 평형감각을 담당하는 전정(안뜰)과 Semicircular canals으로 구성되어 있으며, 이들은 서로 연결되어 있습니다. 청각수용기로서 35mm의 관이 달팽이 껍데기 모양으로 2와 1/2바퀴 말려 있으며, 전정계, 중앙계, 그리고 고실계의 3개의 관으로 구성된 기관으로 이 3개의 관 안에는 모두 림프액이 들어 있습니다. 달팽이세관 안에는 청각세포인 유모세포(털세포)가 있는 코르티기관과 청각신경인 달팽이신경이 분포되어 있습니다. Semicircular canals과 달팽이관 사이에 위치하고 있으며 전정 안에는 조그마한 주머니 형태의 Sacculus과 난형낭이 있습니다. 이 주머니 안에 끈끈한 젤라틴 성분이 붙어 있는 유모세포의 섬모가 있으며, 이 젤라틴 성분 위에 주요 성분이 탄산칼슘인 이석이 있습니다. Semicircular canals은 반원 모양의 가는 3개의 관이 서로 직각을 이루면서 전정과 연결되어 있습니다. 전정과 연결된 각 관의 아래 부분은 약간 부풀어 있는데, 여기에 섬모를 가진 유모세포가 끈끈한 젤라틴 막으로 덮여 있는 상태에서 림프액 안에 잠겨 있습니다. 

3. 평형감각의 생리

평형감각은 내이의 전정과 Semicircular canals을 통해 감지되고 유지되지만, 일반 감각인 심부감각(근육, 인대 및 관절)을 통해서도 일부 감지됩니다. 몸이 기울면서 머리가 기울면, 전정 내 2개의 주머니(utricle과 Sacculus) 속의 젤라틴-탄산칼슘 결정체인 이석도 중력에 따라 움직이면서, 유모세포의 섬모에 미치는 압력이 변화하여 몸의 기울어진 정도를 감지하게 됩니다. 이러한 자극이 전정신경을 거쳐 자세중추인 소뇌와 연수로 전달되어 중력 방향에 대한 머리의 위치 변화를 감지하고, 반사적으로 머리의 위치나 자세를 바로잡게 해 줍니다. 즉, 전정은 정적인 평형감각을 감지하는 기관입니다. Semicircular canals은 몸의 회전 방향(상하, 좌우 전후 등)을 감지하는 기관, 즉 동적인 평형감각을 감지하는 기관입니다. 몸이 회전하면서 머리가 같이 회전하며, 귓속의 Semicircular canals은 함께 움직이지만 그 속의 림프액은 관성의 법칙에 의해 아직은 정지 상태를 유지하므로 결국 림프액과 Semicircular canals 기저부의 젤라틴 물질은 몸의 회전 방향 또는 머리의 회전 방향과 반대로 기울게 됩니다. 젤라틴 물질의 기울임이 유모세포를 자극하여 전기적 자극을 유발하고 이것이 전정신경을 통해 대뇌에 전달됨으로써 인체는 몸의 회전 정도와 방향을 감지하게 됩니다. 일상적으로 인체는 머리를 상하로 움직이는 경우가 드물지만, 고속 엘리베이터나 비행기를 타면 머리가 갑자기 상하로 움직이면서 어지러움을 느낍니다. 또한 어지러움이나 구토를 동반하는 뱃멀미나 차멀미 등도 Semicircular canals이 크게 자극되기 때문에 일어나는 현상입니다.