청각의 구조별 기능

 

1. 외이(out ear)의 구조와 기능

외이는 외부환경으로부터 소리를 모아서 증폭하여 중이로 전달하는 역할을 합니다.

 

1) 이개(귀바퀴: auricle)

  이개는 연골로 되어있고, 깔때기의 원리에 의해 환경으로부터 소리를 모으는 역할을 합니다.

 

2) 외이도(external auditory canal)

  외이도는 이개와 고막 사이의 통로이며, 외이도 외측의 1/3은 연골부로 되어 있고, 내측2/3는 골부로 되어 있습니다. 외이도 길이는 약 3.0㎝, 내경은 7~9㎜입니다.

 

 외부 공기의 압력을 고막이 직접 받지 않도록 S자 모양으로 되어 있고, 섬모(가는 털)와 피지선에 의해서 이물질의 침입을 막는 방어작용을 하며, 2,000㎐~5,500㎐ 범위에서 공명 역할을 합니다. 이개에서 모아진 소리는 외이도 내의 공명에 의하여 더 커지게 됩니다(공명은 한쪽이 열려있고 한쪽은 막힌 관 속에서 일어나는 현상입니다. 외이도는 고막 쪽이 막힌 관이므로 공명이 일어납니다).

2. 중이(middle ear)의 구조와 기능

  중이는 고막과 달팽이관 사이의 공기로 채워진 6면체의 공간이며, 점막으로 덮혀있습니다. 외측은 고막, 중간에는 이소골(추골, 침골, 등골)이 있고, 내측은 난원창과 정원창이 있습니다. 중이는 공기 중의 음파를 내이 액으로 전도시키는 과정에서 증폭기능을 합니다. 중이는 소리에너지 전달의 효율성을 높여주는 임피던스 변환기라고도 합니다. 중이의 중요한 역할은 매질이 다른 공기와 액체간의 에너지 반사를 줄여서 에너지 전달효율을 높여주는 것입니다. 중이는 등골과 고막간의 면적비와 추골, 침골 간의 지렛대 효과 등 물리학적 특성을 이용하여 임피던스 차이를 줄여주고 소리증폭 역활을 합니다.

 

  침골과 추골 사이의 길이비가 약 1.3으로 압력비가 1.3배 증가하게 되고 이로 인해 약 2~3㏈ 음압이 증폭됩니다. 또한 고막과 등골의 면적비가 약 17배이므로 압력비가 17배 증가하게 되어 약 25dB가 증폭됩니다. 이와 같은 중이의 증폭기능으로 압력이 약 22배 정도 증폭(17X1.3배)되고, 음압은 약 27dB정도 커지게 됩니다.  만약 소리가 중이를 통과하지 않고 직접 난원창을 두드리게 된다면 소리가 반사되어 중이에 의하여 소리가 약 27dB정도 증가하는 것이 아니라 30dB정도 감소하게 됩니다. 중이의 기관이 없다면 약 30dB의 청력손실을 갖게 됩니다.

1) 고막(tympanic membrane)

  고막은 외이도와 고실(중이강) 사이에 있는 회색진주색의 얇은 탄력성 막이며, 직경(높이) 9mm, 폭 7.5 mm, 두께 약 0.1㎜, 면적 약 65mm2의 타원형으로 되어 있습니다. 외이도로부터 전달받은 음파진동을 이소골로 전달하는 기능을 합니다.

2) 고실(tympanic cavity: middle ear cavity: 중이강)

  고실은 고막과 내이 사이에 공기가 들어있는 콩알 크기의 방입니다. 고실은 상하․전후 및 내외의 6벽의 오목렌즈와 같은 모양입니다. 고실 내에는 이소골 및 이내근이 위치하고 있습니다.

이소골(auditory ossicle)

  고실 내에 있는 이소골은 추골(망치골), 침골(모루골), 등골(등자골)이라는 3개의 작은 뼈로 구성되어 있습니다. 소리로 인한 고막의 진동은 이소골의 추골, 침골, 등골의 순으로 전달되고 증폭되어 난원창을 거쳐서 내이로 연결됩니다. 이소골은 고막과 내이의 액체로 채워진 방 사이의 임피던스를 정합시키는 중요한 역할을 하게 됩니다. 이소골의 3가지 작은 뼈는 태어나기 전에 어른 크기와 동일하며, 태아는 자궁 내에서도 청각이 있으므로 엄마의 목소리를 알게 됩니다.

 

a. 추골(malleus: hammer): 이소골의 3가지 뼈중에서 가장 크며, 길이가 약 7.5 ~8.0㎜ 정도입니다. 두부돌기, 경부, 경부돌기, 추골병으로 이루어져 있습니다.

b. 침골(incus): 추골의 내․후방에 위치하며, 단각, 장각, 두상돌기로 이루어져 있습니다.

 

c. 등골(stapes): 신체에 있는 뼈 중에서 가장 작은 뼈이며 두부, 경부, 전․후각, 족판으로 이루어져 있습니다.

이내근(auditory muscle: 고막장근, 등골근)

이내근은 이소골에 붙어있는 2개의 작은 근육인 고막장근(tensor tympani muscle)과 등골근(stapedius muscle)입니다. 고막장근의 한쪽 끝은 중이강의 뼈에 고정되어 있고, 다른 쪽 끝은 추골에 붙어있습니다. 등골근의 한쪽은 중이강의 뼈에 고정되어 있고, 다른 쪽은 등골에 붙어있습니다.

 

이내근은 강한 음에 반사적으로 수축하여 내이를 강한 음으로부터 보호하는 역할을 합니다. 이 근육들이 수축하면 이소골이 경직되어 내이로 전달되는 소리가 줄어들게 됩니다. 이내근의 수축 시에 난원창과 등골의 진동이 억제되어 일시적으로 달팽이관에 도달하는 소리의 크기를 경감할 수 있습니다. 큰 소리에 이 근육들이 수축하는데 이것을 청각반사(acoustic reflex)라 합니다.

 

3) 난원창(oval window)

  등골의 끝부분에 위치한 중이와 내이 사이에 있는 달걀모양의 구멍이며, 달팽이관에 직접 연결되어 있습니다. 음파를 내이로 전달하는 입구역활을 하며, 고막에서 받아들인 소리의 진동이 장애를 받지 않고 이소골을 거쳐서 내이로 전달되게 합니다. 고막의 안팎을 항상 같은 기압으로 고정시키며, 난원창의 울림이 달팽이관 속의 림프액을 진동시켜 뇌로 보내져서 음을 인식하게 됩니다.

4) 이관(auditory tube: eustachian tube)

  중이(중이강: 고실)에서 비강으로 연결되는 35mm의 관으로, 내측(고실쪽) 1/3의 골부와 외측(인두쪽) 2/3의 연골부로 구성되어 있습니다. 성인의 경우 총 길이가 약 3.7㎝이며. 유아는 성인보다 짧고 넓으며, 수평으로 되어 있습니다. 이관은 비강과 연결되어 외이도와 중이강의 기압을 평형하게 합니다.

  중이의 주요기능은 반사기전과 증폭기전입니다. <표 1> 중이의 주요 기능 참조.

 

<표 1> 중이의 주요 기능

중이의 반사기전		중이는 70㏈ 이상의 강한 음에 대해 청각 보호를 위한 반사기전을 가지고 있습니다. 이소골의 고막장근과 등골근이 수축하면 이소골이 경직되고 난원창과 등골의 진동을 억제하여 달팽이관에 도달하는 소리의 크기를 경감할 수 있습니다. 이것을 청각반사(acoustic reflex)라 합니다.
중이의 증폭기전	수력 역학적 원리	고막의 가동 면적은 약 55㎟(실제면적 85~90㎟)이며, 난원창의 면적은 약 3.2㎟입니다. 이 면적 차이는 17배 정도 되며, 이로 인해 약 25㏈ 정도 음압이 증폭됩니다.
	지렛대의 원리	추골병자루와 침골장각의 길이의 비가 1.3 : 1 정도됩니다. 이 길이의 비에 의해 약 2~3㏈ 음압이 증폭됩니다.

3. 내이(inner ear)의 구조와 기능

  내이는 와우(청각부)와 전정기관(전정부)로 나누어집니다. 청각부는 달팽이관에서 청력을 담당하고, 전정부는 전정기관에서 평형감각을 담당합니다. 내이는 외이나 중이보다 매우 복잡합니다. 내이의 기능에는 물리적 음파를 생물학적(전기적)에너지 형태로 변환시켜 뇌에 전달하는 청각기능과 평형정보를 뇌에 전달하는 평형기능이 있습니다.

 

1)  와우부(cochlea: 달팽이관)

  달팽이관은 길이 약 3.5cm, 지름 2mm로 완두콩 크기이며, 속이 비어있는 나선형의 뼈로 2바퀴반 회전한 모양입니다. 와우부는 전정계, 중간계, 고실계로 나눕니다. 전정계는 전정과 근접해 있으므로 전정계라 부르며 외림프액이 들어 있고, 등골과 연결된 난원창을 가지고 있습니다. 중간계는 전정계와 고실계 사이에 있고 내림프액이 들어있고, 중간계 바닥의 기저막 위에 코르티기관이 있습니다. 코르티기의 내측에는 한 줄로 배열된 내유모세포(inner hair cell)가 약 3,500개 정도 있으며, 그 외측에는 3열로 병렬된 외유모세포(outer hair cell)가 약 15,000개 정도 있습니다.

  내이(달팽이관의 코르티기관)의 유모세포에서 기계적 자극(음파)이 전기적 자극으로 변환되어 청신경을 통하여 뇌에 전달되고, 뇌에서 이 신호들이 소리로 전환되어 소리를 지각하게 됩니다. 고실계는 고실과 접해있고 외림프액이 들어 있고, 정원창(round window)을 가지고 있습니다. 정원창은 달팽기관의 기저부에 있는 얇은 막으로 덮인 창이며. 제2의 고막 역할을 합니다.

2)  전정부(vestibule)

  전정부는 전정과 반규관으로 구성되어 있는데, 전정은 구형낭(saccule), 난형낭(utricle)으로 이루어지며, 반고리관과 함께 평형감각을 담당하는 전정미로를 형성하고 직선운동과 중력에 의한 머리의 위치를 감지합니다. 반규관(반고리관, 세반고리관)은 전정의 후․상방에 있는데, 세반고리관이라고 불리는 3개의 고리모양의 평형감각을 담당하는 기관으로 회전운동을 감지합니다.