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2015年12月05日

視覚と聴覚・平衡覚のしくみ|動作のしくみから理解する(4)

ナースのための解剖生理の解説書『身体のしくみとはたらき―楽しく学ぶ解剖生理』より
今回は、動作のしくみから解剖生理を理解するお話の4回目です。

〈前回の内容〉

情報を伝えるネットワーク・神経のはたらき|動作のしくみから理解する(3)

前回は、身体に情報と指令を伝える神経の構造としくみについて学びました。

今回は、感覚器が外部から刺激を受け取った感覚のうち、視覚と聴覚・平衡覚のしくみについて解説します。

 

〈目次〉

 

視覚のしくみ

光を感知する眼

感覚器はそれぞれ、外部からの刺激を受け取る仕事をしています。眼はそのなかでも光を感知する器官で、ヒトの場合、情報の70%は眼から入ってくるともいわれています。実際、視覚情報を眼から脳へと伝達する視神経は、およそ100万本もの神経線維が集まってできているといいますから、眼からの情報というのが私たちの生活にいかに大切かがわかるでしょう。

それでは、簡単に眼球の構造を説明しましょう(図1)。

図1眼球の構造

眼球の構造

 

memo眼をカメラに例えると

まぶた:レンズキャップ

水晶体:レンズ

虹彩:絞り(光量調節)

毛様体:ピント調節機能

角膜紫外線を吸収するフィルター

硝子体:適切な大きさの物体像を確保するフィルム室

網膜:光子を感知する写真フィルム

 

眼球は、眼窩と呼ばれる保護ソケットの中で、脂肪のクッションに包まれています。その壁は、外膜、中膜、内膜の3層からなっていて、外膜の前方6分の1ほどを角膜、それ以外を強膜と呼びます。中膜は前方が毛様体と虹彩、後方は眼球に栄養分を送る血管が集まっている脈絡膜です。最も内側にある内膜には網膜があり、この網膜が視神経とつながっています。

 

memo眼球の壁をつくる3つの膜

外膜:線維膜、角膜と強膜からなる

中膜:血管膜、脈絡膜、毛様体、虹彩からなる

内膜:網膜、神経細胞層と色素上皮層からなる

 

水晶体と網膜の間を埋めているゼリー状の透明な物質は硝子体で、眼の形を保つのに役立ちます。また、毛様体から染み出した眼房水は、水晶体と角膜に栄養を与えるはたらきがあります。

では、私たちはどうやって物を見ることができるのでしょうか。

実は、私たちヒトの眼はカメラのしくみとよく似ています。というより、ヒトが自分たちの眼に似せてカメラを作ったというべきかもしれません。

外部からの光はまず角膜を通ります。角膜は厚さ1mmほどの透明な膜で、カメラのフィルターにあたります。このフィルターを通って屈折した光は、その奥にある水晶体へと向かいます。この時、カメラの絞りに当たるはたらきをするのが虹彩です。虹彩の中央には瞳孔があり、これを縮小・散大させることで、入ってくる光の量を調節します。

 

memo可視光線

人間の目に光として感じる波長範囲の電磁波を可視光線といい、下限は360-400nm、上限は760-830nmです(1nm=1 × 10-9m)。波長により異なる色をもった光として認識され、波長の短いほうから順に、紫、藍、青、緑、黄、橙、赤の七色で可視光線より波長の短いものを紫外線、長いものを赤外線と呼びます。昆虫の可視光線は250-400nmで紫外線領域にあるので、蛍光灯などに寄って困ることがあります。その対策として、紫外線を発しない照明器具や、逆に紫外線を放つ照明で虫を誘導して退治する方法もあります。

 

レンズにあたる水晶体は、チン小帯と呼ばれる細い線維によって毛様体の筋肉とつながり、この筋肉の伸縮に合わせて厚くなったり、薄くなったりしてピントを調節します。毛様体の筋肉が縮んで水晶体自体の弾性でレンズが厚くなると、光の屈折は大きくなり、そのぶん近くのものに焦点が合います。反対に筋肉が伸び、レンズが引っ張られて薄くなると、そのぶん遠くに焦点が合うという具合です(図2)。

図2水晶体による遠近調節

水晶体による遠近調節

 

こうして入ってきた光を最終的に感受し、電気信号として視神経に伝えるのが網膜です。網膜には光を感じる細胞(光受容器)が密集していて、それらには光の明暗を感じる杆体と、色覚を感じる錐体があります。

網膜からの視神経が集まって眼球内から出て行く部分を視神経円板と呼び、この部分には光受容器がありません。ここでは物を見ることができないために「盲点」とも呼ばれます。

眼球には6本の外眼筋が付着しており、眼球を動かして物体を注視することを可能にしています(図3)。これらの筋肉の動きを支配しているのは動眼神経、滑車神経、外転神経という脳から出る脳神経です。

図3外眼筋

外眼筋

 

視神経から脳へ

外界からの光刺激は、網膜で電気信号に変えられ、視神経を介して脳の視床にある外側膝状体へと運ばれます。その際、両眼の視神経の内側半分は、視交叉で互いに交叉します。

電気信号は、外側膝状体からさらに視放線を経て大脳皮質の視覚野に達します(図4)。私たちが物を「見た」と感じるのは、まさにこの時です。

図4視神経の情報伝達

視神経の情報伝達

 

聴覚と平衡覚のしくみ

耳の構造と音を感知するしくみ

補聴器をつけると、はじめのうちは違和感を覚える高齢者が多いといいます。これは、補聴器がすべての音を同じように増幅して伝えてしまうため、周囲の雑音が気になって、本来聞きたい「人の声」がうまく聞き取れないことによるようです。

このように、私たちの耳というのはただ単に「音」を聞くだけでなく、自分に関係のある音だけを上手に選択して聞き分けるという、優れた機能をもっています。これは、聴覚というのが単に耳という器官だけのものではなく、脳と密接に関係していることの表れといっていいかもしれません。実際、「聞く」という動作は、空気の振動の波が耳に入って鼓膜を揺り動かし、その振動が神経を刺激して脳に伝えられて初めて完結するのです。

では、「耳」の構造を説明しながら、私たちが音を「聞く」しくみを解説しましょう。耳の構造は大きく、外耳、中耳、内耳の3つに分けることができます(図5)。

図5耳の構造

耳の構造

 

外耳とは、私たちが一般に「耳」と言っている耳介の部分と外耳道からなります。外耳道は、成人で長さ2.5cm、直径0.6cmほどの管で、側頭骨の中まで達しています。これが、いわゆる「耳の穴」です。

 

memo音の伝わり方

外耳から入った空気振動は鼓膜を抜けると中耳で固体振動に変わり、さらに内耳では液体振動となって伝わります。

 

外耳道の皮膚には耳道腺があり、ロウ状で黄色い耳垢を分泌しています。外耳道の奥には鼓膜があり、耳に入ってきた音の振動は、外耳道を通って鼓膜を揺らします。

鼓膜の奥は中耳です。中耳は空気を入れた空間で側頭骨の中にあります。内耳と隔てた側には蝸牛窓(正円窓)と前庭窓(卵円窓)があります。中耳の中には、ツチ骨、キヌタ骨、アブミ骨という3つの耳小骨があり、ツチ骨とキヌタ骨は鼓膜の振動を拡大してアブミ骨に伝えます。アブミ骨は前庭窓にはまっていて、アブミ骨に伝わった振動は、前庭窓の内側にある内耳の液体へと伝わっていきます。

 

memo耳管の役割

中耳と咽頭をつなぐ耳管は普段は閉じています。飛行機に乗ると鼓膜の外側の気圧は低くなりますが、中耳は地上と同じ圧のままなので耳がツーンとして聞こえにくくなります。つばを飲んだりあくびをすると耳管が開いて中耳の圧を鼓膜の外側と同じにします。また、耳管には中耳内の分泌物を咽頭に排出する役割があります。幼児が風邪を引くと中耳炎になるのは、幼児の耳管が成人と比べ太く短く、地面に対してより水平なので、咽頭の細菌が耳管を経由して中耳に達しやすいからです。

 

内耳へいくと形はより複雑になっていきます(図6)。

図6コルチ器

コルチ器

 

場所は側頭骨の深いところ、ちょうど眼の後ろあたりに位置します。内耳の構造は骨迷路と呼ばれ、蝸牛、前庭、半規管の3つの部分からできています。

内耳の中はリンパ液で満たされていて、蝸牛の中にはさらに一回り細い蝸牛管があり、この中もリンパ液で満たされています。蝸牛管は薄い膜でできており膜迷路ともいい、コルチ器があります。アブミ骨の振動が前庭窓を揺らし、その振動はリンパ液の振動となり前庭階、鼓膜階を経て蝸牛窓に戻ります。このリンパ液の振動は、蝸牛管のコルチ器にも伝わります(図7)。

図7音の伝導(蝸牛を伸ばした状態)

音の伝導(蝸牛を伸ばした状態)

 

コルチ器には、有毛細胞と呼ばれる聴覚受容細胞があり、液体の波が細胞の下にある基底膜などを揺らし、その振動で有毛細胞の毛が曲がったり引っ張られたりして興奮します。ここで振動は電気信号に変えられ、蝸牛神経を経由して脳へと伝わります。

 

memo耳介の凹凸は音の反射装置

耳を伝わる空気振動は、鼓膜という固体を振動させるとき、界面反射により約30%も音エネルギーが奪われます。耳介全面に奇妙な凹凸が見られるのは、この損失を内部の共鳴で補うためで、あらゆる方向からの音波を外耳道入り口に向かわせる反射装置といえます。

 

ヒトが感じることのできる音の振動数は16〜20Hzから最高2万Hzまでといわれています。振動数が2万Hzを超えた音を超音波と呼び、鯨やイルカは、この領域の振動を使って交信するといわれています。

また、高齢になると調子の高い方の音は聞き取りにくくなるため、高齢者には低い声でゆっくりと話しかけるのがよいとされています。

 

memo動物の可聴周波数域(Hz)

イヌ:16〜50,000

ネコ:60〜65,000

イルカ:150〜150,000

コウモリ:1,000〜120,000

 

COLUMN耳は慣れる

冷蔵庫のモーター音などがはじめのうちは気になっていたのに、しばらくすると全く気にならなくなったという経験がありませんか。これは、人間の耳にある聴覚受容器が、同じ音を継続して聞くと、その音に反応しなくなり、音に気づかなくなるために起きる現象で、これを順応といいます。

また、1カ所で発生した音は左右の耳に時間的にわずかにずれて到達します。私たちが音が発生する方向を判断したり、ステレオとして音を聴いたりすることができるのは、この時間的なずれが関係しています。

聴覚は、睡眠や麻酔の時に、最後に失う感覚であると同時に、最初に覚醒する感覚でもあります。昏睡状態の患者に向かって大きな声で名前を呼びかけるのは、理にかなった行為といえるでしょう。

 

memo難聴と骨伝導

伝音性難聴は音が外界から内耳まで届かないために音がよく聞こえないもので、耳垢による外耳道閉塞、鼓膜の損傷などがあります。一方、感音性難聴は有毛細胞や蝸牛神経、大脳半球の聴覚野の障害で起ります。伝音性難聴では空気の振動からでなく、骨から内耳に直接振動が伝わればその振動を音として感じることができる場合があります。骨伝導装置が伝音性難聴の治療に用いられることがありますが、感音性難聴では効果がありません。

 

平衡感覚のメカニズム

耳には、「聞く」と同時にもう1つ重要な機能があります。身体の微細な動きを感知して体位やバランスを保つ、「平衡感覚」の機能です。

例えば、スキューバ・ダイビングで暗い海に潜ったとき、私たちはどうやってどちらへ泳げば水面に出られるのかを判断するのでしょう? これには静的平衡覚が関係しています。

静的平衡覚とは、身体が静止している時に頭部が重力に対してどちらを向いているのかを教えてくれる感覚です。私たちがふだん頭を上にした姿勢を保つことができるのも、実はこの静的平衡覚のおかげなのです。

こうした平衡感覚には、前庭の中にある平衡斑と呼ばれる平衡覚受容器がはたらいています。平衡斑にはゼラチン様基質があり、その下には有毛細胞、その上にはカルシウム塩からなる小さな石でできた耳石(平衡石)が乗っています。頭部の位置が変化するとこの耳石が動き、それにつられてゼラチン様基質も動きます。すると、ゼラチン様基質にまで伸びている有毛細胞の毛が曲がり興奮し、その興奮が電気信号を発生させ、前庭神経を経て脳へと伝わります(図8)。

図8静的平衡覚の受容器

静的平衡覚の受容器

 

一方、動いている時に頭部の状態を感じる受容器は、半規管の中にある膨大部稜と呼ばれる部分にあります。膨大部稜は、小帽と呼ばれるゼリー状物質をかぶった有毛細胞からなっています。運動して頭が回転すると、半規管の中のリンパが動いて小帽を頭の回転と逆の方向に動かそうとします。すると、この刺激が有毛細胞を動かし、その興奮が電気信号となって前庭神経を経て脳へと伝わります。

半規管は3つあり、それぞれの走り方は体軸とは一致していません。こうした運動時にはたらく平衡感覚は、静的平衡覚に対して動的平衡覚と呼ばれます。ダンスでくるくる回転したり、舟の中で荒海に揺られている時でも体位を保つことができるのは、この動的平衡覚によるものです。

平衡感覚が障害を起こすと、吐き気やめまい、ふらつきなどの症状が表れます。同じ場所をくるくる回った後に急に止まると、しばらく回転し続けている感じが残るのは、慣性の法則によってリンパの流れがすぐに止まることができず、小帽が回り続けるために起こる現象です。

 

memoメニエール病

回転性のめまい発作を繰り返し、耳鳴や難聴などを伴う内耳疾患をメニエール病といいます。発生の原因は不明ですが、病理組織学的には内リンパ腫の存在が知られています。

 

〈次回〉

嗅覚と味覚・皮膚感覚のしくみ|動作のしくみから理解する(5)


本記事は株式会社サイオ出版の提供により掲載しています。

[出典]『身体のしくみとはたらき―楽しく学ぶ解剖生理』(編著)増田敦子/2015年3月刊行

引用・参考文献 

著作権について

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今日の看護クイズ 挑戦者199

一人暮らしの82歳男性患者さん。糖尿病で血糖下降薬を内服中です。病院より数種類の内服薬が1日3回処方されていますが、定時に内服したかどうか忘れてしまうことが多くなってきています。血糖コントロールに影響するため、主治医から内服管理を主な目的として、訪問看護の依頼がありました。現在は、内服薬の飲み忘れ以外では、大きな問題はなく生活ができています。以下のうち、訪問看護師の内服管理の方法で最も適切なものはどれでしょうか?

  • 1.内服薬の飲み方について手順書を作成し、壁に貼って確認をするように指導した。訪問看護師は、訪問時に患者さんに内服が手順通りにできているかを患者さん本人に聞くようにした。
  • 2.訪問看護師が一包化した処方薬ごとに内服する日にちと曜日を記入し、配薬カレンダーに配薬した。訪問看護師は、訪問時に配薬カレンダーを見て、正しく内服しているか確認した。
  • 3.一包化した処方薬ごとに、患者さん自身で、内服する日にちと曜日を書き入れてもらい、配薬カレンダーに入れるように指導した。訪問看護師は、訪問時に配薬カレンダーを確認して正しく内服しているか確認した。
  • 4.訪問看護師が薬の袋に内服する時間を記入した。患者さん自身でその都度、ヒートのままの数種類の薬を取り出し、内服するように指導した。訪問看護師は、訪問時に残薬数の確認をして正しく内服できているか確認した。
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