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2015年12月08日

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)

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5回目です。

〈前回の内容〉

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)

前回は、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、嗅覚と味覚・皮膚感覚のしくみについて解説します。

 

〈目次〉

 

嗅覚のしくみ

においと脳の縁辺系

私たちが感じる「におい」には、「いいにおい」と「いやなにおい」があります。おいしそうなにおいを嗅げばそれだけで食欲が増しますし、いやなにおいを嗅げば「不味そう」と感じ、食べるのをためらったりします。また、ヒトより嗅覚が発達した犬は、そのにおいによって「危険な食べ物」や「危険な人物」を察知します。

嗅覚はまた、ヒトの記憶とも深い関係があります。雨の日の校庭のにおい、母のにおい、大好きな祖母のにおい─など、私たちはさまざまな思い出を、そのにおいと一緒に記憶にとどめていることが少なくありません。反対に、ある「におい」を嗅いだ瞬間、その時の記憶がよみがえってくるということもあるようです。

こうしたことを考えても、嗅覚の神経が感情や自律神経をつかさどる脳の辺縁系と呼ばれる部分と密接に関係していることがよくわかるでしょう。

 

memo嗅細胞の減少

視覚や聴覚と同じように、嗅覚も老化によって衰えます。嗅細胞は、どちらかの鼻粘膜だけで500万といわれますが、10歳を過ぎると毎年この数が1%ほど減っていくともいわれています。

 

鼻から脳へ

鼻は空気の入り口であり、その大部分は空気の通り道としての役割を果たしています。鼻腔の入り口で鼻毛の生えているところが前庭で、空気はそこから上・中・下の3つに分かれた鼻道を通ってその奥の鼻咽頭へと続きます。このうち、においを感じるのは、鼻腔のちょうど天井あたりのごく狭い範囲に限られます(図1)。

図1鼻の構造

鼻の構造

 

嗅粘膜の広さは約2.4cm2といわれ、そこに嗅覚受容細胞があります。この細胞は粘膜に分泌された粘液中に多数の嗅毛を出していて、においの元になる微細な粒子が鼻に入ると、この嗅毛を刺激します。これによって電気信号が生じ、頭蓋骨のちょうど下にある嗅球を経て脳へと伝えられます。このとき、嗅毛に感じ取られる粒子と嗅細胞との親和性の違いによってにおいの違いが区別されるといわれています。

嗅覚受容器の細胞は非常に敏感で、わずか数モルの化学物質にも反応します。しかし、聴覚同様、同じにおいが長時間続くと、そのにおいに慣れて反応しなくなるという性質(順応)をもっています。ですから、ガス漏れ事故でも、ガスが少しずつ漏れていると嗅覚がそれに反応せず、知らないうちに中毒症状を起こすことがあります。他人の香水は気になりますが、自分の香水に鈍感なのもそのためです。

 

COLUMN病気と「におい」

病気と関係の深いにおいには、アセトン臭とアンモニア臭があります。重症な糖尿病患者の場合、脂肪の分解で多量の脂肪酸が肝臓で代謝される結果、血中にケトン体という物質を生じます。このケトン体にはアセトンという甘い臭気のする物質が含まれているため、こうした患者の尿や汗からは甘ったるいにおいがすることがあります。

また、重症の肝臓疾患では、アンモニアを尿素に作り替えることができず、血液中に多量のアンモニアを含むことになります。アンモニアは時に脳の昏睡などを引き起こすこともあり、人体に有害な物質です。重症の肝疾患の患者の尿や汗から強いアンモニア臭がした場合は要注意といえるでしょう。

 

memoサケの嗅覚

サケやマスは、産卵のために、海から生まれた川に戻ってくる母川回帰という習性をもっていますが、これも嗅覚によることがわかっています。川を上るのは、距離にして数千キロ、時間にして2〜5年はかかる長旅です。彼らは自分の生まれた支流のにおいを忘れず、それを頼りにひたすら川を上っていくのです。

 

味覚のしくみ

身体を守るセンサー

かぜなどで鼻がつまってにおいがわからない時、食べ物が味気なく感じたりすることがあります。また、コーヒーを「おいしい」と感じるのも、その「香り」が大きく影響しています。このように、味覚と嗅覚は、お互いに影響し合う、切っても切れない関係にあります。

「におい」も「味」も、実は、私たちの身体を守る重要なセンサーの一部です。「おいしい」と感じるとき、私たちは無意識にそこに含まれた栄養素を欲していることがあります。妊婦がすっぱいものを欲しがったり、受験生が甘いものを欲しがったりするのは、生活の中で消費される栄養素と深い関係があります。

その反対に「不味い」と感じるのは、時に危険を知らせるシグナルにもなります。私たちは一般に苦い物を好みませんが、これは自然界の毒物に苦いものが多いためと考えられています。

生きていくためには必要な栄養さえ取れればいいと考える人がいるかもしれませんが、味覚というセンサーがなければ、私たちの生活は文字通り、かなり味気ないものになってしまうでしょう。

 

舌から脳へ

「舌は手足と同じ」といったら驚くでしょうか。発生学的にみると、舌は頸部の筋肉の一部が発達したものです。ウソだと思う人は、カエルやカメレオンが巧みに舌を操って獲物をとる姿を想像してください。彼らの舌はまぎれもなく、獲物をとる「手」の役割を果たしています。舌は筋肉なのです。

舌の表面は粘膜で覆われ、その粘膜上皮のところどころにはくぼみがあります。味細胞は、このくぼみの中に埋没する味蕾と呼ばれる部分にあります。味蕾は、全部で約1万個あり、そのほとんどは舌にありますが、ごく一部は軟口蓋や頬の内側にもあります(図2)。

図2味蕾の構造

味蕾の構造

 

memo味蕾に分布する神経線維

味蕾に分布する神経線維は、1本1本が複数の種類の味についてそれぞれ、頻度や持続時間の異なる信号を脳に送っています。塩味刺激で多数の信号を発生させる神経線維と、甘味刺激で多数の信号を発生させる神経線維は別のものであることが多く、2つの刺激の組み合わせでは、刺激に応じた多数の信号それぞれを、お名人神経線維が出すという傾向がみられます。

 

私たちが感じる味には、酸味、甘味、塩味、苦味、旨味の5つの基本味があり、それぞれ特定の物質で起ります。酸味を起こす物質にはH+を生じる酢酸、クエン酸などの酸があり、甘味を起こす物質にはショ糖、麦芽糖、ブドウ糖などの糖やアミノ酸のグリシンがあります。塩味はNaCl(塩化ナトリウム)によります。苦味物質にはカフェイン、アルカロイドのキニーネなど、旨味物質は調味料として使われるグルタミン酸があります。

味細胞が食べ物の化学物質を感じると、微絨毛と呼ばれる毛状の部分が刺激を受け、それによって電気信号が発生します。脳に味を伝える神経は、顔面神経と舌咽神経の2種類あり、顔面神経は舌の前方3分の2の味覚情報を、舌咽神経は残りの部分の味覚情報を脳に伝えます。

味覚に関係するのは、食べ物や飲み物に含まれる化学的性質ばかりではありません。食べ物の温度や舌触りも、舌が感じる味を強調したり弱めたりします。また、味蕾の数は子どもの頃が最も多く、40歳頃からは急速に減るといわれています。大人からするとほとんど味がないような流動食を乳児がおいしそうに食べたり、高齢者が味の濃い食事を好んだりするのはこのためです。

 

memo味蕾の減少

味蕾の総量はヒトで5,000程度といわれています。若年であるほど多く、高齢者では新生児の2分の1から3分の1にまで減ってしまいます。おのおのの味蕾には、およそ50個の味受容細胞が存在していますが、ひとつの細胞の寿命はわずか数日、長くても2週間で、次々に新しい細胞に置き換えられます。

 

皮膚感覚のしくみ

外界の刺激を受け取るアンテナ

常に外界にさらされている皮膚は、外界の刺激を受け取るアンテナの役割も果たしています。紫外線や細菌から身体を守り、体温の調節にも一役買うなど、その機能は多岐に渡ります。ここで取り上げるのは、主に圧力や痛み、温度などを感じる皮膚の役割についてです。

皮膚が痛みや温度を感じる重要性は、もし仮に、その機能がなかったらどうなるかを想像すればわかるでしょう。私たちは「痛い」と感じることで、異常を察知し、生命の危険を回避することができますし、何かを触って「熱い」と感じれば、すぐに手を引っ込めるなどの行動をとります。

おなかが痛い時、私たちは無意識にお腹に手をあて痛い部位をさすったりします。実は、皮膚感覚と内臓感覚の神経の末端は相互に接触しているため、こうしておなかをさすると、脳が内臓の痛みを皮膚の痛みと勘違いして、お腹の皮膚をなでることによって痛みが軽減するという不思議な現象が起こるといわれています。

文明が発達した現代では、痛みや暑さ、寒さから身を守る手段がたくさんあるため、触覚の大切さはあまり意識されることがありません。しかし、指先の運動が認知症の防止に役立つことが指摘されているように、触覚はまだまだ知られていない未知の分野でもあります。

 

memo真皮と革製品

人が布で衣類を作る前は動物の皮膚や植物の葉などをまとっていました。ただ、皮膚は腐敗したり硬くなったりするので、様々な工夫をして加工してきました。動物の皮膚は表皮と真皮からなり、非常に丈夫な部分の真皮を加工、いわゆるなめしたものを革といい、ジャンバーや靴などの革製品にしています。

 

皮膚の構造

皮膚は大きく、表面の表皮とその下にある真皮、さらにその真皮の下にある皮下組織から成っています(図3)。

図3皮膚の構造

皮膚の構造

 

表皮の最も外側を角質層といい、その内部では、何重にも層が重なって死んだ細胞を次々に表面に押し出しています。つまり、私たちがふだん目にしている皮膚の部分はすべて死んだ細胞で、これらの角質層は最終的には垢になってはがれ落ちます。内部で生まれた表皮細胞が角質層に移行して垢になるまでの期間は、だいたい35〜45日といわれています。

痛みや熱い、冷たいといった刺激を感じる受容器は真皮にあります。真皮は、密な繊維性結合組織によって構成され、主に乳頭層と網状層に分けられます。このうち、浅いほうにあるのが乳頭層で、ここには自由神経終末と呼ばれる痛みを感じる受容器や、マイスネル小体と呼ばれる触覚受容器が分布しています。真皮の深いところにある網状層には、血管や汗腺、脂腺とともに、圧を感じるパチニ小体という受容器があります。これらの受容器の密度は身体の部位によって異なります。それを調べる方法として皮膚上の2カ所を同時に刺激したとき、その2点を離れているものとして識別できる最小距離を測定する2点弁別閾があります(図4)。

図42点弁別閾

2点弁別閾

 

密度が高い舌先や指先は1〜3mmで2点として識別できますが、密度が低い背では70mm近くの距離がないと2点として識別できないのです。

これらの刺激を感じるポイントは、痛点が最も多く、全身で200〜400万カ所あるといわれますが、指先には多いが背中には少ないというように、部位によってばらつきがあります。

皮膚が感じる痛み、熱い、冷たいといった感覚の大部分は大脳にまで至らず、脊髄で分析され、反射路を通って筋肉に伝えられます。誤って沸騰したヤカンに触れてしまったなど熱いものに触れたとき、意識しなくても即座に手を引っ込めるのは、この反射のはたらきです。

 

memo知覚刺激

ある刺激に対して、知覚閾値が低下するため正常以上の知覚を感じることを知覚過敏といいます。特に、触覚、痛覚、温度感覚などに起こることが多く、ひどくなると、針で一点をついても多くの針で刺されたように感じるなど知覚異常の状態になります。

 

COLUMN関連痛

内臓に異常があると体表に痛みを感じることがあります。これを関連痛といいます(図5)。

図5関連痛

関連痛

 

これは、皮膚からの感覚神経と内臓からの感覚神経が脊髄の同じ神経と接続して大脳に送られるため、大脳は皮膚からの感覚情報なのか内臓からの感覚情報なのか区別できないために起こるものです。大脳は内臓からの痛みよりも皮膚からの痛みを経験しているので、たまに内臓からの痛み情報が入ってきても、また皮膚からだな、と勘違いしてしまうのでしょう。

狭心症では左の腋窩あたり、胆石では右肩、尿路結石では下腹部から下肢にかけて痛みを感じるようです。このような大脳の勘違いによる関連痛は臨床上、とても重要な情報を提供してくれます。

 

memo体性感覚

皮膚感覚と深部感覚を合わせたものを、体性感覚と呼びます。皮膚感覚とは、触覚、圧覚、痛覚、温度感覚、深部感覚とは、身体各部の位置や運動、振動の状態を知る感覚です。深部感覚の受容器は、皮下、筋、腱などにあります。

 

COLUMN盲点を体験しよう

うっかりして人が気づかずに見落としている点を盲点といいます。人の目には「盲点」がありますが、そこでは物が見えないことから派生したことばです。盲点は視神経円板(図6、視神経乳頭とも呼ぶ)にあり、眼球から血管や視神経が出入りするところです。

図6眼球の構造

眼球の構造

 

ここには光を感じる細胞がないので、この部分に集まった光は信号として脳には届かず、「見えない」と判断されます。フランスの物理学者エドム・マリオットによって発見されたため、マリオット盲点とも呼ばれます。

それでは、盲点を体験してみましょう。左眼を閉じて約50cm離して、右眼で図7の×印に視点を置いてください。それでも、●印を確認することができますが、意識して見ないようにします。そのままゆっくり図7に顔を近づけていくと●印が消えるポイントがあります。視覚の盲点に入ったからです。さらに近づくとまた●印が現れてきます。

図7盲点

盲点

 

〈次回〉

脳と脊髄は身体の司令塔|動作のしくみから理解する(6)


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

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