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청각기능과 평행기능을 수행하는 귀!
귀는 우리 몸에서 가장 복잡하고 정밀한 기관 중 하나이며, 소리가 뇌로 전달되는 과정에서 소리 자극을 신경자극으로 변환시켜 주는 청각기관을 포함하고 있다. 청각검사를 수행하는 사람은 외부에서 들려오는 소리가 귀의 어떤 경로를 통해서 대뇌피질로 전달되어 듣게 되는지 귀의 구조를 바탕으로 한 청각검사의 원리를 정확히 알고 있어야 한다.
귀가 포함하는 청각기관은 외이, 중이 및 내이의 세부분으로 구성되어 있고, 외이, 중이 및 내이를 차례대로 지나온 청각신호는 내이의 말단 감수기(receptor organ)인 코티기(Cortis organ)에서 청신경을 통해 대뇌의 청각중추로 전달된다.
소리는 공기나 물과 같은 탄성이 있는 매체에서 진동 파형이 전달되는 것으로 정의되며, 사람이 소리로써 느끼게 되는 현상은 물리적 자극을 생화학적 반응을 거쳐서 신경과학적으로 인지하는 과정을 포함하고 있다.
귀에 들어온 소리파형이 내이에 전달되는 경로로, 기도전도와 골도 전도가 있으며, 기도전도가 더 보편적이다.
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깔대기 모양의 이개는 소리를 모아 주는 역할을 하며 우리 몸의 머리 양측에 귀가 붙어 있는 것은 소리가 어디서 들려오는지 위치를 찾는 데 도움이 되고, 고주파수의 소리를 선별 증폭하여 소음 환경에서 잘 듣게 되는 기능과 관련이 있다.
소리의 방향성 감지는 양쪽 귀가 있으므로 가능한 것으로 양쪽 귀에 도달하는 소리의 시간적 차이와 강도의 차이를 뇌가 인지함으로써 결정된다.
외이도는 3Cm길이의 원통과 초당 340m 속도의 음파와 관계에 의하여 2500~4000Hz 사이 주파수에서 공명하며, 이로 인해서 외이도는 1500~7000Hz 범위의 소리를 10~15dB 정도 증폭시키는 역할을 한다.
이것은 어음인지에 가장 중요한 주파수를 증폭시켜 주는 장점과 동시에 큰 소리에 많이 노출되는 경우 이 주파수를 담당하는 와우 외유모세포를 가장 먼저 손상시키는 단점이 된다.
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소리의 본질은 음압의 변화이며 전달매체가 필요한데, 외이에서는 공기가 매체고, 내이에서는 림프액, 즉 액체가 매체다.
소리가 전달되는 과정에서 외이(기체)와 내이(액체)의 전달매체 간의 임피던스 차이가 커서 그 경계에서 99%ㅇ상의 소리에너지가 전달되지 못하고 반사된다.
이러한 반사를 극복하고 에너지 전달 효율을 높여주는 것이 중이의 임피던스 변환기(impedance mismatch transformer)역할이다. 이러한 중이의 역할은 이소골의 지렛대 작용(lever action)으로 1.3배 그리고 고막과 등골 족판의 면적비(hydraulic ratio)에 의해 17배의 증강 효과가 있어 1.3X17=22배.
즉 약 27dB의 음압 증폭응을 만들어 준다. 또한, 고막의 오목한 형태에 의한 shearing 효과가 약 2배 압력상승 효과가 있고, 고막과 난원창과 정원창의 역위상 위치관계에 의해 음압상쇄를 억제하는 효과가 있어 이 모두를 합치면 총 31~37dB의 음압증강 효과가 있다. 중이에는 이내근이 있어 귀에 강한 음이 들어오면 반사적으로 수축하여 내이를 보호하는 역할을 한다.
이러한 음향반사(acoustic reflex)는 큰 소리에 이내근이 반응하는 일련의 반사다. 사람의 경우 등골근이 주로 이 역할을 하며 아주 큰 소리에는 고막긴장근도 반응하게 된다.
어느정도 이상의 큰소리가 들어오면 음향반사의 구삼성 경로로서 청신경에서 복측 와우신경핵으로 들어가게 되고, 이 중 상당 부분은 능형체(trapezoid body)를 통해서 반대쪽의 상올리브의 복합체(suerior olivary complex)로 전달되며, 원심성 전달경로에서 최종적으로 양쪽의 안면신경을 자극하여 등골근 수축을 일으키게 된다.
이러한 이유로 한 귀만 자극하더라도 양쪽에서 음향반사반응이 일어나게 된다. 이 반사작용에 대한 보호기능은 저음에서 그 효과가 크며, 근육 수축과 관계 있기 때문에 발생 시간이 아주 짧은 고주파수에 수에 의한 충격파에서는 그 효과가 작다.
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난원창으로부터 내이의 외림프액에 전달된 음파는 기저막을 진동시킨다. 이로인해 코티기의 유모세포가 자극되고 이 자극이 와우신경을 거쳐 청각중추에 전달되며, 이러한 경로의 어느 부분이라도 잘못되면 감각신경성 난청이 초래된다.
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기저막(basilar membrane)위에는 청각세포인 유모세포가 놓여있어 소리자극에 의해 발생된 기저막 진동을 신경신호로 변환시키는 역할을 할 뿐만 아니라 물리적 특성상 소리의 주파수 성분을 구분해 내는 기능도 있다.
즉, 기저부에서는 좁고 딱딱한 기저막이 첨부로 갈수록 넓어지고 부드러워지는 특성 때문에 내이로 전달된 소리 에너지는 기저막의 운동을 진행파 형태로 발생시킨다. 이것은 주파수에 따라 최대 진동을 보이는 기저막의 부위가 다르기 때문이다. 다시 말하면, 특정 소리의 주파수에 의해 가장 예민하게 반응하는 와우의 부위가 정해져 있어 고주파수 소리는 와우의 기저부에서 더 예민하게 감지하고, 저주파수 소리는 첨부에 가까운 부위에서 더 예민하다.
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유모세포(air cell)는 기저막 진동으로 인해 전달된 소리신호를 신경전기신호로 변환하는 역할을 한다. 기저막과 개막의 상호 움직임에 의해서 유모세포의 가장 큰 부동모(serocilia)쪽으로 휘어지는 힘을 받게 되면 흥분성(excitatory)자극이 되며 K+같은 양이온이 세포내로 유입되고 축척되어 유모세포를 탈분극(depo-larization)시키게 된다.
한편, 탈분극 과정에서 전압에 예민한 Ca++이온도 유입되고, 이것은 유모세포와 청신경 사이의 시넵스 근처에서 glutamate와 같은 신경전달물질을 방출하게 된다. 신경전달물질의 축적은 시냅스 후 전위(post-synaptic poterntial)을 일으키게 되고, 이것은 다시 청신경에서의 활동전위를 발생시켜 대뇌 쪽으로 전달한다. 또한 외유모세포의 탈분극현상은 특이하게도 세포 자체가 수축되는 능동적과정(active process)을 일으키는데, 이 능동적 과정은 와우의 비선형반응 특성발현과 관련이 있으며, 이음향방사(atoacoustic emission)의 생성과도 관련이 있다.
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| 03 | 와우와 청신경전위 |
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유모세포에서 변환된 전기신호는 청신경을 자극하여 활동전위를 만들게 되고, 지속적으로 만들어져 전달되는 활동 전위는 대뇌에서 소리로서 인식하게 된다. 활동전위라 부르는 신경전기 에너지 이진부호 1 혹은 0(all or nothing)으로 되어있고, 청각정보를 부호화하여 대뇌로 전달한다. 이외에도 청각과 관련이 있는 전기신호로서 소리 자극후 정원창 근처에서 기록되는 교류전위반응인 와우음전기반응(cochlear microphonecs), 직류전위반응인 가중전위(summating potential), 청신경반응인 복합활동전위(compound action potential)그리고 직류전위인 와우 내 전위(endocochlear potential)등이 있다.
청각기관이 손상되면 이러한 전위들의 변화가 일어나므로 이것들을 측정함으로서 피검자의 청각상태를 진달할 수 있다.
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| 04 | 청각중추의 전위 |
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소리자극 이후에 청각 중추신경계에서 발생하는 전위를 자극후 반응 시간에 따라 청성초기반응(short latency response), 청성중기반응(middle latency response) 및 청성후기반응(long latency response)으로 분류하고, 이 전위들을 청각검사로써 이용할 수 있다.