인체의 신비(청각기관)

1. 귀의 구조(청각기관)

민재 : 우리가 소리를 어떻게 듣게 되는지 알고 싶어요.

아빠 : 귀는 소리를 들을 뿐만 아니라 평형 감각을 유지하는 두 가지 기능을 가지고 있단다. 귀는 기본적으로 바깥귀, 가운데귀, 속귀로 나눌 수 있지. 바깥귀는 귓바퀴에서 고막까지이고 가운데귀는 고막 안쪽의 귓속뼈와 귓속뼈를 담고 있는 공간(고실), 속귀는 그 안쪽의 청각 및 평형 감각기관이 담겨있는 뼛속을 말한단다.

 우선 귓바퀴가 소리를 모아서 귓구멍으로 보내준단다. 사람들이 소리가 잘 안 들릴 때 귀에다가 손을 대지? 또, 무슨 소리가 나면 개가 귀를 쫑긋하는 것도 보았을 거야. 그 이유가 소리를 잘 모으기 위해서란다.

 그렇게 귓구멍으로 들어간 소리는 종이처럼 아주 얇은 막으로 되어 있는 고막을 진동시키게 되지. 고막 바로 뒤에는 망치뼈, 모루뼈, 등자뼈의 3개의 귓속뼈가 차례로 연결되어 있어서 안뜰창을 통해 속귀 달팽이관에 전달이 된단다.

 그런데 고막과 귓속뼈는 단순한 소리 전달 이상의 중요한 기능을 하게 되지. "소리"라는 것은 공기의 진동이란다. 이런 공기의 진동은 다른 매체로 전달될 때 대부분 반사되게 되지. 예를 들면 물위에서 소리를 지르면 99%이상이 수면에서 반사되고 1% 미만이 물 속으로 전달이 된단다.

 만약에 우리 귀에서 소리가 고막과 귓속뼈 없이 안뜰창안의 액체로 직접 전달이 된다면 그 전달되는 소리의 양은 극히 미미한 것이 되고 말았을 거야. 이처럼 소리를 고막의 진동으로 바꾼 후 귓속뼈를 통해 속귀로 전달함으로서 소리의 손실 없이 효과적으로 전달 할 수 있단다.

 뿐만 아니라 고막과 귓속뼈를 이용해 소리를 증폭한단다. 우선 고막의 면적은 안뜰창으로 전달하는 등자뼈에 비해 면적이 약 20배정도 되므로 고막의 넓은 면적의 약한 진동을 안뜰창에는 좁은 면적에 20배정도 강한 신호로 전달해 줄 수 있지. 또한 3개의 귓속뼈는 지랫대 역할을 통해 소리를 1.3배 증폭할 수 있단다.

 결과적으로 귀는 고막과 귓속뼈를 이용해 소리를 전달함으로 공기중의 음파를 속귀 안의 액체로 전달하면서도 그 신호를 소실하지 않을 뿐만 아니라 오히려 26배정도 증폭 할 수 있게 되지. 이렇게 증폭된 소리는 달팽이관으로 전달되어 그 속의 털세포를 자극함으로서 액체의 진동이 전기적 신호로 바뀌어 속귀신경의 일부인 달팽이신경을 통해 뇌로 전달되면 우리가 그 소리를 알 수 있게 된단다.

 2. 귓속의 압력조절

민재: 지난번에 케이블카를 타고 팔공산을 올라갈 때 귀가 멍해졌어요. 왜 그런 거예요??

아빠: 우리가 높은 곳에 올라가면 기압이 낮아지고 낮은 곳으로 내려가면 기압이 높아진단다. 그리고 공기는 압력이 높으면 부피가 작아지고 압력이 낮으면 부피가 커진단다.

 그런데 가운데귀는 고막에 의해 밖과 막혀있지. 그래서 낮은 곳에 있다가 높은 곳으로 올라가면 가운데귀 속의 공기는 부피가 커져서 고막의 밖으로 밀리게되고, 그 반대로 높은 곳에서 낮은 곳으로 내려가게 되면 고막이 안쪽으로 밀게된단다. 그러면 고막이 팽팽해지면서 귀가 먹먹하다는 느낌을 가지게 되는 거야. 그 압력차이가 아주 심하다면 고막이 파열될 수도 있겠지.

 그렇지만 우리 몸에는 귀인두관이라는 것이 있어서 가운데귀와 인두를 연결한단다. 평소에는 귀인두관이 닫혀있지만 대기와 가운데 귀의 압력 차이가 생기면 귀인두관이 열려서 대기와 가운데귀의 압력을 같게 해 준단다. 하지만 이 관이 열리는데는 다소 시간이 필요하지. 높은 곳으로 올라가더라도 등산을 할 때처럼 고도의 변화가 서서히 일어나면 귀인두관이 열려서 귀 안의 압력을 조절하지만 비행기를 탄다거나 엘리베이트를 타는 등 표고차이가 짧은 시간 내에 일어나면 귀인두관이 미처 열릴 시간이 없어서 귀가 먹먹한 것을 느끼게 된단다. 이럴 때는 침을 삼키거나 코와 입을 막고 폐속의 공기를 불어내어 코 속의 압력을 높여주면 쉽게 귀인두관이 열리게 된단다.

 3. 평형감각기관

민재: 회전그네를 타다가 내리니까 반대방향으로 몸이 돌고있는 것 같았어요. 왜 그런 거예요??

아빠: 양쪽의 귓속에는 고리 모양의 관 세 개가 있고 그 속에는 액체로 차여 있으며 그 액체의 흐름을 감지할 수 있는 털세포가 있단다. 서로 90도의 각도로 배열되어 있기 때문에 모든 방향의 회전을 감지 할 수 있단다.

 반고리관 옆에는 타원주머니원반과 원형주머니원반 이 있고 이 속에도 역시 털세포를 가지며 액체로 차여 있단다. 여기서는 주로 직선운동을 감지하는데 우리가 머리를 기울인다거나 누울 때 머리의 위치 감각을 느끼게 하지. 이런 반고리관과 주머니원반의 털세포에서 오는 전기적 신호가 속귀신경의 일부인 안뜰신경을 거쳐 뇌에 전달되면 우리가 몸의 위치감각을 느낄 수 있는 거란다.

 그럼 회전그네를 타다가 내리면 반대로 도는 것처럼 느끼는 이유를 알아볼까. 그릇에 물을 담아서 돌리면 처음에는 물이 그릇보다 천천히 돌지만 시간이 지나면 같은 속도로 돌게되지. 그때 그릇의 회전을 중지하더라도 그릇 안의 물은 계속 돌게된단다. 물리학적으로 관성의 법칙이라고 하지. 우리 귓속의 상황도 이와 같단다. 회전그네를 타면 처음에는 우리 몸이 돌고 있다는 것을 느끼다가 조금 지나면 잘 느끼지 못하지. 그러다가 그네에서 내리면 우리 몸은 가만히 있지만 고리관속의 액체는 계속 돌고있으니 마치 우리 몸이 반대방향으로 회전하는 것처럼 느끼게되다.

 4. 귀청 (귀지)

민재: 귓속의 귀청(귀에지)은 왜 생기는 거예요?

아빠: 바깥귀길에는 귀지샘이 잘 발달되어 있고 여기서는 밀랍 같은 귀지를 분비한단다. 이 귀지의 기능은 바깥귀길의 건조를 방지하면서 방수효과를 나타내지. 이런 귀지는 처음 분비될 때는 밀랍처럼 축축하지만 시간이 지나면서 건조해 진단다. 엄마가 너의 귀를 후벼서 꺼내주는 노란 덩어리가 바로 건조된 귀지란다. 또한 귀지는 살충효과도 있단다. 바깥귀길에는 귀털이 나 있는데 이들은 끝이 바깥으로 나 있어서 살충효과를 가진 귀지와 함께 곤충의 침입을 막아준단다.