귓속뼈
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1. 개요
귓속뼈는 고막에서 속귀로 소리를 전달하는 망치뼈, 모루뼈, 등골뼈 3개의 작은 뼈로 구성된다. 망치뼈는 고막에 연결되어 진동을 모루뼈로 전달하고, 모루뼈는 등골뼈로 진동을 전달한다. 등골뼈는 내이의 타원창에 연결되어 소리 진동을 증폭시켜 전달한다. 귓속뼈는 척추동물의 진화 과정에서 턱뼈에서 유래되었으며, 소리 전달 효율을 높이는 역할을 한다. 귓속뼈는 이경화증과 같은 질환으로 청력 손실을 유발할 수 있으며, 귓속뼈 이식을 통해 치료할 수 있다.
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| 귓속뼈 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 일부 | 가운데귀 |
| 라틴어 | Ossicula Auditus |
| 영어 | Ossicles |
| 기관 | 감각기관 |
| 상세 정보 | |
| 종류 | 망치뼈, 모루뼈, 등자뼈 |
| 위치 | 가운데귀 |
| 기능 | 소리 진동을 고막에서 속귀로 전달 |
| 가장 작은 뼈 | 등자뼈는 인체에서 가장 작은 뼈 중 하나임 |
| 추가 정보 | |
| 관련 질병 | 이경화증, 전음성 난청 |
2. 구조
귓속뼈는 고막에서 속귀로 가는 순서대로(얕은 곳에서 깊은 곳으로) 망치뼈, 모루뼈, 등골뼈이며, 이는 라틴어로 "망치, 모루, 등자"로 번역된다.[1]
- 망치뼈는 추골망치관절을 통해 모루뼈와 연결되며, 고막에 부착되어 진동을 받아들인다.
- 모루뼈는 망치뼈와 등골뼈 모두와 연결되어 있다.
- 등골뼈는 추골등골관절을 통해 모루뼈와 연결되며, 중이와 속귀 사이의 난원창에 부착되어 있다. 등골뼈는 신체에서 가장 작은 뼈이다.[2]
2. 1. 망치뼈 (Malleus)
망치뼈는 포유류가 되면서 새로 획득한 귓속뼈이다. 등골뼈, 망치뼈 중 한쪽만 가진 동물은 없다. 포유류 이외의 사지 동물의 턱 관절의 아래턱 부분을 구성했던 관절뼈(articular)에서 유래한다. 등골뼈와 망치뼈를 잇는 관절은 사지동물의 본래 턱 관절에 해당한다. 고막의 진동을 직접 받아들인다.[1] 망치뼈(hammer영어)는 추골망치관절을 통해 모루뼈와 연결되며, 진동하는 음압 운동이 전달되는 고막에 부착되어 있다.2. 2. 모루뼈 (Incus)
'''모루뼈'''(anvil|앤빌영어)는 귓속뼈 중 하나로, 망치뼈와 등골뼈 사이에 위치하며 망치뼈로부터 진동을 받아 등골뼈로 전달하는 역할을 한다. 추골등골관절을 통해 등골뼈와 연결되며, 중이와 속귀의 안뜰 사이의 타원형 공간인 난원창의 막에 부착되어 있다.[2] 모루뼈는 파충류 단계의 단궁류가 포유류로 진화하면서 획득한 새로운 귓속뼈로, 원래는 포유류 이외의 사지동물에서 턱 관절의 위턱 쪽을 구성하던 방형골(quadrate)이었다.2. 3. 등자뼈 (Stapes)
'''등골'''(鐙骨, Stapes)은 척추동물이 처음 가진 이소골이다. 원래 어류의 위턱과 아래턱을 뇌함의 내이 바로 아래 위치에서 매다는 '''설골'''(hyomandibular)이었다. 사람에서는 등자 모양을 하고 있어서 이 이름이 붙었다. 망치뼈와 모루뼈를 가지고 있는 경우에도 내이에의 연결은 등골이 담당하며, 등골의 진동을 받는 곳은 '''타원창'''(fenestra ovalis)이라고 불린다. 등골에는 등골근이라는 작은 근육이 붙어 있어, 강한 소리가 직접 달팽이관으로 들어가는 것을 제한한다.
사람의 등골은 인체에서 가장 작은 뼈로 알려져 있다.[19]
2. 3. 1. 이소주 (Columella)
파충류나 조류의 등골은 '''이소주'''(columella)라고도 불린다. 이소주는 내이의 난원창에 접하는 근위부와 고막 등에 접하는 원위부로 나뉘며, 원위의 '''외이소주'''(extracolumella)는 연골성이다. 포유류의 등골과 상동인 것은 항상 골화하는 이소주 근위부로 생각된다.3. 발생
연구에 따르면 포유류 배아의 귓속뼈는 아래 턱의 일부인 치골에 부착되어 있다. 이들은 Meckel 연골이라고 불리는 연골의 골화된 부분으로, 턱에 부착되어 있다. 배아가 발달함에 따라 연골이 경화되어 뼈를 형성한다. 발달 후반에 뼈 구조는 턱에서 분리되어 내이 영역으로 이동한다. 이 구조는 중이로 알려져 있으며, 등골, 침골, 망치뼈, 고막으로 구성된다. 이들은 양서류, 조류 또는 파충류 턱의 이주골, 사골, 관절골, 각골 구조에 해당한다.
4. 기능
귓속뼈는 소리 파동을 고막에서 내이로 전달하는 역할을 한다. 고막이 진동하면 연결된 망치가 움직이고, 이어서 모루와 등자를 거쳐 내이의 난원창으로 진동이 전달된다.[4] 귓속뼈는 지렛대 작용과 힘이 가해지는 면적을 줄여 소리 에너지를 효율적으로 전달한다. 귓속뼈에 부착된 고막긴장근과 등자근은 귓속뼈의 움직임을 조절하여 큰 소리로부터 내이를 보호하고, 주파수 분해능을 높이는 역할을 한다.
4. 1. 임피던스 정합
소리 파동이 고막을 진동시키면, 고막은 그에 연결된 가장 가까운 귓속뼈인 망치를 움직인다. 망치는 이어서 모루를 통해 등자를 거쳐 최종적으로 내이의 전정으로 이어지는 난원창의 막으로 진동을 전달한다.공기를 통해 이동하는 소리는 액체에 닿으면 대부분 반사된다. 공기를 통해 이동하는 소리 에너지의 약 1/30만이 액체로 전달되는데,[4] 이는 머리가 물속에 잠겼을 때 소리가 갑자기 중단되는 현상에서 관찰할 수 있다. 액체는 상대적으로 압축하기 어렵기 때문에 공기를 통해 이동하는 소리 파동의 힘에 저항한다. 귓속뼈는 지렛대 작용과 힘이 가해지는 면적을 줄여 기계적 이점을 고막에 제공한다. 그 결과 진동은 더 강해지지만 멀리 이동하지는 않는다. 이는 소리 파동이 외이에서 난원창으로 직접 전달되는 경우보다 더 효율적으로 결합할 수 있게 한다. 힘이 가해지는 면적이 줄어들면서 대부분의 소리 에너지를 액체로 전달할 수 있을 만큼 압력이 충분히 커진다. 이렇게 증가된 압력은 달팽이관 속 액체를 압축하여 자극을 전달한다. 이처럼 귓속뼈의 지렛대 작용은 진동을 변화시켜 소리의 전달과 수신을 개선하며, 이는 일종의 임피던스 정합이다.
귓속뼈의 움직임 정도는 귓속뼈에 부착된 두 근육, 즉 고실 장근과 등골근에 의해 제어(및 제한)된다. 이 근육들은 큰 소리로부터 내이를 보호하기 위해 귓속뼈의 진동을 약화시키기 위해 수축할 수 있으며(이론 1), 낮은 주파수의 전달을 줄여 더 높은 주파수에서 더 나은 주파수 분해능을 제공하는 것으로 생각된다(이론 2)(음향 반사 참조). 이 근육들은 박쥐에서 더 발달했으며, 반향 정위(SONAR) 동안 박쥐가 내는 소리를 차단하는 데 사용된다.
4. 2. 음향 반사
소리 파동이 고막을 진동시키면, 고막은 그에 연결된 가장 가까운 귓속뼈인 망치를 움직인다. 망치는 이어서 모루를 통해 등자를 거쳐, 최종적으로 내이의 전정으로 이어지는 개구부인 난원창의 막으로 진동을 전달한다.공기를 통해 이동하는 소리는 액체 매체에 닿으면 대부분 반사된다. 공기를 통해 이동하는 소리 에너지의 약 30분의 1만이 액체로 전달된다.[4] 이는 머리가 물속에 잠겼을 때 발생하는 소리의 갑작스러운 중단에서 관찰된다. 액체의 상대적인 비압축성이 공기를 통해 이동하는 소리 파동의 힘에 저항하기 때문이다. 귓속뼈는 지렛대 작용과 힘 분배 면적의 감소를 통해 고막에 기계적 이점을 제공한다. 그 결과 진동은 더 강해지지만 멀리 이동하지는 않는다. 이는 소리 파동이 외이에서 난원창으로 직접 전달되는 경우보다 더 효율적인 결합을 가능하게 한다. 힘 적용 면적의 감소는 대부분의 소리 에너지를 액체로 전달할 수 있을 만큼 충분히 큰 압력 증가를 허용한다. 증가된 압력은 달팽이관에서 발견되는 액체를 압축하고 자극을 전달한다. 따라서 귓속뼈의 지렛대 작용은 소리의 전달과 수신을 개선하기 위해 진동을 변경하며, 이는 일종의 임피던스 정합이다.
그러나 귓속뼈의 움직임 정도는 귓속뼈에 부착된 두 개의 근육(''고막긴장근''과 ''등자근'')에 의해 제어(및 제한)된다. 이 근육들은 과도하게 큰 소리로부터 내이를 보호하기 위해 귓속뼈의 진동을 약화시키기 위해 수축할 수 있으며(이론 1), 낮은 주파수의 전달을 줄임으로써 더 높은 주파수에서 더 나은 주파수 분해능을 제공한다는 것으로 생각된다(이론 2). (음향 반사 참조) 이 근육들은 박쥐에서 더 발달했으며 반향 정위 (SONAR) 동안 박쥐의 발신 소리를 차단하는 데 사용된다.
5. 진화
'''등골(鐙骨, Stapes)은 척추동물이 처음 가진 이소골(귓속뼈)이다. 원래 어류의 위턱과 아래턱을 뇌함의 내이 바로 아래 위치에서 매다는 '''설골'''(hyomandibular)이었다. 사람에게는 등자 모양을 하고 있어 등골이라는 이름이 붙었다. 그러나 등자처럼 고리 모양을 하고 있는 것은 태반류(이빨없는고래상목 제외) 뿐이며, 기본적인 형태는 막대 모양이다. 망치뼈와 모루뼈를 가진 경우에도 내이에의 연결은 등골이 담당한다. 내이 쪽에서 등골의 진동을 받는 곳은 '''타원창'''(fenestra ovalis)이라고 불린다. 등골에는 등골근이라는 작은 근육이 붙어 있으며, 이소골의 가동성을 제한하여 강한 소리가 직접 달팽이관으로 들어가는 것을 막는다. 등골이 고리 모양을 하고 있는 경우, 그 고리 안으로 동맥이 지나간다. 태반류 중에서 이빨없는고래상목만이 그러한 형질을 가지고 있지 않은 것은, 이빨없는고래상목이 먼저 다른 태반류에서 분기되었다는 설의 근거 중 하나가 되었으며, 아메리카 자연사 박물관은 그 설에 따른 전시를 하고 있다.[1]
5. 1. 어류에서 양서류로의 진화
척추동물이 물속에 있는 동안에는 외부의 진동을 내이에 전달하는 것은 그다지 큰 문제는 아니었다. 공기의 천 배의 밀도를 가진 물을 통해 전달된 진동은 특별한 전달 장치 없이도 쉽게 내이에 도달할 수 있었다. 어류 중 한 무리가 양서류가 되어 육상으로 진출했을 때, 공기라는, 물과는 비교도 안 될 정도로 희박한 물질의 진동을 수신하는 문제가 발생했다. 이를 해결한 것이 공기의 진동을 받아들이기 위한 특별한 막 구조인 고막과, 그 진동을 직접 내이에 전달하는 등골이다. 내이 근처에 있던 분수공을 막는 피부가 고막으로 변화했다고 생각된다. 분수공은 무악류의 아가미 구멍의 흔적으로, 인두에서 머리 측면에 연결되어 있으며, 중이·유스타키오관도 이 연결을 유지하고 있어 고막 안팎의 기압 조절에 도움이 된다.등골의 근원이 된 설악골은, 어류에서 아직 두개골과 다른 구조였던 위턱 아래턱 구조(제1 인두궁)를 두개골에 연결하는 역할을 했던 제2 인두궁에서 유래하는 골격 구조였다. 그 후, 피골성 골격 요소에 의해 위턱과 두개골이 고착되고, 아래턱도 인대와 턱관절에 의해 위턱과 확실하게 연결되면서, 턱을 지지하는 역할은 작아졌다. 그리고 마침 두개골의 귀 영역과 턱의 방형골을 연결하고 있던 설악골이, 내이와 고막을 연결하는 역할을 하게 되었다고 생각된다.
5. 2. 파충류에서 포유류로의 진화
파충류에서 포유류로 진화하면서 귓속뼈에 큰 변화가 일어났다. 원래 파충류를 포함한 단궁류의 턱 관절은 위턱의 방형골과 아래턱의 관절골로 이루어져 있었다. 하지만 포유류로 진화하면서 이 뼈들이 작아지고 역할이 바뀌었다.단궁류에서는 방형골과 관절골이 작아지면서, 두개골의 인상골과 아래턱의 치골이 턱 관절을 이루게 되었다. 즉, 원래의 방형골-관절골 관절 바깥쪽에 새로운 인상골-치골 관절이 생긴 것이다.
초기 단궁류인 반룡류는 청각이 발달하지 않았고, 등골은 크고 튼튼하여 방형골에 직접 연결되어 있었다. 이는 현재의 뱀이나 투구이구아나, 그리고 조상인 어류와 비슷한 형태였다.
반룡류가 수궁류로 진화하면서, 양서류나 원시 파충류에서 등쪽에 있던 고막을 턱관절 근처로 이동시키거나 새롭게 획득하여 다시 청각을 발달시켰다. 이 과정에서 턱관절 역할을 거의 인상골-치골에 넘겨주었던 방형골과 관절골은 서로의 관절을 유지한 채, 각각 침골(모루뼈)과 망치뼈(추골)로 바뀌어 귓속뼈에 통합되었다.
즉, 반룡류에서 아래턱으로부터 진동을 전달하던 방식(관절골-방형골-등골)을 이어받아, 포유류는 망치뼈-침골-등골의 형태로 진동을 전달하게 된 것이다. 침골과 망치뼈 사이의 관절은 파충류 단계에서의 방형골-관절골 관절과 같은 기원을 가진다. 이러한 이유로 "파충류의 턱 관절은 포유류의 귀에 통합되었다"라는 표현이 사용되기도 한다.
6. 임상적 의의
때때로 귓속뼈 사이의 관절이 굳어지기도 한다. 이경화증은 등골이 난원창에 융합되어 청력이 감소되는 질환으로, 수동적인 중이 임플란트를 사용하여 수술적으로 치료할 수 있다.
6. 1. 이경화증
때때로 귓속뼈 사이의 관절이 굳어지기도 한다. 이경화증이라는 질환은 등골이 난원창에 융합되는 결과를 초래한다. 이는 청력을 감소시키며 수동적인 중이 임플란트를 사용하여 수술적으로 치료할 수 있다.6. 2. 귓속뼈 이식
때때로 귓속뼈 사이의 관절이 굳어지기도 한다. 이경화증이라는 질환은 등자뼈가 난원창에 융합되는 결과를 초래한다. 이는 청력을 감소시키며 수동적인 중이 임플란트를 사용하여 수술적으로 치료할 수 있다.[20] 2019년 3월 13일, 남아프리카 공화국의 프레토리아 대학교는 3D 프린터로 제작한 망치뼈, 모루뼈, 등자뼈의 티타늄 인공 뼈를 남성에게 이식하는 데 성공했다.[20]7. 역사
귓속뼈 발견에 대해서는 여러 주장이 있는데, 16세기 초 해부학자들이 자신들의 업적이라고 주장했다. 가장 먼저 언급되는 인물은 알레산드로 아킬리니와 야코포 베렌가리오 다 카르피이다.[5] 여러 자료에서는[6] 망치뼈와 모루뼈의 발견을 해부학자이자 철학자인 아킬리니의 업적으로 본다.[7] 망치뼈와 모루뼈에 대한 최초 기록은 베렌가리오 다 카르피의 ''Commentaria super anatomia Mundini''(1521)에 나타났으며,[8] 그는 이 두 뼈를 간략하게 묘사하고 소리 전달과의 이론적 연관성을 언급했다.[9] 니콜로 마사의 ''Liber introductorius anatomiae''에서도[10] 같은 뼈를 약간 더 자세히 묘사했으며, 둘 다 작은 망치에 비유했다.[9] 안드레아스 베살리우스의 ''De humani corporis fabrica''에서는 귓속뼈의 두 번째 구성 요소를 모루에 비유하며, 모양을 고려하여 어금니를 대안으로 제시하기도 했다.[12] 등골뼈에 대한 최초의 출판된 설명은 페드로 히메노의 ''Dialogus de re medica''(1549)에 실렸지만, 조반니 필리포 인그라시아가 1546년경 나폴리 대학교에서 공개 강연을 통해 이미 언급했었다.[14]
"ossicle"이라는 용어는 "뼈"의 축소형인 ossiculum|오시쿨룸la에서 파생되었다(os|오스la; 소유격 ossis|오시스la).[15] 망치뼈는 라틴어 ''malleus''에서 유래되었으며, "망치"를 의미한다.[16] 모루뼈는 라틴어 ''incus''에서 유래되었으며, "모루"를 의미하는데, "망치로 단조하다"는 의미의 incudere에서 파생되었다.[17] 등골뼈는 현대 라틴어 "stirrup"에서 유래되었으며, "서다"를 의미하는 stare와 "발"의 대격인 pedem과 관련된 후기 라틴어 ''stapia''가 변형된 것으로 추정된다. 등골처럼 생겨서 붙여진 이름이다. 고대인들은 등자를 사용하지 않았기 때문에, "등자"에 대한 고전 라틴어 단어가 없어 만들어진 현대 라틴어 단어이다.[18]
참조
[1]
간행물
Autoincudotomy as an uncommon etiology of conductive hearing loss: Case report and review of literature
2023-04-01
[2]
웹사이트
Your Bones
http://kidshealth.or[...]
[3]
간행물
The Journey From Jaw to Ear
[4]
서적
Animal Physiology, 2nd ed.
[5]
간행물
The discovery of the auditory ossicles
[6]
서적
I dottori Bolognesi di teologia, filosofia, medicina e d'arti liberali dall'anno 1000 per tutto marzo del 1623
http://gallica.bnf.f[...]
Tebaldini, N., Bologna
[7]
서적
Studies in pre-Vesalian anatomy. Biography, translations, documents
American Philosophical Society, Philadelphia
[8]
서적
Commentaria super anatomia Mundini
https://archive.org/[...]
Bologna
[9]
서적
Andreas Vesalius of Brussels, 1514–1564.
University of California Press, Berkeley
[10]
서적
Liber introductorius anatomiae
https://www.digitale[...]
Venice
[11]
서적
De humani corporis fabrica
Johannes Oporinus, Basle
[12]
서적
Andreas Vesalius of Brussels, 1514–1564.
University of California Press, Berkeley
[13]
서적
Dialogus de re medica
https://archive.org/[...]
Johannes Mey, Valencia
[14]
간행물
Disputes Surrounding the Discovery of the Stapes in the Mid 16th Century
[15]
웹사이트
Online Etymology Dictionary
http://www.etymonlin[...]
[16]
웹사이트
Online Etymology Dictionary
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[17]
웹사이트
Online Etymology Dictionary
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[18]
웹사이트
Online Etymology Dictionary
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[19]
서적
BODY 世にも美しい人体図鑑
ディスカヴァー・トゥエンティワン
[20]
웹사이트
人体最小の中耳の骨を3Dプリンターで作製、世界初の移植成功
https://www.afpbb.co[...]
AFP
2019-03-16
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