Layer Structure of the Vocal Fold and its Vibratory Behavior Minoru Hirano, Shigejiro Kurita and Kazuto Nagata It is an important notion in voice phys

音声言語医学

音 声 言 語 医 学22:229-224,1981

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声帯 の層構 造 と振 動

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Layer

Structure

of the Vocal

Fold

and its

Vibratory

Behavior

Minoru Hirano, Shigejiro Kurita and Kazuto Nagata

It is an important notion in voice physiology that the vocal fold has a layered structure. This paper describes a tutorial summary of our series of investigations of the layer structure of the vocal fold.

(1) The vocal fold consists of the mucosa and the vocalis muscle. The mucosa, in turn, consists of the epithelium and the lamina propria. The lamina propria can be subdivided into three layers : the superficial, intermediate and deep layers.

(2) From a mechanical point of view, these layers can be divided into three sections : the cover consisting of the epithelium and the superficial layer of the lamina propria, the transi tion consisting of the intermediate and deep layers of the lamina propria, and the body consisting of the vocalis muscle.

(3) The layer strucfure varies along the length of the vocal fold. The cover is the thickest at the midportion, and it becomes thinner towards the auterior and the posterior ends. The in termediate layer is the thinnest at the midportion and it becomes very thick near the ends, for ming two masses which are called the anterior and the posterior macula flava. The deep layer of the lamina propria is the thickest in the posterior portion.

(4) The layer structure is immature in young children. In newborns the entire lamina propria is rather uniform and loose. It is after adolescence that maturation of the layer struc ture is observed.

(5) The layer structure differs significantly among various animals.

(6) The effect of laryngeal muscle contraction upon the mechanical properties can differ from layer to layer. In particular, the cover and the transition get slackened by the contrac tion of the vocalis muscle while the body becomes stiffened.

(7) Different patterns of vibratory movements of the layers result from different combi nations of the crico-thyroid and vocalis activities.

Vol.22No.3,1981.7 225 1.層 構 造 と い う概 念 は な ぜ 重 要 か 声 帯 は 均 質 な 構 造 で は な く,層 構 造 を 有 す る.各 層 は 生 物 学 的 に も,物 性 的 に も異 な る性 質 を 有 す る.さ ら に,喉 頭 筋 に よ る調 節 の受 け 方 が 層 に よ って 異 な る.こ の よ うな 事 実 に 着 目す る こ とは,次 の2つ の点 か ら と く に重 要 な の で あ る. 1.正 常 声 帯 振 動 の研 究 正 常 な声 帯 振 動 につ い て観 測 され る現 象 を説 明す る に は,層 構 造 とい う概 念 が必 要 で あ る.ま た,喉 頭 筋 の働 きに よ って声 帯 は 種 々 の状 態 に調 節 され,そ の調 節 の さ れ 方 に よ って異 な る振 動 パ タ ンを呈 す る.こ の振 動 パ タ ンの違 い の説 明 に も,層 構 造 とい う概 念 は必 要 で あ る. 2.声 帯 諸 疾 患 の研 究 お よび 診 断 ・治 療 声 帯 に生 ず る疾 患 の ほ とん どは,特 定 の層 に 発 生 す る.ま た 病 変 が及 ぶ層 の 範 囲 も,ほ とん どの疾 患 で一 定 して い る.こ の事 実 は諸 疾患 に お け る声 帯 振 動 の異 常 な パ タ ン,そ の 結果 生 ず る声 の異 常 につ い て研 究 す る 上 に,極 め て 重 要 で あ る.ま た 声 帯 の諸 疾 患 を 診 断 し,治 療 す る上 に も重 要 で あ る.と くに 音 声 外 科 的 治 療 を 論 ず る上 に 必 要 で あ る. II.層 構 造 と い う 概 念 の 歴 史 “層 構 造 ” とい う語 を 正 面 切 って 打 ち出 した の は わ れ わ れ で あ るが,こ の よ うな 概 念 に 着 目 し て いた と思 わ れ る研 究,報 告 は以 前 か らみ られ る.

1956年,Svend Smithは “Membran-Polster Theo-rie”な る考 えを 発 表 し,そ の 内容 を示 す映 画 を も作 製 し て い る.そ れ に よる と声 帯 は2つ の シ ス テ ム,す なわ ち membran(粘 膜)とpolster(声 帯 筋)か ら成 り,こ の 2つ の 間 に声 帯 靱 帯 が介 在 す る と して い る.彼 は この 考 え方 に基 づ く機 械 的 モ デ ル を ゴ ムで作 製 し,そ の振 動 が 人 の声 帯 振 動 に よ く似 て い る こ とを 映画 で 示 した. Schonharl(1960)は,近 代 的 喉 頭 ス トロボ ス コ ピ ー を 用 い たpioneeringな 研 究 を行 い,声 帯 振 動 に 際 して み られ る動 きを “Grundbewegung” と “Randkanten-verschiebung” とに 分 け て い る.彼 は 組 織 学 的 構 造 と の対 応 づ け を 行 っ て は いな い が,図 を み る と前 者 は声 帯 筋 の動 きを,後 者 は粘 膜 の動 きを さ して い る と解 釈 で き る. Perello(1962)は,文 献 的 考 察 と彼 自身 の臨 床 的 経 験 に基 づ い て,声 帯 の振 動 は粘 膜 の波 状 の運 動 で あ る と述 べ て い る. 広 戸(1966)は 声 帯 振 動 の メ カ ニ ズ ムに つ い てmuco-viscoealstic-aerodynamic theoryを 提 唱 し,粘 膜 の動 き の 重 要 性 を 強 調 して い る. これ らは いず れ も,筋 の 弾性 を重 視 した 古典 的 な 考 え とは 明 らか に異 な る もの で あ り,少 な くと も粘 膜 と筋 と い う “2つ の層 ” は,異 な る動 きを す る とい う考 え方 で あ る. 1972年,平 野 は 人 声 帯 の層 構 造 を 組 織 学 的 に 示 し,声 帯 は ボ デ ィ ー と カバ ーか ら成 る振 動 体 で あ る,と い う概 念 を 提 唱 した.ま た,前 筋 と声 帯 筋 の働 き方 に よ って, ボ デ ィ ー と カバ ー の動 き方 に4つ のパ タン が あ る こ とを 推 察 した(平 野,1972).こ れ が 声 帯 の層 構 造 に 関 す る わ た くし ど もの 研 究 の始 ま りで あ る.そ の後,教 室 で は 声 帯 の層 構 造 とそ の 振 動 に つ い て,一 連 の研 究 を 行 って きた(平 野,小 池,広 瀬,森 尾,1973;Hirano,1974; 平 野,小 池,広 瀬,粕 谷,1974;平 野,1975;粕 谷, 1976;三 橋,岡 田,平 野,1976;垣 田,平 野,川 崎, 松 下,1976aandb;Hirano,1977;岡 田,三 橋 伊 東,平 野,1978;岡 田,1978;栗 田,1980;Hirano, Kurita and Nakashima,1981;Kakita,Hirano and Ohmaru,1981;王 丸,1981;平 野,栗 田,藤,1981). 本 論文 は こ れ らの研 究 の要 点 の一 部 を ま とめ た もの で あ る. III.人 声 帯 の 層 構 造 の 基 本 型 成 人声 帯 の層 構造 を,組 織 標本 と模 式 図 で 示 す と図1 の ご と くで あ る. 声 帯 は 粘 膜 と筋 か ら成 り,粘 膜 は さ らに 上 皮 と固 有 層 か ら成 る.粘 膜 固 有 層 は線 維 成 分 の少 な い 疎 な 浅 層,弾 性 線 維 が 密 な 中間 層,膠 原 線 維 が 密 な 深 層 に 分 け る こ と が で き る.浅 層 は従 来Reinke's spaceと 呼 ば れ て い る 部 位 に あ た る.中 間 層 と深 層 を 合 わ せ た ものが 声 帯 靱 帯 で あ る.こ れ ら の各 層 の物 性 は異 な り,そ の異 な り方 は 喉 頭 筋 の働 き方 に よ って違 って くる.声 帯 全 体 と して み る と,極 め て複 雑 な振 動 系 で あ る. わ た く し ど もは これ を 多 少 簡 略 化 した モ デ ル に し て, カ バ ー(上 皮 と固有 層 浅 層),移 行 部(声 帯 靱 帯),ボ デ ィー(声 帯 筋)の3層 構 造 で示 して い る. IV.声 帯 前 後 軸 上 で の 層 構 造 の 違 い 声 帯 を 構 成 す る各 層 の厚 さは,前 後 軸 上 で 異 な る.図 2は カバ ー,固 有 層 中 間 層,固 有 層 深 層 の厚 さの違 い を 示 す.20歳 代 男 子5名 の平 均 値 が 示 され て い る. カバ ーは 膜 様 部 中央 で 最 も厚 く,前 端 お よび 後 端 に 近 づ くと薄 くな る.固 有 層 中 間 層 は 中 央 で も っ と も薄 く, 前 端 お よび 後 端 に 近 づ くと厚 くな る.と くに 前 ・後 両 端 近 くで は弾 性 線 維 の塊 りを 形 成 し,非 常 に 厚 い.こ れ ら

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図1成 人声帯 の層構造 図2声 帯前後軸上におけ る層構造の変化 の 塊 りは 前 黄 斑,後 黄斑 と称 さ れ て い る.前 ・後 黄斑 は,振 動 中 に声 帯 膜 様 部 の両 端 が,機 械 的 損 傷 を 受 け る の を保 護 す る よ うな構 造 で あ る.振 動 中 も っ と も大 き く 動 くのは 膜 様 部 中央 で あ る.そ れ は 位 置的 に も っと も動 きや す い 部 位 で あ る こ とに も よ るが,構 造 上 か ら も,も っ と も動 きや す い 構 造 を して い るか らで も あ る. V.年 齢 に よ る 層 構 造 の 違 い 声 帯 の層 構 造 は年 齢 に よ って 変化 す る.新 生児 で は粘 膜 固有 層 は ほぼ 均 質 で,線 維 成 分 が 疎 で あ り,声 帯 靱 帯 は 形 成 され て いな い.前 黄 斑,後 黄 斑 に相 当す る部 に, 弾 性 線 維 が 他 の部 よ りは 密 に 集 ま って い る(図3). 成 長 と と もに 靱 帯 様 の構 造 が 形 成 され て くる.初 期 に は,し か し,弾 性 線 維 の層 と膠 原 線 維 の層 とは 分 化 して は い な い.こ の2つ の 層 が 分 化 発 達 して,層 構 造 が 完 成 す る の は 思 春 期 以 後 で あ る. 加 齢 に よ って も層 構 造 は 変化 す る.上 皮 に は 一定 傾 向 の 変化 はみ られ な い が,粘 膜 固有 層 に は 著 明 な 変化 が み られ る.固 有 層 浅 層 で は浮 腫 性 変化 が 増 し,厚 くな る傾 向が あ る.膠 原 線 維,弾 性 線 維 の密 度 は減 少 す る.固 有 層 中間 層 で は 弾 性 線 維 の密 度 が 減 少 し,弾 性 線 維 が 萎 縮 し,中 間 層 は 薄 くな り,そ の コ ン ト ゥアが 乱 れ て く る傾 向 が あ る.固 有 層 深 層 で は 膠原 線 維 の 太 さ と 密 度 が 増

Vol.22No.3,1981.7 227 図3新 生児の声帯 図453歳 男 子 の声 帯 粘 膜 固 有 層 の 中 間 層 の コ ン ト ウア が 乱 れ て 薄 くな り,弾 性 線 維 が 萎 縮 し,密 度 が 減 少 し て い る.深 層 は 厚 く,膠 原 線 維 は 太 く密 に な り,走 行 が 乱 れ,fibrosis状 とな って い る し,走 行 が乱 れ,深 層 が厚 くな る傾 向 が あ る(図4). VI.動 物 に よ る 層 構 造 の 違 い(図5) 声 帯 の 層 構造 は 動 物 に よ って 著 し く 異 な る.た とえ ば,イ ヌ で は声 帯 靱 帯 を 欠 く.粘 膜 固 有層 は 全 体 的 に疎 な 組 織 で あ る.線 維成 分 は 上 皮 に近 い 部 の 方 が,筋 に近 い 部 よ りも密 に み られ る. カ ニ ク イザ ル で は,声 帯 上 面 と内 下 面 とで 層 構 造 が 異 な る.上 面 では 粘 膜 固 有 層 の浅 部 で 膠 原 線 維,弾 性 線 維 の密 度 が 高 く,中 間 部 では 脂 肪 組 織 が 主 体 を 成 し,筋 に 接 す る深 部 では 再 び 膠 原 線 維 と弾 性 線 維 が 密 で あ る.内 下 面 では 上 皮 直 下 で膠 原 線 維 が 極 め て密 で あ り,中 間 部 で は線 維 成 分 が 乏 し く疎 で あ り,筋 に接 す る深 部 で は線 維 成 分 が 再 びか な り密 に な る. ウ サ ギ で は,粘 膜 固有 層 は全 体 的 に線 維 成 分 が 少 な く 疎 で あ る.よ くみ る と深 部 に い くに従 って,膠 原 線 維, 弾 力 線 維 と もに ゆ るや か に密 度 を増 して い る. わ た く し ど もは最 近,層 構 造 に関 す る比 較 形 態 学 的 研 究 に 着手 した と こ ろ で あ る.こ の研 究 は音 声 の研 究 に用 い る 実験 動 物 の 選 択,デ ー タの解 釈 の上 に重 要 で あ る. VII.層 構 造 と 声 帯 調 節 声 帯 は 喉 頭 筋 の働 きに よ って 種 々 の状 態 に 調 節 さ れ る.各 層 の質 量 と硬 さが 内 喉 頭 筋 に よ って,ど の よ うに 変 化 す るか を 表1に 示 す. 前 筋 と声 帯 筋 の働 きは と くに 重 要 で あ る.前 筋 は す べ

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図5動 物の声帯 膜様部中央 の前額断 図6種 々 の声 帯 調 節 に お け る カバ ー とボ デ ィー の ふ る まい の 模 式 的 表 示 Kb:ボ デ ィー のstiffness Kc:カ バ ー のstiffness 表1内 喉頭筋 による声帯各 層の調節 _{て の 層 を 前 後 に 引 き伸ば して薄 く し,緊 張 させ る。 した} が って すべ て の層 の 質量(等 価 的 質 量)は 減 少 し,硬 さ は増 す.声 帯筋 は ボ デ ィー そ の もの で あ り,こ れ が 収 縮 す る と声 帯 各層 は前 後 に短 くな り,厚 くな る.し た が っ て各 層 と も質 量 は増 加 す る.カ バ ー と移 行 部 は た るみ の た め硬 さが 減 少 す る が,ボ デ ィ ー は筋 の収 縮 に よ って硬 さを 増 す. カ バ ー と移 行 部 は,す べ て の筋 に よ って 受動 的 に の み

Vol.22No.3,1981.7 229 調 節 され る のに 対 し,ボ デ ィ ーは 他 の筋 に よ って 受 動 的 に 調 節 され る ほか に,自 ら(声 帯 筋)の 動 きに よ って能 動 的 な調 節 も行 うわ け で あ る. VIII.声 帯 調 節 の 違 い に よ る 振 動 パ タ ン の 違 い 前 筋 と声 帯筋 との働 き方 に よ って,声 帯 振 動 中 の 各 層 の ふ る まい 方 が 異 な る.図6は4つ の典 型 的 パ タ ンを 模 式 的 に 示 す.な お,カ バ ー と移 行 部 は 一 括 して カバ ー と して あ る. 図6-aで は前 筋,声 帯 筋 と もに収 縮 は極 め て 弱 い. カ バ ー とボ デ ィ ーのstiffnessは 小 さ く,ほ ぼ 等 しい. カ バ ー とボ デ ィー は ほぼ 平 行 して動 く.図6-bで は声 帯 筋 の 作 用 が前 筋 に 比 して 著 明 に 強 い.ボ デ ィ ー のst-iffnessが カ バ ー の そ れ よ り著 明 に 大 き く,動 きは ほ と ん ど カバ ー のみ に 起 こ る.図6-cで は 声 帯 筋 の作 用 の 方 が 前 筋 の作 用 よ りや や 大 きい.ボ デ ィ ー のstiffness が カバ ー のそ れ よ りや や 大 き く,動 きは カ バ ー に よ り著 明 に 起 こ る.図6で は声 帯 筋 は ほ とん ど弛 緩 し,前 筋 が 強 く収 縮 して い る.カ バ ー とボ デ ィー のstiffnessは 大 き く,ほ ぼ 等 し い.両 者 は ほ ぼ平 行 して 動 くが,そ の 動 きは 小 さい. 6-aは 低 く弱 い お もて 声,bは 強 くて あ る 程 度 高 い お もて 声,cは お もて 声 の大 部分,dは う ら声(フ ァル セ ッ ト)で 起 こ る と推 察 され る. 本論文 は第15回喉頭 基礎 問題研 究会(1980年11月9日 千葉市) における講演原稿 に加 筆 した ものである.本 研究は 一部文部省 科学 研究費(課 題番号557402)の 援助 を受 けた.

文

献

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別刷請 求先:〒830久 留米市旭町67

久留 米大学 医学部耳鼻咽 喉科学 教室 平野 実