1. くちを あけると、あごの なかで なにが うごいて いるの?
1. 口を開けるとき、あごの関節の中では何が動いているのか
1. 口を開けるとき、顎関節では何が動くのか:下顎頭・関節窩・円板
みみの まえに ゆびを あてて、くちを ぱくぱく して みましょう。こりこり うごく ところが あごの かんせつです。
ここでは、した あごの ほねの さきが、あたまの ほねの くぼみに はまって います。ふたつの あいだには、やわらかい クッションのような ものが はさまって いて、ほねどうしが ごつごつ ぶつからないように して います[1]。
くちを おおきく あけた ときの ひろさは、ひとが ふつうに あけられる めやすで、まえばの さきと さきの あいだで 4センチ ほど あると いわれます。ただし これは おいしゃさんが つかう めやすで、ぜんいんが この とおりと いう わけでは ありません[1]。
では、この かんせつを うごかして いるのは なんでしょう。つぎの しょうで、あごを うごかす きんにくを みて みます。
耳の前に指を当てて口を開け閉めすると、動いている場所が分かります。そこが顎関節で、下あごの骨の先にある「下顎頭」が、頭の骨(側頭骨)のくぼみ「関節窩」にはまってできています。2つの骨の間には、線維軟骨でできた「関節円板」があり、クッションの役をします[1]。
円板は、口を開け閉めする動きをなめらかにする役割ももっています。口を開けるときは、下顎頭が回転しながら前へ滑る動きが組み合わさる、と説明されることがあります。細部は資料によって書き方が少しちがいます。
口をどこまで開けられるかは、診察の目安として決まっています。平均的な身長の人で、上下の前歯の先の間に少なくとも40mm(4cm)開く、というものです。これは診断の基準で、全員がこの数字というわけではありません[1]。
骨と関節が分かったところで、次の問いは「では、何がこのあごを動かすのか」です。
口を開けるとき、顎関節では何が動くのか。顎関節は、下顎骨の先端の下顎頭と、側頭骨の関節窩でつくられる。両者の間には線維軟骨性の関節円板があり、関節面の間でクッションとして働く[1]。骨と骨が直接ぶつからないのは、この円板が間に入っているからだ。
円板はクッションに加えて、動きをなめらかにする役目も担う。ただし周囲の組織と前後方向に強く結びついているわけではないため、位置がずれて下顎の動きを制限することがある[1]。つまり、動きやすさと、ずれやすさは、同じつくりの表裏だ。
開口量の臨床的な目安は、平均的な身長の人で、上下の中切歯の先の間に少なくとも40mmとされる[1]。これは診断のための基準であり、全員がこの値とは限らない。また、子どもの値は、ここで使った資料には載っていない。
口を開けるとき、下顎頭の回転と前方への滑りが組み合わさる、と説明されることがある。この二段階の細部は資料によって書き方がちがうので、ここでは「組み合わさると説明される」程度にとどめる。
では、この関節を動かす力の側は、どうなっているのか。
2. あごを うごかす きんにくは、どれくらい ちからが あるの?
2. あごを動かす4つの筋肉は、どれほどの力を出せるのか
2. 咀嚼筋と咬合力:4つの筋肉と、成人男性での測定値
あごを うごかす きんにくは、おもに 4つ あります。ほっぺたの よこや こめかみの あたりから、した あごの ほねに ついて いて、あごを ひきあげます[2]。
この きんにくは、ものを かむ ときだけ では ありません。のみこむ ときや、はなす ときにも はたらくと されて います[2]。しゃべる ときも、あごは ちいさく うごいて いるのです。
では、どれくらい つよく かめるのでしょう。おとなの おとこの 人を しらべた けんきゅうでは、さいだいの かむ ちからが、1本ずつの はが かみあう ところで、ひとつの がわで 690ニュートンほど でした。おもさに なおすと、およそ 70キログラムじゅうです[3]。
ただし これは、その けんきゅうに 出た 人たちの はなしです。人に よって ちがいが とても おおきく、きんにくが おおきい 人ほど ちからが つよい かたむきでした。こどもや ほかの 人の かずでは ありません[3]。
こんなに つよい ちからを うけとめる あごの ほねは、つかい かたで かたちを かえるのでは ないか。そんな ことを しらべた けんきゅうが あります。
顎関節を動かすのは、咀嚼筋と呼ばれる4つの筋肉、咬筋・側頭筋・内側翼突筋・外側翼突筋です。頭蓋骨と下あごの骨の間につき、下あごを引き上げます。働きは噛むことだけではなく、飲みこむことや、発音にも深く関わるとされています[2]。
その力はどのくらいでしょうか。成人男性で、上下の歯が1本ずつかみ合う位置の最大咬合力を測った研究があります。右は約684ニュートン、左は約694ニュートンでした。重さに換算すると約70キログラム重(自分で計算した値)です[3]。
ただしこの数字は、成人男性だけの結果で、対象の人数も抄録には書かれていません。ばらつきを表す標準偏差は約200ニュートンで、個人差が大きいことが分かります。咬筋が大きい人ほど咬合力が大きい傾向がありましたが、女性や子どもの値ではありません[3]。
これだけの力が、毎日の食事で、何年も同じ骨にかかります。骨は、その力をどう受けているのでしょうか。
この関節を動かす側の仕組みを見る。顎を動かす筋は咀嚼筋と呼ばれ、咬筋・側頭筋・内側翼突筋・外側翼突筋の4つからなる。頭蓋骨と下顎骨の間につき、下顎を挙上して、咀嚼・嚥下・発音に深く関与する[2]。
力の大きさは、人間工学の研究で測られている。成人男性の最大咬合力は、右683.7±204.9N、左693.6±208.7Nだった。これはN(ニュートン)をkgfに直すと約70kgf(計算)で、上下の歯1本ずつがかみ合う位置の値である[3]。
この数字には3つの条件がつく。第一に成人男性のみで、子どもや女性の値ではない。第二に標準偏差が約200Nで、個人差が大きい。第三に、咬筋の形態計測値と咬合力の間に正の相関があり、筋が大きい人ほど力が大きい傾向が見られた[3]。ただし相関であり、因果はこの資料だけでは言えない。
では、これほどの力を日々受けつづける骨は、どう応えているのか。
3. かむ ちからに あわせて、あごの ほねは かたちを かえるの?
3. 噛む力に合わせて、あごの骨は作りかえられるのか
3. 咬合力と顎骨の再構築:マウス実験とシミュレーションが示したこと
ほねは、できあがったら ずっと おなじ かたちの まま、と おもわれがち です。でも、そうでは ないようです。
2019年に、東京医科歯科大学などの けんきゅうチームが、マウスを つかって しらべました。つよく かむと、あごの ほねの なかの ほねの さいぼうが はたらいて、ほねを つくる ことが うながされる、と かんがえられると いいます[4]。
かたい えさで かむ ちからを つよく した マウスでは、きんにくが ついて いる ところの ほねが つきでて、した あごの ほねの たかさが へる へんかが 出ました[4]。
つまり あごの ほねは、かむ ちからに たえられる かたちに つくりかえられると かんがえられるのです。ただし これは マウスの けっかで、人でも まったく おなじ とは、まだ いえません[4]。
骨は、できあがったら形が決まりきる、という印象があるかもしれません。ところが、あごの骨は、使い方に応じて作りかえられる可能性が示されています。
東京医科歯科大学などの研究チーム(日本医療研究開発機構AMEDによる2019年の発表)は、マウスの実験とコンピューターのシミュレーションを組み合わせました。強く噛むと、あごの骨の中にある骨細胞が働き、骨の形成が促されます。その結果、あごの骨は、噛む力に耐えられる形へと作りかえられると考えられる、と報告しています[4]。
具体的に、どう形が変わったのか
硬さだけを高めたえさで噛む力を強めたマウスでは、咬筋がつく部分の骨が突き出し、下あごの骨の高さが減りました。この変化はシミュレーションでも予測され、マイクロCTでも同じ形の変化が見られました[4]。
人にもそのまま当てはまるのか
これはマウスでの結果です。人の顎でも同じことが起きる、と断定はできません。それでも、「骨は力に合わせて形を変えうる」という見方は、あごの骨のつくりを考えるときの手がかりになります。
噛む力が骨の形に関わることがある。では、その骨のおおもとは、どこから生まれたのでしょうか。
噛む力が変わると、顎の骨の形も変わるのだろうか。この問いを、マウスの実験と数値シミュレーションで調べたのが、東京医科歯科大学とAMEDによる2019年の発表である[4]。
報告の骨子は、強く噛むと、顎の骨の中の骨細胞が働いて骨形成が促され、顎の骨が噛む力に耐えられる形へ作りかえられると考えられる、というものだ。
具体的な変化として、硬さだけを高めた餌で咬合力を強めたマウスでは、咬筋の付着部の骨が突出し、下顎骨の高さが減った。シミュレーションでもこの形の変化が予測され、マイクロCTの観察と一致した[4]。予測と観察が一致した点が、この報告の説得力のもとになる。
一方で、限界もある。これはマウスの結果であり、人の顎で同じ変化が起きるかは、この資料からは分からない。また、「作りかえられると考えられる」とあるように、論文の表現も、断定ではなく推論の形だ。
使い方で形が変わる骨は、そもそもどこから現れたのか。顎の起源に目を向ける。
4. さいしょの あごは、どこから うまれたの?
4. 最初のあごは、何から生まれたと考えられているのか
4. 顎の起源:鰓を支える骨から進化したという説と、残る議論
さかなの なかまが もって いる あごは、さいしょから あったわけでは ありません。いまから 4おく年 いじょう まえに、ふしぎな ことが おきたと かんがえられて います。
あごを もつ いちばん ふるい かせきの なかまの あごは、さかなの えらを ささえる ほねから すすんで できた、と かんがえられて います[5]。
2022年の ブリストル大がくの けんきゅうでは、さいしょの あごは、はやく ひらく ことと、つよく かんでも こわれにくい ことの、ちょうど いい ところを とっていた と しめされました。はやさと つよさを、うまく りょうりつして いたのです[5]。
ただし、さいしょの あごが どう できたかは、いまも けんきゅうが つづいて います。「えらが そのまま あごに なった」と まで は いえません。
あごの骨は、最初から今の形であったわけではありません。顎をもつ最初期の化石の仲間の顎は、鰓(えら)を支える骨の列「鰓弓」から、4億年以上前に進化したと考えられています[5]。
英国ブリストル大学の2022年の研究は、化石の顎の形を調べました。顎は、速く開閉できる形と、噛んでも壊れにくい形の間で、あちらを立てればこちらが立たない関係(トレードオフ)にあります。調べた化石のうち最初期のものは、速さと強さのつりあいが、極めて最適に近い形でした[5]。
どこまで言えるのか
ここで注意したいのは、「鰓がそのままあごになった」と言い切れるわけではないことです。顎が鰓弓から生まれたという見方は有力ですが、最初の顎がどのように生じたかは、研究が続いています。
こうして生まれた顎は、さらに別の動物の中で、思いがけない役目を受けもつことになります。
顎が鰓弓に由来するという見方は、根拠が複数ある。ブリストル大学の2022年の発表によれば、顎は、鰓を支える鰓弓から4億年以上前に進化し、顎をもつ最初期の化石でも、すでに強さと速さのトレードオフの中で最適に近い形をとっていた[5]。
ここでいう「トレードオフ」とは、顎を速く開閉できる形にすると、噛んだときに壊れやすくなりやすく、強く作ると動きが遅くなる、という関係だ。研究は、データに含まれる最初期の顎が、この両方の条件で極めて最適に近かったと述べている[5]。つまり、調べた範囲では、最初期の顎がすでに速さと強さのつりあいのとれた形をしていた。
注意点は2つある。1つめは、この結論が化石のデータセットに含まれる範囲の話だということ。2つめは、「鰓がそのまま顎になった」という言い方が正確でないことだ。鰓弓由来という説明は有力だが、最初の顎がどう生じたかは研究が続いている。
顎の骨が別の用途に転用された例が、もう1つある。それが耳の骨だ。
5. あごの ほねが、みみの なかの ほねに なったって ほんとう?
5. 顎の骨の一部は、なぜ耳の中の小さな骨になったと考えられているのか
5. 顎の骨から中耳の骨へ:化石が示した「少なくとも3回」の独立した進化
わたしたち ほにゅうるいの みみの なかには、とても ちいさな ほねが あります。おとを つたえる はたらきを して います。
この ほねは、ながい 年月の あいだに、むかしの あごの ほねの 一ぶが すこしずつ あたまの なかへ うつって できたと かんがえられて います。そう かんがえられる のは、かせきが のこって いるからです[6]。
2019年に はっぴょうされた けんきゅうでは、いまから 1おく2000万年 まえの、ちゅうごくの かせきが しらべられました。からだの おもさは 50グラムほどの、ちいさな ほにゅうるいの なかまです。この かせきから、みみの ほねへの かわりかたは、すくなくとも 3回、べつべつに おきた かのうせいが しめされました[6]。
ちいさな ほねが、ものを かむ ほねから、おとを きく ほねに かわった。ながい 年月で、ほねの やくめが かわったと おもうと、ふしぎです。
哺乳類の耳の中には、耳小骨と呼ばれる小さな骨があります。音を伝える骨で、この骨が、もとは顎の骨の一部だったと考えられています。進化の過程で、顎の骨の一部が何世代もかけて少しずつ頭蓋骨の内側へ移り、中耳の小さな骨になった、という説明です[6]。
2019年のNature誌の研究は、中国の約1億2000万年前の地層から出た、推定体重約50グラムの小さな哺乳類の化石を調べました。その結果、この変化は少なくとも3回、別々の系統で起きた可能性が示されました。中耳が発達した背景には、食べものを噛んで食べる必要があったことが影響した可能性も指摘されています[6]。
どの骨が、どの骨になったのか
祖先的な単弓類では顎関節をつくっていた方形骨と関節骨が、哺乳類ではキヌタ骨とツチ骨になった、といわれます。鳥類や爬虫類では、これらと対応する骨が今も顎関節にあります[7]。
顎の関節にかかわる骨が、音を伝える骨へと役割を変えた。骨の用途は、一つに決まっているわけではないようです。
耳の骨は、どこから来たのか。哺乳類の耳小骨は、進化の過程で顎の骨の一部が頭蓋の内側へ世代を重ねて少しずつ移り、中耳の小さな骨になったと考えられている。2019年のNature論文は、化石から、この進化が少なくとも3回、独立に起きた可能性を示した[6]。
手がかりとなったのは、約1億2000万年前(中国・九仏堂層)の化石 Jeholbaatar kielanae である。推定体重は約50gと小さい。研究者は、中耳の発達が摂食の必要によって促された可能性にも触れている[6]。
関与した骨は、祖先的な単弓類で顎関節をつくっていた方形骨と関節骨が、哺乳類ではキヌタ骨とツチ骨になった、と説明される。鳥類・爬虫類では、これらと相同な骨が今も顎関節にある[7]。
顎の関節にかかわる骨が、音を伝える骨へ役割を移したとすれば、骨の用途は一つに決まっているわけではない。
6. じぶんの あごを さわって、たしかめて みよう
6. 自分の顎で、確かめられること
6. 出口:自分の体で確かめる方法と、原典の読み方
まず、みみの まえに ゆびを あてて、くちを ゆっくり あけしめ して みましょう。ほねが うごく ところが わかります。むりに おおきく あけないで ください。いたい ときは すぐ やめましょう。
つぎに、おくばを そっと かんで、ほっぺたの よこの あたりを さわって みましょう。かんだ ときに かたく なる ところが、あごを うごかす きんにくです。
これは けんきゅうでは ありません。あごの ふしぎに きづく ための あそびです。ほねも、きんにくも、むかしから つづく かたちを して いるのだと おもうと、いつもの ごはんが すこし ちがって みえるかも しれません。
耳の前に指を当てて、ゆっくり口を開け閉めしてみてください。動く骨の先を感じられます。次に、奥歯をそっと噛んで、頬の横のあたりに手を当てると、筋肉がふくらむのが分かります。無理に大きく開けたり、強く噛みしめたりせず、痛みがあるときはやめてください。
これは研究ではなく、構造に気づくための体験です。食事のときに、口の中の動きを少し意識してみるのもよいかもしれません。
もっと知りたくなったら、出典欄のAMEDの発表は、骨が力に合わせて形を変えるという話を、日本語で短く読めます。耳の骨の話は、Nature Asiaの研究ハイライトが入り口になります。
自分の体で確かめるなら、耳の前に指を当てて口を開閉し、下顎頭の動きを感じる方法がある。奥歯を軽く噛んで、頬の横の咬筋の張りを指で確かめることもできる。ただし、強く噛みしめたり、無理に大きく開けたりするのは避ける。痛みがあるときは、中止する。
原典に当たるときは、何が測られたかに注目するとよい。咬合力は成人男性の測定[3]、骨の作りかえはマウスの実験とシミュレーション[4]、顎から耳への進化は化石の比較[6]である。対象も方法も異なるため、同じ「あごの話」でも、人にそのまま当てはまるとは限らない。
読む順は、AMEDの発表(日本語・短い)、Nature Asiaの研究ハイライトの順が入りやすい。さらに進むなら、ブリストル大学の発表から顎の起源の論文へ、咬合力の研究は抄録から、と段階を踏むとよい。
しらべた もとの じょうほう
参考にした情報源
参考にした情報源と、その使い方
あごの骨の作りかえはマウスでの結果、咬合力は成人男性の1つの研究、耳の骨の話は化石の研究と博物館の解説の要約による。人にそのまま当てはまらないことがある。
- MSDマニュアル プロフェッショナル版「顎関節疾患(TMD)の概要」. https://www.msdmanuals.com/ja-jp/professional (顎関節のつくり、開口量の目安について)
- 高木ほか, 新潟歯学会誌 36(1). https://nds.dent.niigata-u.ac.jp/journal/361/001Takagi.pdf (咀嚼筋の4つの筋と働きについて)
- 人間工学 39巻1号「咬筋と咬合力」. https://www.jstage.jst.go.jp/article/jje1965/39/1/39_1_16/_article (成人男性の最大咬合力と咬筋の大きさについて。抄録)
- 日本医療研究開発機構(AMED)「噛む力が顎の骨を造り変える」(2019-03-20). https://www.amed.go.jp/news/release_20190320.html (マウス実験とシミュレーションについて)
- University of Bristol, news (2022-03-18), jaw evolution. https://www.bristol.ac.uk/news/2022/march/jaw-evolution-.html (顎の起源と速さ・強さのつりあいについて)
- Nature Asia 研究ハイライト(2019年のNature論文). https://www.natureasia.com/ja-jp/nature/pr-highlights/13154 (顎の骨から中耳の骨への進化について)
- 神奈川県立生命の星・地球博物館『tobira』117号. https://nh.kanagawa-museum.jp/assets/icp/contents/1733883740237/simple/tobira117_2_suzuki.pdf (顎関節の骨と耳小骨の対応について。要約にもとづく)
なおした ところ
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