聽覺系統(tǒng)和視覺系統(tǒng)是僅有的兩個所有個體都會經(jīng)歷退行的生理系統(tǒng)。幸運的是，這兩類衰退都不會給日常生活帶來嚴重的不便，因為醫(yī)學科學的進展使我們具備了有效消除年齡相關(guān)性機能衰退的治療手段：助聽器能夠增強音量，改變音調(diào)；老花鏡改善了視覺。味覺和嗅覺是兩種化學感覺，與一般認知不同，味蕾和嗅覺中樞隨年齡的變化極小。接下來我們將主要討論人體的感覺器官及我們對外界的感知與互作是怎樣隨著衰老而發(fā)生變化的。

聲學是聽覺的基礎(chǔ)

為了弄明白聽覺和年齡相關(guān)性聽覺改變的生理機制，就需要首先了解聲學。物體在介質(zhì)（氣體、液體或固體）中振動，聲波就產(chǎn)生了。還記得振動的本質(zhì)就是振蕩嗎？這也就是說，振動是物體從靜止狀態(tài)向外擠壓，引起周圍介質(zhì)分子的壓縮（compression）及壓力的升高。振動物體向外移動，隨后移動到對面超出靜止狀態(tài)的位置，引起介質(zhì)內(nèi)的壓力的降低，即稀釋（rarefaction）。

聲波的振幅（amplitude）是指壓縮峰與稀疏峰之間的高度差（圖1）。聲音的大小與聲波的振幅直接成正比。隨著聲波從產(chǎn)生振動的物體向四周輻射，振幅逐漸變小，聲音也越來越弱。聲音的大小以分貝（decibel，dB）度量。1 dB是人耳幾乎不能夠察覺的聲音大小的對數(shù)增加值。人耳可以耐受的聲音大小為0～130 dB。超過130 dB的聲音會引起耳痛。振動的頻率（frequency）是每秒鐘內(nèi)聲音周期的次數(shù)。頻率決定了聲音的音調(diào)（pitch）：頻率越高，音調(diào)越高；頻率越低，音調(diào)越低。雖然人耳可以聽到20～20 000 Hz的聲音，但最佳探測范圍為1000～4000 Hz。

圖1  聲波的組成

聲音通過人耳傳遞需要三個步驟

為了聽到聲音，人耳需要做三件事情：①引導聲波進入人耳的聽覺結(jié)構(gòu)；②感受因聲波振動引起的空氣壓力的波動；③將這些壓力波動轉(zhuǎn)化為人腦可解析的信號。這里面的每一步工作由耳朵不同的結(jié)構(gòu)分別執(zhí)行。

聲音轉(zhuǎn)換的第一步在外耳進行，包括耳廓、外耳道和鼓膜（圖2）。耳廓用來收集聲波，并通過外耳道輸送到鼓膜。鼓膜發(fā)出與聲波相同頻率的振動，與施加在它上面的壓力成比例地向內(nèi)側(cè)凹陷。于是，鼓膜運動的距離決定了我們聽到的聲音的大小。

圖2  人耳的解剖圖

鼓膜在外耳道內(nèi)延展，從而分開了外耳和中耳。鼓膜的振動傳遞到中耳的錘骨、砧骨和鐙骨上面。這些骨頭在聲波進入內(nèi)耳前將其放大。內(nèi)耳含有液體。聲波在液體中傳播比在空氣中困難，但是在中耳卵圓窗上單位面積的壓力比在鼓膜上的壓力大很多，因此能夠放大聲音。同時，中耳具有咽鼓管開口，可以用來平衡中耳與外部環(huán)境之間的壓力。

聲波在內(nèi)耳轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動。鐙骨在卵圓窗上面振動；振動通過充滿液體的耳蝸管傳到耳蝸（cochlea）（圖3）。耳蝸里面含有柯蒂氏器（organ of Corti），后者由高度特異化的受體細胞組成。這些受體細胞含有稱為靜纖毛（stereocilia）的絨毛。靜纖毛的移動距離直接與耳蝸內(nèi)液體的振動成正比。靜纖毛移動產(chǎn)生的壓力促使受體細胞膜上電壓門控型鈣離子通道打開。然后，受體細胞釋放刺激耳蝸神經(jīng)的神經(jīng)遞質(zhì)，該信號就被傳輸?shù)酱竽X的聽覺中心——我們就聽到了聲音。

　圖3  內(nèi)耳的組成

靜纖毛的丟失導致年齡相關(guān)性聽力障礙

多數(shù)專家認為造成年齡相關(guān)的聽力衰退，即老年性耳聾（presbycusis）的主要原因是內(nèi)耳的改變，盡管這些變化的原因還不清楚。內(nèi)耳大量的變化中最顯著的是毛細胞和（或）柯蒂氏器靜纖毛的丟失。細胞靜纖毛數(shù)量的減少降低了神經(jīng)遞質(zhì)釋放的速率，從而導致聽覺系統(tǒng)探測聲音大小和高低音調(diào)的能力被削弱。其他變化包括聽覺通路神經(jīng)元的丟失及毛細血管壁的增厚（降低血流速度）。另外，鼓膜和內(nèi)耳骨運動能力的衰退也可能與老年性耳聾有關(guān)。試想，聲波由聲音振動傳到鼓膜后變成一項生理活動，引起中耳的小骨跟壓力成正比移動。這些小骨移動的任何衰減都會導致真實的聲波與我們聽到的聲音產(chǎn)生差異。錘骨、砧骨和鐙骨只在它們的韌帶和肌腱允許的范圍內(nèi)移動。隨著年齡的增長，由于非酶催化交聯(lián)和AGE的形成，膠原蛋白——組成韌帶和肌腱的主要蛋白質(zhì)——變得越來越硬。韌帶和肌腱中膠原蛋白的交聯(lián)導致中耳內(nèi)的結(jié)構(gòu)運動距離減少，速度變慢。因此，識別聲音大?。ㄕ穹┖透咭粽{(diào)（頻率）的能力在后生殖期逐漸減弱。

視覺的基礎(chǔ)是光學

人眼主要由兩個部分組成，它們共同作用使我們產(chǎn)生視覺。外部包括瞳孔、角膜、虹膜、晶狀體和睫狀體（圖4）。眼內(nèi)部分包括將光線轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動的結(jié)構(gòu)，如視網(wǎng)膜、中央凹、視神經(jīng)盤及視神經(jīng)。

圖4  人眼解剖圖

物體反射的光線沿直線向四面八方傳播。捕捉光波和產(chǎn)生物體影像的能力，需要視覺系統(tǒng)把多束反射光線聚集到一個點上。人的視覺系統(tǒng)——角膜和晶狀體——將外源光線聚焦到視網(wǎng)膜上成為一個點。然后，視網(wǎng)膜將光波轉(zhuǎn)換為電脈沖供大腦解析。為使光線聚焦到視網(wǎng)膜中央凹的一個點上，角膜必須具備使光線彎曲的能力（折射）。光線折射量的大小，稱為折射力（refractivepower）。光線被折射的角度越大，折射力就越強。

人的晶狀體通過小帶纖維（zonularfiber）與環(huán)形括約肌狀的肌肉，即睫狀體相連。睫狀體舒張（肌肉伸長）拉長小帶纖維，使晶狀體伸長（圖5）。睫狀體收縮（肌肉縮短）引起小帶纖維舒張，使晶狀體中的天然彈性成分回彈，更接近于球形。晶狀體形狀可變的特性使我們能夠看清楚不同距離的物體。當看遠處的物體時，睫狀體松弛使晶狀體成為扁平狀，角膜透過全部折射的光線。來自近距離物體的光線以更大的角度投射到角膜上，就需要更強的折射力。睫狀體收縮使晶狀體趨于球形，增大光線的折射。因此，晶狀體在折射光線方面能夠協(xié)助角膜。我們把晶狀體這一形狀改變的過程稱為視覺調(diào)節(jié)（accommodation）。

圖5  折射和視覺調(diào)節(jié)的機制

晶狀體折射力隨年齡發(fā)生的變化可以解釋老視形成的原因

對于所有50歲以上的人來說，眼的光學部分都經(jīng)歷了變化。這些變化影響他們看近處物體時的聚焦能力，這一情況稱為老視（presbyopia）。我們時常遇到40歲或50歲以上的人將讀物拿到遠處才能看清。這一行為直接反映出晶狀體回彈及形成球形能力的喪失，還有不能充分增加折射力來聚焦近距離物體。雖然導致老視的確切原因還不清楚，但是下面幾種因素可能在其中起到作用。首先，晶狀體內(nèi)的細胞一旦形成就不被替代；也就是說，它們是終末分化細胞。終末分化會導致晶狀體細胞內(nèi)的細胞器丟失。晶狀體細胞無法替換或修復可能會導致晶狀體彈性的喪失。其次，如上所述，連接細胞并使晶狀體具有彈性的蛋白質(zhì)——膠原，隨著年齡的增加逐漸變硬，這導致晶狀體就不能縮為球形，聚焦近處的物體。最后，睫狀體平滑肌數(shù)量會有少量的減少，這會引起收縮力的減少，進而降低了折射力。

嗅覺與味覺功能隨年齡的改變很小

嘴和鼻子為我們帶來了味道的美好感覺，這個重要的感覺過程促使我們在饑餓時進食（如果你認為這不是真的，那么想想當你患了感冒時，進食是多么的不開心和無趣吧?。Ｎ队X由兩種化學感覺組成，即味道（taste）和氣味（smell）。味道的感覺器官——味蕾（taste bud），主要集中在舌頭上，但也在存在于上顎。味蕾對味道的檢測可以分為5類：咸、甜、苦、酸和鮮（umami，此味道與谷氨酸及其他氨基酸鹽的味道相關(guān)）。味蕾對食物作出反應，通過探測對應于咸和酸味的離子濃度的變化或是通過刺激甜、苦及鮮味的受體向大腦發(fā)出味道類型的信號。

我們所感受到的食物中的味道，80%由嗅覺引起。上鼻腔上皮里的嗅神經(jīng)（olfactory nerve），根據(jù)化學結(jié)構(gòu)的不同識別食物中的芳香化合物（圖6）。人有超過1000種不同的嗅覺受體，分別針對不同種類的氣味分子。每個嗅覺神經(jīng)元都含有1～4個受體。當氣味分子結(jié)合受體，神經(jīng)信號就會被傳遞到嗅球（olfactory bulb）。嗅球解碼信號，識別哪些受體被刺激及出現(xiàn)了多少刺激。然后通過嗅神經(jīng)（第一腦神經(jīng)）把這些信息傳送到大腦的嗅覺中樞（圖7）。之后，嗅覺中樞將信號傳遞到大腦的邊緣系統(tǒng)（limbic system），從而決定這個氣味是舒適的還是難以忍受的。邊緣系統(tǒng)區(qū)域能夠整合味覺和嗅覺信號，從而給予我們總體的味覺感受。

圖6　嗅覺系統(tǒng)和咽腔結(jié)構(gòu)的解剖位置

圖7　味道與氣味的關(guān)系

早期關(guān)于衰老對味覺影響的研究常常會納入那些在味蕾和嗅覺生理機能方面患有疾病的人。這導致人們產(chǎn)生一種普遍的觀念，即味覺隨著年齡的增長而衰退。然而總體而言，近來更多經(jīng)過合理設計的研究顯示，味蕾和嗅覺中心隨年齡的改變是非常小的。迄今為止，無論是在味蕾和嗅球神經(jīng)活動的數(shù)量方面，還是在嗅覺神經(jīng)元的更新方面，科學研究均未觀察到明顯的、與年齡有關(guān)的改變。一些研究顯示，刺激嗅覺受體需要的分子數(shù)（被稱為“閾值”）隨著年齡的增長而增加。但是閾值的變化似乎較小——這也許與某些機能的失調(diào)有關(guān)，未必有生理意義。一些人分辨氣味的能力下降，提示連接嗅覺受體與大腦嗅覺中樞的神經(jīng)環(huán)路可能受到破壞。這種現(xiàn)象一般不會在大眾人群中出現(xiàn)，且相比于年齡變化本身，其更可能與疾病過程有關(guān)。

本文由王芳摘編自[美]Roger B. McDonald著，王釗 張果 主譯的《衰老生物學》(北京：科學出版社，2016.9)一書第7章部分，內(nèi)容有刪節(jié)。標題為編者所加。

ISBN 978-7-03-048451-2

本書是第一本以生物衰老為主題的教材，是一本針對生物相關(guān)學科的學生所寫的教科書，主要闡述了衰老和長壽的影響因素及進程。全書共10章，主要介紹三部分內(nèi)容：第1、2章介紹衰老生物學在科研和臨床應用中較為常見的基礎(chǔ)概念。第3～6章介紹進化、細胞及遺傳水平的衰老生物學發(fā)現(xiàn)，以及這些發(fā)現(xiàn)如何影響了我們對衰老的起因和過程的認知。第7～10章介紹前幾章涉及的基礎(chǔ)科學知識在人類衰老和長壽中的應用。書中內(nèi)容敘述如故事一般引人入勝，又不失生物科學課本的準確性與科學性。圖解通俗易懂，同時有詳盡的注釋加以補充。本書依照標準的生物學教材安排，每一章都提供了后面章節(jié)中需要理解的一些概念和法則，每一章文中都標粗了關(guān)鍵術(shù)語，文末還列有核心概念、討論問題、補充閱讀等，方便學習與查閱。本書適合綜合性大學及醫(yī)、藥、農(nóng)、師范院校的相關(guān)專業(yè)本科生和研究生使用，也可供從事生命科學工作或?qū)λダ仙飳W感興趣的人員參考。

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