アルミホイルを噛むと、なぜ歯が「キーン」とするの?
― 口の中に、一瞬だけ電池ができています
ホイルの切れはしを噛んだとたん、歯の奥に電気が走ったような痛みが来る。あれは気のせいではありません。アルミと歯の詰め物、そしてだ液がそろうと、口の中で本物の電池ができあがります。流れた電流を、歯の神経が「痛み」として伝えているのです。
お昼に、アルミホイルで包んだおにぎりをほおばります。はがし残したホイルの小さなかけらを、うっかり奥歯で噛んでしまいました。
その瞬間、「キーン」という鋭い痛みが歯の芯に走ります。冷たい水がしみるのとも、虫歯の痛みとも違う、電気のような感じです。
ところが、同じホイルを噛んでも平気な人もいます。違いはどこにあるのでしょうか。じつは、その人の口の中に「金属の詰め物」があるかどうかが分かれ目です。
理由は2つだけ
アルミと銀歯のように、性質の違う金属が水分の中でふれると、電気が流れます。理科の実験で作る電池と、まったく同じしくみです。
歯の芯にある神経は、熱でも冷たさでも電気でも、届いた刺激をすべて「痛み」として伝えます。だから小さな電流でも、鋭い痛みになります。
つまり、痛みの原因はホイルの硬さでも、とがった角でもありません。口の中で一瞬だけ生まれた電流です。順番に見ていきましょう。
金属にも「電子を手放しやすい・手放しにくい」がある
金属は、それぞれ電子を手放しやすさが違います。アルミは手放しやすい側の代表で、金や銀は手放しにくい側です。この差が大きい2つの金属をつなぐほど、電子を押し出す力、つまり電圧が大きくなります。
電池になるには、もう1つ条件があります。2つの金属のあいだに、電気を運べる水分があることです。だ液には塩分などが溶けているので、この役目を十分に果たします。
図1を見てください。縦の目盛りは、金属ごとの電子の手放しにくさを表しています。いちばん下のアルミと、相手の金属との高さの差が、理屈の上での電圧です。つまみで相手を変えると、銀や金ほど差が大きくなるのが分かります。
銀歯と呼ばれる詰め物や、金の冠には、銀・金・スズなどが含まれています。どれもアルミより目盛りの上のほうにある金属です。理屈の上では、乾電池1本を超える電圧が生まれる組み合わせもあります。
実際の口の中では、アルミの表面にあるうすい膜などのせいで、電圧はこれよりずっと小さくなるとされています。それでも、歯の神経にとっては十分すぎる刺激です。
電流は、詰め物を通って神経に届く
ホイルが詰め物にふれた瞬間、電池の回路がつながります。金属どうしがふれた点では、電子がアルミから詰め物へ移ります。体の側では、だ液と歯ぐきから歯の中を通って詰め物へ、水分に溶けた電気を帯びた粒(イオン)が電流を運びます。図2の矢印が、そのひと回りの道です。
ふつうの歯なら、いちばん外側のエナメル質が電気を通しにくい壁になります。エナメル質には神経がありません。ところが詰め物のある歯では、金属が壁を突き抜けて、神経の近くまで届いています。金属は電気をよく通すので、電流は神経のすぐそばまで一気に運ばれます。
エナメル質の内側にある象牙質には、髪の毛よりずっと細い管が、神経に向かってびっしり走っています。管の太さは1000分の1ミリほどとされ、中は液体で満たされています。冷たい水が「しみる」のも、この管を伝わって刺激が神経に届くためと考えられています。
そして、ここが感覚のふしぎなところです。歯の芯の神経は、熱い・冷たい・押された・電気が来た、を区別して伝えることがほとんどできません。どんな刺激も、強さに応じた「痛み」という1種類の信号になります。舌なら同じ電流を「すっぱい」「ピリッとする」と感じ分けられるのに、歯は「キーン」としか言えないのです。
歯科では、歯の神経が生きているかを調べるために、ごく弱い電流を歯に流す検査が使われることがあります。生きた神経は、電気にも「痛い・ピリッ」と反応するからです。ホイルの痛みは、この検査を自分の口で不意に受けたようなものです。
口の中に種類の違う金属の詰め物が2つあると、それどうしがだ液の中で小さな電池になることがあります。金属のフォークが銀歯に当たったときにピリッとするのも、同じしくみです。気になる痛みが続くときは、歯科で相談できます。
まとめ
アルミホイルを噛んで歯が痛むのは、アルミ・金属の詰め物・だ液の3つで、口の中に電池ができるからです。詰め物が電流を神経の近くまで運び、刺激を区別できない歯の神経が、それを鋭い痛みとして伝えます。詰め物のない人が平気なのは、電池の相方になる金属がないためです。
ホイルの「キーン」は、口の中の電池の音。
歯の神経には、電気も「痛み」としか聞こえません。
電気で体が動くことを最初に確かめた人たちの話は「カエルの脚は、なぜ金属に触れただけでピクッと動いたの?」に、痛みを運ぶ神経の速さの違いは「足の小指をぶつけると、痛みが少し遅れてくるのは、なぜ?」にあります。皮ふのセンサーが分子にだまされる話は「ミントは、なぜ冷たくないのにスーッとするの?」で読めます。
- 1円玉(アルミ)と10円玉(銅が主成分)を、せっけんでよく洗って水ですすぎます。
- 1円玉を舌の上に、10円玉を舌の下に置き、それだけでは何も感じないことを確かめます。
- 舌の前で2枚のふちをそっとふれ合わせます。ふれた瞬間だけ、すっぱいような、ピリッとした味がしたら、それが電池の電流です。
硬貨は飲みこまないよう注意し、小さな子どもは大人と一緒に行ってください。金属の詰め物がある人は、ホイルをわざと噛んで試すのはやめましょう。舌が感じた「味」と、歯が感じる「痛み」の違いこそが、この記事の主役です。
もっと知りたい人へ ― 用語・数式・教科書とのつながり中学理科から大学の専門科目まで、どのレベルの話かを明示しています
- 中学中学校の理科で習う範囲
- 高校高校の「化学」「生物」で習う範囲
- 高校+高校の発展、または教科書のコラム扱いの内容
- 大学高校では習わない、大学の専門科目(電気化学・歯科学・神経生理学)の内容
- 研究大学でも「定説」として教わらない、いま研究者が調べている最中の話
中学用語:この現象には名前があります
- 化学電池:2種類の金属と、電気を通す水溶液でできる電池。中学3年の理科で、亜鉛と銅を使って作ります。
- イオン化傾向:金属の「電子を手放して陽イオンになりやすさ」の順番。差が大きい組み合わせほど、電圧が大きくなります。
- 歯髄(しずい):歯の中心にある、神経と血管のかたまり。いわゆる「歯の神経」です。
- ガルバニー電流:口の中で異なる金属どうしがつくる電流の、歯科での呼び名です。
中学高校式で確かめる:アルミと銀歯で、何ボルトの電池になる?
電池の電圧は、2つの金属の「電子の手放しにくさ」を数字にした値(標準電極電位)の差で見積もれます。記号の意味は次の通りです。単位はどれもボルトです。
| 記号 | 意味と単位 |
| E | 電池の電圧(起電力)。単位はボルト |
| E正 | 電子を受け取る側(正極)の金属の値。ここでは銀。単位はボルト |
| E負 | 電子を手放す側(負極)の金属の値。ここではアルミ。単位はボルト |
| 記号で書くと | E = E正 − E負 |
| 言葉で書くと | 電池の電圧 = 電子を受け取る金属の値 − 電子を手放す金属の値 |
| どこから来る式か | 金属ごとに決まった「電子を手放しにくさ」(標準電極電位)の差が、電子を押し出す力になる。電子は手放しやすい金属(アルミ)から、手放しにくい金属(銀)へ流れる |
| アルミの標準電極電位 | −1.66 ボルト |
| 銀の標準電極電位 | +0.80 ボルト |
| スズの標準電極電位 | −0.14 ボルト |
| 乾電池1本の電圧 | 1.5 ボルト |
| 銀とアルミの電池(マイナスを引くので足し算になる) | 0.80 + 1.66 = 2.46 ボルト |
| 乾電池にすると何本分か | 2.46 ÷ 1.5 ≒ 1.6 本分 |
| スズとアルミの電池 | 1.66 − 0.14 = 1.52 ボルト |
| 銀とスズの差(詰め物の中の金属どうし) | 0.80 + 0.14 = 0.94 ボルト |
理屈の上では、アルミと銀歯の組み合わせは乾電池1本半ほどの電池になります。実際の口の中では、アルミ表面の酸化膜やだ液の成分のせいで、電圧はこれよりかなり低くなるとされています。それでも、神経のすぐそばまで金属が届いているため、痛みとして感じるには十分です。流れる電流の大きさは、電圧を通り道の電気抵抗で割った値(オームの法則)で決まります。
高校高校+電池のしくみと、歯がしみるしくみ
高校化学では、負極で金属が酸化され(アルミが電子を手放して陽イオンになる)、正極で何かが還元される、と学びます。口の中の正極側では、銀そのものが溶けるのではなく、だ液に溶けた酸素などが電子を受け取ると考えられています。生物では、神経が刺激を受けると電気的な信号(活動電位)を出し、それが脳に届いて感覚になることを学びます。外から流れこんだ電流は、この信号を直接引き起こせます。
高校+歯がしみる理由としては、「動水力学説」が有力とされています。象牙質の細い管(象牙細管)の中の液体が、温度や乾燥で動き、その流れを管の奥の神経が感じとる、という考え方です。電気の刺激は、この液体の動きを介さず、神経を直接ゆさぶると考えられています。
大学電気化学から見た「口の中の電池」
実際の起電力は、標準電極電位の差そのものではありません。イオンの濃度や温度によるずれはネルンストの式で表され、さらに金属表面では複数の反応が同時に進むため、混成電位と呼ばれる中間の値に落ち着きます。異なる金属がふれあって片方が溶けていく現象は、工学では異種金属接触腐食(ガルバニック腐食)と呼ばれ、船や配管でも問題になります。歯科では、口腔内の異種金属による電流や、それに伴う痛み・味の変化を「口腔ガルバニー」として扱います。
📖 式の導出や、さらに先の内容:標準電極電位(ウィキペディア) / 異種金属接触腐食(ウィキペディア)
研究まだはっきりとはわかっていないこと
- 電気はどこで神経を刺激しているのか。 歯髄の神経の末端を直接ゆさぶるのか、象牙細管の液体の動きなどを介するのか、細かな経路はまだ議論があります。
- 同じ詰め物でも、痛む人と痛まない人がいる理由。 詰め物の深さ、だ液の成分、神経の敏感さなど、何がどれだけ効いているかは人によって違い、はっきり切り分けられていません。
- 口の中の弱い電流が、長い目で体に影響するか。 異なる金属の詰め物から流れ続ける微弱な電流について、金属の溶け出しや体調との関係が調べられていますが、結論は出ていません。
つまりこの記事の内容も、「いまわかっている範囲での説明」です。ホイルで痛むしくみの大筋は確かですが、神経の中で何が起きているかの細部は、これからの研究にゆだねられています。
教科書とのつながり(レベル別)
| レベル | 科目・単元 | この記事のどこ |
|---|---|---|
| 中学 | 理科3年「化学変化とイオン」(電池) | 2種類の金属と水分で電池ができる(理由1、図1) |
| 高校 | 化学「電池と電気分解」/生物「神経と刺激の受容」 | 標準電極電位の差、神経の信号(式で確かめる) |
| 高校+ | 歯の構造(教科書のコラム的な内容) | 象牙細管と動水力学説 |
| 大学 | 電気化学・腐食工学・歯科学 | ネルンストの式、混成電位、口腔ガルバニー |
| 研究 | 口腔生理学・歯科材料学 | 電気刺激の経路、個人差、長期の影響 |
| ― | 生活とのつながり | ホイルの扱い、銀歯とフォーク、歯の痛みの相談 |
- 標準電極電位 - ウィキペディア
- 異種金属接触腐食 - ウィキペディア
- 象牙質 - ウィキペディア
- 日本化学会 編『化学便覧 基礎編』丸善出版(標準電極電位の値)
- Brännström, M. の象牙質知覚に関する動水力学説(1960年代の一連の論文)
※本記事は一般向けの科学解説です。掲載した数値は、しくみを理解するための目安・概算です。歯の痛みが続く場合や、詰め物の違和感がある場合は、歯科医師に相談してください。