◦ 신경계의 구분
- 중추신경계(central nervous system ; CNS) : 뇌, 척수
- 말초신경계(peripheral nervous system ; PNS)1) : 체성신경계, 자율신경계
① 체성신경계(somatic NS) : 수의적
② 자율신경계(autonomic NS ; ANS) : 불수의적
․ 교감신경계(sympathetic NS) : 에너지를 사용하는 쪽으로 작용
․ 부교감신경계(parasympathetic NS) : 에너지를 보존하는 쪽으로 작용
→ 길항작용 : 교감신경계와 부교감신경계가 균형을 유지
◦ 뉴런(neuron)의 모양 : 수상(樹狀)돌기(dendrite) → 세포체(cell body 혹은 soma) → 축색(axon) → 종말단추(terminal button) 혹은 종말 공 혹은 말단 최하부(end feet) 혹은 연접혹(synaptic knob)
- 수상돌기 : 정보를 받아들이는 역할로, 가변적(생기기도하고 없어지기도 함)
- 축색 : 정보의 이동통로, 보통의 경우 수초(myelin sheath)로 덮여 있음2)
․ 수초 : 백색이며, 절연체의 역할로 정보전달 속도를 빠르게 함
- 종말단추 : 연접낭이라고 하는 주머니 속에 신경전달물질이 들어있음
- 연접 혹은 시냅스(synapse) : 종말단추와의 연결 부위
․ 연접혹, 연접틈, 연접후막
․ 시냅스전(presynaptic)구조와 시냅스후(postsynaptic)구조로 구성
- 시냅스의 종류
① 축색-수상돌기적 시냅스(axo-dendritic synapse) : 축색의 끝 부분 - 수상돌기
② 축색-세포체적 시냅스(axo-somatic synapse) : 축색의 끝 부분 - 세포체
③ 축색-축색적 시냅스(axo-axonic synapse) : 축색의 끝 부분 - 란비어 마디
- 세포의 생명을 유지하기 위한 세포질(cytoplasm)
․ 핵(nucleus) : 세포체의 가운데 위치해서 유전정보와 관련 있는 염색체(DNA)를 가짐
․ 미토콘드리아(mitochondria) : 포도당을 분해하여, 세포가 활동할 수 있도록 에너지를 제공
․ 조면내형질세망(rough endoplasmic reticulum) : 세포의 분비물을 생산
․ 라이소솜(lysosome) : 불필요한 물질을 분해하는 효소를 저장하는 주머니
◦ (신경)교(膠)세포(glia cell)
- 기능 : 뉴런을 지지해 주는, 즉 뉴런이 정보를 주고받는 기능을 하기 위해서 도와주는 세포
① 뉴런이 흔들리지 않고 제자리를 잡을 수 있도록 버텨주는 역할
② 뉴런 간 절연을 해주는 역할을 하여 정보의 혼란을 방지
③ 노폐물을 제거하고 수초를 생산
- 종류
① 성상세포(astrocyte) : 별 모양으로 뻗어 있는 것으로, 죽은 뉴런을 먹어 치우는 식(食)작용
② 핍돌기교세포(oligodendrocyte) : 중추신경계(CNS), 수초를 생산하고 자리를 잡도록 지지를 함
③ 쉬반세포(Schwann cell) : 말초신경계(PNS), 수초를 생산하고 자리를 잡도록 지지를 함
◦ 혈뇌장벽(blood-brain barrier) : 혈관하고 뇌 사이에 장벽이 존재
- 기능 : 외부의 물질이 뇌로 들어가지 못하게 함, 뇌를 보호하기 위한 체계
․ 산소와 포도당이 혈액을 통해서 뉴런으로 운반
․ 혈액과 뉴런의 접합 부분에서 혈액에 있는 좋지 않은 물질이 뉴런으로 들어가지 못하게 함
․ 착색제를 주사해도, 말초의 뉴런들은 착색이 되지만, 중추의 뉴런들은 착색이 안 됨
- 최후야(area postrema)
․ 호흡, 재채기, 혈압을 담당하는 생명 중추인 연수(숨골)에 위치
․ 혈뇌장벽이 뇌보다는 약하기 때문에, 뇌에 치명적인지 아닌지를 미리 검사 : 구토
- 큐라레도 혈뇌장벽을 통과하지 못하여 뇌를 손상시킬 수 없음
◦ 신경 교신 : 뉴런의 정보 전달
- 흥분은 축색을 따라 종말단추로 전달
․ 흥분하지 않았을 때 : 안쪽이 -70mV, 바깥쪽이 0mV
․ 흥분을 했을 때 : 안쪽이 +40mV
․ 파도타기 응원처럼 -70mV → +40mV로 바뀌고, 바로 뒤에서는 원래의 전위차가 회복
- 수초와 전달
․ 무수축색(수초가 없는 부분) : 도화선이 타들어가는 것처럼 정보전달
․ 유수축색(수초가 있는 부분) : 도약(건너뜀, 약진)전도(saltatory conduction)
- 종말단추에서의 정보 전달
․ 종말단추의 연접낭 혹은 소낭을 끝으로 밀어서, 세포막과 결합
․ 세포막이 터지게 되어, 전달물질이 방출
․ 방출된 전달물질은 다른 뉴런에 정보를 전달
․ 전달된 물질은 다음 뉴런이 흥분하게 할 것인지(EPSP), 억제할 것인지(IPSP) 정보를 전달
◦ 축색에서의 전위 측정
- 안정전위(resting potential, 휴지전위) : 세포가 활동하지 않을 때, 미세전극(micro electrode)으로 측정을 하면 막 내부가 -70mV이며, 이것을 막전위(membrane potential)라고 함
- 탈분극과 과분극
․ 탈분극(depolarization) : close to zero, 즉 -70mV에서 0mV로 분극에서 벗어나는 것
․ 과분극(hyperpolarization) : far from zero, 즉 분극이 심해지는 것
- 활동전위(action potential) : -60mV로 탈분극되면, 갑자기 +40mV로 흥분
- 흥분 역치(threshold of excitation) : -60mV
◦ 세포막과 이온들의 움직임
- 세포막의 특성
① 반투과성 : 큰 이온은 통과하지 못하고, 작은 이온은 통과할 수 있음
② 이온의 존재 : Na+, Cl-, K+
③ 이온의 이동법칙 : 확산(diffusion)과 정전압(electrostatic pressure)
․ 확산 : 농도기울기, 즉 농도가 진한 곳에서 옅은 곳으로 흩어져(퍼져) 나가는 경향
→ Na+과 Cl-는 밖에서 안쪽으로, K+은 안쪽에서 바깥쪽으로 나가려고 함
․ 정전압 : 전기적 기울기, 즉 +와 -가 합쳐서 0이 되려는 경향
→ 농도기울기와 달리 Cl-은 안쪽에서 밀어내려 하고, K+는 안쪽으로 당기려 함
→ 결국 Cl-와 K+은 이러지도 저러지도 못하는 위치
→ 그런데 Na+은 전기적으로나 농도로 보았을 때 모두 밖에서 안쪽으로 들어와야 함
- 이온들의 균형 : Na-K 수송체
․ 평소에는 이온통로를 지키지만, 전압이 역치를 넘어서면 기능을 상실
․ 그 순간을 이용하여 Na+가 안쪽으로 들어와서 순간적으로 +40mV가 되어 활동전위
- 절대 불응기 : 자극이 오더라도 흥분할 수 없는 기간
․ 활동전위가 다시 원래의 휴지전위 돌아가는 데 걸리는 시간은 1msec 정도
․ 이론적으로 세포는 1초에 1000번 이상 흥분하지는 못함
◦ 활동전위(action potential ; AP) : -70mV라는 휴지전위에서 +40mV로 바뀌는 것
- 과정
① 막전압이 -70mV일 때에는 Na-K 수송체가 기능을 하고 있음
② 탈분극되면서 역치(-60mV)에 도달하면 Na+가 유입되고 K+이 약간 유출되어 +40mV가 됨
③ 이보다는 조금 뒤늦게 Na통로가 닫히고, K통로가 열려서 K+가 유출
④ -70mV가 원위치가 됨
- 실무율적(all-or-none) 법칙 : 축색을 따라 전도될 때에는 일정한 크기(+40mV)를 유지
․ 자극 강도의 차이는 발화율, 즉 점화되는 비율로 전달
․ 감쇠전도(decremental conduction) : 역하자극은 흥분지점에서 멀어질수록 약해짐
◦ 도약전도(saltatory conduction)
- 수초가 없는 곳은 도화선이 타들어가듯이 전달, 수초가 덮여 있는 곳은 전기적으로 전달
- 도약전도의 이점
① 경제적 : 에너지를 소모하는 탈분극의 과정을 거치지 않음
② 전달속도의 증가
◦ 시냅스의 구조
- 시냅스 소낭(synaptic vesicle)
- 시냅스전막(presynaptic membrane) : 종말단추의 세포막
- 시냅스 틈(synaptic cleft)
- 시냅스후막(postsynaptic membrane) : 신경전달물질을 받아들이는 쪽은 조금 두꺼움(전달물질을 받기 위한 수용기 존재)
◦ 전달물질의 방출
- 과정
① 활동전압(AP)이 축색을 타고 전해 와서 종말단추에 도달
② 바깥쪽에 많은 Ca++은 통로가 열리므로 안쪽으로 유입
③ Ca++이 시냅스전막과 소낭의 막을 결합시킴
④ 소낭이 세포막과 결합되어 전달물질 방출
- 전달물질이 시냅스후막과 결합될 때의 정보전달
① 직접적 전달 : 전기적 과정
․ 시냅스후막에는 특정 전달물질이 결합될 수 있는 수용기가 존재
․ 전달물질이 수용기에 붙으면, 이온통로가 열림
․ 이온성 수용기(ionotropic receptor) : 수용기와 이온통로의 조합
② 간접적 전달 : 화학적 과정
․ 전달물질(1차전령)이 수용기와 결합하면, 수용기가 G단백질을 활성화
․ 활성화된 물질의 일부가 떨어져 나가 2차전령을 만들고, 2차전령이 이온통로를 엶
․ 대사성 수용기(metabotropic receptor) : 세포가 에너지를 소비
◦ 시냅스후 전위
- 시냅스후막에서의 전압변화 : 미리 정해져 있음
① 흥분성 시냅스후 전위(excitatory postsynaptic potential ; EPSP) : -70mV를 탈분극 쪽으로 바꾸는 약한 전압
② 억제성 시냅스후 전위(inhibitory postsynaptic potential ; IPSP) : -70mV를 과분극 쪽으로 바꾸는 약한 전압
- 탈분극과 과분극
․ Na+이 유입되면 탈분극 → 흥분의 가능성 높아짐
․ K+이 유출되면 과분극 → 흥분의 가능성 낮아짐
․ Cl-이 유입되면 과분극 → 흥분의 가능성 낮아짐
․ Ca++이 유입되면 탈분극 → 흥분의 가능성 높아짐
- 시냅스후 전위와 활동전위(AP)
․ 시냅스후 전위 : 수mV의 작은 전압변화 / 15ms(0.015초) 지속 / 갈수록 약해짐
․ 활동전위 : 110mV의 큰 전압변화 / 1ms(0.001초) 지속 / 일정강도 유지
․ 시냅스후 전위가 시간적, 공간적으로 합쳐져서 역치에 도달하면 활동전위 유발
- 종결 : 전달물질이 시냅스후막을 계속 자극하지 못하도록
① 재흡수(reuptake) : 시냅스틈에 방출되었던 전달물질이 종말단추로 다시 급속히 제거됨
② 불활성 효소에 의한 파괴 : 아세틸콜린(ACh)의 불활성 효소는 아세틸콜린
에스터레이스(AChE)