본문내용
1. 신경계의 구조와 기능
1.1. 신경원(Neurons)
신경원(Neurons)은 신경계를 구성하는 기본 단위이다. 신경원은 세포체 안에 핵이 들어 있으며, 5~7개의 수상돌기와 1개의 긴 섬유성 축삭을 가진다. 수상돌기는 다른 세포체와 함께 연접을 이루며 신경세포의 전기적 활동을 조절하여 다른 축삭에서 들어온 정보를 세포체로 전달한다. 축삭은 말단 부위에 많은 가지를 가지고 있으며, 과립이나 수포가 있어 신경자극에 의해 분비되는 신경전달 물질을 함유하고 있다.
유수초섬유는 수초로 싸여있는 축삭으로, 란비어 결절이 일정한 간격으로 있어 전기적 충격이 보다 빨리 전달되도록 해준다. 중추신경계의 신경원은 유수초 섬유지만, 슈반초 대신 신경교세포의 하나인 희돌기교세포를 가지고 있다. 이 세포는 손상을 입었을 때 대치되거나 재생되지 않는다.신경원은 세포체, 수상돌기, 축삭 등의 구조로 구성되어 있다. 세포체에는 핵이 있으며, 수상돌기는 다른 세포와 연접하여 신경충동을 전달받고 전달하는 역할을 한다. 축삭은 말단부에 과립이나 수포가 있어 신경전달물질을 함유하고 있어 신경자극을 전달하는 역할을 담당한다.
신경원은 크게 유수초섬유와 무수초섬유로 구분된다. 유수초섬유는 수초로 싸여있어 란비어 결절이 일정한 간격으로 있어 전기적 충격이 빠르게 전달될 수 있다. 중추신경계의 신경원은 유수초섬유이지만 슈반초 대신 희돌기교세포를 가지고 있어 손상 시 대치나 재생이 어렵다는 특징이 있다.
1.2. 신경교세포
신경교세포(neuroglia)는 중추신경계와 말초신경계에 고루 분포하며, 신경세포의 대사활동과 영양 공급, 보호 역할을 담당한다. 신경교세포에는 성상교세포, 미소교세포, 상의세포, 희돌기교세포 등이 있다.
성상교세포(astrocyte)는 뇌와 척수의 모든 부위에서 볼 수 있으며, 많은 가지돌기를 가진 별 모양의 세포이다. 성상교세포는 신경세포의 대사활동을 지원하고, 신경전달물질의 농도를 적절히 유지하며, 혈액-뇌 장벽을 이루어 신경세포를 보호하는 역할을 한다.
미소교세포(microglia)는 중추신경계의 식세포 역할을 하는 신경교세포이다. 미소교세포는 신경계의 병원체나 손상된 신경세포를 탐식하여 제거하는 등 면역 반응을 담당한다.
상의세포(ependymal cell)는 주로 뇌실계의 맥락총, 뇌실과 척수의 중심관 등에 분포하며, 뇌척수액의 기능에 관여한다.
희돌기교세포(oligodendrocyte)는 중추신경계의 수초 형성에 관여하는 신경교세포이다. 희돌기교세포는 신경원의 축삭을 둘러싸면서 수초를 형성하여 신경충동의 전도 속도를 높이는 역할을 한다.
1.3. 신경충동 전도기전
안정막 전위는 대략 -70mV로 유지되며, 신경세포막 내부가 음전하를 띠고 있는 상태이다. 이때 세포 내의 칼륨 이온(K+)이 농도 경사에 의해 세포 밖으로 확산되어 나가므로 음전하를 띠게 된다. 그리고 세포막의 Na-K 펌프가 대사성 에너지를 이용하여 세포 내부의 칼륨 이온을 능동적으로 유지하고 있다.
자극이 가해지면 신경세포막에 있는 전압 의존성 나트륨 통로가 열리면서 나트륨 이온(Na+)이 세포 내부로 유입된다. 이로 인해 세포막 전위가 탈분극되어 양전압으로 변하게 된다. 이 활동전위는 약 10mV 정도로 나타난다.
이후 전압 의존성 칼륨 통로가 열리면서 칼륨 이온이 다시 세포 밖으로 확산되어 나가 재분극이 일어나게 된다. 이로써 세포막 전위가 안정막 전위로 회복된다.
활동전위의 발생을 위해서는 자극 강도가 역치에 도달해야 하고, 자극이 빠른 속도로 주어져야 하며, 일정 시간 이상 지속되어야 한다. 이 때 전압 변화로 인한 화학적 신호가 연접을 통해 인접 신경세포로 전달된다.
또한 활동전위가 발생한 후에는 불응기가 나타나는데, 이 시기에는 자극에 반응하지 않는다. 이는 전압 의존성 나트륨 통로가 불활성화되어 있기 때문이다.
1.4. 연접(Synapse)
연접(Synapse)은 모든 활동전위가 축삭과 수상돌기가 만나는 곳에 위치하는 화학적 연접에서 시작되며, 활동전위에 따라 연접전 축삭 말단에서 다양한 신경전달물질이 저장되거나 방출되는 구조이다""
모든 신경원의 축삭 말단부위와 다른 신경원의 수상돌기나 세포체 간 극히 좁은 간극을 연접(synapse)이라 하며, 이 간극에서 화학적 전달물질인 신경전달물질(neurotransmitter)이 분비되어 신경신호를 전달한다""
연접에서는 활동전위에 따라 신경원 말단에 저장된 다양한 신경전달물질이 분비되는데, 이러한 신경전달물질로는 아세틸콜린, 세로토닌, 도파민, 노르에피네프린, GABA, substance P, 엔돌핀, 엔케팔린 등이 있다""
연접에서의 신경충동 전달은 다음과 같은 요인의 영향을 받는다: 전달되는 거리, 자극의 강도, 신경세포 활동을 억제하는 산소결핍, 수면제나 마취제, 산증과 신경세포 활동을 촉진하는 카페인, 약물 등의 요인에 따라 영향을 받는다""신경계의 구조와 기능에서 연접(Synapse)은 신경원과 신경원 사이의 극히 좁은 간극으로, 신경세포 간 정보전달을 위한 중요한 구조라 할 수 있다""
연접에서는 신경원 말단부위에 저장되어 있던 다양한 신경전달물질들이 활동전위에 의해 분비되어, 다음 신경원으로 정보를 전달하게 된다""
이러한 신경전달물질로는 아세틸콜린, 세로토닌, 도파민, 노르에피네프린, GABA, substance P, 엔돌핀, 엔케팔린 등이 있으며, 이들 물질의 농도와 활성도에 따라 신경충동 전달에 영향을 미치게 된다""
특히 연접에서의 신경충동 전달에 영향을 주는 요인으로는 신경전달물질이 전달되는 거리, 자극의 강도, 산소결핍으로 인한 신경세포 활동 저하, 수면제나 마취제 투여, 산증, 그리고 카페인이나 약물 투여 등을 들 수 있다""
따라서 연접은 신경계에서 정보를 전달하는 핵심적인 구조이며, 다양한 요인에 의해 그 기능이 조절되고 있음을 알 수 있다""
1.5. 신경축삭
신경축삭(Nerve axon)은 신경원의 주된 연결 구조로, 전기적 자극을 다른 신경원이나 다른 효과기 세포(근육, 선)로 전달하는 역할을 한다. 축삭은 세포체에서 연접부까지 신경자극을 전달하는 통로 역할을 하며, 축삭 말단부에는 신경전달물질이 방출되어 연접을 통해 다른 세포로 전기적 충동을 전달한다.
축삭은 신경세포의 핵과 아니하고 분리된 길고 섬유 모양의 구조물로, 신경세포의 세포체에서 나와 다른 신경세포나 효과기 세포로 연결된다. 축삭의 길이는 매우 다양하며, 신경세포의 위치에 따라 길이가 다르다. 예를 들어 반사궁을 형성하는 척수 운동신경세포의 축삭은 척수 내에서 매우 짧지만, 말초신경에 연결된 운동신경세포의 축삭은 매우 길다.
축삭은 전기적 자극을 신속하게 전달하기 위해 신경섬유 내부에 있는 지질성 물질인 수초로 싸여 있다. 이 수초는 신경전도 속도를 높여주는 역할을 한다. 유수신경섬유는 란비에르 결절이라 불리는 일정한 간격의 겨우리가 있어 전기적 자극이 빠르게 전도될 수 있다. 반면 무수신경섬유는 수초로 싸여있지 않아 전기적 자극 전도 속도가 상대적으로 느리다.
신경축삭의 말단부에는 신경전달물질이 저장된 작은 과립이나 소포가 존재한다. 이 말단부는 다른 신경세포나 효과기 세포와 연접을 이루고 있어, 신경자극에 의해 신경전달물질이 방출되면 연접후 세포에 영향을 미치게 된다. 따라서 신경축삭은 전기자극을 전달하는 통로이자 신경전달물질을 방출하는 기능을 함으로써 신경계 기능 수행에 필수적인 구조라 할 수 있다.
2. 중추신경계
2.1. 대뇌피질
대뇌피질은 바깥쪽에서 백질을 둘러싸고 있는 부위이다. 대뇌피질은 크게 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽의 4개의 엽으로 구분된다.
전두엽은 중심구의 앞과 측두엽의 위에 위치하며, 정신, 정서, 신체적 기능에 관여한다. 전운동영역은 추체외로계의 중추로서 복잡하고 학습된 무의식적 운동이나 긴장을 조절하고 통제한다. 브로카 운동언어 영역은 단어와 언어를 만드는 신경원으로 구성되어 성대의 호흡활동과 혀와 입 운동을 지배한다.
두정엽은 중심구의 뒤에 위치하며, 체감각, 시각, 청각을 통해 유입된 정보를 통합하여 신체나 공간을 인식하고 운동을 기획한다.
측두엽은 청각, 미각, 후각의 3가지 감각을 받아들이며, 기억과정에 관여한다. 웨르니케 언어이해 영역은 뇌 기능의 고위 역할을 수행하며, 글을 인식하고 단어를 이해하여 일관성 있는 사고 과정을 통해 생각과 일치된 언어를 표현한다.
후두엽은 1차 시각영역과 시각연합영역을 포함하며, 시각적 반사를 담당한다.
이와 같이 대뇌피질은 각각의 기능적 특성을 가지며, 상호 유기적으로 작용하여 신체의 다양한 기능을 조절하고 조화롭게 통합하는 역할을 한다.""
2.2. 간뇌
간뇌는 시상(thalamus)과 시상하부(hypothalamus)로 구성된다. 시상은 후각신경을 제외한 신체의 모든 부분에서 들어오는 감각흥분을 해석하고 전달하는 중추로, 지적 기능에 필수적인 역할을 한다. 또한 자율신경계 조절에 있어서도 통합적인 역할을 한다.
시상하부는 제3뇌실의 바닥 부분을 이루며, 뇌하수체와 연결되어 있다. 시상하부는 특수한 신경분비 작용을 통해 신경 및 호르몬 기전을 조절한다. 체온 조절, 수분 대사, 식욕, 성적 성숙 등과 관련된 본능적 행위와 정서적 반응을 관장하는 중추 역할을 한다.
따라서 간뇌는 감각정보의 통합과 전달, 자율신경계 조절, 호르몬 분비 조절 등 다양한 기능을 수행하며, 뇌의 가장 중요한 부위 중 하나라고 할 수 있다.
2.3. 뇌간
뇌간(Brain stem)은 뇌와 척수를 연결하는 부위로, 중뇌(Midbrain), 뇌교(Pons), 연수(Medulla oblongata)로 구성되어 있다. 이 부위는 인식과 각성을 조절하는 망상활성계로 이루어져 있다.
중뇌(Midbrain)는 동안신경과 활차신경의 핵이 있으며, 소뇌와 척수가 연결되어 자세 유지와 반사 기능, 그리고 무의식적인 운동에 관여한다. 동공반사와 안구운동을 조절하는 중추 역할을 한다.
뇌교(Pons)는 심장 가속 기능과 혈관 수축 중추, 호흡중추, 추체로의 통로 역할을 담당한다. 5번(삼차신경), 6번(외전신경), 7번(안면신경), 8번(청신경) 뇌신경이 뇌교에서 발생한다.
연수(Medulla oblongata)는 심장 지연 중추, 호흡 중추, 뇌와 척수가 연결되는 곳으로 추체로 교차가 이루어진다. 또한 연수에는 활력중추(vital center)가 있어 생명유지에 중요한 역할을 한다. 연수의 손상은 치명적인 결과를 초래할 수 있다.
이처럼 뇌간은 자율신경계, 감각, 운동 기능을 조절하는 매우 중요한 부위로, 뇌와 척수를 연결하며 생명유지에 필수적인 역할을 수행한다. 특히 연수의 손상은 호흡, 심장, 혈압 조절 등의 기능 장애를 초래할 수 있어 매우 위험하다.
2.4. 변연계
변연계는 불쾌·분노·쾌감 등의 정서 감정과 성욕·기아·충만감 등의 본능적 행위에 중요한 역할을 한다. 변연계는 대뇌의 주변부 곧 대뇌변연엽에 위치하고 있으며, 해마, 편도핵, 기저핵 등으로 구성된다.
해마는 감정, 행동, 욕망 등의 조절에 관여하며, 기억 과정에도 중요한 역할을 한다. 편도핵은 공포, 불안 등의 부정적 정서와 관련이 깊으며, 공포 학습과 기억에 관여한다. 기저핵은 추체외로계의 시발점으로 근육 활동을 조절하고 통합한다. 손상 시 불수의적 떨림이 나타나는 파킨슨병이나 무도병이 발생할 수 있다. 그 외에도 내포, 해마 등이 있는데, 내포는 뇌출혈이 발생하기 쉬운 부분으로 손상이 작더라도 장애의 정도가 크게 나타난다. 이와 같이 변연계는 인간의 감정과 본능을 조절하는데 핵심적인 역할을 하는 뇌의 주요 부위이다.
2.5. 기저신경절
기저신경절(Basal Ganglia)은 대뇌 피질과 연결되어 운동 기능을 조절하는 중요한 역할을 합니다. 기저신경절은 선조체(Striatum), 담창구(Globus pallidus), 망상체(Substantia nigra), 핵간펜(Subthalamic nucleus) 등의 핵으로 구성되어 있습니다.
기저신경절의 핵심적인 기능은 추체외로(extrapyramidal) 운동조절입니다. 추체외로 운동계는 피질척수로(pyramidal tract)와 구분되며, 자동적이거나 불수의적인 근육운동을 조절합니다. 기저신경절의 병변은 파킨슨병, 무도병 등의 운동장애를 초래합니다.
선조체는 기저신경절의 주된 입력부이며, 담창구와 흑질에서 받은 정보를 운동피질로 전달하여 운동조절에 관여합니다. 기저신경절의 다른 핵들은 선조체의 활동을 조절하는 피드백 회로를 형성하고 있습니다.
기저신경절의 손상은 근긴장도, 자세, 운동의 시작과 조절에 문제를 일으킵니다. 예를 들어 흑질의 도파민성 신경세포 손상은 파킨슨병의 주요 병인이며, 이로 인한 근육 경직과 떨림이 나타납니다. 또한 담창구의 병변은 무도병을 유발하여 불수의적이고 격렬한 몸의 움직임을 초래합니다.
이처럼 기저신경절은 운동 기능의 조절에 핵심적인 역할을 하며, 이 부위의 병변은 다양한 운동 장애를 야기합니다. 따라서 기저신경절은 신경계 구조와 기능을 이해하는 데 매우 중요한 부위라고 할 수 있습니다.
2.6. 소뇌
소뇌는 골격근의 활동을 조절하며 자세 및 평형을 유지하는데 중요한 역할을 담당한다. 소뇌는 대뇌 피질에서 실행하지 못하는 정교한 운동을 조절한다. 내이의 반규관은 신체운동의 방향변화와 자세 변화를 지각하고 전정신경과 뇌간을 경유하여 정보를 소뇌로 전달한다. 소뇌는 무의식적 운동을 조절할 뿐만 아니라 대뇌피질이 실행하지 못하는 정교한 운동을 조절하는 역할을 한다. 소뇌의 기능장애는 운동실조, 균형감각 상실, 근육의 근긴장 감소나 과다 긴장, 의도성 진전 등의 증상을 초래한다. 소뇌는 골격근의 긴장을 유지하고 근육의 협응을 조절하여 정확한 운동수행을 가능하게 한다."
2.7. 뇌실계
뇌실계는 2개의 가쪽뇌실, 제3뇌실, 대뇌수도, 제4뇌실 등 4개의 방으로 구성되어 있다""
뇌실계는 뇌척수액의 생성과 순환을 담당한다""
뇌척수액은 무색투명한 액체로, 소량의 단백질과 칼륨, 나트륨 등을 포함하고 있다""
뇌척수액은 크게 3가지 기능을 한다"" 첫째, 뇌와 척수를 물리적으로 보호하고, 둘째, 신경세포에 영양을 공급하며, 셋째, 노폐물을 제거하는 역할을 한다""
뇌척수액은 맥락총에서 생성되어 지주막 융모를 통해 재흡수되어 상시상정맥동으로 흐르는 순환 경로를 가진다""
뇌척수액의 순환 경로가 막혀 뇌척수액이 정상적으로 배출되지 않으면 두개내압이 상승하여 두통, 오심, 구토 등의 증상이 나타나며 수두증이 발생할 수 있다""
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