본문내용
1. 신경계의 개요
1.1. 신경계통의 구조와 분류
신경계통은 크게 중추신경계통(central nervous system, CNS)과 말초신경계통(peripheral nervous system, PNS)으로 구분된다. 중추신경계통은 뇌와 척수로 구성되며, 말초신경계통은 중추신경계통에서 나오거나 들어가는 신경으로 이루어진다.
중추신경계통은 신경계통의 주된 통합기능을 수행한다. 뇌는 감각정보를 받아들이고 통합하여 적절한 반응을 결정하며, 척수는 감각정보를 중추신경계통으로 전달하고 운동명령을 근골격계로 전달한다. 말초신경계통은 감각기관과 근육 및 내장기관을 중추신경계통과 연결하여 정보를 교환하는 역할을 한다.
신경계통을 구성하는 세포에는 뉴런과 신경교세포가 있다. 뉴런은 감각, 통합, 운동기능을 담당하는 신경계통의 핵심 구성 요소이다. 신경교세포는 뉴런을 보호하고 지지하는 역할을 한다.
1.2. 뉴런의 구조와 기능
뉴런은 신경계통의 주요 세포로, 정보를 전달하는 기능을 담당한다. 뉴런은 세포체, 수상돌기, 축삭으로 구성되어 있다. 세포체는 뉴런을 조절하는 핵심이며, 수상돌기는 다른 뉴런으로부터 신호를 받는 부분이다. 축삭은 뉴런이 다른 세포에 신호를 보내는 출력경로이다.
신경세포의 말단부인 종말단추에는 신경전달물질이 저장된 시냅스소포가 있다. 신경세포가 자극을 받으면 시냅스소포의 신경전달물질이 방출되어 다음 신경세포로 신호를 전달한다.
신경세포는 흥분성, 전도성, 분비 특성을 가지고 있다. 흥분성은 자극에 반응하는 능력을, 전도성은 신호를 멀리까지 전달할 수 있는 능력을, 분비성은 신경전달물질을 방출할 수 있는 능력을 의미한다.
뉴런의 축삭은 유수신경섬유와 무수신경섬유로 구분된다. 유수신경섬유는 축삭을 둘러싼 수초층이 있어 신호 전달 속도가 빠르고 효율적이다. 무수신경섬유는 수초층이 없어 전달 속도가 느리다.
신경세포는 안정막전위를 유지하고 있다가 자극을 받으면 활동전위를 발생시킨다. 활동전위는 세포막의 전위가 급격히 변화하는 것으로, 탈분극-재분극의 과정을 거친다. 이러한 활동전위가 축삭을 따라 전파되면서 다음 신경세포로 신호가 전달된다.
1.3. 신경교세포의 역할
신경교세포는 뉴런을 보호하고 뉴런의 기능을 돕는다. "glia"라는 단어는 그들의 역할 중 하나를 나타내는 접착제를 의미한다. 태아기에 신경교세포는 목적지를 향해 어린 뉴런을 안내하는 발판을 형성한다. 성숙한 뉴런이 다른 세포와 시냅스 접촉을 하지 않는 곳에는 언제나 신경교세포가 감싸고 있다. 이것은 신호 전송을 위해 분화되는 시점이 아니라면 뉴런들이 서로 접촉하는 것을 막고 따라서 정밀한 전도 통로를 제공한다.
신경교세포에는 희소돌기아교세포, 뇌실막세포, 미세아교세포, 별아교세포 등의 종류가 있다. 희소돌기아교세포는 뇌와 척수에 말이집을 형성하고, 뇌실막세포는 뇌와 척수의 속공간을 이루어 뇌척수액을 분비하고 순환시킨다. 미세아교세포는 미생물과 이물질, 죽은 신경조직을 파괴하고 포식작용을 하며, 별아교세포는 혈액뇌장벽을 형성하고 신경성장인자를 분비하여 뉴런을 자극한다. 또한 별아교세포는 뉴런의 시냅스 신호전달에 영향을 주고, 화학적 환경을 조절하며 손상된 신경조직을 대체하여 반흔조직을 형성한다.
1.4. 안정막전위와 활동전위
신경세포의 안정막전위는 세포 밖보다 세포 안이 음전하를 띠는 상태로, 이는 세포막을 통한 이온의 불균형 분포 때문이다. 선택적 투과성과 반투막으로 인해 세포 내부에는 나트륨 이온보다 칼륨 이온의 농도가 높고, 세포 외부에는 나트륨 이온의 농도가 높다. 이러한 이온 분포의 불균형이 세포 내부를 음전하로 만든다.
일반적으로 안정막전위는 약 -70mV 정도로, 이는 세포 내부가 세포 외부보다 음전하를 띠고 있다는 것을 의미한다. 이러한 상태에서 세포가 자극을 받게 되면 활동전위가 발생한다.
활동전위는 세포막의 국소적인 전압 변화로, 제한된 세포막 영역에서 일어나는 전압파이다. 이때 나트륨 이온이 세포 내부로 유입되면서 세포 내부의 전압이 양전하로 변하는 탈분극이 일어나고, 이후 칼륨 이온이 세포 밖으로 유출되면서 다시 음전하로 변하는 재분극이 일어난다. 이러한 탈분극과 재분극이 연쇄적으로 진행되면서 활동전위가 전파된다.
활동전위는 문턱값 이상의 자극에 의해 유발되며, 일단 시작되면 자극의 크기와 관계없이 최대 크기로 발생한다. 또한 한번 시작되면 끝까지 전파되며, 거리에 상관없이 감소하지 않고 유지된다. 이는 활동전위가 자기 재생적으로 일어나기 때문이다.
활동전위 직후에는 일시적으로 불응기가 나타나는데, 이 때는 세포가 새로운 자극에 반응할 수 없다. 이는 세포막의 이온 펌프가 원래의 이온 농도 기울기를 회복시키는 데 시간이 필요하기 때문이다.
유수신경섬유에서는 수초로 감싸진 축삭을 따라 활동전위가 '도약전도'하는 방식으로 전달되는데, 이를 통해 전달 속도가 빨라지고 에너지 소모가 적어진다.신경세포의 전기적 활동을 이해하는 것은 신경계의 정상적인 기능 및 병리를 이해하는데 매우 중요하다. 안정막전위와 활동전위는 신경세포 간 정보 전달의 핵심 메커니즘이며, 이에 대한 깊이 있는 지식은 신경계 질환의 진단과 치료에 활용될 수 있다.
최근 연구에 따르면, 안정막전위와 활동전위의 변화가 신경퇴행성 질환이나 정신 질환과 연관되어 있는 것으로 밝혀지고 있다. 예를 들어 파킨슨병 환자의 경우 도파민성 뉴런에서 활동전위 생성의 이상이 관찰되며, 이로 인해 운동 기능의 장애가 나타난다. 또한 우울증 환자에서는 세로토닌성 뉴런의 안정막전위 변화가 나타나는 것으로 알려져 있다.
이처럼 신경세포의 전기적 활성 변화는 다양한 신경계 질환의 병태생리학적 기전을 설명하는데 중요한 단서를 제공한다. 따라서 향후 신경세포의 전기생리학적 특성에 대한 지속적인 연구를 통해 난치성 신경계 질환에 대한 새로운 치료법 개발이 기대된다.
2. 척수와 척수신경
2.1. 척수의 구조
척수는 원통형의 신경조직으로 길이 약 45cm이며 대후두공에서 두 번째 요추척추, 늑골 바로 아래까지 내려간다. 신생아나 어린이는 척수의 길이가 조금 더 길다. 척수의 평균 너비는 약 1.8cm이며, 팔과 다리의 복잡한 움직임을 조절하기 위해 목 아래쪽과 허리 부분에서 약간 넓어진다. 이와 같이 넓어진 목 부분을 목팽대(경팽대), 허리 부분을 요부팽대라고 한다.
척수의 길이를 따라 일정한 간격으로 척추 사이에 있는 추간공에서 피부, 근육, 뼈, 내장기관으로 뻗어있는 1쌍의 척수신경이 나온다. 이 일정 부분을 척수의 분절이라고 한다. 척수는 척수원추라는 뭉툭한 부분에서 끝난다.
척수의 회색질은 나비 날개와 비슷한 뒷 부분의 튀어나온 모양인 후각, 가쪽의 있는 돌기 부분인 측각, 2개의 앞 날개인 전각으로 구성되어 있다. 백색질은 후삭, 측삭, 전삭과 같은 기둥 부분으로 이루어져 있다.
척수를 둘러싸고 있는 결합조직성 막을 수막이라고 부르며, 3층으로 구성되어 있다. 바깥쪽부터 경막, 지주막, 연막이 있다. 신경다발은 말꼬리와 비슷하여 마미라고 불린다.척수신경은 원심성섬유(운동신경섬유)인 전근과 구심성섬유(감각신경섬유)인 후근으로 구성되어 있다. 운동신경섬유는 척수의 앞부분에서 나오고, 감각신경섬유는 척수의 뒷부분에서 나온다. 이렇게 구분되어 나온 신경섬유들은 척수신경을 형성하여 피부, 근육, 뼈, 내장기관 등으로 분포한다.
척수는 백색질과 회색질로 구성되어 있다. 척수의 백색질은 축삭들의 다발로 이루어져 있고, 회색질은 신경세포체와 시냅스가 주로 위치한다. 척수의 회색질은 나비 날개 모양의 전각, 측각, 후각으로 구분되며, 이 중 전각은 운동신경세포체가, 후각은 감각신경섬유가 주로 분포한다.
척수를 둘러싸고 있는 수막은 3층으로 구성되어 있다. 바깥층인 경막, 중간층인 지주막, 안쪽층인 연막이 그것이다. 척수 주변의 지주막하강 공간에는 뇌척수액이 흐르고 있다.
척수는 척추관 내에 위치하며, 다양한 기능을 수행한다. 먼저 척수는 감각 정보를 중추신경계로 전달하는 감각 경로와 중추신경계에서 나온 운동 신호를 근육으로 전달하는 운동 경로의 역할을 한다. 또한 척수는 반사 작용을 통해 빠르고 자동적인 움직임을 조절한다. 마지막으로 척수는 자율신경계를 통해 내장 기관의 기능을 조절하는 역할을 한다.
2.2. 척수신경의 구조
척수신경의 구조는 다음과 같다.
척수신경은 척수의 신경근이 척추구멍을 통해 나오는 한 쌍의 신경으로, 총 31쌍이 존재한다. 첫 번째 척수신경은 큰구멍(foramenmagnum)...
