[중간고사]3장 - 신경계 세포의 구조 & 기능 (WIP)

신경계는 뉴런(Neuron, 신경 세포)와 아교세포(Glia, 교세포)로 이루어져 있다.

[아교세포]
 : CNS의 80~90%를 차지하는 뉴런을 지원하는 세포이며, 아주 가까운 거리에서는 정보를 처리하기도 한다.
 
 1. 별아교세포(Astrocyte)
  : 뇌에서 가장 흔한 세포로, 뉴런을 품는 구조적 바탕질 역할을 한다. 모세혈관 세포와 긴밀히 연결되어 NU(Neurovascular Unit, 신경혈관단위)를 형성하고, 혈류 속 영양분을 뉴런으로 옮겨 준다. 또한, 모세혈관 바깥 표면을 덮어 혈액 속 독성 물질이 뇌로 침투하는 것을 막는다. 뉴런이 죽으면 그 페기물을 제거하고, 빈 자리를 채운다.

 2. 뇌실막세포(Ependymal Cell)
  : 뇌실과 척수 중심관 벽에 깔려있는 세포이다. 맥락얼기에서 생성된 체액이 뇌실막 세포에서 여과되어 CSF가 된다.
    가쪽뇌실의 뇌실막세포 아래에 신경 재생을 위한 신경줄기세포 저장고가 있다.

 3. 희소돌기아교세포(Oligodendrocyte), 슈반세포(Schwann Cell)
  : 각각 CNS와 PNS에서 축삭을 둘러싸 절연하는 말이집(Myelin)을 형성한다.
    이 때, 말이집 사이에 노출된 축삭 부분을 '랑비에 마디(Node of Ranvier)'라고 한다.

 4. 미세아교세포(Microglia)
  : 뇌의 청소부 역할로, 손상된 뉴런, 바이러스, 곰팡이, 기타 미생물, 활동이 적은 시냅스를 제거한다.
    평소엔 가만히 있다가, 세포 손상과 관련된 분자가 탐지되면 이동하여 잔해를 소화한다.

 [뉴런]
  : 정보 처리를 수행하는 세포이다.
  
  <뉴런의 구조>
    - 신경세포막 : 지방 분자인 인지질의 이주층으로 구성된다. 막에 박힌 여러 단백질 구조물이 세포막을 통과하는 물질의 이동을 통제한다. (이온 통로, 이온 펌프)
    - 세포 뼈대 : 뉴런의 모양을 유지하게 하는 세 가지 필라멘트(미세소관, 신경 미세섬유, 미세섬유)
    - 세포체 : 정보를 받아들여 통합한 결과를 축삭을 통해 내보낸다.
    - 수상돌기(Dendrite) : 다른 뉴런으로부터 정보를 받아들이는 시냅스를 형성한다.
    - 축삭(Axon) : 수상돌기와 달리 뉴런에 1개 혹은 0개 존재하며, 지름이 클 수록 신호 전달 속도가 빠르다.
       축삭의 길이에 따라 한 지역에 특화된 '국소회로뉴런'과 거리가 먼 신호 전달에 특화된 '투사뉴런'으로 나뉜다.
       축삭의 끝부분은 곁가지(Collateral, 측지)로 나뉘면서, 끝이 부풀어 올라 축삭종말이 되고, 그 속에 시냅스 소낭이 있다.

 

 <뉴런의 형태와 기능적 다양성>
   : 세포체로 뻗어나가는 가지 수에 따라, '단극성', '양극성', '다극성' 뉴런이 나뉜다.
     뉴런의 기능에 따라 '감각뉴런', '중간뉴런', '운동뉴런'으로 나뉜다.

 

[뉴런의 정보 전달]
 : 만약, 몸 한쪽 끝에서 반대쪽 끝으로 신호를 보내려고 한다면, 거리에 따라 신호의 세기가 감쇠될 것이다.
   그렇다면 같은 자극이더라도, 수용체와의 거리에 따라 다르게 느껴질 것이다.
   이런 현상을 방지하기 위해, 신호를 전송하는 과정에서 주기적으로 재생하여 세기를 유지한다.
   일반적으로 뉴런 내에서는 전기적 신호로, 시냅스(뉴런-뉴런)에서는 화학적 신호로 정보를 전달한다.

<뉴런의 전기적 정보 전달>
   뉴런의 상태는 안정전위(Resting Potential)와 활동전위(Action Potential)의 상태로 나뉜다.
   뉴런은 평소에는 안정 전위 상태로 약 -70mV의 분극화(Polarization)상태인데, 이 전압이 변화하면서 정보가 전달된다.

 - 과분극화(Hyperpolarization)
  : 음전하를 주입한 상태로, -70mV보다 더 낮은 전압을 가진 상태이다.

 - 탈분극화(Depolarization)
  : 양전하를 주입한 상태로, -70mV보다 더 높은 전압을 가진 상태이다.
    만약, 강한 흥분성 자극을 통해 전압이 역치(Threshold)를 넘으면 전압이 0 이상으로 올라가 활동전위가 발생한다.
    이후 다시 전압이 내려오면서 과분극화가 발생하고, 정상화되게 된다.

 - 안정전위(Resting Potential)
  : 세포내액과 세포외액에 여러가지 이온이 불균등하게 존재함으로써 음전압이 유지된다.
    세포막의 선택적 투과성으로 인해 이온의 크기 및 전하에 따라 통과 가능 여부가 다르다.
    평형상태를 회복하고자 하는 성질과 세포막의 작용으로 인해 안정전위와 활동전위가 발생한다.

 - 활동전위(Action Potential)
  : 뉴런의 전위가 흥분 역치에 도달하면, 전압 의존성 나트륨 통로가 열려 Na+가 세포 안으로 유입된다.
    급격히 유입된 Na+로 인해 세포내액이 외액에 비해 양성이 되면서 K+이 밖으로 유출되고, 세포내액이 다시 음성이 된다.
    반복되면 내액과 외액이 평형이 되므로, 에너지를 소비하는 Na-K 펌프를 통해 비중을 유지한다. (Out Na+, In K+)
 
 - 불응기(Refractory Period)
  : 한 번 활동전위가 일어나면 과분극화 되는데, 이 시기에는 기존보다 더 강한 자극이 있어야 활동전위가 일어난다.
    이러한 성질을 통해, 신호의 전송은 한 방향으로만 이뤄진다.

※ 뉴런의 신호 전달은 이와 같이 전달 방향으로 활동전위를 반복해서 일으키면서 전달한다.
    그러나, 모든 부위에서 활동전위를 일으키면 그 속도가 너무 느리다. ( 이론적으로 1초에 최대 1천번 )
    이러한 전송속도를 개선하기 위해, 축삭을 말이집으로 감싸, 그 안에서는 신호 감쇠를 감수하고 전송한다.
    그리고 중간중간 랑비에 마디에서 활동전위를 일으켜 신호를 증폭한다, 이러한 방식을 도약전도라고 한다.
    이 방식은 민말이집 축삭에 비해 약 20배 이상 빠르다.

 ※ 만약, 다발성 경화증과 같이 말이집이 손상되는 경우, 정보 전달이 끊길 수 있다.
     말이집이 있는 곳에는 나트륨 통로가 없어 활동전위의 재생이 불가능한데,
     전류 손실을 줄여주는 말이집이 손상되면 다음 랑비에 마디까지 못 갈 수 있다.

<전위의 변화>

: 평형을 유지하려는 성질에 따라 안정전위의 상태에서는 위의 그림과 같은 힘의 방향을 가진다.
  이 때, Na+통로가 열리면 나트륨은 확산과 정전압이 모두 내액쪽으로 힘을 가지므로 빠르게 들어간다.
  이렇게 양성이 되면 정전압의 힘의 방향이 바뀌면서 Na+와 K+가 외액으로 나오게 된다.
  여기서 Na+의 확산 방향과 달리 K+의 확산 방향이 정전압의 방향과 일치하므로 K+가 더 많이 나온다.
  이를 통해 외부의 K+농도와 내부의 Na+농도가 올라가는데, 나트륨-칼륨 펌프가 이를 조절하여 원래대로 되돌린다.

  ※ 만약, 나트륨 통로가 막힌다면?
    복어의 독과 같은 물질은 운동 뉴런의 나트륨 통로를 막는다. 이러면 활동전위가 일어나지 않고, 운동이 멈추게 된다.
   이는 호흡 근육의 움직임도 멈추게 하고, 결국 숨을 못쉬고 죽게 된다.

 

<뉴런의 화학적 정보 전달>
 : 시냅스는 뉴런과 뉴런 사이에서 정보를 전달하는 부위로, 신경전달물질을 통한 화학적 정보 전달을 수행한다.
 1) 축삭종말 또는 세포체에서 NT(Neurotransmitter, 신경전달물질)를 합성한다.
 2) 활동전위가 축삭 종말에 도달하면, 칼슘이 유입되면서 시냅스 틈으로 NT를 분비한다.
 3) NT분자가 시냅스 후 수용체와 결합하면서 화학 신호가 전기 신호로 변환된다.
 4) NT가 수용체에서 분리되고, 이 NT가 다시 결합하면 안되므로 분해 또는 재흡수를 하여 불활성화한다.
 5) 일부의 시냅스 후 뉴런은 NT 추가 분비를 조절하기 위해 역방향 메시지를 보내기도 한다.

 
[시냅스의 구조]
  - 시냅스전 막(Presynaptic Membrane)
  - 시냅스틈(Synaptic Cleft)
  - 시냅스후 막(Postsynpatic Membrane)


[시냅스의 종류]
  - 전기적 시냅스( = 틈새이음 )
   : 두 세포간의 거리가 매우 짧아 특별한 단백질 통로에 의해 두 세포가 직접 연결된다.
     이를 통해 이온이 직접 통과 가능하고, 메시지가 거의 즉각적으로 전달되므로, 시간적 일치가 중요한 경우에 유용하다.
     식물이나 무척추동물의 탈출행동 회로에서 관찰된다.


  - 화학적 시냅스
   : 전기적 시냅스가 흥분성 신호만 전달할 수 있는 것과 달리, 억제성 신호도 전달 가능하다.
     결선 전달(Wiring Transmission)은 전기회로와 같은 방식으로, 위에 작성된 방식이다.
     부피 전달(Volume Transmission)은 NT가 먼 거리에 있는 세포에 CSF과 세포외액을 통해 영향을 준다.
     이 방식은 정보가 아니라 조절적인 기능을 한다.
 

 화학적 시냅스의 과정
 1. 활동전위가 축삭종말에 도착한다.
 2. 칼슘 이온 통로가 열리면서 Ca+가 들어와 시냅스 소낭을 미세소관에서 분리한다.
 3. 분리된 시냅스 소낭이 축삭막과 융합되면서 내부에 위치한 신경화학물질이 시냅스 틈으로 방출된다.