생물학 - 신경계통

1. 신경계통

감각계를 통해 자극을 받으면 반응을 하는데, 중간을 연결해주는 중계자(통로) 역할을 하는 기관이 바로 신경계이다. 건강한 사람을 기준으로 신경계 결손이 없으면 감각계에서 자극을 받아 신경계를 통해 반응을 하는데, 만약 신경계 결손(마비)이 있다면 삶의 질이 떨어질 수 밖에 없다.

신경계통은 신경세포가 특정 부위에 집중되어 있는 중추신경계(CNS)와 신경세포와 신경섬유가 몸의 각부분에 분포되어 있는 말초신경계(PNS)로 나뉜다. 중추신경계는 뇌와 척수로 이루어져 있다. 뇌에서 연결되어서 내려오는 신경다발이 척수인데 연합뉴런이다. 말초신경계는 중심에서 나오는 12뇌신경과 교감과 부교감신경인 자율신경으로 나누어진다.

 

1. 신경세포

1) 신경세포

신경계 기본단위는 뉴런으로 신경세포 혹은 신경이라고도 부른다. 즉, 뉴런은 신경계를 구성하는 구조적이면서 기능적인 기본단위이다. 신경세포(뉴런)의 종류는 감각뉴런, 운동뉴런, 연합뉴런으로 나뉜다. 감각뉴런은 중추로 정보를 가져오는 것으로 구심성뉴런이다. 운동뉴런은 중추에서 멀리 나가는 것이다. 연합뉴런은 감각뉴런과 운동뉴런의 연으로 원심성뉴런이다. 우리가 흔히 알고있는 뉴런은 운동뉴런이고, 종류 마다 모양이 다르다.

신경세포의 구조는 신경세포체와 핵, 가지돌기, 축삭돌기, 말이집, 랑비에결절, 축삭말단(신경말단), 시냅스로 이루어져 있다. 가지돌기는 자극을 수용하고 말이집은 영양분 공급과 절연체 역할을 한다. 말이집에는 슈반세포가 존재하는데, 슈반세포는 축삭돌기에 영양분을 공급하고 미엘리지질성분 세포막으로 절연체이다. 랑비에결절은 이온이 이동하는 곳이다. 시냅스는 신경과 신경이 연결되는 공간으로 신경전달물질이 나온다. 신경전달물질의 대표적인 종류는 아세틸콜린과 노르아드리날린이 있다.

2) 신경세포의 흥분과 전도

생명체의 모든 세포는 전기적 성분을 띈다. 자극이 반응으로 이어지는 과정이 분극 -탈분극 -재분극이다.

① 분극(휴지막전위)

세포 안팎 이온들의 불균등 분포로 세포 안팎은 일반적으로 -60~-80 mV 정도의 전위차가 발생한다. 이 상태로 유지되면서 전기적 현상이 일어나지 않는다. 세포 안은 (-), 세포 밖은 (+) 형태를 띈다.

② 탈분극(활동전위) - 전기적현상(흥분전달)

자극을 받으면 NA(나트륨)통로가 열리면서 NA가 물밀듯이 세포안으로 들어오면서 세포 안이 (+), 세포 밖이 (-)를 띈다.

③ 재분극

K(칼륨)통로가 열리면서 K가 빠져나가면서 다시 세포안이 (-), 세포 밖이 (+)를 띈다.

3) 신경아교세포

신경야교세포는 교세포, 야교세포라고도 불린다. 신경야교세포는 신경세포는 아니고 정보 전달도 하지 않지만, 신경세포를 도와주는 세포이다. 신경야교세포의 크기는 신경세포보다 작으나, 수는 신경세포보다 10~50배 정도 많으며 특히 뇌에 개수가 많다. 신경세포를 보호하고 정상적인 기능을 수행하도록 돕고 신경세포의 생활환경을 뒷바딤해주는 역할을 담당하고 있다. 신경야교세포는 필수적인지지세포로 신경세포에 영양물질을 공급하기도 한다. 그리고 신경세포를 둘러싸고 있는 세포외액을 조절한다. 중추신경에도 신경야교세포가 존재한다. 뇌암을 일으키는 것은 신경세포에서 일으키는 것 보다 신경야교세포에서 일어나는 것이 많아 신경교종이라고도 한다. 

 

2. 중추신경계

1) 뇌

가장 진화한 동물인 인간의 뇌에는 대뇌만 해도 1,000억 개가 넘는 신경세포가 존재한다. 뇌에는 복잡한 정보가 처리되고 있는데 신경세포만으로 이런 처리가 가능한 것이 아니라 신경야교세포도 신경세포의 정보전달에 관여하는 분자를 합성해 중추신경계를 이룬다.

뇌는 크게 대뇌에서부터 연수로 나뉜다. 대뇌는 우리 뇌의 대부분을 차지하는 것으로 겉질(회백질)과 속질(백색질)이 있다. 겉질이 굉장히 중요한데, 연합뉴런이 많이 있기 때문이다. 대뇌 겉질은 이마엽(전두엽), 마루엽(두정엽), 뒤통수엽(후두엽), 관자엽(측두엽)으로 나뉜다. 대뇌 앞부분은 연합령(이성, 논리, 분석, 감정, 성격)의 역할을 한다. 대뇌중간부분은 운동령(명령)의 역할을 하며, 대뇌뒷부분은 감각령(오감)의 역할을 한다.

소뇌는 평형기관으로 미세한 움직임을 담당한다. 간뇌와 중뇌, 뇌교, 연수는 뇌줄기이다. 간뇌는 시상과 시상하부로 나뉜다. 이는 체온, 전해질, 호르몬을 담당한다. 중뇌는 안구운동(홍채)를 담당하고, 뇌교(다리뇌)는 연결통로의 역할을 한다. 연수(숨뇌)는 생명과 직결되어 있어서 심장박동조절과 호흡운동조절, 소화운동 조절을 담당한다. 뇌줄기는 생명유지에 중요한 자율기능을 조절하고 있는데 순환중추, 호흡중추, 삼킴중추, 구토중추, 침분비중추, 배뇨중추로 나뉜다.

대뇌와 소뇌는 손상이되더라도 생명의 위협이 적은 반면, 뇌줄기가 손상이 입었을 때 생명에 더 위협적이다. 식물인간은 뇌줄기 제외 대뇌가 손상한 경우를 말하며, 뇌사는 뇌줄기 포함 모든뇌손상을 말한다.

2) 척수

척추 속에 들어있는 척수는 신체의 각 부위로 뇌의 운동지령을 내릴 뿐만 아니라 뇌의 판단을 받지 않고 운동을 유발(반사운동)을 할 수 있다. 척수의 세로단면은 가운데 뇌척수액이 흐르는 중심관이 있다.

3) 뇌의 3막

머리는 두피, 두개골, 뇌막, 뇌로 구성되어 있다. 뇌에는 3막이 있는데, 가장 바깥층은 경질막, 중간층은거미막(지주막), 가장 안쪽막은 연질막이다. 출혈 부위에 따라 지주막하출혈, 경막하출혈로 나뉘기도 하고, 뇌막염과 뇌수막염도 발생할 수 있는 부위이다.

4) 뇌실(ventricle)

척수에서 중심관으로 뇌척수액체로 차 있는 공간을 말한다.

5) 뇌척수액(cerebrospinal fluid)

거미막과 연질막 사이에 뇌척수액이 차 있는데 뇌와 척수를 돌면서 중추신경계통을 보호하는 역할을 하며, 중추신경계통으로의 세균 및 바이러스의 침입을 막는 차단벽 역할을 한다.

6) 뇌파(뇌전도 ; EEG)

뇌에서 생기는 전기활동을 두피의 여러 곳에 설치한 전극으로 기록하고 관찰하는 방법으로 뇌의 전지적 활성상태를 말한다.

7) 혈액뇌장병(BBB)

뇌와 모세혈관 사이의 특수한 구조로 모세혈관은 뇌척수액에 분포하여 산소나 이산화탄소 같은 분자는 쉽게 세포막을 통과시키고, 포도당은 능동수송을 통해 통과하지만, 친수성 분자나 단백질 같은 큰 분자는 뇌척수액으로 이동되기가 어렵다. 이러한 차단기능 때문에 뇌에 세균과 바이러스 감염이 거의 일어나지 않는 것이다. 그러나 알코올, 니코틴, 카페인, 코카인, 마취제 등 정신활성제는 지용성이므로 이 장병을 쉽게 통과하여 문제가 된다. 대부분의 항생제는 지용성이 아니기 때문에 이 장벽을 통과하기 어려워 중추신경계통에 세균이 감염되면 치유가 어렵다.

 

3. 자극과 반응

자극이 5감을 통해 들어오면, 감각기와 감각신경을 거쳐 대뇌나 척수, 연수, 중뇌를 거치고 운동신경과 반응기를 통해 반응이 일어난다. 대뇌를 거쳐 오면 의식적인 반응, 척수, 연수, 중뇌를 거쳐 오면 무의식적인 반응으로 나눌 수 있다.

1) 의식적인 반응

자극을 받으면 대뇌를 거쳐 판단을 하고 반응을 하는 것이다. 분석, 판단, 명령으로 예를 들어 시각을 통해 물을 보고 대뇌에서 컵을 들어 물을 마시라는 명령을 내린다. 그러면 근육을 수축하여 컵을 잡고 물을 마신다.

2) 무의식적인 반응

자극을 받으면 척수, 연수, 중뇌를 거쳐 반응을 하는 것을 말한다. 보통 '나도 모르게' 반응이 나온다. 이런 것은 반응이라기 보다는 반사에 더욱 가깝다. 척수 반사는 무릎 반사나 드거운 물체에 몸이 닿았을 때 나도 모르게 하는 행동 등이 있다.. 연수 반사는 기침, 재채기, 침 분비, 구토 등이며, 중간 뇌 반사는 동공 반사(홍채조절)이 있다.

 

4. 말초신경계 : 자율신경계

자율신경계통은 무의식적이고 불수의적이며, 순환이나 호흡, 소화, 대사, 분비 등의 자율기능을 담당한다.

1) 교감신경과 부교감신경

자율신경계통은 교감신경과 부교감신경이 서로 길항작용을 한다. 교감신경말단에 노르에피네프린과 부교감신경말단에는 아세틸콜린이 나오는데 이것이 서로 길항작용을 한다. 예를 들어, 눈을 보면 교감신경은 동공 확대, 부교감신경은 동공수축의 역할을 한다.

2) 뇌신경

뇌신경은 척수를 거치지 않고 뇌에서 직접 몸의 각 부분으로 분포하는 것을 말한다. 1번에서부터 12번까지 있으며, 냄새를 맡는 후각 신경이나 보는 시신경 등이 있다.

 

요점정리

자극-반응의 원리

신경계

- 신경세포(뉴런)

- 중추신경계 말초신경계 분리

- 뇌 분류

- 뇌신경12쌍

- 자율신경계(교감신경, 부교감신경)