생리학에 관하여 - 신경계를 구성하는 세포

신경계를 구성하는 기본 단위는 뉴런과 신경교세포이다. 뉴런은 전기적 신호에 의해 작동되며 받은 자극을 다른 세포로 전달하는 역할을 한다. 신경교세포는 신경세포를 지지하고 영양을 공급함으로써 뉴런을 보호하고 기능을 보조하는 역할을 한다.

1. 뉴런

뉴런은 주어지는 모든 자극을 전기 신호화하여 신경세포의 한 부분으로부터 다른 부분으로 전달할 뿐 아니라, 세포 밖으로 화학전달물질들을 방출하여 다른 세포에도 자극을 전달한다. 뉴런의 모양과 크기는 다양하나 모두 세포 간 정보 전달이 가능한 구조를 가지고 있다. 대부분의 뉴런은 세포체와 수상돌기, 축삭, 축삭종말로 구성되어 있다.

1-1. 뉴런의 구조

 1️⃣ 신경세포체

 신경세포체는 뉴런의 성장과 물질대사에 관여하는 부분으로서 유전정보와 단백질 합성에 필요한 장치가 있어 세포의 다양한 기능을 유지할 수 있게 한다. 세포막 내 중심에 핵이 있으며 세포질, 미토콘드리아, 골지장치와 같은 미세소기관들이 있다. 또한 세포체에는 신경원 섬유와 닛슬소체가 존재한다. 신경원 섬유는 세포체나 축삭 및 수상돌기를 통해 실처럼 가느다란 망을 이루어 세포체를 지지해 주는 역할을 한다. 일반세포의 조면소포체와 비슷한 닛슬소체는 과립 형태의 RNA의 집합체로 막에 부착된 리보솜에서 단백질을 합성하고 신경세포체에 영양을 공급하며 이물질에 대해 식세포 작용을 한다.

 2️⃣ 수상돌기와 축삭

 수상돌기는 세포체에서 뻗어 나온 가지로서 다른 뉴런의 수상돌기나 축삭들과 접촉하여 세포체와 함께 다른 뉴런으로부터 정보를 입력받는 곳이다. 여러 가지로 갈라진 구조 때문에 수상돌기는 여러 개의 다른 뉴런으로부터 정보를 받을 수 있다. 축삭은 세포체로부터 표적세포를 향해 길게 뻗은 돌기이다. 축삭과 세포체가 연결된 첫마디에서 차등전위가 충분한 수위에 다다랐을 때 활동전위가 시작되어 축삭을 따라 전파된다. 축삭이나 수상돌기의 세포질 안에도 미토콘드리아, 신경원 섬유, 리보솜이 있다. 축삭은 세포체로부터 흥분을 전달하는 통로 역할뿐 아니라 세포체에서 만들어진 물질을 축삭의 끝부분인 축삭 종말로 운반하는 역할도 한다.

 3️⃣ 시냅스

 축삭 종말의 작은 주머니 안에 신경전달물질이 저장되어 있어 신경 충동에 따라 세포 외 간극인 시냅스로 분비된다. 시냅스는 두 뉴런 간의 해부학적 연접 부위로서 한 뉴런으로부터 시냅스로 분비된 신경전달물질이 다른 뉴런 세포막의 특정 단백질 수용기에 결합함으로써 다른 뉴런을 변화시킨다. 시냅스에 신호를 전달하는 뉴런을 시냅스전 뉴런, 시냅스로부터 신호를 전달받는 뉴런을 시냅스후 뉴런이라고 한다. 대부분 시냅스는 한 뉴런의 축삭 종말과 다른 뉴런의 수상돌기 또는 세포체로 구성되나 두 수상돌기 사이, 수상돌기와 세포체 또는 두 축삭 종말에서 시냅스가 이루어지기도 한다.

 1-2. 뉴런의 분류

 1️⃣ 기능에 따른 분류

 뉴런의 기능적 분류는 신경자극의 전달 방향에 따라 구심성 뉴런, 원심성 뉴런 및 연합 뉴런으로 구분된다. 구심성 뉴런은 감각을 받아들이는 수용기, 즉 말초신경의 종말에서 중추신경계로 또는 하위 중추에서 상위 중추로 정보를 전달해 주는 감각뉴런이다. 원심성 뉴런은 중추신경계에서 효과기까지 전기적 자극을 전달하는 뉴런으로서, 중추신경계의 상위 중추에서 하위 중추로 자극을 전달하는 운동뉴런이다. 연합뉴런은 중추신경계에 있고 중추신경계 내부에서 감각뉴런과 운동뉴런을 연결하고 중계하는 역할을 하며 전체 뉴런의 약 99%에 해당된다. 중추신경계로 들어가는 구심성 뉴런 1개에 대해 10개의 원심성 뉴런과 20만여 개의 연합뉴런이 있다.

 2️⃣ 수초의 유무에 따른 분류

 신경은 수초의 유무에 따라 유수신경과 무수신경으로 구분한다. 수초는 인지질로 구성된 여러 겹의 세포막으로 형성되어 있으며, 축삭이 수초로 싸여 있는 신경을 유수신경, 수초로 싸여 있지 않은 신경을 무수신경이라고 한다. 뇌나 척수에서 수초를 만드는 세포를 희소돌기아교세포라고 하며 말초신경계에서는 슈반세포라고 부른다. 축삭에서 인접한 수초 사이의 공간은 세포막이 세포외액에 노출되어 있는데 이 부분을 랑비에 결절이라고 한다. 유수신경은 수초가 절연체 역할을 하여 전기적 흥분이 랑비에 결절을 도약하듯이 전도되므로 전도 속도가 빠르지만, 무수신경은 축삭 전체를 따라서 흥분이 전도되므로 전도 속도가 느리다. 척추동물의 신경은 대부분이 유수신경이다.

2. 신경교

 신경계의 지지세포인 신경교세포는 총 6종류가 있다. 중추신경계에 희소돌기아교세포, 뇌실막세포, 미세아교세포, 성상세포의 네 종류가 있으며, 말초신경계에 슈반세포, 위성세포의 두 종류가 있다. 신경교세포는 뉴런의 세포체, 수상돌기, 축삭 등을 둘러싸고 지지하면서 대사적으로도 다양한 기능을 수행한다.

 

3. 신경 성장

 신경세포는 미분화된 줄기세포로부터 분화되어 뉴런과 신경교로 발달한다. 마지막 세포분열이 끝나면 딸세포는 분화되어 제 위치로 이동하고 축삭과 수상돌기를 만든다. 축삭 종말의 성장 활성 부위인 성장원뿔은 아메바의 위족처럼 움직여 성장의 정확한 길과 최종 표적을 발견하는 데 관여한다. 축삭은 성장하면서 신경교세포의 표면을 따라 이동한다. 축삭의 서장이 끝나면 시냅스가 만들어진다. 그러나 시냅스는 마지막 성숙이 일어나기 전에도 활성이 있다. 이러한 초기 활성은 부분적으로 시냅스의 최종 기능을 결정한다. 신경발달의 초기 단계, 즉 임신 기간과 영아기 동안 알코올과 다른 약물, 방사선, 영양불량 그리고 바이러스 감염 등은 태아 신경계 발달에 영구손상을 초래할 수 있다.

 발달단계의 중추신경계에서는 새로 생성된 뉴런 중 50~70%가 세포자살을 거쳐 퇴화된다. 이러한 소모적 과정이 일어나는 이유는 신경계의 정교한 연결을 위해서인 것으로 추정되고 있다.