신경계는 중추신경계(Central Nervous System, CNS)와 말초신경계(Peripheral Nervous System, PNS)로 구성되며, 뇌와 척수가 중추신경계를 구성한다. 이런 중추신경계를 구성하는 가장 기본적인 요소가 신경세포(뉴런, neuron)이며, 신경계의 구조적 및 기능적 단위를 형성한다. 이러한 신경세포들은 뇌, 척수, 그리고 신경말단에서 신호를 전달하고 처리하여 우리 몸의 다양한 기능을 조절한다.
신경세포의 기본적인 구조는 중심부에 세포체(cell body, soma)가 위치하고, 이로부터 뻗어 나온 돌기(neurite)로 이루어져 있으며, 돌기는 다시 그 구조 및 기능적 역할에 따라 축삭돌기(axon), 수상돌기(dendrite)로 구성되어 있다. 세포체는 세포의 핵과 주요 세포기관을 포함하고 있으며, 축삭돌기는 신호를 전달하는데 주로 사용되는 하나의 긴 섬유로서 다른 신경세포와의 연결을 담당한다. 수상돌기는 다른 신경세포로부터 신호를 받아들이는 데 사용되며, 세포체로 신호를 전달하는 역할을 한다.
신경세포는 전기적 및 화학적 신호를 이용하여 정보를 전달하는데, 이 과정은 휴지(resting) 상태에서는 수상돌기를 통해 들어온 화학적 신호가 세포체에서 전기적 신호로 변환되고, 이에 따라 축삭돌기를 통해 신호가 전달된다. 축삭돌기의 끝 부분에는 시냅스(synapse)라는 작은 공간이 존재하는데, 다른 신경세포나 근육세포와의 연결 지점으로서 신호를 전달하는 역할을 한다. 또한 신경세포는 수초화가 되어 있는데, 중추신경 외부에서 축삭은 수초(myelin sheath)로 덮여 있고 이 막은 또 Schwann초(sheath) 또는 신경초(neurolemma)에 덮여 있다. 수초는 초절, 말초와 Ranvier결절을 제외하고 축삭을 감싸고 있다. Ranvier결절은 축삭을 따라 약 1mm 간격으로 형성되어 있는 1mm 크기의 협소부이나 일부 축삭은 수초화 되어 있지 않으며, 중추신경계에서 주위 축삭에 많은 돌기를 내어 myelin을 형성하는 핍지세포(oligodendroglia)가 있다.
기능면에서 신경세포를 살펴보면, 일반적으로 4가지 중요한 부위로 구성된다. 첫째로 연접결합(synaptic connection)에서 다발성 국소전압(potential)을 통합하는 수용기(receptor)나 수상돌기대(dendritic zone), 둘째로 전파성 활동전압(propagated action potential)이 발생되는 부위(척수신경세포의 초절, 피부감각신경세포의 첫 Ranvier결절), 세번째는 신경 말단에 전파되는 신경흥분(propagated impulse)을 전달하는 축삭, 그리고 마지막 부위로 신경말단이다. 축삭은 세포체에서의 전기신호(electric signal), 즉 활동전압(전위: action potential)을 인접한 세포에 운반하고 활성화시킨다. 중추신경계의 어떤 신경세포는 축삭을 가지지 않고 국소전압(local potential)을 한 수상돌기에서 다른 수상돌기로 전달하기도 한다.
또한 신경세포는 우리 몸의 다양한 기능을 조절하기 위해 다양한 유형으로 구분되는데, 감각신경세포는 외부 자극(예: 열, 압력, 통증 등)을 감지하고 중추신경계로 정보를 전달하며, 운동신경세포는 중추신경계로부터 우리 몸의 근육 및 기타 조직으로 운동신호를 전달하는 역할을 한다. 그 외에도 매개신경세포는 중추신경계 내에서 다른 신경세포들 간의 연결을 담당하며, 신경영양세포는 신경세포들의 영양과 보호를 담당하고 있다.
중추신경계는 신경세포 외에 신경교세포(glial cell, neuroglia)도 존재하고 있으며, 주된 세가지 세포가 있다. 그중에서 미세아교세포(microglia)는 혈관조직과 손상에 관계하여 뇌를 보호하는 기능을 가지고 있으며, 핍지세포(oligodendrogliocyte)는 수초(myelin) 형성을 관장한다. 뇌의 모든 부위에서 발견되는 성상세포(astrocyte)는 두 종류가 있다. 그중 섬유성(fibrous) 성상세포는 많은 세사(filament)를 함유하고 백질에서 주로 발견되며, 원형질성(protoplasmic) 성상세포는 회백질에서 발견되고 과립성 세포질(granular cytoplasm)을 가지고 있다. 두 종류 모두 혈관에 돌기를 내어, 여기서 모세혈관이 혈액뇌장벽을 형성하는 tight junction을 만드는데 관계한다. 그 외에도 연접(synapse)과 신경세포 표면을 감싸고 있으며, 세포 외의 K+ 농도와 같이 변화는 하지만 전파전압을 발생하지 않는 막전압(membrane potential)을 가지고 있다. 신경교는 신경세포에 대사, 영양, 보호작용을 하며, 신경전달물질(neurotransmitter)의 농도를 적절히 유지한다.
신경세포는 우리 몸의 기능을 조절하고 유지하는 데 중요한 역할을 하고, 이들의 구조와 작용 원리를 이해하는 것은 신경계 질환의 이해와 치료에 중요한 부분이다. 그래서 최신의 신경외과학 분야에서는 신경세포의 재생을 연구하고, 조직공학적인 접근을 통해 신경계 질환의 치료에 새로운 가능성을 제시하고 있다.
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