신경과학 - 신경생물학10 : 반사

반사(Reflex)

  반사는 신경생리학에서 중요한 개념으로, 자발적이니 의지에 의해 조절되지 않고 자동적으로 반응하는 행동 메커니즘을 말한다. 여기서 핵심적인 운동의 기본적인 신경활성(integrated neural activity)의 단위는 반사궁(reflex arc)이다. 이것은 몸이 자극에 반응하고 이에 따라 신경활성화가 진행되는 과정을 나타내며, ①감각기관 ②구심성 신경세포 ③중추통합부위 또는 교감신경절(sympatheic ganglion) 그리고 하나 또는 그 이상의 연접 ④원심성 신경세포 ⑤효과기로 구성된다.

구심성과 원심성 체성신경연결은 일반적으로 뇌와 척수에 위치하고 구심성 신경은 후근이나 해당되는 뇌신경을 통하여 들어가고, 후근신경절 또는 뇌신경의 신경절에 세포체가 있다. 원심성 신경은 전근의 세포에서 시작하는 운동신경과 운동뇌신경이다. 척수에서 후근은 감각성이고 전근은 운동성인 원칙이 Bell-Magendie 법칙이다.

반사궁의 활성은 수용기전압(receptor potential)이 발생하는 감각수용기에서 시작하고 다음과 같은 주요 단계로 구성된다.

1. 수상돌기로의 자극: 외부 자극이나 내부 자극이 수상돌기(receptor)에 도달하면, 수상돌기는 신경 세포의 말단 부분으로, 이 자극을 감지하며, 이 자극은 전달체를 활성화시킨다.
2. 전달체를 통한 신호 전달: 전달체는 수상돌기에서 받은 자극을 신경 세포체 내로 전달하며, 자극은 원심성신경 세포체 내의 실무율 활동전압을 발생시키게 되는데, 이때 활동전압의 수는 발생기전압의 크기에 비례하여 전기적 신호로 변환된다.
3. 중추 신경계(CNS)로의 신호 전달: 전달체를 통해 변환된 전기적 신호는 신경 세포를 따라 중추신경계(CNS)로 전달되며, 이는 척수나 뇌로의 신호 전달을 의미한다. 
4. 척수 반사: 중추신경계(CNS)에서 받은 신호는 반사적인 반응을 유발하며, 이는 반사적인 근육 수축이나 다른 신체 반응을 포함한다. 효과기가 평활근이면 반응은 가중(summate)되어 평활근 활동전압을 만드나, 효과기가 골격근인 경우 graded response는 항상 근수축을 야기하는 활동전압을 만드는데 적합하게 되어있다. 구심성과 원심성 신경세포간의 연결은 보통 중추신경계에 존재하고 반사궁의 활성은 원심성 신경세포에 폭주하는 다발성 입력에 의해 조절된다.
5. 운동 신경 전달: 중추 신경계(CNS)에서 생성된 신호는 운동 신경을 통해 근육으로 전달되며, 이는 근육을 수축시키거나 이완시키는 등의 행동으로 나타난다.

  반사궁은 신체를 보호하고 외부 자극에 대한 빠른 대응을 가능하게 한다. 예를 들어, 뜨거운 물에 손이 닿으면 손이 빠르게 떨어지는 것은 반사궁의 결과이며, 이러한 반응은 의식적인 의지나 제어가 필요하지 않고, 자동적으로 발생하게 설계되어 있다. 가장 간단한 반사는 구심성과 원심성 신경세포간에 한 연접을 가지는 단일연접반사(monosynaptic reflex)이며, 하나 또는 두 개 이상의 개재신경세포가 구심성 및 원심성 신경세포 사이에 존재할 경우를 다연접반사(polysynaptic reflex)라 한다.

반사궁

 

단일연접반사 : 신장반사 (Monosynaptic reflex : stretch reflex)

  오직 하나의 시냅스만을 거쳐 발생하는 반사적인 운동 반응을 말하며, 신장반사는 단일연접 반사의 대표적인 사례이다. 일반적으로 골격근이 늘어나면 근육은 수축하는데, 이 반응이 신장반사(strech reflex)이다. 반사를 유발하는 자극은 근육의 급격한 신장을 일으키는데, 척수는 이 신호를 받아 관련된 운동신경을 활성화시키고 늘어난 근육의 길이만큼 보정하기 위해 수축을 일으키게 된다. 신장반사의 감각기(sensory organ)는 근방추(muscle spindle)인데, 방추에서 시작하는 impulse는 동일 근육에 분포하는 운동신경에 직접 가는 fast sensory fiber에 의해 중추신경계에 전도되고 중추연접(central synapse)에서의 신경전달물질은 glutamate로 알려져 있다.

 

다연접반사 : 회피반사 (Polysynaptic reflex : Withdrawal Reflex)

  다연접반사로(polysynaptic reflex paths)는 여러 개의 돌기를 내며, 각 돌기의 연접수는 다양하다. 다연접반사는 신경회로의 복잡성과 여러 단계의 시냅스로 신호를 전달하기 때문에, 각 연접에서 연접지연(synaptic delay)이 발생하여 소수 연접(fewer synapse)을 가진 분지의 활성은 처음 운동신경에 도달하고, 그 후 긴 경로의 활성이 생긴다. 이것은 단순자극에 의해 운동신경의 지연성 흥분을 일으키고, 그 후 지연성 반응을 일으키는 이유이다.

 

  회피반사: 보통 통증성 자극과 같이 회피반사는 수용기에 유해한 자극에 반응하여 생기는 전형적인 다연접반사로 굴곡근의 수축과 신전근(extensor muscle)의 억제로 이루어져, 자극부위는 굴곡되어 자극으로부터 피하려는 반사이다. 교차신전반응도 이와 같은 한 예로 강한 자극이 한쪽 사지에 적용될 때, 반응은 그 사지의 굴곡과 회피뿐만 아니라 반대편 사지의 신전을 일으킨다. 이 경우 흥분성 impulse가 척수 내에서 상향 및 하향하여 많은 운동신경에 전달되고 활동성 운동단위가 증가한다.