신경계의 기능적 이해: 아교세포와 신경신호 전달

미세아교세포는 매우 작고 불규칙한 모양의 세포이며 중추신경계의 청소세포와 같은 역할을 한다. 뇌의 면역계를 담당하는 역할을 하며 손상, 감염 또는 질환 이후 손상되거나 노화된 신경세포를 파괴하는 역할을 한다. 뇌실막세포는 중심관과 뇌실의 속면을 덮고 있는 섬모세포이다. 뇌실막세포는 맥락얼기의 상피성 막이며 뇌척수액을 생성한다. 슈반세포는 말초신경계의 신경섬유를 둘러싸고 있는 말이집을 형성하며, 말초신경 손상 시 재생에 중요한 역할을 한다. 위성세포는 말초신경 세포체가 모여 있는 뒤신경절 주변에 존재한다. 신경섬유는 축삭을 둘러싸고 있는 말이집의 유무에 따라 말이집 신경섬유와 민말이집 신경섬유로 나뉜다. 중추신경계의 말이집은 희소돌기아교세포에 의해 형성되며 말초신경계에서는 신경집세포에 의해 말이집으로 둘러싸이게 된다. 말이집이 축삭의 주위를 완전히 감싸게 되었을 때 말이집 신경섬유라 하며, 말이집이 부분적으로만 축삭을 덮고 있을 때 민말이집신경세포로 분류한다. 말이집의 존재는 축삭의 굵기와 신경섬유의 흥분전도 속도와 관련이 있는데, 신경섬유의 축삭이 굵고 두꺼울수록 전도속도가 빨라진다. 신경세포의 축삭을 둘러싸고 있는 단백질과 지방의 말이집은 축삭에서의 전류 흐름을 막는 전기적 절연장치로 생각되며 신경의 정보를 전달하는 데 있어 매우 중요하다. 축삭을 감싸고 있는 말이집은 수 mm 간격으로 말이집이 없는 길이 1μm 정도의 일정한 간격을 두고 떨어져 있는데 이를 신경섬유마디라 하며, 고농도의 Na⁺ 및 K⁺ 통로가 있어 활동전위가 발생되며 탈분극된 전위를 빠르게 전파한다. 한 지점에서 발생된 활동전위는 전기용량이 작은 신경섬유마디 사이로 뛰듯이 전달되어 신경의 전달속도를 높이는 중요한 역할을 하며 말이집 축삭의 신경전도 속도가 빠른 것은 이 때문이다. 뇌는 인간의 움직임, 의식, 기억, 지능, 지각, 감정 등 모든 일들을 통제하고 책임진다. 뇌는 1,000억 개로 추정되는 신경세포들로 구성되고, 수천 개의 다른 신경세포로부터 신호를 받고 보낸다. 따라서 신경세포 간 연결 개수는 수조 개 이상으로 추정되며, 이러한 신경세포들 간 연결을 신경체라고 부르기도 한다. 인간의 뇌는 이러한 엄청난 규모의 신경체의 끊임없는 변화로 우주 내에서 가장 복잡한 장치로 간주되고 있으며, 이러한 복잡성 때문에 인간의 뇌를 이해하는 것은 영원한 숙제로 여겨지고 있다. 신경체는 인간의 생각과 행동(움직임), 정신처리 과정, 경험에 대한 기억 등을 신경계 내의 세포들 간에 화학적·전기적 상호작용으로 만들고, 이러한 상호작용은 신경세포와 아교세포들로 구성된 신경계의 거대한 신경 회로망을 통해 형성된다. 신경생리란 이러한 신경체 구조들의 유기적인 관계를 설명하고, 신경계를 구성하는 단위 요소인 신경세포부터 신경세포 간의 신호전달체계와 이를 통해 나타나는 인간의 행동과 정신작용의 변화들을 연구하는 학문이다. 신경세포는 정보를 받아 처리하고 다시 정보를 보내는 역할을 한다. 세포체에서 나오는 가지돌기는 세포에서 중요한 입력 장소로 다른 세포로부터 정보를 받을 수 있도록 분화되었고, 세포체에서 나오는 또 하나의 돌기인 축삭은 정보를 인접세포까지 보내는 역할을 한다. 즉 가지돌기가 신경세포에 정보를 받는 입력 단위라면, 축삭은 다른 신경세포나 근육세포로 정보를 보내도록 하는 출력단위이다. 신경세포에서 축삭은 축삭둔덕이라고 하는 특수한 영역에서 시작되며, 1mm에서 1m까지 다양한 길이를 가진다. 축삭둔덕에서 시작되는 전기적 자극은 신경세포의 막전위의 국소적 변화를 통해 축삭의 정보전달을 처리한다. 세포막을 가로질러 발생하는 세포막전위는 세포막의 안쪽과 바깥쪽에서의 전위차를 발생시키는 이온의 흐름에 의해 만들어진다. 축삭의 끝에는 신경세포의 전달 요소인 돌기 형태의 연접전종말이 있고, 이후 연접틈새로 불리는 공간을 통해 신경전달물질을 분비하여 활동에 대한 정보를 전달하고 있다. 연접틈새는 신경세포 사이의 공간으로 신경전달물질들의 이동을 통한 신경세포 사이의 교통을 담당하는 장소이다. 즉 연접전신경세포가 연접틈새에 신경전달물질을 유리하면 신경전달물질은 연접틈새를 통해 다른 쪽 신경세포막으로 확산되며, 이후 연접후신경세포, 근육세포, 샘 등의 수용기에 부착하여 정보를 전달한다. 이온채널은 세포막에 존재하면서 세포의 안과 밖으로 이온을 통과시키는 막단백질이다. 세포의 제일 바깥층은 지질로 구성된 세포막인데, 지질은 전하를 띠지 않아 이온을 끌어들이지 못한다. 따라서 세포들은 이온이 통과할 수 있는 일종의 구멍 형태인 막단백질들을 발현시켜 이온들을 통과시키는데 이를 이온채널이라 하며, 이온이 통과하는 통로 구간의 벽은 친수성으로 구성되어 있다. 이온채널은 신경막을 지나는 이온들의 움직임을 조절하고 이온들의 움직임을 통해 신경원에 흥분을 일으킨다. 이러한 이온채널의 특징을 알기 위해서는 이온채널이 위치한 곳과 이온채널만의 특별한 기능을 이해하는 것이 요구된다. 이온채널을 통과하는 이온들은 각 이온별로 통과할 수 있는 채널이 있다. 먼저 이온의 전하별로 달라지는데, 즉 양이온과 음이온별로 지나갈 수 있는 통로가 다르다. 또한 이온의 크기에도 영향을 받는데, 즉 이온의 크기에 맞는 채널로만 통과할 수 있다. 채널의 개폐시기에 따라 통로가 항상 열려 있는 수동채널과 자극의 유무와 에너지원(ATP)을 사용하여 통로의 열림과 닫힘이 있는 능동채널로 구분한다. 수동채널은 에너지원 없이 항상 열려 있는 통로이므로 유출채널이라고 한다. 그리고 능동채널을 여는 자극 종류에 따라 전압 의존성 채널과 리간드(화학적) 의존성 채널로 구분한다.