신경세포의 구조와 종류

뉴런은 신경 세포의 가장 기본 단위이다.

 

신경을 해부학적으로 나누면 기능적인 기본 단위는 신경세포, 즉 뉴런(neuron)이다. 전형적인 뉴런은 핵과 세포소기관을 내재하는 세포체, 세포에서 가지모양으로 뻗어 나온 가지돌기라고 하는 몇 개의 신경 섬유, 그리고 축삭이라고 하는 긴 신경섬유로 구성되어 있다. 가지돌기(dendrite)라고 하는 부분은 더듬이처럼 생긴 것을 뻗어서 표면적을 넓혀 다른 축삭으로부터 신호를 쉽게 받아들일 수 있게 되어있다. 뉴런의 대부분 세포체 원형질막은 축삭(axon)에서 오는 화학적 신호를 받아들이기 위해서 단백질로 구성된 수용기를 가지고 있다. 자극은 축삭을 따라 전달되어 축삭이 갈라진 끝부분인 축삭종말에 이른 다음, 화학물질을 내뿜는다. 이때 축삭 주위를 둘러싸고 있는 축삭질을 말이집(myelin sheath)이라 이르는데, 축삭의 끝 부위를 제외하고는 말이집으로 정교하게 덮여있어 절연체 역할을 한다. 말이집은 축삭의 전 구간에 걸쳐 계속되는 것이 아니라 1~3마이크로미터마다 규칙적으로 깊게 들어간 모양이라 자극을 빨리 전달할 수 있도록 돕는다. 이 부위를 '랑비에마디'라고 한다.

축삭은 긴 관 모양의 돌기처럼 생겼는데, 세포체로부터 오는 활동 전압을 전달하면 다른 세포들과 경계를 지고 있다. 그리고 세포체에서 축삭이 시작되는 곳은 축삭둔덕(axon hillock)이라고 부른다. 축삭은 세포체에서 자극을 내보내는 전도체처럼 작용하고 축삭의 끝부분은 말단 가지들이 산재하여 있는데, 가지의 끝은 둥글어 부풀어 오른 축삭종말 또는 축삭 말단(axon terminal)이다. 뉴런과 다른 세포 사이의 정보전달 역할을 맡는 신경전달물질이 바로 이곳으로 통과한다. 뉴런의 구조는 신경 자극이 가지돌기를 이용하여 뉴런 안으로 들어가 세포체를 통과한 다음, 축삭둔덕에 머물렀다가 축삭돌기로 안착한다. 그리고 축삭 말단의 가지 끝을 통해서 나갈 수 있도록 한다. 운동신경이나 감각에 의해서 전달되는 정보를 신경 자극이라고 하는 마치 전기 에너지와 같은 형태를 하고 있는데, 이것은 자극이 있는 부위에서 축삭돌기를 타고 스스로 전파되는 전기적 동요(electrical disturbance)라고 할 수 있다. 안정적인 상태일 때는 신경섬유의 신경막 외부에는 고농도의 나트륨이온이 있어서 막의 외부는 양성, 내부는 전기적으로 음성을 띤다. 자극이 있으면 신경막은 나트륨이온에 대해 투과성이 높아져 막 안쪽으로 들어오게 된다. 그 결과 막의 외부는 다시 음성이 되고 내부는 양성으로 바뀐다. 적당한 자극은 신경의 극성을 바꾸게 되는데 이를 활동 전압(action potential)이라고 한다.

활동 전압에 초과하여 지점의 막에 자극이 가해져 부분적인 전류 흐름이 생기는데, 이 전류는 근접한 신경으로 재생 효과를 일으켜서 지속적인 극성의 역전을 발생시킨다. 이러한 현상은 또 새로운 활동 전압과 부분적 전류의 흐름을 일으키게 된다. 이와 같은 과정이 활동 전압이 신경섬유 전체에 퍼질 때까지 계속된다. 말이집이 있는 섬유에서는 말이집(myelin sheath)이 절연체와 같은 기능을 한다. 그래서 말이집이 있는 곳은 전기적으로 동요를 받지 않고 랑비에마디에서 다음 랑비에마디로 도약하여 자극 정보를 전달한다. 이것을 도약전도라고 하고, 도약전도로 인해 신경 자극의 전도 속도가 현저하게 늘어난다. 신경을 전도할 시에 이런 도약전도 방식을 선택하게 된 것은 신경의 전도 속도가 신경의 지름과 비례관계가 있어서 신경이 지름이 클수록 전도하는 속도가 빨라지기 때문이다. 그러나 복잡한 신경계통은 섬유를 많이 수용할 수 없어서 지름이 작으면서도 전도 속도를 빠르게 만들기 위해서 이러한 방법을 수용하게 된 것이다. 

뉴런은 자극받으면 전하를 전달하며, 세포막을 통과하면 전류가 발생한다. 신경세포의 자극 전달은 뉴런과 뉴런 사이에서, 그리고 마지막 기관가지 전달되어 반응하거나 중추신경계통으로 돌아가는 신호이다. 모든 세포는 세포 안과 밖에서 전압을 띠는 물질들의 함량이 다르며, 세포막을 통과하는 양도 저마다 다르다. 이러한 세포 내 물질들의 함량 및 투과 정도의 차이로 인하여 세포막은 전압을 가지고 된다. 인체에서 신경세포와 근육세포는 전압을 가지고, 막전압이 일시적이고 빠르게 변하는 특성을 가지고 있다. 이러한 전압의 변화는 전기적인 신호로 작용한다. 양이온은 음이온을 잡아당기며, 양이온을 밀어낸다. 이온의 이동은 전압에 의해서 영향을 받는데 같은 전압은 밀고 다른 전압은 서로 잡아당기는 원리에 의한 것이다. 이 시점에서 움직이는 힘을 전기력(electical force)이라고 한다. 

근육세포와 신경세포가 자극받으면 세포막의 특성이 변하면서 활동 전압(action potential)을 만든다. 활동 전압은 초당 1m만 지속되는 변화이기 때문에 일단 생겨난 활동 전압은 세포막을 따라 빠르게 전파된다. 활동 전압의 발생 기간에서는 이온통로와 연결해 보자면 안정 상태(분극 상태)에서 자극이 있는 시작 단계(탈분극), 최고전압으로 변화하고 재분극(repolarized)과 과분극(hyperpolarizaion) 과정을 거쳐서 원래의 값으로 돌아온다 

근육과 신경은 전기적 신호를 발생시킬 수 있는 조직이다. 흥분성 조직세포에서 전압의 변화가 없을 때 존재하는 막전압을 '안정막전압'이라고 부른다. 세포의 형태에 따라서 조금 다르지만 근육세포에서는 세포 내부가 음 전압을 띤다. 그러나 자극을 받으면 균형이 깨져 활동전압이 발생하게 된다. 세포내액과 세포외액 사이에서는 몇 가지 이온이 균등하지 않게 분포되어 있고, 세포막을 통한 이동이 선택적인 전기적 속성을 띄도록 만들어준다. 세포막 전체는 막전압을 가지고 있는데, 이는 막을 사이에 두고 막 내외의 전하가 구별되는 것으로, 전기적으로는 분극 상태에 있다고 한다. 세포막을 사이에 두고 안과 밖의 양이온과 음이온의 수가 맞지 않아 분리된 전압이 일을 할 수 있는 가능성, 즉 전압을 가지는 것을 막전압이라고 이르는 것이다.