신경세포와 뉴런#

신경세포

신경세포는 자극을 받아들이고 전달하는 세포이다.
신경세포는 뉴런이라고도 하며, 신경계를 구성하는 기본 단위이다.

뉴런은 가지돌기, 신경세포체, 축삭 돌기로 구성된다.

뉴런의 구조#

  • 가지돌기
    신경세포체에서 짧게 뻗어 나온 여러 돌기이다.
    다른 신경세포나 감각기로부터 신호를 받아들인다.

  • 신경세포체
    핵을 비롯한 여러 세포 소기관이 들어 있다.
    신경세포의 생명 활동을 조절한다.

  • 축삭 돌기
    신경세포체에서 길게 뻗어 나온 돌기이다.
    다른 신경세포나 반응기로 신호를 전달한다.

말이집 신경#

말이집 신경은 축삭 돌기 주변에 말이집이 형성되어 있는 신경이다.

  • 말이집
    슈반세포의 세포막이 축삭 돌기를 여러 겹으로 싸고 있는 구조이다.
    전기적 절연체 역할을 하며, 신경 자극의 전도 속도를 빠르게 한다.

  • 슈반세포
    말초 신경계에서 축삭 돌기를 둘러싸 말이집을 형성하는 세포이다.

  • 랑비에 결절
    말이집과 말이집 사이에서 축삭 돌기가 노출된 부분이다.
    이온 이동이 일어나 활동 전위가 발생한다.

말이집 부분에서는 이온 이동이 거의 일어나지 않으므로 활동 전위가 발생하지 않는다.
활동 전위는 주로 랑비에 결절에서 발생한다.

민말이집 신경#

민말이집 신경은 축삭 돌기 주변에 말이집이 없는 신경이다.

말이집 신경에서는 활동 전위가 랑비에 결절에서 다음 랑비에 결절로 건너뛰며 전달되는 도약 전도가 일어난다.

반면 민말이집 신경에서는 축삭 돌기의 막 전체를 따라 활동 전위가 연속적으로 이동한다.
따라서 민말이집 신경은 말이집 신경보다 전도 속도가 상대적으로 느리다.

뉴런의 종류#

뉴런은 기능에 따라 구심성 뉴런, 연합 뉴런, 원심성 뉴런으로 구분된다.

  • 구심성 뉴런
    감각 뉴런이라고도 한다.
    감각 기관에서 받아들인 자극을 중추 신경으로 전달한다.

  • 연합 뉴런
    중추 신경인 뇌와 척수를 구성한다.
    정보를 종합하고 판단하여 명령을 내린다.

  • 원심성 뉴런
    운동 뉴런이라고도 한다.
    중추 신경이 내린 명령을 반응기로 전달한다.

자극의 전달 경로#

자극은 감각기에서 받아들여진 뒤 중추 신경을 거쳐 반응기로 전달된다.

자극 → 감각기 → 감각 뉴런 → 연합 뉴런 → 운동 뉴런 → 반응기 → 반응

예를 들어 뜨거운 물체를 만졌을 때 감각기가 자극을 받아들이고, 감각 뉴런이 이를 중추 신경으로 전달한다.
중추 신경은 정보를 처리한 뒤 운동 뉴런을 통해 근육과 같은 반응기에 명령을 보내 반응이 일어나게 한다.

신경 자극의 전도#

신경 자극의 전도는 한 뉴런 안에서 흥분이 이동하는 과정이다.

흥분은 세포막의 전기적 상태가 변하면서 이동한다.
이때 Na⁺ 통로, K⁺ 통로, Na⁺-K⁺ 펌프가 관여한다.

이온 통로와 Na⁺-K⁺ 펌프#

  • Na⁺-K⁺ 펌프
    ATP를 사용하여 Na⁺와 K⁺를 농도 기울기에 거슬러 이동시키는 능동 수송 장치이다.
    Na⁺는 세포 밖으로, K⁺는 세포 안으로 이동시켜 이온 농도 차이를 유지한다.

  • Na⁺ 통로와 K⁺ 통로
    이온이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하게 하는 통로이다.
    이 과정은 확산이므로 ATP가 직접 소모되지 않는다.

정상적인 상태에서 K⁺ 농도는 세포막 안쪽이 높고, Na⁺ 농도는 세포막 바깥쪽이 높다.

막전위#

막전위

막전위는 세포막 안쪽과 바깥쪽 사이의 전위 차이다.

신경세포에서는 세포막 안팎의 이온 분포 차이 때문에 막전위가 형성된다.

분극 상태#

분극 상태는 신경세포가 자극을 받지 않은 안정한 상태이다.

  • 막전위: 약 -70mV
  • 세포막 안쪽: 상대적으로 음전하
  • 세포막 바깥쪽: 상대적으로 양전하
  • Na⁺ 통로: 닫힘
  • K⁺ 통로: 일부 열림
  • Na⁺-K⁺ 펌프: 작동

이때 세포막 안쪽에는 음전하를 띠는 단백질이 많고, K⁺가 일부 세포 밖으로 확산되어 세포막 안쪽이 상대적으로 음전하를 띤다.

탈분극#

탈분극은 자극을 받은 부위에서 막전위가 상승하는 과정이다.

  • 막전위: 약 +35mV까지 상승
  • 세포막 안쪽: 상대적으로 양전하
  • 세포막 바깥쪽: 상대적으로 음전하
  • Na⁺ 통로: 열림
  • Na⁺: 세포 안으로 유입

자극이 약 -50mV의 역치 전위에 도달하면 활동 전위가 발생한다.

활동 전위의 순간적인 발생은 Na⁺의 확산에 의해 일어나며, ATP가 직접 소모되지 않는다.

재분극#

재분극은 탈분극 이후 막전위가 다시 낮아지는 과정이다.

  • Na⁺ 통로: 닫힘
  • K⁺ 통로: 열림
  • K⁺: 세포 밖으로 유출
  • 세포막 안쪽: 다시 상대적으로 음전하
  • 세포막 바깥쪽: 다시 상대적으로 양전하

K⁺가 세포 밖으로 확산되면서 막전위가 다시 낮아진다.
이 과정에서도 ATP가 직접 소모되지 않는다.

과분극#

재분극 과정에서 K⁺가 많이 빠져나가면 막전위가 일시적으로 휴지 전위보다 더 낮아질 수 있다.

이 상태를 과분극이라고 한다.

  • 막전위: 약 -80mV까지 낮아질 수 있음
  • 이후 막전위는 다시 약 -70mV의 휴지 전위로 회복됨

휴지 전위 회복#

과분극 이후 신경세포는 다시 휴지 전위 상태로 돌아간다.

Na⁺-K⁺ 펌프는 ATP를 사용하여 Na⁺와 K⁺의 농도 차이를 유지한다.
이를 통해 신경세포는 다음 자극에 다시 반응할 수 있는 상태가 된다.

활동 전위의 특징#

활동 전위는 자극의 세기가 역치 이상일 때 발생한다.

역치 이상의 자극이 주어지면 활동 전위의 크기는 일정하다.
자극의 세기가 강해져도 활동 전위 하나의 크기가 더 커지는 것은 아니다.

대신 자극의 세기가 강해질수록 일정 시간 동안 발생하는 활동 전위의 빈도가 증가한다.

정리#

신경세포는 뉴런이라고도 하며, 가지돌기, 신경세포체, 축삭 돌기로 구성된다.

가지돌기는 신호를 받아들이고, 신경세포체는 생명 활동을 조절하며, 축삭 돌기는 신호를 다른 세포로 전달한다.

말이집 신경에서는 랑비에 결절을 따라 활동 전위가 건너뛰듯 전달되는 도약 전도가 일어나므로 전도 속도가 빠르다.

신경 자극의 전도는 한 뉴런 안에서 흥분이 이동하는 과정이며, 막전위 변화에 의해 일어난다.

분극 상태에서는 막전위가 약 -70mV이고, 자극이 역치 전위에 도달하면 탈분극이 일어나 활동 전위가 발생한다.

이후 재분극과 과분극을 거쳐 휴지 전위가 회복된다.

활동 전위의 크기는 일정하며, 자극의 세기가 강할수록 활동 전위의 발생 빈도가 증가한다.