과학이야기-시냅스,뉴런

시냅스란?

신경섬유의 말단은 가지가 나누어지고 그 끝은 주머니 모양으로 부풀어 다른 뉴런의 세포체 또는 가지돌기와 접촉하여 시냅스를 만듭니다. 신경세포의 원형질은 시냅스 부분에서 연락되지 않고, 막에 의하여 떨어져 있습다. 뉴런의 흥분이 시냅스를 거쳐 다른 신경세포에 전해지는 것을 흥분의 전달이라고 하며, 동일 뉴런 안에서 일어나는 흥분의 전도와 구별됩니다. 시냅스는 뉴런이 모여 있는 곳, 즉 뇌·척수의 회백질·신경절 등에 집중되어 있습니다. 실제로는 1가닥의 신경섬유는 많은 가지로 나뉘어 많은 뉴런과 시냅스를 만들고, 또 하나의 세포체에는 많은 신경섬유로부터의 분지가 시냅스를 만들어 접촉되어 있습니다.예를 들어 척수의 운동신경세포(운동뉴런)에서는 세포체 및 그 가지돌기 표면의 절반 가량이 신경섬유 말단으로 덮여 있습다.

뉴런이란?

신경계의 단위로 자극과 흥분을 전달합니다. 신경세포체(soma)와 동일한 의미로 사용하기도 하고, 신경세포체와 거기서 나온 돌기를 합친 개념으로 사용하기도 합니다. 뉴런의 기본 기능은 자극을 받았을 경우 전기를 발생시켜 다른 세포에 정보를 전달하는 것입니다. 이렇게 발생하는 전기 신호를 활동전위(活動電位:action potential)라고 합니다. 뉴런의 구조-뉴런은 크게 세 가지 부분으로 나눌 수 있습니다. 핵이 있는 세포 부분이 신경세포체이며 다른 세포에서 신호를 받는 부분이 가지돌기(dendrite), 그리고 다른 세포에 신호를 주는 부분이 축삭돌기(axon)입니다. 돌기 사이에 신호를 전달하는 부분은 시냅스(synapse)라고 합니다. 뉴런의 종류- 뉴런은 그 역할에 따라 감각뉴런, 연합뉴런, 운동뉴런의 세 종류로 나눌 수 있습니다. 또한 돌기가 몇 개 나와 있느냐에 따라, 즉 뉴런의 형태에 따라 종류를 나누기도 합니다. 감각뉴런은 감각 신경을 구성하며 감각기관에서 일어난 자극을 중추신경계로 전달합니다. 척수나 뇌와 같은 중추신경을 이루는 연합뉴런은 감각뉴런으로부터 전달된 자극을 판단하여 운동뉴런을 통해 반응을 내놓게 됩니다. 뉴런의 신호전달- 뉴런은 동물에서 신경을 구성하여 신호를 전달하는 역할을 하는 세포입니다. 이 신호 전달은 뉴런 내에서는 전기 신호를 전달하는 것으로 이루어지며, 다른 뉴런에는 일반적으로 시냅스를 통해 화학 물질을 분비하는 것으로 이루어집니다. 뉴런의 세포막에는 이온이 드나들 수 있는 각종 이온채널이 존재하여, + 전하를 띠고 있는 이온을 막 안팎으로 이동시킴으로써 전기 신호가 전달됩니다. 가지돌기와 축삭돌기가 맞닿아 있는 시냅스 부분에서, 축삭돌기는 화학 물질을 분비함으로써 다음 뉴런의 가지돌기에 자극을 전달하게 됩니다. 뉴런 개념의 한계- 뉴런 개념은 현대 신경생물학에 큰 발전을 가져다 주었지만 현재는 뉴런만으로 모든 신경계를 설명할 수 없다는 의견도 많은 지지를 받고 있습니다. 첫 번째 이유로, 가지돌기와 축삭돌기가 화학 물질이 아닌 전기 신호를 전달하는 것이 중추신경계에서 많이 관찰되었습니다. 이는 뉴런이 각각 떨어져 있는 단위가 아닌, 하나로 연결되어 있는 거대한 단위일 수 있다는 점을 시사해 준다. 두 번째로, 가지돌기도 축삭돌기와 같은 역할을 하는 경우가 있어서, 무조건 가지돌기가 입력이며 축삭돌기가 출력이라는 개념이 무너졌다는 점입니다. 세 번째로, 글리아세포(glial cell)의 발견이다. 글리아세포는 뉴런과 함께 신경계를 구성하는 또 하나의 세포로서 미엘린수초(myelin sheath)를 만드는 슈반세포(Schwann cell)가 여기에 속합니다. 근래에는 글리아세포가 뉴런보다 더 신경계 구성에 중요할 수 있다는 가설도 등장하고 있습니다. 마지막으로 신경계 형성에 대한 개념의 변화입니다. 과거에는 신경계가 한 번 형성되면 변하지 않으며 특히 인간의 두뇌에서는 뉴런이 더 이상 증가하지 않는 것으로 알려졌습니다. 그러나 1990년대에 신경줄기세포가 뇌에서 발견되며 성인에게서도 신경세포의 증가가 계속 나타나는 것으로 관찰되었습니다. 이러한 이유들 때문에 현재는 뉴런이 신경계에서 담당하는 역할에 대하여 더욱 깊이 있는 연구가 필요한 상황입니다. 자율신경계의 경우, 중추신경계에서 반응기관까지 두 개의 신경세포로 이루어져 있으며, 이 두 신경세포가 이어지는 부분을 신경절(ganglion)이라고 합니다. 이 때 중추신경계와 신경절을 이어주는 신경세포를 절전뉴런이라고 하고, 신경절과 반응기관을 이어주는 신경세포를 절후뉴런이라고 합니다. 자율신경계는 교감신경계와 부교감신경계로 나누어지며, 각각의 경우 절전뉴런과 절후뉴런의 특징이 조금씩 다릅니다. 부교감신경계의 경우 절전뉴런이나 절후뉴런 모두 신경전달물질 (neurotransmitter)로 아세틸콜린을 사용하는 반면, 교감신경의 경우 절전뉴런은 아세틸콜린을 사용하지만 절후뉴런은 대부분 노르에피네프린(norepinephrine)을 신경전달물질로 사용합니다. 단 땀샘(sweat gland)을 조절하는 교감신경의 경우 절후뉴런도 아세틸콜린을 사용합니다. 또한 길이가 교감신경계와 부교감신경계에 따라 다릅니다. 절전뉴런의 경우 교감신경계가 부교감신경계보다 짧은데, 그 이유는 교감신경계의 신경절이 중추신경계인 척수와 가깝기 때문입니다. 반대로 절후뉴런의 경우 부교감신경이 교감신경보다 짧습니다.