신경계의 신경전달

신경계는 간단히 중추신경과 말초신경으로 나눌 수 있다. 정보를 통합, 조절하는 뇌와 척수는 중추신경이고, 감각을 받아들이는 신경(들신경)과 뇌의 지시를 전달하는 신경(날신경)은 말초신경이다. 그리고 신경은 손끝에서 뇌까지 하나의 신경세포로 연결 되는 게 아니라, 연접(시냅스)을 통해 몇 개의 신경들이 연결, 연결되어 있다. 

자료=<생리학>(박억숭 공저/수문사) 

만약, 영화관에서 썸 타고 있는 이성이 손을 잡는다면, 뇌는 ‘손을 잡았다(들신경)’는 정보를 받아들이고, 뿌리칠 것인지, 어색하지만 꽉 잡을 것인지를 판단(중추신경)해서 실행(날신경)하게 된다. 과연 손을 잡았다는 사실은 어떻게 뇌로 전달되고 움직임이 실행되는 것일까? 또한 ‘보톡스’를 맞으면 어떻게 주름이 없어질까?

인체는 전기적으로 중성이지만, 신경세포라는 공장에서는 세포막(공장벽)을 통과하는 이온들의 농도 차이에 의해 전기적 차이(막전위)가 존재한다. 안정 상태에서 세포 안은 K⁺ 이온이, 세포 밖은 Na⁺ 이온이 많아 전체적으로 음성(신경세포는 –70mV(밀리볼트))이 된다. 이 작은 전기적 차이의 변화가 신경자극발생, 근육수축, 심장박동 조절 등의 중요한 역할을 한다.

자료=<생리학>(박억숭 공저/수문사)

들신경에서 우리가 느낄 수 있는 정도의 자극이 주어지면 ①Na⁺ 이온이 “나(Na) 먼저 들어갈래~~” 하면서 신경세포 안으로 들어오고 막전위는 +30mV으로 바뀐다.(탈분극) ②신경세포 안에 있던 K⁺ 이온은 ‘그(K)라믄 난 나갈래~~” 하면서 세포 밖으로 나가고 막전위는 다시 음성으로 바뀐다.(재분극) 이 때 ③세포막전위는 –70mV의 원래 상태보다 더 낮아졌다가(과분극, –90mV) ④세포막에 있는 나트륨·칼륨(Na⁺·K⁺) 펌프가 작동하면서 다시 원래 상태(–70mV)로 돌려놓는다. 이러한 전기적 자극이 신경세포의 끝에 있는 ⑤연접(시냅스)에 이르면, 아세틸콜린(ACh)이라는 신경전달물질을 내보내고, 아세틸콜린이 다음 신경세포의 수용체와 결합하면, 다시 “나(Na) 먼저 들어갈래~~”가 시작되면서 자극은 점점 뇌로 전달된다.

자료=<생리학>(박억숭 공저/수문사)

치과 치료나 간단한 봉합수술을 받기 전에 부분마취를 한 경험이 있을 것이다. 대표적인 부분마취제로 프로카인(리도카인, procaine)이 있는데, 이들은 주사 맞은 부위에 있는 신경세포막의 Na⁺이온 통로에 결합해서 “나(Na) 먼저 들어갈래~~”를 차단한다. 결과적으로 자극은 전달되지 않고 우리 뇌는 통증을 느끼지 못하게 된다. 물론 주사 후 시간이 지나면 막혀있던 이온 통로가 정상이 되면서 감각은 다시 돌아온다.

또한 미용에서 사용하는 ‘보톡스’는 보툴리누스 독소(botulinus toxin)로 얼굴 주름 부위에 주사한다. 이들은 신경과 근육 연결 부위(연접)에서 아세틸콜린 방출을 막아서, 근육을 마비시키는 작용을 한다. 결국 주름을 없애는 것이 아니라 신경과 근육의 마비를 통해 탱탱하게 펴져 보이게 하는 것이다.

그 외에도 인체에 작용하는 많은 독소(toxin)들이 있는데, 거의 대부분 이온통로와 신경전달물질과 연관이 있다. 복어에 있는 테트로도톡신(tetrodotoxin)은 Na⁺ 이온과 관련된 연접의 문제를 일으키고, 테러에 이용되는 신경가스(nerve gas)는 아세틸콜린의 대사에 영향을 미쳐 호흡마비를 일으키고 결국 사망에 이르게 할 수 있다.