본문내용
1. 신경계의 구조와 기능
1.1. 신경계의 정의
신경계는 생체를 구성하는 세포는 일정한 범위 내의 조건 하에서만 제기능을 수행할 수 있는데 이러한 조건을 생명조건이라고 한다. 신경계는 이 생명조건을 유지하기 위하여 신체의 내부와 외부에서 일어나는 여러 가지 정보를 받아들이고 이를 종합, 분석하여 기능이 다른 수많은 세포의 활동을 조절함으로써 신체 활동을 상황에 알맞도록 조절, 통제하는 고도로 발달된 특수 조직계통이다. 신경계는 크게 보았을 때 중추신경계와 말초신경계로 나눌 수 있으며, 중추신경계는 뇌와 척수로 구성되며 말초신경계는 뇌와 척수에서 들어오고 나가는 신경다발들로 구성된다. 말초신경계는 신체 내외의 정보를 중추신경계로 보내는 역할을 맡고 있으며, 중추신경계는 이를 종합, 분석하여 신체가 적절한 반응을 일으킬 수 있도록 해준다. 말초신경계는 뇌신경, 척수신경, 자율신경계로 구성되는데, 자율신경계는 다시 교감신경과 부교감신경으로 나뉜다.
1.2. 신경계의 구성요소
1.2.1. 신경원(신경세포)
신경원(신경세포)은 신경계의 가장 기본적인 단위로서 다양한 형태와 크기이며, 정보를 받아들여 다른 신경세포에 전달한다. 말초신경의 슈반세포는 말초신경의 축삭 주위를 감싸고 있으며 손상된 축삭의 치유를 돕기 때문에 세포의 일부가 손상된 후 다시 생성될 수 있다. 그러나 중추신경계의 세포는 이러한 기능이 없어 뇌세포가 파괴되면 대체될 수 없다. 신경세포는 산소에 매우 민감하여 뇌세포의 경우 4~6분 이상 산소가 결핍되면 생존할 수 없다.
1.2.2. 신경교세포
신경교세포는 중추신경계와 말초신경계에 분포되어 있다. 신경원보다 5~10배 더 많은 신경교세포는 중추신경계 세포 용량의 약 40%를 차지한다. 신경원의 대사 작용, 영양 공급, 보호 작용을 한다. 또한 신경전달물질의 농도를 적절히 유지하는 작용을 한다. 신경교세포에는 성상교세포, 미소교세포, 상의세포, 희돌기교세포, 슈반초가 있다. 성상교세포는 뇌의 신경 주위를 감싸 충격을 흡수하고 신경세포를 지지하며 고정한다. 미소교세포는 죽은 조직과 이물질을 제거하여 혈관조직과 뇌를 보호한다. 상의세포는 뇌척수액 기능에 관여한다. 희돌기교세포는 수초 형성에 관여하며, 슈반초는 말초신경계의 축삭을 보호하고 지지하며 손상된 축삭의 치유를 돕는다. 신경세포와 달리 신경교세포는 유사 분열을 할 수 있다. 따라서 신경교세포는 신경원을 보조하고 지지하는 역할을 함으로써 신경계의 기능을 유지하는 데 중요한 역할을 한다.
1.3. 신경흥분 전도기전
신경원의 세포막이 안정상태에 있을 때 칼륨이 농도 차이에 의해 세포 외로 확산되어 나오고 이 힘에 의해 세포내에 음전하가 형성된다. 이때 세포 내 음압과 세포 외 양압의 전압 차에 의해 분극이 생긴다. 이 전압의 차이를 안정막전위라고 하며 신경세포에서는 -80mV이다. 자극이 충분하면 음전기와 양전기의 전극 위치가 바뀌어져서 전체 축삭을 따라 이동한다. 이 과정을 활동전위라고 부른다. 신경세포의 세포막이 안정상태에 있을 때 포타슘은 농도경사에 의해 세포 밖으로 확산되어 나오고 이 힘에 의해 세포내에 음전하가 형성된다. 이때 세포내 음압과 세포외 양압의 전압차에 의해 분극이 생긴다. 이 전압의 차이를 안정막전위라고 하며, 신경세포에서는 -80mV이다. 자극이 충분하면 세포막의 투과성이 증가하여 나트륨이 세포 내로 이동하면서 세포내의 음전압이 양전압으로 변하면서 세포막의 탈분극이 일어난다. 이렇게 전기적 힘과 이온 농도가 안정막전위로 회복되는 과정을 재분극이라고 한다. 활동전위가 일어나서 사라지는 시기인 불응기 동안에는 자극에 반응하지 않는다.
1.4. 신경세포와 연접
신경계는 신경세포(뉴런)를 기본 단위로 하며, 이 신경세포들 사이에 화학적 연접(synapse)이 이루어져 신경충동을 전달한다. 신경세포의 세포막이 안정상태에 있을 때 칼륨이온(K+)이 농도차이에 의해 세포 외로 확산되어 나오고 이에 따라 세포내에 음전하가 형성된다. 이러한 전압차이를 안정막전위라고 하며, 신경세포에서는 약 -80mV이다. 자극이 충분하면 세포막의 투과성이 증가하면서 나트륨이온(Na+)이 세포 내로 유입되어 세포막의 탈분극이 일어나며, 이 전압변화가 축삭을 따라 전달되어 활동전위가 발생한다.
이렇게 발생한 활동전위는 신경세포의 축삭 말단에 도달하면 화학적 신호로 변환되어 다음 신경세포로 전달된다. 이때 방출되는 화학 물질을 신경전달물질이라고 하며, 흥분을 전달하는 아세틸콜린, 노르에피네프린 등과 흥분을 억제하는 세로토닌, GABA 등이 있다. 신경전달물질은 다음 신경세포의 수상돌기에 있는 수용체와 결합하여 새로운 전기적 신호를 발생시키고, 이렇게 연쇄적으로 전달되어 정보가 전달되는 것이다.
신경세포와 신경세포 사이의 연접을 통한 정보 전달 과정은 신경계 기능의 핵심이며, 연접에 관여하는 화학 물질과 그 작용 기전에 따라 다양한 신경계 활동이 조절된다. 이러한 신경세포 간 연접은 운동, 감각, 인지 등 신경계의 모든 기능을 가능하게 하는 기본 메커니즘이다.
2. 중추신경계: 뇌
2.1. 대뇌
대뇌는 뇌의 가장 많은 부분을 차지하며, 좌우 2개의 반구로 구성되어 있다. 대뇌 표면의 대뇌피질과 내부의 백질로 구성되어 있으며, 부위에 따라 각각의 기능이 다르다. 운동, 감각, 언어, 기억 및 고등정신기능뿐 아니라 생명유지에 필요한 각성, 자율신경계의 조절, 호르몬의 생성, 항상성의 유지 등의 기능을 수행한다. 대뇌피질(회색질) 대뇌의 가장 겉에 위치하며 신경세포가 분포하는 영역이다. 대뇌 수질(백질) 대뇌 피질의 아래에 위치하며 피질에서 나오는 신경섬유가 분포하는 영역이다. 대뇌의 좌우 반구는 뇌량(corpus callosum)에 의해 연결되어 있다. 대뇌는 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽 등 4개의 주요 엽으로 구분된다. 전두엽은 전두연합 영역에서 고도의 지적 기능을 담당하고, 1차 운동영역과 전운동영역에서 복잡하고 학습된 무의식적 운동을 조절하고 통합한다. 또한 전두엽 영역에는 운동언어중추와 수의적 눈운동을 담당하는 영역이 있다. 두정엽은 감각, 공간지각, 언어 이해 등의 기능을 수행한다. 특히 감각연합영역에서 감각을 해석하고, 신체 부분을 인지하며 자세를 인식한다. 측두엽은 청각중추와 언어중추를 포함하며, 복합적인 기억 패턴에 관여한다. 후두엽은 1차시각중추를 포함하며, 시각을 해석하고 인지하는 기능을 담당한다. 이처럼 대뇌는 다양한 피질 영역에서 고등정신기능과 생명유지를 위한 핵심적인 역할을 수행한다. 특히 언어, 운동, 감각, 기억 등 인간의 기본적 기능에 필수적인 기능을 담당하여, 대뇌의 손상은 심각한 신경학적 장애를 초래할 수 있다.
2.2. 소뇌
소뇌는 대뇌의 뒤쪽 아랫부분에 위치하며, 무게는 150g 정도이고 전체 뇌용적의 10% 정도를 차지하는 중추신경계의 일부이다. 소뇌는 직접 자발적 운동을 일으키지는 않으나, 뇌의 다른 부분이나 척수로부터 외부에 대한 감각정보를 받아 이를 처리(process), 구성(organize), 통합(integrate)하여 운동기능의 조율에 사용한다. 소뇌의 이러한 운동조절기능이 조화되어, 정밀한 운동이 가능하도록 한다. 소뇌의 표면에는 많은 주름이 있는데 튀어나와 있는 잎새(folia)와 주름져 들어가 있는 틈새(fissure)가 있다. 소뇌피질은 소뇌의 표면에 있는 부분이며, 더 깊은 부분은 백질과 소뇌핵으로 구성되어 있다. 소뇌의 구조와 기능을 살펴보면 다음과 같다. 첫째, 소뇌는 운동기능에 관여하며 신체 움직임의 정밀성과 조화를 위해 중요한 역할을 한다. 소뇌는 근육, 관절, 건의 상태에 대한 정보를 즉각적이고 지속적으로 받아들여 골격근의 활동을 조절하고 자세 및 평형과 근육의 긴장을 유지한다. 둘째, 소뇌는 무의식적 운동과 대뇌피질이 실행하지 못하는 정교한 운동을 조절한다. 셋째, 소뇌는 균형감과 조정기능에 관여하여 걸음걸이와 자세유지에 중요한 역할을 한다. 넷째, 소뇌에는 작은 주름인 잎새(folia)와 틈새(fissure)가 많이 있어 표면적을 넓게 만들고 있다. 다섯째, 소뇌피질은 회백질이며 내부는 백질과 소뇌핵으로 이루어져 있다. 이처럼 소뇌는 운동기능의 정교화와 조화, 자세유지 및 균형감 유지 등에 핵심적인 역할을 하는 중추신경계의 중요한 부분이다.
2.3. 뇌간
뇌간은 뇌의 중추로서 중뇌, 뇌교, 연수로 구성되어 있다. 중뇌는 제 3, 제 4 뇌신경의 기점이며 Sylvius의 수도/대뇌수도가 위치하고 있다. 뇌교는 소뇌 및 피질 척수로의 전도로이며 호흡양상과 호흡률을 통제하도록 돕고 제 5, 6, 7, 8번 뇌신경이 시작한다. 연수는 심장지연, 호흡중추, 연하 및 구토중추, 딸꾹질 중추를 가지고 있으며 제 9, 10, 11, 12번 뇌신경이 나오고 운동신경은 연수에서 교차한다. 이처럼 뇌간은 인식과 각성을 조절하는 그물활성계가 넓게 분포되어 있어 의식을 유지하고 주의를 환기시키며, 수면과 각성을 반복하여 유해한 자극이나 토증이 있을 때 잠에서 깨어나도록 해준다. 또한 자율적이거나 반사적인 근육활동 뿐만 아니라 척수운동을 조절한다. 따라서 뇌간은 신체의 생명 유지와 기능 수행에 매우 중요한 역할을 담당하고 있다.
2.4. 간뇌
간뇌는 대뇌와 척수를 연결하는 센터이다. 냄새를 제외한 모든 감각(통증, 온도, 촉각)을 담당하며, 시상 수준에서 인지한 감각은 미숙하고 국소적이며 수량화할 수 없다. 각성, 경계체제와 반사운동을 담당하고, 정서적 반응에 관여하여 유쾌한 또는 불쾌한 자극을 해석한다. 피라밋로(추체로)신경세포와 연결되어 운동 시작, 근긴장 조절, 겉질반사 조절을 담당한다. 시상하부는 자율신경계의 활동, 수분대사, 식욕, 수면-각성주기, 체온조절, 갈증조절, 당과 지방대사, 성장과 성격 성숙의 신경과 내분비계를 연결하는 역할을 한다.
2.5. 뇌하수체
뇌하수체는 다양한 호르몬 기능을 통제하기 때문에 주 분비샘이라고도 한다. 뇌하수체는 두 개의 엽으로 되어 있고, 시상하부의 통제 아래 특수 호르몬을 순환계로 방출한다. 뇌하수체 전엽에서는 성장호르몬, 갑상샘자극호르몬, 여포자극호르몬, 프로락틴과 부신피질자극호르몬을 분비하며, 뇌하수체 후엽에서는 바소프레신과 옥시토신을 분비한다. 뇌하수체에서 분비되는 이러한 호르몬들은 신체 대사와 성장, 생식 등 다양한 생리적 기능을 조절한다. 따라서 뇌하수체는 신경계와 내분비계를 연결하는 중요한 역할을 수행하고 있다.
2.6. 기능
운동, 감각, 언어, 기억 및 고위 정신기능을 수행한다. 뇌는 각성, 자율신경계의 조절, 호르몬의 생성, 항상성의 유지 등 생존에 필요한 환경을 유지한다. 대뇌피질은 신체의 운동, 감각, 언어, 기억 등 고등 정신기능을 담당한다. 소뇌는 신체의 자세와 균형을 조절하고 운동을 부드럽고 정교하게 조절한다. 중간뇌, 뇌교, 연수로 구성된 뇌간은 자극에 대한 반사, 호흡, 심장박동 등의 기능을 조절한다. 간뇌의 시상은 감각정보를 대뇌로 전달하고, 시상하부는 자율신경계와 내분비계를 조절한다. 뇌하수체는 다양한 호르몬을 분비하여 신체의 생리적 과정을 조절한다.
3. 중추신경계: 척수
3.1. 상행로(감각전도로)
척수의 상행로(감각전도로)는 척수에서 시작하여 뇌에서 종결된다. 외측척수시상로는 척수에서 시작하여 시상에서 종결되며, 통증과 온도를 지각하는 표재감각을 전달한다. 후방백주로는 피부에 가해지는 압박 부위를 정확히 알게 한다. 후척수 소뇌로와 전척수 소뇌로는 의식할 수 없는 심부감각을 전달한다. 전척수 소뇌로는 즉시 교차하여 반대측 통로로 상행하여 중뇌에서 다시 교차하여 소뇌로 연결되므로 같은 쪽에서 오는 고유 감각을 전달한다. 따라서 척수의 상행로는 다양한 감각 정보를 뇌로 전달하여 이를 지각하고 해석하는 중요한 역할을 한다. 이러한 감각전도로의 기능 장애는 감각 능력의 저하나 상실을 초래할 수 있으므로 신경계 질환 진단 및 치료에 필수적인 정보를 제공한다.
3.2. 하행로(운동로)
골격근을 수축시키기 위해서는 상위운동신경원과 하위운동신경원이 필요하다. 추체로는 전두엽의 운동피질과 두정엽의 일부에서 시작하며 내포를 거쳐 중뇌, 뇌교, 연수의 추체하부에서 교차(90%이상)한 후 척수의 전각세포와 연접하여 해당 골격근에 도달한다. 이러한 피질척수로는 동작이 큰 운동과 무의식적 근육운동 및 긴장에 관여하는 신경로이다. 피질척수로를 제외한 하위운동신경원에 영향을 미치는 모든 중추와 신경로가 피질핵로에 포함된다.
하위운동신경원은 뇌신경 운동핵과 척수 전각에 위치하며 골격근과 연결되어 신경계에서 근육으로 정보를 전달한다. 이러한 하위운동신경원의 장애 시 근육의 이완성 마비, 반사 소실, 근위축이 나타난다. 한편 추체외로는 자동적이거나 불수의적인 근운동을 담당한다.
이와 같이 상위운동신경원과 하위운동신경원의 상호작용을 통해 원활한 운동기능이 발현되며, 이 신경로의 손상은 다양한 운동기능 장애를 야기한다.
3.3. 척수순환
척수의 동맥계는 1개의 전 척수동맥과 2개의 후 척수동맥에 의해 이루어진다. 이들 동맥은 하행 대동맥의 가지들로...
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