1. Cells of the Nervous System(신경계 세포들)

생물체는 통증, 온도, 그리고 환경의 모든 측면을 신경계를 통해 감지합니다. 또한, 신경계는 이 감각 정보를 조정하고 자극에 응답합니다.

이러한 신경계는 MCAT 생물 부분의 12%를 차지합니다. 이 글은 그중에서도 신경계의 기본 구성 요소에 대해 깊게 탐구하고자 합니다.

 

뉴런(Neurons)

뉴런은 전달 메커니즘을 통해 정보를 신속하게 전달하는 데 필수적인 특수화된 세포입니다. 이들은 전기적(Electrical) 및 화학적(Chemical) 통신을 활용합니다. 전기적 통신은 이온 교환(Ion Exchange)과 막 전위(Membrane Potentials) 생성을 통해 축색체(Axon)를 따라 발생하며, 화학적 통신은 전사 세포(Presynaptic Cell)에서 신경전달물질(Neurotransmitters)을 방출하고 이들이 수사 세포(Postsynaptic Cell)에 결합하는 방식으로 이루어집니다.

 

뉴런의 구성

• 수상돌기(Dendrites): 뉴런의 '수신' 부분으로 볼 수 있는 수상돌기는 다른 세포로부터 신호를 받아들입니다. 이 신호는 전기적인 자극이며, 수상돌기의 표면에 위치한 수많은 수용체(Receptors)를 통해 뉴런 내부로 전달됩니다.
• 세포체 또는 소마(Cell Body or Soma): 뉴런의 핵심 부분인 세포체에는 핵(Nucleus)과 다양한 세포질기관(Organelles)이 포함되어 있습니다. 여기에는 단백질 합성을 위한 골지질체(Endoplasmic Reticulum)와 리보솜(Ribosomes) 등이 있습니다. 수상돌기를 통해 들어온 신호는 세포체에서 처리되고, 이어서 축색체를 통해 전달됩니다.
• 축색체 언덕(Axon Hillock): 세포체가 축색체로 바뀌는 지점으로 행동 전위(Action Potentials)가 여기서 시작됩니다. 행동전위는 뉴런의 신호 전달 방식을 담당하는 전기적인 충격파로, 축색체를 따라 전달되며, 뉴런이 활성화되는데 필요한 임계치를 넘는 전기적 자극이 세포체에서 축색체로 전달될 때 생성됩니다.
• 축색체(Axon): 축색체는 뉴런의 '송신' 부분으로, 세포체에서 생성된 액션 포텐셜(Action Potential)을 신경 종단까지 전달합니다. 축색체는 보통 매우 길며, 그 길이는 수밀리미터에서 수미터에 이르기도 합니다.
• 신경 종말 또는 시냅스 작은 덩어리(Nerve Terminal or Synaptic Bouton): 축색체의 끝부분인 신경 종단에서는 액션 포텐셜이 도착하면 신경전달물질(Neurotransmitters)이 방출됩니다. 이 신경전달물질은 시냅스(Synapse)를 통해 인접한 뉴런이나 근육세포 등에 신호를 전달합니다.
• 랑비에결절(Nodes of Ranvier): 뉴런의 축색체(axon)에서 마이린 교양(myelin sheath)이 끊어진 부분을 가리킵니다. 이러한 끊어진 부분들 사이에서 신경 충격파, 즉 행동전위(action potential)가 생성되고, 이러한 충격파가 결절 사이를 뛰어넘어 이동하는 것이 '도약 전도(saltatory conduction)'입니다. 도약 전도는 신경 신호의 전송 속도를 크게 향상하며, 이는 뉴런이 전기적 신호를 빠르게 전달할 수 있게 해 줍니다. 라이에 결절은 도약 전달을 가능하게 하므로, 신경계에서 매우 중요한 역할을 수행합니다.

 

마이린(Myelin)

축색체의 대부분은 신호 손실을 방지하는 절연 물질인 마이린(Myelin)으로 코팅됩니다.

• 마이린은 중추 신경계(CNS)에서는 희소돌기아교세포 (Oligodendrocytes)가, 말초 신경계(PNS)에서는 신경집세포(Schwann Cells)가 생성합니다.
• 마이린은 신경 충동의 소산(Dissipation)과 인접한 뉴런들로부터의 신경 충동 교차(Crossing)를 막는 역할을 합니다.

 

신경과 신경로(Nerves and Tracts)

개별적인 축색체(Axons)는 신경(Nerves) 또는 신경로(Tracts)로 묶입니다. 한 개의 신경은 감각(Sensory), 운동(Motor), 또는 둘 다를 포함한 다양한 유형의 정보를 전달할 수 있습니다. 반면, 신로는 한 가지 유형의 정보만을 담습니다.

신경절과 핵(Ganglia and Nuclei)

같은 유형의 뉴런들의 세포체는 말초 신경계(PNS)에서는 신경절(Ganglia)로, 중추 신경계(CNS)에서는 핵(Nuclei)으로 묶입니다.

Ganglia는 뉴런의 세포체가 집합한 구조물이며, 보통 말초 신경계에서 발견됩니다. 반면에 Nuclei는 중추 신경계에서 뉴런의 세포체들이 모인 위치를 의미합니다.

 

교세포(Neuroglia or glial cells)

교세포는 신경계 내에 존재하는 다른 유형의 세포입니다.

• • 성상세포(Astrocytes): 뉴런을 영양 공급하며, 혈뇌장벽(Blood-Brain Barrier)을 형성하여 혈류로부터 신경 조직으로의 용질 전달을 제어합니다.
  • 상의세포(Ependymal Cells): 뇌의 심뇌수액(Cerebrospinal Fluid)을 생성하여 뇌를 물리적으로 지탱하고 충격을 흡수하는 역할을 합니다.
  • 미세아교세포(Microglia): 중추 신경계에서 폐기물과 병원체를 흡수하고 분해하는 역할을 합니다.
  • 희소돌기아교세포(Oligodendrocytes-CNS) 와 신경집세포(Schwann cells-PNS): 축색체(axons) 주변에 myelin을 만들어냅니다.