1.신경계에 의한 조절
1)뉴런의 종류와 구조
신경계를 이루는 구조적 기능적 기본 단위인 뉴런은 자극을 받아들이고 신호를 전달할 수 있도록 가지 돌기, 신경 세포체, 축삭 돌기와 같이 특수하게 분화된 구조를 가집니다.
뉴런은 기능적 특징에 따라 감각 뉴런과 운동 뉴런 및 연압 뉴런으로 구분됩니다.
또한, 뉴런은 구조적으로 절연체 역할을 하는 말이집의 유무에 따라 말이집 신경과 민말이집 신경으로 구분합니다.
말이집은 슈반 세포라고 하는 특수한 세포가 축삭 돌기를 여러 번 감싸 만들어진 구조입니다.
말이집 신경의 축삭 돌기에 말이집이 없어 축삭 돌기가 노출된 부분이 있는데, 이를 랑비에 결절이라고 합니다,
2)휴지 전위
세포를 둘러싸고 있는 세포막은 인지질 2중층으로 구성되어 있어 전하를 띠는 이온의 이동을 제한하여 절연체로 작용합니다.
반면 세포막을 구성하는 단백질은 특정한 이온들을 선택적으로 이동시켜 세포막을 경계로 이온들의 분포 차이를 만들어 냅니다.
전하를 띠는 이온들의 분포 차이는 세포막을 경계로 전위차를 만드는데, 이를 막전위라고 합니다.
뉴런의 경우에도 자극을 받지 않은 안정 상태에서 세포막을 경계로 이온들의 분포 차이를 나타내 세포막을 경계로 안쪽은 음(-)전하를 띠고 세포막의 바깥쪽은 양(+)를 띠고 있습니다.
이처럼 세포막을 경계로 전하가 분리된 현상을 분극이라고 합니다.
분극 상태일 때 뉴런의 안쪽은 바깥쪽보다 K+의 농도가 높고 Na-과 Cl-의 농도가 낮습니다.
분극은 다음과 같은 두 가지 원인에 의해 생깁니다.
첫 번째는 Na+ -k+ 펌프의 작용에 의해서입니다.
뉴런의 세포막에 있는 Na+ -k+ 펌프가 ATP를 이용한 능동 수송을 통해 3분자의 Na+의 세포 바깥쪽으로 내보내고, 2분자의 k+은 세포 안쪽으로 이동시킵니다.
그결과 세포 내 이온 농도에 불균형이 생깁니다.
두번째 전하를 띠는 이온의 이동에 의해서입니다.
세포막을 경계로 형성된 k+과 Na+의 농도 기울기에 따라 k+은 세포 바깥쪽으로, Na+은 세포 안쪽으로 확산됩니다.
k+은 일부 열려 있는 k+통로를 통해 세포 바깥쪽으로 느리게 확산되지만, Na+은 열려 있는 Na+통로가 없어 세포 안쪽으로 이동하지 못합니다.
결과적으로 양(+)전하가 세포 바깥쪽으로 빠져나가 세포 안쪽이 음(-)전하, 바깥쪽이 양(+)전하를 띠어 막 안팎의 이온 분포가 불균등하게 유지됩니다.
미세 전극을 이용하여 자극을 받지 않은 상태에서 분극 상태의 세포막의 막전위를 측정해 보면 약-70mV의 전위차가 측정되는데, 이를 휴지 전위라고 합니다.
3)활동 전위
휴지 상태의 뉴런에 자극이 주어지면 뉴런 세포막의 이온 투과성이 변화 되어 일련의 막전위 변화가 일어납니다.
자극을 받으면 우선 뉴런 세포막에 있는 Na+ 통로들의 일부가 열려 Na+이 뉴런 안쪽으로 유입되어 뉴런의 막전위가 변화되는 탈분극이 유도됩니다.
자극에 대래 어떤 반응을 일으키는 데 필요한 최소한의 자극의 세기를 역치라 하고, 이때릐 전위를 역치 전위라고 합니다.
만일 탈분극이 역취 전위에 도달하지 못하면 탈분극은 더 진행되지 않고 소멸하여 휴지 전위 상태로 되돌아갑니다.
하지만 자극 세기가 충분히 커서 탈분극에 의한 막전위가 역치 전위에 도달하면 Na+통로들이 열리고 Na+의 급격한 유입이 일어납니다.
그결과 막전위가 급격하게 변화되어 역전됩니다.
막전위 +35mV에 이르면 Na+통로들이 닫히고 대신 K+통로들이 열려 K+이 세포 바깥쪽으로 급격하게 확산됩니다.
그 결과 뉴런의 막전위가 분극상태
로 되돌아가는데, 이 과정을 재분극이라고 합니다.
재분극이 일어날 때 막전위는 일시적으로 휴지 전위보다 더 낮아지는데, 이를 과분극이라고 합니다.
과분극 상태가 되면 재분극 동안 열려 있던 K+ 통로들이 다시 닫히고 K+의 확산이 억제됩니다.
이후 Na+ -K+ 펌프의 작용으로 막전위는 휴지 전위로 되돌아갑니다.
이처럼 뉴런에 역치 이상의 자극이 주어졌을 때 탈분극에서 재분극까지 막전위가 급격하게 변화되는 전체 과정을 활동 전위라고합니다.
대부분 활동 전위는 1ms~2ms 전도의 아주 짧은 시간 동안 지속되기 때문에 뉴런은 1초에 수백 번의 높은 빈도로 활동 전위가 발생합니다.
이 빈도는 자극의 세기가 커질수록 증가합니다.
반면 활동 전위 동안의 막전위 변화는 자극의 세기와 관계없이 일정한데, 이를 실무율이라고 합니다.
축삭 돌기의 한 부분에서 발생한 활동 전위는 인접 부위의 막에 있는 이온 통로를 활성화하여 탈분극을 일으키고, 그 결과 활동 전위가 마치 파동처럼 인접한 지역으로 전파되어 나갑니다.
이렇게 자극 부위에서 발생한 활동 전위가 이웃한 부분으로 전파되는 현상을 흥분 전도라고 합니다.
흥분 전도 속도는 말이집의 유무에 영향을 받습니다.
말이집에서는 활동 전위 생성에 관여하는 이온 통로들이 랑비에 결절 부분에 분포되어 있어 흥분이 랑비에 결절에서 다음 랑비에 결절러 건너뛰듯이 전도되는데, 이를 도약전도라고 합니다.
말이집 신경의 흥분 전도 속도는 같은 지름의 민말이집 신경과 비교하면 100배 정도 빠릅니다.
4)흥분의 전달
한 뉴런의 축삭 돌기 말단은 다음 뉴런의 가지 돌기 또는 신경 세포체 막과 시냅스 틈이라고 부르는 매우 좁은 간격을 두고 있음을 알게 되었습니다.
그렇다면 어떤 방식으로 시냅스 틈을 뛰어넘어 한 뉴런에서 다른 뉴런으로 신호가 전달될 수 있을까?
활동 전위가 시냅스 전 뉴런의 축삭 돌기 말단에 도달하면 축삭 돌기 말단에 있는 시냅스 소포에 저장되어 있던 아세털콜린과 같은 신경 전달 물질이 시냅스 틈으로 방출됩니다.
방출된 신경 전달 물질은 시냅스 후 뉴런을 자극하여 탈분극을 일으킵니다.
이처럼 시냅스에서 신경 전달 물질을 통해 한 뉴런에서 다음 뉴런으로 신호가 전해지는 현상을 흥분의 전달이라고 합니다.
가지 돌기나 신경 세포체에서는 신경 전달 물질이 분비되지 않기 때문에 흥분의 전달은 한 방향으로만 이루어집니다.
또한, 흥분의 전달은 화학 물질의 확산에 의해 이루어지는 과정이므로 축삭 돌기에서 일어나는 흥분의 전기적 전도보다 속도가 느립니다.
아세털콜린: 신경의 말단에서 분비되며, 신경의 자극을 다른 신경이나 기관에 전달하는 화학 물질
5)골격근의 구조
뼈의 움직임을 담당하는 골격근은 여러 개의 근육 섬유 다발로 이루어져 있으며, 근육 섬유는 여러 개의 세포가 융합하여 이루어진 다핵의 세포입니다.
하나의 근육 섬유는 더 가느다란 근육 원섬유 다발로 되어 있습니다.
근육 원섬유를 현미경으로 관찰해 보면 근육 원섬유 마디라고 하는 구조가 반복되어 나타나는 것을 볼 수 있습니다.
근육 원섬유 마디는 밝은 부분에 수직으로 보이는 선인 Z선을 기준으로 나누어지는 단위를 말하며, 근수축의 기본 단위입니다.
또한, 굵은 마이오신 필라멘트가 가는 액틴 필라멘트와 일부 겹쳐 어두운 띠가 반복되어 나타납니다.
근육 원섬유 마디에서 마이오신 필라멘트가 있는 부분은 어둡게 보이므로 A대(암대)라 하고, Z선 주위의 액틴 필라멘트만 있는 부분은 밝게 보여 I대(명대)라고합니다
인대는 뼈와 뼈를 연결하는 조직이고, 힘줄은 뼈와 근육을 연결하는 구조입니다.
6)근수축의 원리
근수축은 액틴 필라멘트가 마이오신 필라멘트 사이로 미끄러져 들어가 근육을 짧게 한다는 활주설을 제시하였습니다.
운동 뉴런의 말단은 근육 섬유막과 시냅스를 이루고 있으며, 운동 뉴런이 흥분할 때 축삭 말단에서 분비된 아세틸콜린은 근육 섬유막에 탈분극을 일으킵니다.
근육 섬유의 탈분극은 근육 원섬유의 수축을 일으키는데, 이 과정에서 ATP가 사용됩니다.
근육 원섬유의 수축은 액틴 필라멘트가 마이오신 필라멘트 사이로 미끄러져 들어가면서 일어납니다.
따라서 근육이 수축하면 마이오신 필라멘트가 있는 A대의 길이는 변하지 않고, 액틴 필라멘트만 있는 I대가 짧아지며, 액틴 필라멘트와 액틴 필라멘트 사이의 H대는 짧아지거나 사라집니다.
7)중추 신경계
중추 신경계는 뇌와 척수로 구분합니다.
그리고 뇌는 기능과 구조의 차이에 따라 대뇌, 소뇌, 간뇌, 중간뇌, 뇌교, 연수 등으로 구분됩니다.
사람의 뇌에서 대뇌, 소뇌, 간뇌를 제외한 중간뇌, 뇌교, 연수 등을 합하여 뇌줄기라고 합니다.
8)대뇌
대뇌는 좌우 2개의 반구로 나누어져 있으며, 표면에 주름이 많아 표면적이 매우 넓습니다.
대뇌의 단면을 보면 겉질과 속질로 뚜렷하게 구분되는데, 겉질은 핵이 있는 신경 세포체가 모여 있어 회색을 띠고, 속질은 신경 세포체에 뻗어 나온 축삭 돌기가 모여 있어 백색을 띱니다.
대뇌는 추리, 기억, 상상, 언어 활동 등 고등 정신 활동과 감각 운동의 중추 역할을 합니다.
대뇌 의 겉질은 기능에 따라 감각령, 운동령, 연합령으로 구분합니다.
감각령은 감각 기관으로부터 오는 정보를 처리하고, 운동형은 몸의 움직임과 관련된 골격근의 수축과 이완을 조절합니다.
연합령은 감각령에서 들어온 정보를 종합 분석하고 운동령에 명령을 내리는 정신 활동을 담당합니다.
또한, 대뇌의 겉질은 해부학적 측면에서 전두엽, 두정엽, 측두엽, 후두엽으로 구분됩니다.
중심 고량을 기준으로 앞쪽으로 전두엽, 뒤쪽은 두정엽입니다.
전두엽은 골격근의 움직임, 말하기 및 고등 정신을 담당합니다.
두정엽은 주로 피부 감각기의 정보를 받아들이고 처리하는 역할을 담당합니다.
후두엽은 가장 뒷부분에 위치하며, 초기 시각 정보를 처리합니다.
측두엽은 머리 양옆 부분을 말하며 청각 정보를 처리합니다.
9)말초 신경계
말초 신경계는 해부학적 특징을 기준으로 뇌와 직접 연결된 12쌍의 뇌 신경과 척수와 몸 사이를 연결하는 31쌍의 척수 신경으로 구분합니다.
반면 기능적 측면에서는 체성 신경계와 자율 신경계로 구분합니다.
체성 신경계는 무릎 반사와 같이 척수에 의해 조절되는 일부 반응을 제외하고는 대뇌의 지배를 받아 의식적으로 조절되는 골격근의 운동을 담당합니다.
자율 신경계는 대뇌의 지배를 직접 받지 않고 간뇌, 중간뇌, 연수의 조절이나 척수를 통한 반사 작용을 통해 내장 기관이나 분비샘 등의 기능을 조절합니다.
체성 신경계는 기능적인 측면뿐만 아니라 구조적인 측면에서도 자율 신경계와 구별됩니다.
체성 신경계는 척수에서 나온 뉴런이 직접 작용 기관과 시냅스를 형성하는 반면, 자율 신경계는 척수에서 나온 뉴런이 내장 기관에 이르기 전에 다른 뉴련과 시냅스를 형성합니다.
자율 신경계는 교감 신경계와 부교감 신경계로 구성되며, 서로 길항적으로 작용합니다.
교감 신경계는 척수의 가운데 부분에서 나오며 부교감 신경계는 중간뇌, 뇌교와 연수, 그리고 척수의 엉치뼈 부분에서 나옵니다.
교감 신경계와 부교감 신경계는 대부분의 기관에 함께 분포하며, 교감 신경의 신경절 이후 뉴런의 축삭말단에서는 노르에피네프린 분비되고, 부교감 신경의 신경절 이후 뉴런의 축삭 말단에서는 아세틸콜린이 분비됩니다.
일반적으로 교감 신경계는 흥분 또는 긴장 상태에서 작용하여 동공이 커지고 심장 박동이 촉진되며 호흡이 빨리지도록 함으로써 몸 상태를 위기에 대처에 알맞은 상태로 만듭니다.
반면에 부교감 신경계는 안정 상태에서 작용합니다.
길항 작용은 어떤 현상에 관하여 두 가지 요인이 도시에 작용하면서 서로 그 효과를 줄이는 조절 작용
