[생리학] 7. 신경계 : 뉴런과 시냅스 (7) 시냅스 통합

7. 신경계 : 뉴런과 시냅스

 

7.7 시냅스 통합

시냅스후 세포를 자극하기 위해서는 수많은 EPSP 가중이 필요합니다. 시냅스후 뉴런에 대한 EPSP의 영향은 억제성 신경전달물질에 의해 야기되는 과분극(hyperpolarization)에 의해 감소됩니다. 그러므로, 중추신경계의 뉴런의 활성은 흥분효과와 억제효과의 결과에 기인합니다.

 

 

활동전위와 달리 시냅스전위는 등급화되고 결합될 수 있습니다. 공간적 가중(spatial summation)은 수많은 시냅스전 신경 섬유가 하나의 시냅스후 뉴런상에 모이기 때문에 발생합니다. 시냅스 탈분극(EPSP)은 공간적 가중의 상이한 시냅스에서 형성되며 시냅스후 수상돌기와 세포체에서 합쳐집니다. 시간적 가중(temporal summation)에서 시냅스전 축삭종말의 지속적인 활성이 신경전달물질의 연속적인 방출을 유발하여 시냅스후 뉴런에서 EPSP의 가중을 유발합니다. EPSP의 가중은 축삭소구(axon hillock)에 도달하는 탈분극이 시냅스후 뉴런에서 새로운 활동 전위를 유발하기에 충분한지 여부를 결정하는 데 도움이 됩니다.

 

(1) 장기상승작용

시냅스전 뉴런을 몇 초 동안 고주파에서 실험적으로 자극하면 시냅스의 흥분성이 상승되거나 증강됩니다. 시냅스 전달의 향상된 효율성은 몇 시간 또는 몇 주 동안 지속될 수 있으며, 이를 장기상승작용(long-term potentiation, LTP)이라고 합니다. 장기상승작용은 자주 사용되는 신경회로상에서 신경전달 작용을 하고 학습의 기전을 나타냅니다. 이런 점에서 기억과 관련된 해마(hippocampus)에서 장기 시너지가 관찰됩니다.

해마 신경 회로의 대부분은 신경 전달 물질로 NMDA 수용체(N-methyl-D-aspartate receptor)를 활성화시키는 글루탐산을 사용합니다. 이것은 글루탐산과 그 NMDA 수용체가 기억과 학습에 관련이 있다는 것을 암시하며, 향상된 NMDA 발현을 가진 생쥐가 미로(maze) 실험에서 더 영리한 것으로 최근 연구에서 발견했습니다.

 

(2) 시냅스 억제

많은 신경전달물질들이 시냅스후 막(EPSP 형성)을 탈분극시키지만, 일부 신경전달물질들은 정반대의 작용을 합니다. 글리신과 GABA는 시냅스후 막을 과분극시킵니다. 즉, 막 내부의 전하를 안정된 상태보다 더욱 음성으로 만듭니다. 과분극은 활동전위에 필요한 역치탈분극으로부터 막전위를 더 음성으로 만들기 때문에 시냅스후 뉴런의 활성을 억제시킵니다. 따라서 신경전달물질에 의해 형성되는 과분극을 억제 시냅스후 전위(IPSP)라고 합니다. 이런 식으로 형성되는 억제를 시냅스후 억제(postsynaptic inhibition)라고 합니다. 뇌의 시냅스후 억제는 GABA에 의해 형성되는 반면, 척수에서는 주로 글리신(glycine)에 의해 형성됩니다.

시냅스후 뉴런의 흥분성(EPSP) 및 억제성(IPSP) 투입을 하면 그것이 가중될 수 있습니다.  이러한 방식으로, IPSP는 시냅스후 세포에서 활동전위를 유발하는 EPSP의 능력을 감소시키거나 제거할 수 있습니다.
시냅스전 억제(presynaptic inhibition)에서 하나의 축삭종말에서 방출되는 흥분성 신경전달물질의 양은 두 번째 뉴런의 효과에 의해 감소되는데, 이때 두 번째 뉴런의 축삭이 첫 번째 뉴런의 축삭과 시냅스를 형성합니다. 이러한 시냅스전 억제를 유발하는 신경전달물질로는 GABA 또는 ACh 및 글루탐산과 같은 흥분성 신경전달물질이 있습니다.

흥분성 신경전달물질은 축삭종말의 탈분극을 일으켜 시냅스 전 억제를 유발함으로써 결국 Ca²⁺ 채널을 불활성화시킵니다. 이것은 축삭종말로 가는 Ca²⁺ 의 흐름을 감소시켜 신경전달물질의 방출을 억제합니다. 진통을 촉진하는 아편의 작용은 이러한 시냅스전 억제에 의한 것입니다. 아편은 물질 P(substance P)를 포함하고 있는 축삭종말로의 Ca²⁺ 흐름을 감소시킴으로써 통증 전달과 관련된 신경 전달 물질의 방출을 억제합니다.

 

◎ 코카인(cocaine)은 그 작용에 있어 암페타민과 관련된 흥분제입니다. 코카인의 장기간 복용은 우울증, 기피증, 심각한 심혈관 질환, 그리고 신장 질환을 유발합니다. 코카인이 중추신경계에 미치는 대표적인 영향은 다음과 같습니다. 즉 도파민, 노르에피네프린, 세로토닌 재흡수수송체(reuptake transporter)와 결합하여 시냅스전 축삭종말로의 재흡수를 차단합니다. 그 결과 도파민을 신경전달물질로 사용하는 신경회로를 과도하게 자극합니다.

 

◎ 글루탐산-중재 신경전달은 정상적인 뇌 기능을 위해서는 필요하지만, 글루탐산의 과다 방출은 간질(epilepsy)과 신경세포사(neuronal cell death)를 유발합니다. 이는 중추신경계에 대한 외상과 다양한 신경 벼넝 질환이 뉴런 상실과 관련이 있는 것으로 알려져 있습니다. 흥미롭게도 소위 천사의 가루(angel dust)라고 불리는 약물은 NMDA 수용체를 막습니다. 그리고 이 약물의 정신분열증 같은 효과는 NMDA 수용체의 글루탐산 자극의 감소에 의해 발생합니다.

 

◎ 벤조디아제핀(benzodiazepine)은 GABA로 하여금 뇌의 척수에서 그 수용체를 활성화시키도록 합니다. 골격근을 자극하는 척수운동뉴런의 활성을 GABA가 억제하기 때문에 근육경련을 억제하며 또한 벤조디아제핀은 불면과 불안을 치유하는 데 사용된다.