3장 운동하는 근육의 신경계 조절

3장 개요 신경계의 개요 신경계의 구조와 기능 중추신경계 말초신경계 감각-운동 통합 운동 반응

신경계의 구분 중추신경계: 두뇌, 척수 말초신경계 감각: 구심성 운동: 원심성 체성: 수의적, 골격근으로 자율: 불수의적, 내장기관 교감 부교감

그림 3.1

신경계의 구조와 기능 뉴런(신경세포) 신경계의 기본적 구조 단위 인체 전체에 동일한 기본적 구조 3가지 주요 부분 세포체 수상돌기 축삭

신경계의 구조와 기능 세포체 수상돌기 축삭 핵을 포함 세포돌기들이 돌출되어 있음 신호를 받는 세포돌기 세포체로 자극을 전달 신호를 보내는 세포돌기, 축삭소구에서 시작 말단가지, 축삭종말, 신경전달물질

신경계의 구조와 기능: 신경 자극 전기적 신호를 통해 말초와 두뇌 사이의 신호 전달 자극에 의해 생성되어야 함 축삭을 따라 전파되어야 함 다음 번 세포로 전달되어야 함

안정막전위 세포 안과 밖 사이의 전하(electrical charge) 차이 −70 mV 전하를 가지 이온들의 불균등한 분리 때문 세포막이 분극되었다고 말함

안정막전위 왜 -70mv인가? Na+채널 닫혀 있음 K+ 채널 열림 내부가 외부에 비해 음극(negative) Na+채널 닫혀 있음 Na+는 세포 안으로 들어갈 수 없음 전기적 그리고 농도 차이 K+ 채널 열림 K+ 는 세포 밖으로 나감(농도 차이) Na + -K + 펌프에 의해 상쇄

탈분극과 과분극 탈분극 과분극 세포 내부의 음전하가 적어질 때 일어남 -70mv → 0mv 더 많은 Na+ 채널이 열리고, NA+ 가 세포 안으로 유입 신경 자극이 발생하고 전도되는 데 요구됨 과분극 세포 내부의 음전하가 많아질 때 일어남 -70mv → -90mv 더 많은 K+ 채널이 열리고, K+ 가 세포 밖으로 유출 신경 자극이 발생하기가 더 어려워짐

차등성전위와 활동전위 탈분극과 과분극은 신경계의 기능에 다음과 같이 기여함 차등성전위(GPs) 세포체가 축삭으로 신호를 보낼 것인지를 결정하는 데 도움을 줌 신경세포를 흥분 또는 억제시킬 수 있음 활동전위(APs) 축삭 줄기를 따라 신호를 보냄 흥분성

차등성 전위 세포막전위의 국소적 변화 강한 차등성전위 → 활동전위 수상돌기로부터 오는 신호에 의해 발생 억제성 신호 = K+유출 = 과분극 흥분성 신호 = Na+유입 = 탈분극 강한 차등성전위 → 활동전위 얼마나 강해야 하는가? 역치 수준까지 탈분극이 이루어져야 함 AP는 축삭을 따라 아래로 전도됨 AP는 다음 세포로 전달됨

활동전위 빠르며, 커다란 탈분극 약 1ms 지속됨 차등성전위로 시작

활동전위: AP의 발생 GP가 역치 수준에 도달하면 AP가 발생 − 70 mV  +30 mV  − 70 mV 약−55 mV 실무율(all or none) 원리 − 70 mV  +30 mV  − 70 mV − 70 ~ −55 mV: 탈분극, 차등성전위, Na+ 유입 − 55 ~ +30 mV: 탈분극, 활동성전위, Na+ 유입 +30 ~ −70 mV: 재분극, 활동성전위, K+ 유출

그림 3.3

활동전위: 불응기 절대불응기 상대적불응기 탈분극 동안 신경세포는 다른 자극에 반응할 수 없음 Na+ 채널은 이미 열려 있고, 더 이상 열 수 없음 상대적불응기 재분극 동안 신경세포는 아주 강한 자극에만 반응 K+ 채널 열림(Na+ 채널 닫혀 있음, 다시 열릴 수 있음)

활동전위: 축삭을 따라 전도 수초: 전도 속도를 증가 Axon diameter: larger = faster 축삭 둘레의 지방막(슈반세포) 연속적이 아님(랑비어마디) 도약전도 다발성 경화증: 수초의 퇴화 Axon diameter: larger = faster

시냅스: 활동전위 전달 신경세포 사이의 접합점 또는 틈 축삭 → 시냅스 → 수상돌기 신경세포(뉴런)와 신경세포 사이의 신호 전달 부위 AP는 시냅스를 건너가야만 함 축삭 → 시냅스 → 수상돌기 시냅스전 뉴런 → 시냅스 간극 → 시냅스후 뉴런 시냅스에서 신호의 형태가 바뀜 전기적 → 화학적 → 전기적

그림 3.4

시냅스: 활동전위 전달 AP는 한 방향으로만 이동 축삭종말에는 신경전달물질이 들어 있음 화학적 전령(messenger) 시냅스후 세포의 수용기에 결합 시냅스후 세포에서 GP가 발생하도록 함

신경근접합부: 특정적 시냅스 신경과 근육 사이의 신호 전달 부위 시냅스후 세포 = 근섬유 아세틸콜린(ACh)을 신경전달물질로 사용 흥분성: AP를 근육으로 전달 시냅스후 세포 = 근섬유 ACh가 운동종판의 수용기에 결합 탈분극을 초래 AP가 원형질막을 따라 전파되면서 T관으로 내려감 재분극, 불응기

그림 3.5

신경전달물질 50가지 이상이 알려져 있거나 추정되고 있음 두 가지로 크게 구분 ACh과 노르에피네프린(NE)이 운동과 관련 작은 분자, 빠르게 작용 큰 신경펩타이드 분자, 느리게 작용 ACh과 노르에피네프린(NE)이 운동과 관련 ACh은 골격근 수축을 자극, 부교감신경계 작용을 가져옴 NE은 교감신경계 작용을 가져옴

시냅수후 반응 신경전달물질이 새로운 세포에 GP를 발생시킴 흥분성 시냅스후 전위(EPSP) 억제성 시냅스후 전위(IPSP) 탈분극, 흥분성, AP 발생을 촉진 가중: 여러 개의 EPSPs = 탈분극이 더 커짐 탈분극 역치에 도달하면 → AP 발생 억제성 시냅스후 전위(IPSP) 과분극, 억제성, AP 발생을 방지 가중: 여러 개의 IPSPs = 과분극이 더 커짐

중추신경계 뇌 대뇌 간뇌 소뇌 뇌간 척수

뇌: 대뇌 왼쪽, 오른쪽 대뇌 반구 대뇌피질 뇌량으로 연결되어 있어 상호정보교환이 가능 대뇌의 바깥 부분 회백질(무수초화) 의식적인 뇌(생각, 지성, 인식)

대뇌: 5개의 엽 4개의 바깥쪽 엽 1개의 안쪽 엽 전두엽: 일반지능과 운동조절 측두엽: 청각 입력과 해석 두정엽: 일반 감각과 해석 후두엽: 시각 입력과 해석 1개의 안쪽 엽 뇌섬엽: 정서와 자아인식

대뇌: 운동생리학과 관련된 부위 일차 운동 피질(전두엽) 기저핵(대뇌 백질에 있음) 일차 감각 영역(두정엽) 골격근 움직임의 정확한 조절 피라미드세포 → 피질척수로 → 척수 기저핵(대뇌 백질에 있음) 대뇌의 안쪽에 있는 신경세포체 덩어리 지속적 또는 반복적 동작이 시작되도록 함 걷기, 달리기, 자세, 근육 긴장도 일차 감각 영역(두정엽)

뇌: 간뇌 시상 시상하부 중요한 감각 전달 센터 의식적으로 인식해야 하는 것을 결정 항상성 유지, 인체의 내적 상태 조절 신경내분비계 조절 식욕, 음식 섭취, 갈증/수분 균형, 수면 혈압, 심박수, 호흡, 체온

뇌: 소뇌 빠르고 복잡한 동작의 조절 동작의 타이밍과 순서를 조정 실제 동작을 의도된 동작과 비교해서 수정이 이루어지도록 함 신체 자세, 근육 위치를 파악 일차운동영역으로부터 정보를 받으며 정교한 동작이 실행되도록 돕는다

뇌: 뇌간 뇌와 척수 사이의 정보 전달 중뇌, 교, 연수 망상체 통증조절시스템 골격근 기능과 근육 긴장을 조정 심혈관계와 호흡계 기능 조절 통증조절시스템 아편성분 물질의 통증 조절 작용 베타-엔돌핀이 운동으로 분비됨

그림 3.6

척수 연수와 연결되어 있음 신경섬유의 통로(tract)는 신경 자극이 양방향으로 전도되도록 해줌 올라가는 감각섬유 내려가는 감각섬유

말초신경계 도뇌 및 척수와 연결되어 있음 두 가지로 분류 12쌍의 뇌신경(두뇌와 연결) 31쌍의 척수신경(척수와 연결) 두 종류 모두 골격근을 직접적으로 자극 두 가지로 분류 감감신경계 운동신경계

감각신경계 말초에서 두뇌로 정보를 전달 주된 감각 수용기 기계적 수용기: 물리적 힘 온도수용기: 온도 통각수용기: 통증 광수용기: 빛 화학수용기: 화학적 자극

감각신경계: 특수한 감각 수용기 관절 운동감각 수용기 골기건기관 관절 각도, 각도의 변화율에 민감 관절 위치, 움직임을 감지 건의 장력에 민감 수축의 강도를 감지

운동신경계 두뇌에서 말초로 정보 전달 두 가지로 분류 자율신경계: 내장 기능 조절 체성신경계: 골격근을 자극

운동신경계: 자율신경계 인체의 불수의적 내부 기능을 조절 운동-관련 자율신경계 조절 두 가지로 구분 심박수, 혈압 폐 기능 교감신경계 부교감신경계

자율신경계: 교감신경 방위반응계: 신체를 운동에 대비시킴 교감계 자극 – 심박수, 혈압↑ – 근육으로의 혈류↑ – 기관지 직경↑ – 대사율, 글루코스 농도, FFA 농도↑ – 정신적 활동↑

자율신경계: 부교감신경 안정 시 및 소화 부교감계 자극 안정 시에 활성적 교감신경계와 상반되는 효과 – 소화, 배뇨↓ – 에너지 보존 – 심박수↓ – 혈관과 기관지 직경↓

표 3.1

감각-운동 통합 감각과 운동계 사이의 신호 전달과 상호작용 연속적인 5단계 1. 감각수용기에 의해 자극이 감지 2. 감각 AP가 감각뉴런을 통해 CNS로 전달 3. CNS는 감각 정보를 해석, 반응을 보냄 4. 운동 AP가 알파-운동뉴런을 통해 전달 5. 운동 AP가 골격근에 도착, 반응이 일어남

그림 3.7

감각-운동 통합: 감각 입력 CNS의 여러 지점에서 통합될 수 있음 통합의 복잡성은 CNS 상부로 올라갈수록 증가함 척수 뇌간 아랫부분 소뇌 시상 대뇌피질(일차감각영역)

그림 3.8

감각-운동 통합: 운동 조절 감각 입력은 어느 지점에서의 통합되더라도 운동 반응을 촉발시킬 수 있음 척수 두뇌 아랫부분 대뇌피질의 운동영역 조절 수준이 척수에서 대뇌피질로 올라가면 동작의 복잡성↑

감각-운동 통합: 반사작용 운동반사 자극은 중추신경계 하부의 단순한 수준에서 통합 즉각적이며, 주어진 자극에 대해 사전프로그램된 반응 자극에 대한 반응은 매번 같음 자극은 중추신경계 하부의 단순한 수준에서 통합

감각-운동 통합: 근방추 특수한 추내근섬유 신전되면 근방추 감각뉴런 일반적(추외근) 근섬유와 다름 감마-운동뉴런에 의해 신경자극을 받음 근섬유 신전에 대한 감각수용기 신전되면 근방추 감각뉴런 척수에서 알파-운동뉴런과 시냅스 반사적인 근육 수축을 촉발 추가적 신전(손상)을 방지 신전반사

감각-운동 통합: 골기건기관 건에 묻혀 있는 감각수용기 과도한 장력에 자극되면, 골기건기관은 5∼25개의 근섬유와 연결 건에서 발생하는 장력(당김)에 민감 과도한 장력에 자극되면, 골기건기관은 주동근을 억제, 길항근을 흥분 근육/건에서의 과도한 장력 발생을 방지 상해 가능성을 감소

그림 3.9

운동반응 • 알파-운동뉴런은 근육으로 AP를 전달 • AP는 운동단위의 근섬유로 전파 운동단위의 동질성 정교한 운동 조절: 운동단위당 적은 숫자의 근섬유 일반적 운동 조절: 운동단위당 많은 숫자의 근섬유 운동단위의 동질성 주어진 운동단위에서 근섬유 형태가 같음 type I 또는 type II 섬유 운동뉴런이 근섬유 형태를 실질적으로 결정