1. 신경계에 의한 조절
1) 뉴런의 종류와 구조
- 뉴런의 정의 및 구조: 뉴런은 신경계를 구성하는 기본 단위로, 자극을 받아들이고 신호를 전달하는 역할을 합니다. 뉴런은 가지 돌기, 신경 세포체, 축삭 돌기 등 특수한 구조를 가지며, 이 구조들은 신경 신호의 수용과 전달에 중요한 역할을 합니다.
- 뉴런의 종류: 기능적으로 뉴런은 세 가지로 구분됩니다:
- 감각 뉴런: 외부 자극을 받아들이고 중추 신경계로 전달합니다.
- 운동 뉴런: 중추 신경계의 명령을 말초의 근육이나 장기로 전달합니다.
- 연합 뉴런: 감각 뉴런과 운동 뉴런 사이에서 정보를 중계하고, 중추 신경계 내에서 정보를 처리합니다.
- 말이집 신경과 민말이집 신경: 뉴런은 말이집(수초)의 유무에 따라 구분됩니다. 말이집 신경은 슈반 세포가 축삭 돌기를 감싸 형성한 절연체로, 신경 신호의 전달 속도를 높여줍니다. 랑비에 결절은 말이집 사이의 노출된 축삭 부분으로, 신호가 빠르게 전달될 수 있도록 돕습니다.
2) 휴지 전위
- 휴지 전위의 개념: 뉴런이 자극을 받지 않은 안정 상태에서 세포막을 경계로 한 전위 차이를 휴지 전위라고 합니다. 휴지 전위는 주로 세포막의 Na⁺-K⁺ 펌프와 이온 통로의 작용으로 유지되며, 일반적으로 약 -70mV입니다.
- Na⁺-K⁺ 펌프의 역할: 이 펌프는 ATP를 이용하여 3개의 Na⁺ 이온을 세포 밖으로 내보내고, 2개의 K⁺ 이온을 세포 안으로 끌어들여 이온 농도의 불균형을 만듭니다. 이로 인해 세포막의 안쪽은 음전하, 바깥쪽은 양전하를 띠게 됩니다.
3) 활동 전위
- 활동 전위의 개념: 뉴런이 자극을 받으면 세포막의 이온 투과성이 변화하여 막전위가 급격하게 변화합니다. 이 과정은 자극에 의해 탈분극이 시작되고, 이어서 재분극과 과분극이 일어납니다.
- 활동 전위의 과정:
- 탈분극: 자극이 주어지면 Na⁺ 통로가 열리면서 Na⁺이 뉴런 안으로 유입되어 막전위가 변화하고, 역치 전위에 도달하면 더 많은 Na⁺ 통로가 열려 활동 전위가 생성됩니다.
- 재분극: Na⁺ 통로가 닫히고 K⁺ 통로가 열리면서 K⁺이 세포 밖으로 빠져나가 막전위가 원래 상태로 돌아갑니다.
- 과분극: 재분극 과정에서 막전위가 일시적으로 더 낮아지지만, 이후 Na⁺-K⁺ 펌프에 의해 휴지 전위로 복귀합니다.
- 실무율의 법칙: 활동 전위의 크기와 속도는 자극의 세기와 관계없이 일정하게 유지됩니다.
4) 흥분의 전달
- 흥분의 전달 과정: 뉴런 간의 신호 전달은 시냅스를 통해 이루어집니다. 시냅스는 한 뉴런의 축삭 말단과 다른 뉴런의 가지 돌기 또는 신경 세포체 사이의 좁은 간격입니다.
- 시냅스에서의 신호 전달: 활동 전위가 축삭 말단에 도달하면, 시냅스 소포에 저장된 신경 전달 물질(예: 아세틸콜린)이 시냅스 틈으로 방출됩니다. 이 물질이 다음 뉴런의 수용체에 결합하여 탈분극을 일으키고, 신호가 전달됩니다.
- 일방향 신호 전달: 신경 전달 물질은 축삭 말단에서만 분비되므로 신호는 한 방향으로만 전달됩니다.
5) 골격근의 구조
- 골격근의 구성: 골격근은 근육 섬유 다발로 이루어져 있으며, 각 근육 섬유는 다핵 구조를 가진 근육 원섬유 다발로 구성됩니다. 근육 원섬유는 마이오신 필라멘트와 액틴 필라멘트로 이루어져 있습니다.
- 근섬유 마디와 근수축: 근육 원섬유 마디는 Z선을 기준으로 나뉘며, 근수축의 기본 단위입니다. 수축 시 액틴 필라멘트가 마이오신 필라멘트 사이로 미끄러지면서 근육이 짧아집니다.
6) 근수축의 원리
- 근수축 메커니즘: 근수축은 운동 뉴런의 자극에 의해 시작됩니다. 운동 뉴런이 흥분하면 아세틸콜린이 근육 섬유막을 탈분극시켜 근육 원섬유의 수축을 일으킵니다.
- 활주설: 근수축 과정에서 액틴 필라멘트가 마이오신 필라멘트 사이로 미끄러져 들어가며, ATP가 이 과정에서 에너지원으로 사용됩니다.
7) 중추 신경계
- 중추 신경계의 구성: 중추 신경계는 뇌와 척수로 구성되며, 뇌는 대뇌, 소뇌, 간뇌, 중간뇌, 뇌교, 연수로 구분됩니다. 뇌줄기는 중간뇌, 뇌교, 연수로 구성되며 생명 유지에 필수적인 기능을 담당합니다.
- 대뇌의 역할: 대뇌는 고등 정신 활동(추리, 기억, 언어 등)과 감각 및 운동의 중추 역할을 합니다. 대뇌는 겉질(회색질)과 속질(백색질)로 구성되며, 기능적으로 감각령, 운동령, 연합령으로 나뉩니다.
8) 말초 신경계
- 말초 신경계의 구성: 말초 신경계는 뇌 신경(12쌍)과 척수 신경(31쌍)으로 구성됩니다. 기능적으로는 체성 신경계와 자율 신경계로 나눌 수 있습니다.
- 체성 신경계: 체성 신경계는 주로 골격근의 운동을 담당하며, 의식적으로 조절됩니다.
- 자율 신경계: 자율 신경계는 내장 기관이나 분비샘 등의 기능을 조절하며, 대뇌의 직접적인 지배를 받지 않습니다. 자율 신경계는 교감 신경계와 부교감 신경계로 나뉘며, 이들은 서로 길항적으로 작용하여 몸의 기능을 조절합니다.
- 교감 신경계: 스트레스나 위기 상황에서 활성화되어 심박수 증가, 동공 확장 등을 유도합니다.
- 부교감 신경계: 안정된 상태에서 활성화되어 소화 촉진, 심박수 감소 등을 유도합니다.
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