[신경과학] 14.1 : 분비성 시상하부(secretory hypothalamus)

 

 

이번 포스트부터는 뇌, 행동이 화학적으로 조절되는 기작들에 대해 알아보자.

 

 

 

synaptic connection에는 위와 같은 종류가 있음. 이 중 (a)의 경우 point to point로 전달되는 방식이며, 이 경우 비교적 짧은 시간동안, 짧은 범위 내에서 작동함. 한편 (b), (c), (d)의 경우 이보다는 더 긴 시간동안, 긴 범위 내에서 작동함. 이 중 (b)의 경우 secretory hypothalamus system이며, hypothalamus 중 특정 neuron으로부터 분비되는 neurohormone이 혈액으로 분비되어 퍼져나가는 식으로 작동하게 됨. 다음으로 (c)의 경우 autonomic nervous system(ANS, 자율신경계)을 나타내 보여주고 있음. 마지막으로 (d)의 경우 diffuse modulatory system을 나타내 보여주고 있는데, 이 경우에는 광범위한 axonal projection이 특징적으로 관찰됨.

 

 

 

 

위 그림은 hypothalamus의 횡단면을 보여주고 있음. 보면 thalamus, 그 중에서도 dorsal thalamus 아래쪽에 위치하고 있음. 한편, 흥미롭게도 third ventricle이 가운데에 있는 상태에서 third ventricle의 가쪽 외벽을 둘러싸고 있는 형태로 존재하는 것이 바로 hypothalamus임. 한편 이들 아래에는 pituitary(뇌하수체)가 존재하고 있음.

 

 

hypothalamus는 체온, blood composition 등을 유지하는, homeostasis 유지에 중요한 기관임. 한편 dorsal thalamus는 point to point의 형식으로 작동하며, sensing에 있어 상당히 중요함. 그러다 보니 이곳이 망가질 시 시각이 상실되는 등 sensory, 혹은 motor deficit가 관찰됨.

 

 

hypothalamus에 의한 체온조절에 대해 조금 더 생각해보자. 우선 cold weather일 때는 hypothalamus에 의해 shiver, goose bumps(근육 수축에 의해 털이 바짝 서서 열 발산량 증가), turn blue(말초혈관을 수축시켜 피부 근처 혈관을 닫아 체온발산을 막아줌) 등의 output이 발생하게 되고, hot weather일 때는 turn red, sweat 등의 output이 발생하게 됨.

 

 

 

 

위 그림은 hypothalamus의 coronal section을 보여주고 있음. 이 때, third ventricle에서 가까운 순으로 hypothalamus를 다시 periventricular, medial, lateral로 나누게 됨. 이 중 lateral, medial은 brain stem, telencephalon과 연결되어 있음. 한편 periventricular의 경우 일반적으로 brain stem, telencephalon으로부터 정보를 받으며, 이곳 내부의 세포들은 3개의 population으로 다시 나눌 수 있음.

 

 

첫 번째 population은 suprachiasmatic nucleus(SCN)임. 이곳은 retinal innervation을 받고, circadian rhythm을 synchronize하는 역할을 함. 두 번째 population은 neurosecretory cell임. 이곳의 cell들은 pituitary gland 부근의 bloodstream에 hormone을 분비하는 역할을 하며, magnocellular cell과 parvocellular cell로 다시 나누어짐. 마지막 population은 ANS를 control하는 역할을 함.

 

 

 

 

위 그림은 pituitary, 그 중에서도 magnocellular neurosecretory cell과 관련되어 있는 posterior pituitary 부근의 system을 보여주고 있음. 보면 hypothalamus로부터 출발한 magnocellular neurosecretory cell이 posterior pituitary로 오고, 이곳에서 capillary bed로 oxytocin, vasopressin과 같은 neurohormone이 분비되어서 온 몸으로 퍼져나가게 됨. 이 때 oxytocin은 모유 분비를 촉진하는 등의 effect가 있고, vasopressin은 blood volumen과 blood salt concentration 조절에 매우 중요함.

 

 

 

 

위 그림은 특히 ADH의 일종인 vasopressin과 관련된 system을 자세히 묘사해주고 있음. 보면 우선 우리 몸에 수분이 부족할 시 혈압이 낮아지게 되고 blood salt concentration도 감소하게 됨. 그럴 시 이를 인지하고 kidney에서 renin이 분비됨. 분비된 renin은 결과적으로 angiotensinogen의 활성화를 유도하여 active한 antiotensin II가 만들어짐. 이렇게 만들어진 angiotensin II는 다시금 뇌의 subfornical organ에 작용하고, 그 결과 이곳으로부터 hypothalamus로 신호가 전달되어 ADH의 분비가 자극되게 됨. 그 결과 혈내로 ADH가 분비되고, kidney에 ADH가 작용해 water의 재흡수가 촉진되게 됨.

 

 

 

 

위 그림은 pituitary, 그 중에서도 parvocellular neurosecretory cell과 관련되어 있는 anterior pituitary 부근의 system을 보여주고 있음. 보면 우선 hypothalamus에 존재하는 parvocellular cell의 경우 stalk 부근에 존재하는 혈관에 hormone을 뿌려주게 됨. 이렇게 해서 capillary bed를 타고 흘러간 hormone은 anterior pituitary에 있는 pituitary cell의 hormone 분비를 촉진, 혹은 억제하게 됨. 이런 식으로, 뇌하수체 세포의 호르몬 분비를 조절하는, 더 상위에 있는 조절 hormone을 hypophysiotropic hormone, 혹은 tropic hormone이라고 함.

 

 

 

 

위 그림에는 parvocellular neurosecretory neuron에서 분비되는 대표적인 tropic hormone인 corticotropin-releasing hormone(CRH)이 나타나 있음. 이 CRH는 혈관에 분비된 후 anterior pituitary gland에 작용해 결과적으로 adrenocorticotropic hormone(ACTH)의 분비를 촉진하게 됨. 이렇게 해서 분비가 촉진된 ACTH는 kidney 위쪽에 위치하고 있는 adrenal gland, 그 중에서도 adrenal cortex에 작용해서 cortisol이라는, stress hormone의 분비를 촉진시키게 됨. 이렇게 분비된 cortisol은 각종 stress response를 유발시킴. (참고로 cortisol은 다시 hypothalamic neuron에 작용해 CRH의 과도한 분비를 억제하는 negative feedback loop를 구성하기도 함)

 

 

 

다음 포스트에서는 자율신경계(autonomic nervous system, ANS)에 대해 살펴보도록 하자.