[신경과학] 14.2 : 자율신경계(autonomic nervous system, ANS)

 

 

이번 포스트에서는 자율신경계(autonomic nervous system, ANS)에 대해 살펴보자.

 

 

ANS의 통합적인 조절은 hypothalamus의 periventricular zone에서 담당하게 됨.

 

ANS에는 sympathetic division과 parasympathetic division이 포함되는데, 이 중 sympathetic한 neuron들에 의해서는 주로 fight or flight 반응이 나타나며, 예를 들어 heart rate가 증가하고 blood pressure가 증가하며, digestive function이 줄어들고 glucose의 사용이 촉진되게 됨. 한편 parasympathetic neuron에 의해서는 주로 sympathetic한 neuron들이 유발한 반응과 반대되는 반응이 유발되게 됨.

 

 

 

위 그림의 맨 왼쪽은 somatic motor system(SMS)를, 오른쪽 2개는 ANS 각각을 나타내 보여주고 있음. 이 때 SMS의 경우 CNS로부터 출발한 1개의 neuron이 근육과 바로 연결됨. 한편 ANS는 중간에 신경세포체가 모여있는 ganglion이 있으며, 이 ganglion을 기준으로 앞쪽에 있는 preganglionic fiber와 뒤쪽에 있는 postganglionic fiber가 존재하고 있음. 특별히 sympathetic의 경우 preganglionic fiber의 길이가 더 짧고 parasympathetic의 경우 postganglionic fiber의 길이가 더 짧음. 그 밖에, sympathetic은 pre의 말단에서 ACh가, post의 말단에서는 NE가 분비되는 반면 parasympathetic에서는 pre와 post의 말단에서 모두 ACh가 분비된다는 차이점도 있음.

 

 

+) 참고로 ganglion은 일반적으로 PNS상에서 신경세포체들이 모여있는 부분을 의미함. 다만 CNS에서 신경세포체들이 모여있는 부분은 일반적으로 ganglion으로 불리지 않음. (그러나 뇌에 있는 basal ganglia의 경우 ganglion이라는 이름의 영향을 받아 이렇게 이름붙여지기는 했음)

 

 

 

 

위 그림에는 sympathetic(교감), parasympathetic(부교감) neuron들의 시작점, output들이 나타나 있음. 우선 sympathetic system부터 보자. 보면 이 경우 CNS상에서의 시작점이 모두 spinal cord, 그 중에서도 thoracic, lumbar 부근임을 알 수 있음. 그 밖에, spinal cord 인근에 신경다발 덩어리에 해당하는 sympathetic chain이 존재하는데, 몇몇 neuron들은 이곳에서 ganglion을 형성하기도 함. 그러나 sympathetic chain 외부에서 ganglion이 형성될수도 있는데, 이렇게 형성된 ganglion을 collateral ganglia라고 부름. 참고로 adrenal cortex로 가는 sympathetic neuron의 경우 흥미롭게도 preganglionic fiber로만 이루어져 있음. 이는 진화적으로 조금 더 빠른 반응을 이끌어낼 수 있게끔 하는 system으로 이해하면 됨.

 

 

다음으로 parasympathetic system에 대해 알아보자. 이 경우 CNS상에서의 시작점이 sympathetic에서와 완전히 다르며, 주로 brain stem이 있는 cranial부근, 그리고 sacral spinal cord 부근에서 시작됨. 그 밖에, ganglion이 대부분의 경우 target organ과 매우 가까운 곳에 위치하고 있다는 것도 특징임.

 

 

 

ANS는 대부분의 경우 periventricular zone에서 control되며, 이곳의 neuron들이 brain stem과 spinal cord nuclei로 projection되어서 ANS를 조절하게 됨. 물론, 아주 일부의 경우 brain stem 내의 medulla에 있는 nucleus of solitary tract(NTS)라는 부위가 신체 장기의 sensory information을 종합해서 ANS를 control하기도 함.

 

 

 

 

이제 다음으로 ANS에서 작동하는 neurotransmitter들에 대해 조금 더 자세히 알아보자. 우선 preganglionic neurotransmitter에 대해서부터 먼저 논해보자. pre에서는 앞서 말했던 것처럼 공통적으로 ACh가 분비됨. 그런데 이렇게 분비된 ACh는 각 장기마다 다 다르게 작용하게 됨.

 

우선 pre에서 분비된 ACh는 postganglionic neuron의 nAChR(nicotinic acetylcholine receptor)에 결합하고, 그 결과 fast EPSP 혹은 slow EPSP signal이 유발되게 됨. 한편 parasympathetic neuron의 post 말단에서 분비된 ACh는 target organ에 있는 mAChR(muscarinic AChR)에 결합하게 되고, 그 결과 slow EPSP 혹은 IPSP가 발생할 수 있음.

 

 

참고로 몇몇 preganglionic terminal에서는 NPY, VIP와 같은 녀석들이 release될 수 있고, 그 결과 small EPSP가 유발될 수 있음.

 

 

 

그 밖에, parasympathetic postganglion에서는 ACh가 분비되며 target에 대해 local한 effect를 유발하게 됨. 한편 sympathetic postganglion에서는 대부분의 경우 NE가 방출되며, 이렇게 방출된 NE는 blood를 통해 광범위하게 작용하게 됨. 참고로 일종의 변형된 sympathetic postganglion에 해당하는 adrenal medulla의 경우 NE 대신 epinephrine을 분비함.

 

 

이런 ANS의 특징을 모방해서 drug를 만들 수도 있는데, ACh의 muscarinic action을 promote하거나 NE의 action을 inhibit하는 parasympathomimetic drug를 만들 수도 있고(e.g. Propranolol : slows heart rate), NE를 promote하거나 ACh의 muscarinic action을 inhibit하는 sympathomimetic drug(e.g. Atropine : dilation of pupils)를 만들 수도 있음.

 

 

 

 

다음 포스트에서는 뇌에서의 확산 기반 조절시스템들에 대해 알아보자.