운동전문가를 위한 뉴런(neuron) 신경세포(nerve cell)의 이해

 김형욱의 칼럼언어

 인체 기관(organ) 중 신경계(nervous system)는 생명유지를 위해 신체의 외부(external)와 내부(internal)에서 발생하는 다양한 정보를 받아들이는 동시에, 이를 분석 및 해석하여 수많은 세포(cell)들의 활동을 저마다 적절히 조절(control)함으로써 신체활동을 통제하는 계통(system)입니다. 그렇다 보니 단순하게 눈에 보이지 않는 생명활동에만 국한되는 것이 아니라, 눈에 보이게 되는 일상적인 모든 움직임(movement)에서도 관여하게 됩니다.
 때문에 운동을 지도하는 운동전문가에게도 신경(nerve)의 구조(structure)와 기능적인 지식을 필수적인 사항입니다. 우리는 신경계(nervous system)의 올바른 이해를 통해서 더 나은 운동처방(exercise prescription)을 확립시킬 수 있습니다. 그 이해의 첫 출발은 바로 뉴런(neuron)입니다. 뉴런(neuron)은 신경계(nervous system)를 구성하는 기본단위(fundamental unit)로써, 실질적인 신경(nerve)의 기능적인 역할을 담당하고 있습니다. 뉴런(neuron)만 잘 이해하더라도 신경(nerve)이 내포하고 있는 의미를 알고 있는 것이나 다름없습니다.

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 우리에게 있어 뉴런(neuron)의 역사는 아직까지 깊지 않습니다. 신경계(nervous system)를 구성하는 뉴런(neuron)은 뇌(brain)의 해부(dissection)를 통해서 20세기 초에 들어서야 발견된 존재입니다. (뉴런(neuron)의 발견 이전의 뇌(brain)에 대해서도 생물학(biology)의 기본원리에 어긋나는 예외적인 부분으로 간주되기도 했습니다.) 하지만 뉴런(neuron)의 발견 이후부터는 급진적으로 뉴런(neuron)의 구조(structure)와 기능(function)에 대해서 차례차례 밝혀졌습니다. 이러한 사실들은 현재까지 널리 알려져 있는 정보들이며 다른 세포(cell)들과의 상이한 구조(structure)와 기능(function)을 가지기 때문에, 우리는 이에 대해서 하나하나 자세히 살펴볼 필요가 있습니다.
 뉴런(neuron)은 뉴런(neuron) 이외에도 동일한 의미를 가진 다른 이름이 존재합니다. 그것은 신경세포(nerve cell)와 신경원(neuron)입니다. 이들 단어 영어, 한자, 한글의 차이일 뿐이지 모두 같은 의미를 가집니다.

 뉴런(neuron) 신경세포(nerve cell)는 신호(singnal)를 받아서 전달하기 위한 구조(structure)를 가집니다.

 위의 사진은 뉴런(neuron) 신경세포(nerve cell)의 기본적인 구조(structure)입니다. 여느 다른 세포(cell)와 같이 세포체(cell body) 안에 핵(necleus)이 존재하는 것은 동일한 구조(structure)를 지니지만, 세포체(cell body)로부터 뻗어나가는 수상돌기(dendrite)와 축삭돌기(axon)는 뉴런(neuron)만이 가지는 고유한 구조(structure)입니다.
 수상돌기(dendrite)는 본체로부터 나오는 비교적 짧은 돌기이며, 이곳에서 감각기(sensory organ)나 다른 뉴런(neuron)으로부터 자극(stimulation)을 받아들이게 됩니다.(input) 이와는 다르게 반대로, 본체로부터 나오는 비교적 긴 돌기인 축삭돌기(axon)는 수상돌기(dendrite)에서 받아들인 자극(stimulation)을 다른 뉴런(neuron)이나 반응기(receptor)에 전달하는 역할을 지니게 됩니다.(output) 결과적으로 뉴런(neuron) 하나의 구조물(structure)에서 자극(stimulation)을 받아들이거나 전달할 수 있는 모두의 역할을 담당할 수 있는 장소가 존재하는 것입니다. 그래서 결과적으로 위와 같은 그림의 형태를 지니고 있는 것입니다.

 예를 들어, 우리가 만약 무엇을 보거나 듣거나, 혹은 걷다가 장애물에 부딪혔을 때, 특정 상황에서 받아들이게 되는 자극(stimulation)은 전기적인 신호(electric signal)를 통해 특정 감각기관(sensory organ)으로부터 뉴런(neuron)에 전해지며, 그 장소는 뉴런(neuron)에 대해서도 자극(stimulation)을 수용할 수 있는 수상돌기(dendrite)가 됩니다. 수상돌기(dendrite)가 일단 자극(stimulation)을 받아들였다면, 또 다른 뉴런(neuron)에 자극(stimulation)을 전달하기 위해 세포체(cell body)에서부터 축삭돌기(axon)로 자극(stimulation)을 전달하게 됩니다.
 이때 수상돌기(dendrite)는 자극(stimulation)을 받아들이는 것(input)이 주요 역할이기 때문에 길게 뻗어나가기보다는 더 짧게, 그리고 더 많이 형성되어있다는 사실을 알 수 있습니다. 반대로 축삭돌기(axon)는 자극(stimulation)을 전달하는 것(output)이 주요 역할이기 때문에, 멀리까지 자극(stimulation)을 전달하기 위해 수상돌기(dendrite)에 비해 압도적으로 길게 뻗어나가는 돌기의 형태를 가지는 것입니다. 인체 내에서 가장 긴 축삭돌기(axon)의 경우 약 1m에 이르기도 합니다.

 수상돌기(dendrite)와 축삭돌기(axon)는 일종의 전선과도 같습니다.

 신경(nerve) 내에서 발생하게 되는 자극(stimulation)은 전기적인 자극(electric stimulation)입니다. 그리고 이 전기적인 자극(electric stimulation)은 수상돌기(dendrite)에서 받아들이고(input), 축삭돌기가 전달하기(output) 때문에 일종의 전선으로 비유할 수 있습니다. 더욱이 전선과 흡사하다고 할 수 있는 것은 축삭돌기(axon)에는 수초(myelin sheath)라고 하는 세포(cell)가 감겨 있습니다. 수초(myelin sheath)를 통해서 한 방향으로만 빠르게 전기적인 신호(electric signal)를 전달할 수 있으며, 수상돌기(dendrite)에 비해 길게 형성된 축삭돌기(axon)를 보호하며, 돌기를 감쌈으로써 전기(electricity)가 통하지 않는 절연체(insulator)의 역할도 지니고 있습니다.
 하지만 수초(myelin sheath)는 끊김 없이 연속적으로 형성된 것이 아니라, 자세히 살펴보면 수초(myelin sheath)가 형성되어있지 않는 장소들이 부분적으로 관찰됩니다. 해당 지점에서는 그 유명한 랑비에르 결절(Ranvier's node)이 됩니다. 랑비에르 결절(Ranvier's node)은 수초(myelin sheath)가 존재하지 않아, 이들의 비교적 연속적인 구조(structure)를 통해서 전기적인 신호(electric signal)가 빠르게 전도(conduction)됩니다.

 신경(nerve)을 전선과 비유했을 때 두드러진 차이점이 한 가지 존재하는데, 전선을 통한 전기신호(electric signal)는 저항(resistance)으로 인해 점차적으로 약해지지만, 인체 내의 신경(nerve)에 대해서는 전기적인 신호(electric signal)가 약해지지 않는 특이성이 관찰됩니다.
 축삭돌기(axon) 표면(surface)에는 나트륨 이온채널(sodium ion channel)이라는 불리는 구멍과 같이 생긴 구조(structure)가 존재하는데, 전기적인 신호(electric signal)가 뉴런(neuron)에 전달됐을 때, 이 구멍은 순간적으로 열리게 되어 전기적 전하(electric charge)를 띠고 있는 나트륨 이온(sodium ion)이 외부로부터 순식간에 흘러들어오게 됩니다. 그 후, 돌기 내부에서 부분적으로 전류(current)가 발생되어 이것을 감지한 인접한 나트륨 이온채널(sodium ion channel)도 개방되어 새로운 나트륨 이온(sodium ion)을 유입될 수 있게 만듭니다. 결과적으로 이러한 반응들이 연쇄적으로 발생하여 연속적으로 내부에서 전류(current)가 발생되므로, 전기적인 신호(electric signal)는 약해지지 않고 지속적으로 전해는 것입니다.
 한편, 뉴런(neuron)에서 또 다른 뉴런(neuron)으로 자극(stimulation)을 전달할 때에는 전기적인 신호(electric signal)를 통해 전도(conduction)될 수 없습니다. 이는 뉴런(neuron)끼리 직접적으로 연결되어있기 않기 때문입니다. 이들을 완전히 연결되어있지는 않지만, 매우 가깝게 연접(connection)해있는 공간이 형성된 모습을 지닙니다. 이곳은 시냅스(synapse)라고 불리며, 미세한 틈 사이의 거리는 약 20~40nm가 됩니다.

 전기(electricity)가 통하지 않을 때에는 화학적인 신호(chemical signal)로 바꾸면 됩니다.

 시냅스(synapse)라는 공간의 형성으로 전기적인 신호(electric signal)를 보낼 수 없으니, 뉴런(neuron)은 그 대신에 화학적인 신호(chemical signal)를 통해 자극(stimulation)을 전달합니다. 전기적인 신호(electric signal)가 시냅스(synapse)까지 도달하게 되면, 신경전달물질(neurotransmitter)이 함유된 소포(parcel)가 시냅스(synapse) 표면(surface)까지 운반되어 그 안에 내재된 신경전달물질(neurotransmitter)을 시냅스 간극(synapse gap)에 방출하게 됩니다. 이를 통해 자극(stimulation)을 받아들이게 되는 뉴런(neuron)쪽의 수용체(receptor)에 신경전달물질(neurotransmitter)이 결합함으로써, 전기적인 신호(electric signal)가 전달되는 것입니다.
 여기까지 정리하자면, 최초의 전기적인 신호(electric signal)는 시냅스(synapse)에서 화학적인 신호(chemical signal)로 변경되어 다시 전기적인 신호(electric signal)로 전달되는 것입니다. 이때 화학적인 신호(chemical signal)를 위한 신경전달물질(neurotransmitter)에는 대표적으로 아세틸콜린(acetylcholine), 도파민(dopamine), 아스파라긴산(aspartic acid) 등 수십 종류가 발견되었습니다.

 뉴런(neuron)은 복잡하게 얽혀있는 네트워크 구조(structure)와 같습니다.

 지금까지 단일의 뉴런(neuron), 또는 시냅스(synapse)가 형성되는 두 뉴런(neuron) 사이에서 관찰되는 구조(structure)와 자극(stimulation)의 수용 및 전달을 위한 과정과 원리를 살펴봤지만, 지금까지 살펴본 이러한 구조(structure)들은 매우 연속적으로 복잡하게 얽혀있는 것이 인체 내의 신경계(nervous system)입니다.
 대뇌 피질(cerebral cortex)에만 약 140억 개에 달하는 뉴런(neuron)이 존재하며, 이들 뉴런(neuron) 사이에 형성되는 시냅스(synapse)만 하더라도 약 1만 개에 육박합니다. 수많은 뉴런(neuron)끼리 단일적으로 알아보기 불가능할 정도로 복잡하게 연결되어있으며, 이러한 복잡성은 마치 슈퍼컴퓨터가 무색할 만큼 엄청난 네트워크를 이루고 있는 것입니다. 결과적으로 이러한 복잡한 네크워크 환경에서 전기적인 신호(electric signal)가 끊임없이 오고 감으로써 뇌(brain)의 활동(activity), 그리고 인체의 생명활동이 유지되고 있는 것입니다.
 뉴런(neuron)은 일단 자극(stimulation)을 수용하게 되면 반응(reaction)하게 됩니다. 자극(stimulation)을 수용했을 때, 아무런 일도 일어나지 않을 때에는 초당 1~5회의 전기적인 신호(electric signal)를 전달하지만, 자극(stimulation)을 수용한 뒤에 흥분(excitement)하게 됐을 때에는 초당 50~100회의 전기적인 신호(electric signal)를 전달합니다. 그러니 우리의 몸 안에서는 얼마나 무수히 많은 뉴런(neuron)과 이들이 인접한 시냅스(synapse), 그리고 결과적으로 얼마나 많은 전기적인 신호(electric signal)가 쉴 새 없이 오고 가는지 생각해볼 수 있습니다.

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 김형욱이 읽어주는 '뉴런(neuron) 신경세포(nerve cell)의 이해'

 지금까지 신경(nerve)에 대해서 장황한 이야기를 펼쳐봤습니다.
 신경계(nervous system)를 이루는 구조(structure)는 인체 내의 다른 부분과 상이한 고유한 구조(structure)를 가지지만, 제 이야기를 통해서 신경(nerve)의 구조(structure)는 그 자체에서 신경(nerve)의 기능(function)을 내포하고 있음을 알 수 있었습니다. 해부학(anatomy)과 동일하게 다른 학문에 대해서도, 또는 자연의 원리에 입각하게 되는 사실들은 구조(structure) 안에 모든 것을 담고 있기 때문에, 이들을 자세히 살펴봄으로써 우리는 그 자체의 고유성과 단독성을 제대로 유추해볼 수 있습니다. 결과적으로 이러한 과정은 인간의 몸에 대한 탁월한 해석능력을 지니게 하기도 합니다.
 신경(nerve)의 구조(structure)를 바라볼수록 인체는 더욱 신비롭고 경이롭다는 생각이 들기도 합니다. 셀 수 없을 만큼의 뉴런(neuron)들이 우리 몸의 다양한 부분을 조절(control)하고 있으며, 그 조절(control)을 위해 전기적인 신호(electric signal)를 선택한 이유와 그 전기적인 신호(electric signal)가 끊임없이 오고 간다는 사실에 대해서 하나의 우주와 같음을 실감하게 되기도 합니다.
 보고, 듣고, 맛보고 등의 것들뿐만 아니라, 우리가 운동을 하거나 일상적인 움직임(movement)에서도 신경계(nervous system)는 탁월하게 작용하게 됩니다. 작은 우주와 같은 인간의 몸에 대한 확장된 지식과 사고력은 점차적으로 더 나은 육체활동과 운동지도자에게 있어 더 나은 운동처방(exercise prescription)을 가능하게 할만한 크나큰 가능성을 지닙니다. 신경(nerve)에 대해서는 이것이 첫 글이지만, 이후에는 다양한 글과 강의들을 통해서 이것을 도대체 어떠한 원리로 움직임(movement)과 연관되고, 움직임(movement)에 적용할 수 있게 될지 소개해드리겠습니다.

 

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