신경전달물질 (아세틸콜린)

신경전달물질



 신경전달물질은 한 뉴런이 분비하는 화학물질로, 뉴런은 이것을 시냅스를 통해 다른 뉴런에 전달함으로써 그 뉴런에 영향을 준다. 뉴런은 혈액 속에 있는 재료를 이용하여 자신의 신경전달물질을 합성해 낸다. 신경과학자들은 뇌에서 신경전달물질로 기능하고 있는 화학물질이 수십 가지라고 생각하며, 신경전달물질로 확인되거나 그럴 가능성이 있는 물질의 목록은 연구를 계속함에 따라 점점 더 길어지고 있다. 일반적으로 신경전달물질은 흥분성과 억제성 두 유형이 있어 시냅스 후막에 감분극이나 과분극을 일으키는 효과가 있다. 즉, 뇌에서 이루어지는 대부분의 시냅스 전달은 흥분성 효과와 억제성 효과를 가져온다. 대부분 국소적인 회로에서 나타나는 뉴런의 활동은 이 화학물질의 흥분성 효과와 억제성 효과의 최종 산물이고, 이것이 뇌 부위 간 정보의 전달과 그 강도를 결정한다. 뇌에 있는 뉴런 중에서 글루타메이트를 분비하는 종말단추로부터 흥분성 효과를 받지 않는 뉴런은 없고, GABA 또는 글라이신을 분비하는 종말단추로부터 억제성 효과를 받지 않는 뉴런은 없다. 물론 고통과 같은 자극을 탐지하는 데 기여하는 뉴런은 예외적으로 작동하지만, 일반적으로 감각기관은 종말단추에서 글루타메이트를 분비하고 축색을 통해 뇌에 정보를 전달한다. 그렇다면 여러 다른 신경전달물질은 어떤 기능을 하는가? 일반적으로 신경전달물질은 정보를 전달하는 기능보다는 강도를 효과적으로 조절하는 역할과 관련이 깊다. 즉, 글루타메이트와 GABA를 제외한 나머지 신경전달물질은 특정 뇌 부위의 기능에 관여하는 뉴런을 활성화하거나 억제하는 역할을 한다. 예를 들어, 글루타메이트와 GABA를 분비하는 뉴런은 학습을 통해 기억된 정보를 전달하지만, 아세틸콜린은 대뇌피질을 활성화시켜 학습을 점진적으로 촉진한다. 노르에피네프린은 경계심을 증가시켜 신호를 탐지했을 때 즉각적으로 행동하려는 준비성을 증가시키고 히스타민은 심리적 각성을 증대한다. 세로토닌은 생물학적 범주에서 볼 때 종 특유의 행동을 억제하여 돌발적인 행동을 할 가능성을 낮춘다. 도파민은 뇌의 거의 모든 영역에서 일반적으로 수의적 운동을 활성화하지만, 어떤 운동을 일으킬 것인지를 구체화하지는 않는다. 일부 영역에서 도파민은 진행 중인 행동을 강화하고, 이후에 그러한 행동이 출현할 가능성을 높인다.



아세틸콜린



  아세틸콜린은 중추신경계의 원심성 축색이 분비하는 주요 신경전달물질이다. 아세틸콜린은 중추신경계의 운동 신호를 근육에 전달하는 신경 - 근 시냅스, 자율신경계의 신경절 그리고 부교감신경계의 표적기작에서 찾을 수 있다. 아세틸콜린은 심장에서는 심세포를 억제하여 심박률은 떨어뜨리지만 골격근 세포의 활동은 촉진한다. 또한 아세틸콜린은 뇌와 척수에서는 흥분성 효과를 야기한다. 특히 뇌에서 아세틸콜린은 학습과 기억에 중요한 역할을 하며, 알츠하이머병 환자들이 보이는 기억상실의 원인과도 관련이 있다. 알츠하이머병은 아세틸콜린을 분비하는 뉴런들이 변성했을 때 발생하는데, 이 병으로 사망한 환자는 뇌 안의 아세틸콜린 수준이 정상인에 비해 절반 수준이다. 중추신경계 외부의 시냅스가 아세틸콜린을 분비하기 때문에 이것을 아세틸콜린성 시냅스라고 부른다. 마찬가지로, 도파민성 시냅스는 도파민을 분비하고, 세로토닌성 시냅스는 세로토닌을 분비한다. 아세틸콜린성 뉴런의 축색과 종말단추는 뇌의 전반에 널리 분포되어 있다. 크게 세 가지 종류의 체계가 신경과학자로부터 많은 관심을 받았는데, 배외 측 뇌교, 기저전뇌 그리고 내측 중격핵에서 나타나는 체계들이다. 뇌가 방출한 아세틸콜린은 일반적으로 촉진적인 기능과 관련되어 있다. 예를 들어, 배외 측 뇌교에 있는 아세틸콜린성 뉴런은 REM 수면에서 역할을 한다. 기저 전뇌에 위치한 아세틸콜린성 뉴런은 대뇌피질을 활성화하고 학습과 관련되어 있는데 특히 인지 학습을 촉진하는 데 관여한다. 내측 중격핵에 위치한  아세틸콜린성 뉴런은 해마의 전기적 리듬을 제어하고 그 기능을 조절하는데, 이 과정에서 특정 종류의 기억을 형성한다. 보툴리누스 독과 검은과부독거미 독이 아세틸콜린의 방출에 영향을 미친다. 보툴리누스 독은 포장이 부실한 통조림에서 자라는 클로스트리디움 보툴리눔이라는 박테리아로부터 만들어진다. 이 약물은 아세틸콜린의 방출을 방지하는데, 독성이 매우 강해 일부 연구자들은 한 스푼의 양으로도 인류 전체를  살상할 수 있다고 계산한 적이 있다. 오늘날에는 아주 많이 희석시킨 보툴리누스독의 용액을 안면근육에 주입하면 피부에 주름을 만드는 근육수축을 정지시킬 수 있다. 이것이 보톡스 치료이다. 대조적으로 검은과부독거미 독은 아세틸콜린의 방출을 자극한다. 이 독도 매우 강하지만 보툴리누스 독보다는 약하다. 종말단추에서 분비된 아세틸콜린의 활동을 억제하는 것이 아세틸콜린 소이다. 아세틸콜린 분해효소를 비활성화하는 약물은 몇 가지 목적으로 사용할 수 있다. 그중 하나가 살충제로 사용하는 것인다. 이 약물은 곤충은 쉽게 죽이지만 인간과 다른 포유류는 죽이지 못한다. 왜냐하면 인간의 혈액은 그것을 파괴하는 효소를 가지고 있기 때문이다. 또 다른 용도가 의학적 용도인데, 중증근무력증이라는 유전 장애는 어떤 사람의 면역체계가 골격근에 위치해 있는 아세틸콜린 수용기를 공격해서 생기는 질병이다. 이 환자는 신경전달물질에 대한 근육의 반응이 약화됨으로써 신체적으로 점점 쇠약해진다. 그래서 네오스티그마인과 같은 아세틸콜린 분해효소 억제제를 투여받으면, 분비된 아세틸콜린이 나머지 수용기에 대해 더 지속적으로 효과를 미치기 때문에 일부 힘을 회복할 수 있다. 아세틸콜린 수용기에는 담배에 들어 있는 니코틴에 의해 활성화되는 니코틴성 수용기와 파리 끈끈이에 들어있는 무스카린에 의해 활성화되는 무스카린성 수용기이다. 근육섬유는 신속하게 수축할 수 있어야 하기 때문에 신속한 니코틴성 수용기를 갖고 있다. 중추신경계는 이 두 유형을 모두 가지고 있지만 무스카린성 수용기가 더 우세하다. 일부 니코틴성 수용기는 뇌에 있는 축색 - 축색 시냅스에서 발견되는데, 이 수용기의 활성화는 흡연자들이 보이는 니코틴 중독 효과와 관련이 있다. 이처럼 두 상이한 물질이 아세틸콜린 수용기를 자극하는 것처럼, 두 가지 상이한 약물이 이 수용기를 차단하는 기능을 한다. 아트로핀은 무스카린 수용기를 차단한다. 이트로핀은 '죽음의 밤그림자'로 불리는 식물에서 추출한 벨라도나 알칼로이드 중 하나이다. 오래전에 남성에게 매력적으로 보이기를 원하는 여성들은 벨라도나 알칼로이드가 포함된 액체를 점안하였다. 왜 그랬을까? 우리가 어떤 것에 흥미를 느낄 때 발생하는 무의식적 반을 중 하나가 동공의 확대인데, 아트로핀과 같은 벨라도나 알칼로이드는 동공에 대한 아세틸콜린의 효과를 차단함으로써 동공을 확대시킨다. 이 변화는 여성이 어떤 남성을 바라볼 때 그에게 더 흥미를 갖고 있는 것처럼 보이게 만들고, 흥미롭게도 이 신호는 그 남성에게 자신을 더 매력적으로 여기게 만든다. 다른 약물인 쿠라레는 니코틴성 수용기를 차단한다. 이 수용기는 근육에서 발견되는 것으로, 보툴리누스 독과 마찬가지로 마비를 초래한다. 그러나 쿠라레의 효과는 매우 신속하게 일어난다. 남아메리카의 몇몇 상이한 종의 식물에서 추출되는 약물로, 발견 당시의 사람들은 이것을 화살촉과 창끝에 바르는 용도로 사용하였다. 이 약이 묻은 화살을 맞거나 창에 찔리면, 동물은 몇 분 내 쓰러져 호흡이 느려지고 결국 죽게 된다. 요즘은 쿠라레가 수술 환자들의 근육을 마비시키는 데 사용하는데, 근육은 완전히 이완되어 외과용 메스로 절단해도 수축하지 않는다.