오늘은 신경과 근육의 접합부에서 일어나는 반응에 대해 알아보도록 하겠습니다. 저번 블로그 내용에서 짧게 액틴과 마이오신이 중첩하면서 근육이 수축한다고 이야기를 했었습니다. 이때 신호를 전달하는 신경과 근육사이에서 일어나는 현상에 대해 오늘 블로그 내용을 통해 알 수 있을 것입니다. 또한 신경근육접합부에서 어떠한 물질이 나와 근육이 수축하고 근육의 수축하는 종류에 대해서도 알아볼 것입니다. 헬스 트레이너나 필라테스 강사, 운동 치료 쪽에 근무하시는 분들이 계시거나 근육의 수축에 궁금증이 있으셨다면 오늘 내용들을 통해 여러분들에게 궁금증을 해결할 수 있는 내용이 되었으면 좋겠습니다.
신경근육접합의 이해
먼저, 우리는 외부로부터 자극이 받아들여지면 우리는 수용기를 통해 감각신경으로 전달되고 이게 중추신경으로 전달되고 다시 운동신경으로 전달되면서 효과 기를 거쳐 반응을 일으키게 됩니다. 이때 신경근육접합은 운동신경과 뼈대근육이 연결되는 부위를 신경근육접합이라고 합니다. 신경근육접합은 영어로 neuromuscular junction이라고 합니다. 위에 설명드린 거 같이 신경근육접합은 중추신경에서 운동신경근육이 붙어 반응을 나타내기 때문에 우리는 이 과정을 신경근육이음이라고 합니다. 신경근육접합의 구조는 운동 신경의 말단에 많은 사립체가 있어 에너지를 제공하고 신경전달물질 중 하나인 아세틸콜린을 저장하는 소포체로 구성되어 있다. 또한 많은 가지로 갈라져 있는 운동 신경은 하나의 근육섬유와 연결되어 있고 그 신경의 가지들과 근육이 신경근육접합을 이루고 있다. 활동전압이 발생되어 자극이 주어졌을 때 한 개의 신경세포의 여러 가지 들과 신경근육접합을 이루고 있던 모든 근육섬유가 동시에 수축하는 것을 운동단위라고 할 수 있습니다. 이때 한 개의 운동신경이 지배하는 근육섬유의 수의 비율을 신경지배비율이라고 합니다. 근육을 수축하는 운동기능의 섬세함은 신경지배비율에 의해 결정됩니다. 신경지배비율은 낮을수록 정교한 움직임을 나타내는데 보통 1:6으로 나타나며 신경지배비율이 높을수록 정교한 움직임이 나오기가 어렵다. 이때 비율은 1:2000 정도 된다. 신경지배비율의 예로 정교한 움직임을 나타내야 하는 손가락 등은 적지만 네 갈래근은 신경지배비율이 1:1000 정도 연결되어 있다고 한다.
아세틸콜린이 분비되는 과정은 운동신경의 활동전압이 발생하여 흥분파가 신경말단에 도달하게 되면 칼슘통로가 열리면서 칼슘이 신경말단 안으로 들어오게 됩니다. 이때 신경말단에 있던 아세틸콜린을 함유하고 있던 소포체가 터지면서 신경근육접합의 틈새로 아세틸콜린이 방출된다. 방출된 아세트콜린은 근섬유막에 있던 아세틸콜린 수용체와 결합하면서 세포외액에 있던 나트륨에 대한 투과도가 증가하면서 근섬유막에서 활동전압이 발생하게 되면서 근육이 수축하게 되는 것입니다.
근육이 이완될 때는 신경근육접합 틈새에 있는 아세틸콜린에스테라이제에 의해 방출된 아세틸콜린을 아세트산과 콜린으로 분해시켜 활동전압이 지속적으로 일어나는 것을 방지해 근육 수축을 멈추게 한다. 신경을 계속 자극하게 되면 일정 시간 이후 근육이 수축하지 않는 상태를 근피로 상태라고 이야기합니다. 근피로는 보통 바로 나타날 때도 있지만 지연성근육통증(Dealay on time muscular soreness, DOMS)라고 합니다. 근피로의 원인으로는 젖산 축적, 탈수 등은 직접적인 원인이지만 신경근육접합에서 아세트콜린의 고갈도 근피로의 원인이 될 수 있습니다.
근육 수축의 기전
근육 수축의 기전은 지금까지 우리가 안정막 전압에서부터 포스팅했던 부분을 총 정리한다고 생각하면 됩니다. 먼저, 근육이 수축하기 위해서는 활동전압이 근육섬유 내로 전달이 되어야 합니다. 활동접압이 발동되기 위해서는 안정막상태에서 문턱전압을 넘어서 0 이상의 탈분극 상태가 일어난 것을 활동전압이라고 한다고 했었습니다. 이 활동전압이 신경말단에 도달하게 되면 몸 안에 있던 칼슘이온통로가 열리면서 신경말단에 있던 아세틸콜린을 함유한 소포체가 열리면서 신경근육접합 틈새로 아세트콜린이 방출하게 된다. 아세트콜린이 분비되면서 근육섬유막에 있던 아세트콜린 소포체와 결합하면서 나트륨에 투과도가 증가하면서 근육섬유막의 T-미세관을 통해 활동전압을 발생시키게 된다. 이때 근육세포질그물에 있던 칼륨이 유리됩니다. 이때 근육섬유에 있던 트로포닌과 결합해 트로포마이오신의 위치가 변형되면서 액틴과 마이오신 헤드가 결합하게 된다. 마이오신의 교차연결다리가 액틴을 잡아당기면서 근육이 수축하게 되는 것입니다. 이때 다시 근육이 이완되는 상태를 재분극 상태라고도 하며 이때 칼슘이 근육섬유질그물로 능동이동을 하면서 마이오신의 교차연결다리와 액틴의 결합부위가 떨어지게 되고 다시 트로포마이오신과 액틴의 결합부위가 만나 안정상태로 돌아오는 것을 근육의 이완상태라고 할 수 있습니다.
T-미세관은 근육세포의 활동전압이 근육원섬유까지 쉽게 전달되도록 근육섬유 내로 함입되어 있는 미세관을 통해 정보를 쉽게 전달할 수 있다. 만약 아세틸콜린이 원활하게 분비되지 않아 늘 힘이 없고 무기력한 상태를 우리는 근무력증이라고 할 수 있으며 영어로는 fascilitation이라고 합니다.
오늘은 근육이 수축하고 이완하는 과정을 한 번 살펴보았습니다. 이 과정을 통해 우리는 지금도 핸드폰으로 저의 블로그를 찾아보고 책을 읽고 맛있는 것도 먹고 웃을 수 있다는 사실입니다. 중요한 내용이니 놓치지 않고 이해하시길 바라겠습니다. 글을 읽으시다가 모르는 부분이 있다면 편하게 댓글 남겨주시면 감사하겠습니다. 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.