[신경과학] 뇌 및 행동의 화학적 조절

분비성 시상하부, 자율신경계, 뇌의 확산성 조절계(diffuse modulatory system)에 대해 다룬다. 스트레스 받으면 면역계가 억제된다.

 

시상하부 각 부위의 기능

실방핵(PVN) : oxytocin, ADH 분비

유두체(MB) : 기억

시교차상핵(SCN) : circadian rhythm

복내측핵(VMN) : sateity center (VM-보만(포만) 중추니까)

 

시상하부

magnocellular neurosecretary cell

PVN(paraventricular nucleus), SON(supraoptic nucleus)에서 호르몬 만들어서 뇌하수체 후엽으로 보낸다.

  * 이 사이는 시상하부-뇌하수체 문맥순환이 아니고 신경섬유가 직접 연결되어 있다.

- oxytocin : letdown reflex(periventricular hypophyseal tract)에 의해 젖 분비(생산 아님) 촉진

- ADH(vasopressin) : 이게 안 나오면 갈증이 심하고(갈증중추 활성화), 물을 많이 마시고(polydipsia) 오줌이 많아진다.

  * ADH는 수분이 부족할 때 수분 재흡수를 촉진한다. 옥시토신이랑 바소프레신 말고는 parvocellular에서 분비된다고 기억하면 된다.

 

뇌-신장 상호조절 (용량성 갈증)

1. decreased blood volume, BP가 감지되면 renal perfusion, filtration이 감소한다.

2. 보상적 작용으로 Na+과 물이 함께 재흡수된다.

3. "오줌에 Na+ 적다" 느껴서 juxtaglomerular cell이 renin 분비한다.

4. 간에서 나온 angiotensinogen을 angiotensin1로 변환한다. 이는 폐순환을 거치며 ACE에 의해 angiotensin2가 된다.

5. angiotensin2는 circumventricular region의 SFO(subfornical organ)를 자극한다.

6. lateral hypothalamus(갈증중추) 활성화하여 물을 마시고 / supraoptic nucleus의 magnocellular 자극하여 ADH 방출해 수분 재흡수하고 혈관 수축(혈압 상승)시킨다.

  * 짠 음식을 많이 먹으면 삼투중추 OVLT가 마시기 행동을 유발하기도 한다.

 

the pathways triggering osometric thirst(삼투성 갈증)

짜게 먹어서 나트륨이 증가하고 혈액삼투압이 증가하면? 뇌 쪽의 osmoreceptor인 OVLT/SFO가 직접 감지한다.

1. Humoral : ADH 증가하여 물 재흡수

2. Visceromotor : 교감신경 활성화되어 혈압 유지

3. Somatic motor : 물 마시는 행동 유도

 

시상하부에 의한 anterior pituitary(adenohypophysis) 조절

CRH ~> 뇌하수체 전엽의 somatotroph 자극 ~> ACTH 분비 ~> adrenal cortex에서 cortisol 분비 ~> 스트레스 반응 ~> 에너지 대사, 면역 억제 등 (HPA axis)

 

자율신경계의 분류

- 교감이든 부교감이든 preganglionic neuron에서는 ACh가 나온다

- postganglionic neuron에서는 교감 NE, 부교감 ACh 나온다.

- 예외(cholinergic sympathetic fibers) : sweat gland(한선), skeletal muscle의 vasodilator, heart의 coronary artery

  * 한선=땀샘이다. (다한증 떠올리면 됨)

- parasympathetic outflow는 3, 7, 9, 10번 CN이 가짐

- adrenal medulla는 변형된 교감신경의 지배를 받는다. (즉시 preganglionic sympathetic neuron 지배를 받음)

- 교감신경은 preganglionic neuron이 white communicating ramus를, postganglionic neuron이 gray communicating ramus를 지난다.

 

자율신경계(automonous)와 체성신경계(somatic) 비교

- 자율신경계 내에서 비교 : 교감신경은 절전뉴런 세포체가 척수(intermediolateral cell column)에 있고, 절후뉴런은 CNS 밖에 존재한다. 절전뉴런이 절후뉴런보다 짧다.(암기 : 교감은 키가 작음) 부교감신경보다 광범위하게 퍼져있다. 부교감신경은 척수분절과 brainstem에서 기시한다.

 

체성신경계 vs 자율신경계

- 체성신경계는 lower motor neuron의 cell body가 CNS에 있어서 골격근까지 바로 꽂아 monosynaptic을 이룬다 / 자율신경계는 disynaptic이기 때문에 한참을 나가버린다. lower motor neuron의 cell body가 PNS에 있다.

- reflex arc의 interneuron은 자율신경계가 더 길다.

- 체성신경계는 interneuron이 central inhibition하여 somatic reflex arc를 구성한다 / 자율신경계는 교감이랑 부교감 활성화해서 peripheral inhibition한다.

 

기능적 길항작용(functional antagonism)

자율신경계의 길항작용은 어떻게 이뤄질까? 심장이나 GI tract에서는 그냥 교감이 자극/억제하면 부교감은 억제/자극하는 true antagonism이 이뤄진다.

 

iris에서는 교감이 방사근(radial muscle) 수축시켜 동공 늘리는 산동(mydriasis) / 부교감이 환상근(circular muscle, sphincter) 수축시켜서 동공 좁히는 축동(miosis) 일어난다. 이처럼 둘 다 근육을 수축시키는데 기능적으로 반대 효과를 내는 것이 기능적 길항작용이다.

 

교감신경은 혈관수축, 기관지이완(호흡 원활), 소장 연동운동 감소, 온갖 sphincter(괄약근) 수축(일단 나오지 않게 함), 예외적으로 방광 detrusor(배뇨근)은 이완, 남성 사정(부교감은 발기)을 일으킨다.

  * 방광 배뇨근은 방광 전체를 감싸고 있으므로 수축하면 오줌이 나온다. (부교감신경 자극 받으면)

 

호너 증후군

교감 작용 손상되었을 때 ipsilateral(동측)에서 ptosis, miosis(동공 축소), en/ophthalmos, an/hidrosis(땀 감소) 발생한다.

  * 대체로 부교감 작용이라고 생각하면 된다.

 

diffuse modulatory system

- 주로 brainstem에 존재한다.

- ECF로 transmitter를 분비하여 1:n으로 cortex, midbrain, spinal cord 등 많은 부분을 동시에 조절한다.

- 수천 개의 적은 신경세포 집단으로 이루어진다,

- sleep-arousal cycle 조절에 관여한다.

- 총 4종류가 있다. 각 확산성조절계의 특징을 숙지해둔다 : 놀로(nolo-noradrenergic locus coeruleus), 세로라(serora-serotonergic raphe nucleus), 돕베(dopve-dopaminergic substantia nigra&ventral tegmental area), 초셉(chosep-cholinergic basal forebrain&brainstem complexes)

 

blue spot(청반)

- 놀로(nolo)와 관련된다. 새로운 자극이 있으면 주의, 각성, 경계를 담당하는 locus coeruleus가 활성화되어 NE가 분비된다.

  * 각성중추(ARAS, ascending reticular activating system)는 blue spot과 raphe nuclei로 구성된다.

  암기 : 놀라면 놀로(nolo) / 놀로와 쎄로라는 함께 놀기 위해 아라쓰(ARAS각성중추)를 결성했다.

 

serotonergic raphe nuclei

- 얘도 ARAS의 일부이며 9개의 nucleus가 연결된다.

- sleep-wake cycle에서 각성 상태(wakefulness)를 담당한다. (세로토닌 분비하니까 당연)

- 세로토닌 가설에 의하면 공격성 역시 억제한다.(hypoactivity 시에 depression, anxiety disorders)

- 감정과 정서행동 역시 담당한다.

- pain transmission 억제

  암기 : 쎄로라(serora)는 이름만 들어도 쎄보인다. 고통을 못 느끼는 각성한 몸인데 공격성은 보이지 않는 숨은 강자이다.(nociception 억제, wakefulness, 공격성 억제)

 

dopaminergic substantia nigra & ventral tegmental area

- SN은 대뇌에 의해 선택된 수의운동 실행(motor loop)을 돕는다. (direct&indirect pathway에서 substantia nigra가 부스트해주던 것 떠올리기) 억제되면 파킨슨병에 걸려 bradykinesia, resting tumor 등의 Sx를 보인다.

- VTA는 도파민답게 가치판단을 통한 보상회로 역할을 한다. 니코틴에 의해 활성이 증가하고, 중독에 관여한다. 과다 시에 중독, schizophrenia(조현병) 걸린다. 변연계와 연결되어 있으며, cocaine과 amphetamine에 의해 dopamine reuptake 저해된다. 먹을 것을 찾는 행동에도 관여한다.

 

cholinergic basal forebrain & brain stem complexes

- basal forebrain은 각성, 주의, 학습과 기억을 담당한다. 퇴화하면 치매가 온다.

- brainstem complex는 시상의 정보를 filtering하여 수면 중의 온갖 감각이 대뇌로 올라가는 것을 막으므로 퇴화하면 수면장애, 알츠하이머병이 온다.

 

hypothalamus&feeding

- VMH=satiety center(ventromedial hypothalamus는 포만중추를 담당한다.) bilateral lesion 시에 만족을 모르고 계속 먹으므로 hyperphagia에 의한 비만 유발한다.

  암기 : VM=ㅂㅁ=보만(포만)중추 ~> 손상 시에 비만이다. 포만 신호가 안 오니까 멈추는 법을 모르고 계속 먹는 토끼가 되기 때문이다. 반면 LH는 그 반대이므로 계속 먹게 하는 feeding center다.

- LH=feeding/hunger center(lateral hypothalamus는 섭식중추) bilateral lesion 시에 반대로 밥을 안 먹으므로 anorexia(신경성 식욕부진, 거식증)로 기아 상태가 된다. 자극하면 계속 밥을 먹는다.

  * lipostatic hypothesis : 뇌가 fat을 모니터링해서 항상성을 유지하여 몸무게를 유지한다.

 

effects of increased leptin levels in the hypothalamus

렙틴 증가 : +니까 P가 2개다.(POMC, PVN) PC방 가면 플러스 알파로 신나고(교감) 호르몬 증가해서 살 빠진다.(catabolism)
1. 렙틴이 ARC(arcuate nucleus)의 POMC/CART를 자극해서 alpha-MSH/CART를 분비한다.

2. MC4r에 가서 붙으면, PVN 활성 교감 / LH 억제(MCH,Orexin억제)

   * LH의 주로 orexin/일부 MCH는 혈중 렙틴의 양을 cortex에 알려준다.

  암기 : 국민MC로 유명한 MC4는 사실 인성이 좋지 않다. LH를 억제한다. LH에는 민경호(MCH)가 있다. 민경호는 알파-민성호(식욕억제)에 의해 억제된다. ~> 정보를 조합하면 MC4는 알파-민성호와 친하다.

 

그로 인해 발생하는 integrated response : HVS(한 ㅂㅅ)

1. Humoral response(체액성) : PVN 자극 ~> TRH, CRH 분비 활성 ~> tyroxine, cortisol 분비 ~> 대사 활성

2. Visceromotor response(내장운동성) : 교감신경 자극 ~> lipolysis, thermogenesis 증가하여 에너지 소모

3. Somatic motor response(체성운동성) : lateral hypothalamus 억제 ~> 먹기 위한 동기부여 감소

  암기 : 인과관계를 섞어서 외운다. 렙틴 증가하면 살이 빠져야 한다. 살은 catabolism에 의한 대사로 빠질 것이다. 왜 대사가 활발해졌을까? 티록신과 cortisol 분비 활발해지고, 교감신경 때문이다. 밥은 안 먹어야 하니까 feeding center(lateral hypothalamus) 닫아야한다.

 

effects of decreased leptin levels in the hypothalamus

렙틴 감소 : -니까 NA/LH려감 나(NA) LH려가서 MOlly 스콘먹고 살쪄서 축 쳐진다.(부교감)
arcuate neuron의 NPY/AgRP ~> LH의 MC4r 억제 -> PVN 억제 부교감 LH 활성 (MCH, Orexin 증가)
지방에서 렙틴 분비하는데, 지방이 줄어들면 렙틴도 감소한다.

 

1. Humoral response(체액성) : TRH, CRH 분비 저하 ~> 대사 감소

2. Visceromotor response(내장운동성) : 부교감신경 자극 ~> digestion/absorption 촉진

3. Somatic motor response(체성운동성) : orexigenic peptides(식욕 유발)인 NPY/AgRP 자극 ~> 섭식 행동 증가

  * 식욕억제 펩타이드는 alpha-MSH, CART(알파남 민성호가 카트를 끌고 다니면서 다른 사람들이 밥을 먹지 못하도록 통제하는(식욕 억제) 모습 상상)이다. / 식욕촉진 펩타이드는 NPY, AgRP(남편 와이셔츠NPY를 아주 괴로피는AgRP 아내가 남편에게 밥을 차려주며 식욕 촉진하는 모습 상상)이다. / 알파남 민성호는 이름이 비슷한 민경호(MCH)와 orexin을 억제한다. 아내는 그 반대다.

 

short-term regulation of feeding

식욕 촉진 : ghrelin(위에서 분비), dopamine

  * orexigenic peptide와 유사한 작용을 한다. 이쪽은 NPY, AgRP, MCH, orexin이 있다.

  암기 : 그래도 먹는다 ~> 그렐린, 도파민

식욕 억제 : gastric distension, CCK, insulin, serotonin