Saltatory conduction 도약전도

Saltatory conduction

도약전도는 어떻게 해서 빨라지는 것일까?

 

1) Voltage-gated sodium channel

 

도약전도를 알기 위해서는 먼저 신경세포인 뉴런의 외부에 존재하는 소듐이 세포내부로 들어오는 통로인 소듐채널(Na+)의 구조부터 알아야 하겠다. 소듐채널은 네개의 도메인으로 구성되어있고 서로 뭉쳐서 가운데 구멍을 형성한다. 그리고 세포막의 안팎의 전위차에 의해 개폐가 조절되는 전압센서가 존재한다. 양전하(+)를 띄는 아미노산 잔기(residue)가 존재하기 때문에 안정막 전위 시에는 전압센서가 세포 막의 안쪽으로 밀리게 되어 채널은 닫히게 된다. 하지만 활동전위가 일어나게 되면 양전위가 유입되고 양전하를 띄는 아미노산 잔기는 세포 바깥쪽으로 밀리게 되어 채널은 열리게 된다. 이런 결과로 연속적인 소듐채널들의 연쇄반응이 활동전위를 축삭(axon)의 끝까지 전달하게 된다.

 

 

 

 

2) 전류는 막을 따라 이동하게된다.

수초가 없는 무수섬유의 경우 위의 경우처럼 축삭의 막을 따라 활동전위가 이동하게 된다. 전류란 전자나 전하의 흐름이다. 이러한 신경세포의 활동전위 전도방식을 통상적으로 전류라고 표현하지만 엄밀히 따지자면 전선에 흐르는 전류와는 대조적이다.

전선의 전류는 전자가 도체에 유입되면서 반대쪽으로 흐르게 되는 것이고 신경세포에서는 이온의 변화가 도미노처럼 전달되는 것이다. 전자를 입자의 형태라한다면 후자는 파동의 형태를 띈다. 처음 소듐채널을 통해서 들어와 다음의 채널로 전달된 양전하는 그 다음 채널, 또 그 다음....의 형태로 전류가 전달된다. 파동의 개념은 도미노와 같은 힘의 전달방식일뿐 물체를 이동시키는 것과는 구별된다.

(Neuroscience 3. Mark F. Bear 외 P94참고)

 

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3) 수초가 축삭을 감싸게 되면 Capacitor가 된다.

활동전위를 전달하는 축삭을 수초(myelin)로 감싸게 되면 어떻게 될까? 활동전위에 의해 소듐채널이 열리고 소듐 양이온이 유입되면 다음 채널을 열어서 전위가 전달되어야 하는데 수초로 절연을 시키면 일정한 전기장내에서 분극을 일으킨다. 축삭의 진행방향쪽의 세포내부는 포타슘(Ka+)의 농도가 높고 소듐의 농도가 적어서 상대적인 음전위를 띄고 있다. 앞쪽에서 1msec간 유입된 소듐양이온은 진행쪽의 양이온을 유입된 양이온전기장의 힘만큼 밀어내어서 전기회로에서의 capacitor 역할을 하게된다. 

다시말하면,소듐채널에 인접한 세포내부는 음이온이,전위진행쪽에는 양이온이 위치하여 분극된다. 그러면 수초가 끊어지는 위치에 있는 소듐채널은 세포내부의 밀려나온 양이온으로 인해 전압센서가 세포바깥쪽으로 밀리게 되어 다시 활동전위가 전달되는 것이다. 수초가 없을 때 소듐채널을 일일이 열고 전달되는 것 보다 일종의 분극을 이용한 축전지(capacitor)방식이 활동전위 전달 속도에서 빠르게 작용한다. 도미노로 친다면 중간에 큰 도미노가 끼어서 넘어지는 속도가 빨라지는 것이라 하겠다. 이렇듯 활동전위가 수초간격을 뛰어넘는다 하여 도약전도라 불리게 되었다.

(축전지에 대해 알아보려면 http://www.rfdh.com/bas_rf/begin/lc.htm 참조)

 

그렇다면 왜 수초로 축삭을 다 감싸지 않을까? 그것은 1msec간 유입된 소듐양이온의 자기장의 범위가 한정되어있기 때문이다. 그래서 일정간격 소듐채널이 있는 란비어 결절을 두는 것이다.

수초가 없어도 축전지(capacitor)역할을 하지 않을까? 분극되기전에 바로 다음의 channel이 열린다. 열려진 채널로 쏟아져 들어오는 소듐양이온이 분극을 방해한다. 구멍난 호스에 물이 새는 것과 비교하기도 한다.

그렇다면 무수섬유는 왜 필요한가? 수초가 있는 섬유는 전도속도는 빠르지만 축삭의 변화를 일으킬 수 없다. 포장을 하고나면 내용물을 변화 시킬 수 없듯이 피복을 입히게 되면 가소성이 떨어지게된다. 실제 전두엽의 경우 수초화가 늦은시기에 완성된다. 많은정보를 통합하고 비교해야하는 전두엽의 경우 나이가 들면서 완성되는 것과 관련있을 것이다.

수초로 축삭을 감싸는 것은 신경섬유 전도 속도를 40배 이상 증가시키고 공간은 2000배가까이 절약한다고 한다.

 

http://blog.daum.net/ssu42th