시냅스 간극은 무엇인가?

시냅스는 두 개의 뉴런이 서로 정보를 전달하기 위해 연결되는 곳이다. 하지만 시냅스의 신경이 다른 신경을 직접 건드리지는 않는다. 시냅스 사이에 존재하는 간극에서 정보 교환이 이루어진다. 시냅스 간극은 무엇이며 무슨 일이 일어나는가? 또한 어떻게 작동하는가?

시냅스 간극은 무슨 역할을 하는가?

화학적 시냅스의 과정에서 정보를 전달하는 뉴런은 신경전달물질을 방출한다. 이는 시냅스 축의 단자를 통해, 시냅스의 간극으로부터 방출된다. 이후 각 신경전달물질에 대한 특정 수용체를 가진 수신 뉴런(시냅스 후부)은 수상돌기에 의해 정보를 수신하는 역할을 한다.

전자 현미경을 뉴런은 서로 건드리지 않는다는 것, 그리고 신경전달물질을 방출하는 것은 시냅스 간극이라는 것을 발견하게 해준다. 각각의 신경전달물질은 신경계 기능에 영향을 미친다.

시냅스 간극은 무엇인가: 화학 시냅스

주로 두 가지 전기 시냅스와 화학 시냅스가 존재한다. 시냅스 전부의 간극은 후부의 간극보다 월등히 크다. 그래서 후부가 시냅스 간극이라 불린다. 이 간격의 주요 특징은 시냅스 소포라 불리는 막으로 둘러싸인 기관지가 시냅스 전부 축 터미널 안에 존재한다는 것이다.

화학 시냅스는 신경전달물질이 시냅스 간극에 방출될 때 발생한다. 이는 탈분극화 혹은 과분극화를 일으키며 후두엽 막에 작용한다. 전기 시냅스와 비교하여 화학 시냅스는 우리가 경험하는 사건에 반응하는 신호를 바꿀 수 있다.

시냅스 전부 축 터미널의 소포는 신경전달물질을 저장한다. 활동할 수 있는 잠재력이 터미널에 도달해 탈분극화되면 칼슘 채널이 열린다. 이는 세포질을 침투하여 화학 반응을 일으켜 소포가 신경전달물질을 배출하게끔 한다.

소포는 소통하는 뉴런 사이에 전달자 역할을 하는 신경전달물질로 가득하다. 신경계에서 가장 중요한 신경전달물질 중 하나는 아세틸콜린이다. 이는 심장의 기능을 조절하고 중추신경계와 말초신경계의 후두엽 표적에도 작용한다.

신경전달물질의 특성

우리는 모든 뉴런이 오직 하나의 특정 신경전달물질을 합성하거나 방출할 수 있다고 믿었다. 하지만 오늘날에는 모든 뉴런이 둘 또는 그 이상을 방출한다는 것을 알고 있다. 물질이 신경전달물질로 간주되려면 다음 요건을 충족해야 한다. 

• 신경전달물질은 소포에 포함된 시냅스 전부 축 터미널에 존재해야 한다.
• 물질을 합성하기에 충분한 효소가 세포 안에 존재해야 한다.
• 신경전달물질은 특정 신경 자극이 축 터미널에 도달할 때 방출되어야 한다.
• 시냅스 후부막에는 수용체와 친화력이 큰 수용체가 존재해야 한다.
• 신경전달물질이 사후 잠재력에 변화를 일으켜야 한다.
• 비활성화 메커니즘이 시냅시스나 그 주위에 존재해야 한다.
• 신경전달물질은 시냅스의 모방원칙을 반드시 충족시켜야 한다. 어떤 물질의 외부적 적용에 있어 신경전달물질의 작용을 재현할 수 있어야 한다.

신경전달물질은 수용체와 상호작용함으로써 목표물에 영향을 미친다. 리간드는 수용체를 결합하는 물질로 세 가지 효과를 지닌다.

• 작용 물질: 수용체의 정상적 반응을 시작하게 한다.
• 길항 작용: 이는 리간드를 활성화시키지 않기 위해 수용체에 결합하는 리간드이다. 또한 다른 리간드가 활성화하는 것을 막아준다.
• 역작용제: 수용체에 결합하고 정상 기능과 반대되는 효과를 낸다.

어떤 종류의 신경전달물질이 존재할까?

뇌에서 대부분의 시냅스 통신은 두 개의 송신 물질을 사용하여 이루어진다. 첫 번째는 흥분 효과를 내는 글루타메이트, 두 번째는 억제 효과가 있는 감마아미노 낙산이다. 일반적으로 나머지 송신기는 변조기 역할을 한다. 즉, 물질이 방출될 때 특정 뇌 기능에 관련된 회로를 활성화하거나 억제한다.

각 신경전달물질은 시냅스 간극에 방출될 때 적어도 한 가지 기능을 한다. 이는 특정 수용체에 결합하고, 다른 신경전달물질에 영향을 미치거나 다른 물질의 영향을 억제하거나 강화시킨다. 과학자들은 100가지 이상의 각기 다른 신경전달물질을 발견했다. 다음은 가장 잘 알려진 것들 중 일부이다.

• 아세틸콜린: 우리의 수면 단계를 배우고 조절하는 것과 관련이 있다.
• 세로토닌: 수면, 기분, 감정, 음식 섭취 그리고 고통과 관련이 있다.
• 도파민: 움직임, 주의, 학습 감정에 관여한다. 또한 모터 제어도 조절한다.
• 에피네프린과 아드레날린: 부신이 분비될 때 이들은 호르몬이 된다.
• 노레피네프린, 노르아드레날린: 이 물질의 방출은 주의력과 집중력을 향상시킨다. 이는 뇌의 감정 반응에 영향을 미친다.

시냅스와 약물

신경전달물질이 뉴런 수용체에 영향을 미치며 시냅스 간극에 방출되는 것 외에도 유사한 반응을 만들어내는 외부 화학적 물질들이 존재한다.

‘외부 물질’이라는 것은 우리 몸 밖에서 나온 약물과 같은 물질들을 의미한다. 이들은 작용제 혹은 항작용제 효과를 일으킨다. 또한 화학적 시냅스의 다른 면에도 영향을 미친다.

• 일부 물질은 신경전달물질의 합성에 영향을 미친다. 물질이 첫 합성 단계에 있을 때 생산 속도를 증가시키기 위해 전구체를 추가하는 것이 가능하다. 그 역할을 하는 것 중 하나는 도파민 작용제인 엘도파(L-dopa)라는 것이다.
• 다른 물질은 신경전달물질의 방출과 저장에 영향을 미친다. 예를 들어 레서핀이라는 물질은 시냅스 소포의 모노아민 저장 장치를 차단한다. 즉 단일 길항제 역할을 하는 것이다.
• 이 물질들은 또한 수영체에 영향을 미칠 수 있다. 어떤 물질은 수용체를 활성화하거나 차단하기 위해 결합하기도 한다.
• 일부는 송신 물질의 재흡수 또는 저하에 영향을 미친다. 일부 외부 물질은 코카인과 같이 시냅스 간극에 전달 물질이 존재하는 것을 연장시킬 수 있다. 또한 이는 노아드레날린의 재흡수를 지연시킨다.

어떤 약으로 반복적으로 치료를 받으면, 약물 효과가 떨어질 수 있다. 이를 내성이라 부른다. 내성이 생기면 약물의 사용을 늘려야 하고, 이는 약물 남용의 위험을 증가시킬 수 있다. 따라서 약물의 효과를 감소시키고, 약물 사용을 멈추어야 할 수도 있다.

보시다시피 우리 몸에 다양한 영향을 주는 신경전달물질의 방출로 인해 시냅스 간극에는 시냅스 전후부 세포 사이의 교환이 일어난다. 또한 다양한 약물이 이 복잡한 메커니즘을 조작하거나 변경할 수 있다.