척수
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1. 개요
척수는 뇌와 말초 신경을 연결하는 중추 신경계의 일부로, 척추관 내에 위치하며 뇌에서 내려오는 운동 신경과 말초에서 올라오는 감각 신경이 모이는 곳이다. 발생 과정에서 신경관에서 유래하며, 척추뼈의 성장 속도와 척수의 성장 속도 차이로 인해 성인의 척수는 제1요추 부위까지 위치한다. 척수는 척추뼈, 뇌막, 뇌척수액으로 보호받으며, 척수 신경, 상행 및 하행 신경로를 통해 정보를 전달한다. 척수는 횡단면에서 회색질과 백색질로 구성되며, 다양한 신경로를 통해 신체 각 부위의 운동 및 감각 기능을 조절한다. 척수 손상은 외상이나 질병으로 인해 발생할 수 있으며, 마비, 감각 소실 등 심각한 신경학적 문제를 일으킬 수 있다.
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| 척수 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| 라틴어 | medulla spinalis |
| 계통 | 신경계 |
| 부분 | 중추신경계 |
| 동맥 | 척수 동맥 |
| 정맥 | 척수 정맥 |
| 세부 정보 | |
| 길이 | 45 cm (남성), 43 cm (여성) |
| 직경 | 1/2 인치 (13mm) |
| 직경 (최소) | 1/4 인치 (6.4mm) |
2. 발생과 성장
척수는 발생 초기에 척주관(연골성)과 같은 길이를 가지며, 척수에서 나온 신경은 같은 높이의 추간공에서 밖으로 나온다. 하지만 척수는 조기에 성장하여 정지하는 반면, 등뼈는 성인이 될 때까지 성장을 계속하기 때문에 척수와 척추의 성장 속도는 다르다.[6] 완성된 상태에서 척수는 제1요추 부분까지 위로 당겨진 형태가 되며, 아래쪽 추간공에서 나오는 신경은 척수에서 나온 뒤 척주관 속을 다발져 아래로 내려가 정해진 추간공에 도달한 곳에서 밖으로 나온다. 제1요추 아래 척주관 속에서 다발을 이루어 존재하는 신경 섬유군을 말총이라고 한다. 이 말총은 종사들에 의해 구성된다. 종사는 척수 경막과 함께 미골인대를 구성하여 척수가 위로 이동하는 것을 방지해준다. 이 밖에 척수 연막, 지주막, 경막이 추간공을 빠져나오는 척수신경에 붙어 치상인대를 구성하는데 이 또한 척수의 이동을 방지한다. 또한 경막은 후두공에 붙어 척수가 아래로 이동하는 것을 막아준다.[7]
척수는 원뿔이라는 부위에서 끝나고, 연질막은 종말끈이라는 연장선으로 계속되어 척수를 미골에 고정한다. 마미(말의 꼬리)는 척수가 원뿔 아래에 있는 신경의 집합으로, 척추를 통해 미골까지 계속 이동한다. 마미는 척추가 성인이 될 때까지 계속 길어지지만 척수는 약 4세에 길이 성장을 멈추기 때문에 형성된다. 이로 인해 천추 척수 신경이 상부 요추 부위에서 시작된다. 이러한 이유로 척수는 척추관의 3분의 2만 차지한다. 척추관의 하부에는 뇌척수액이 채워져 있으며, 이 공간을 요추강이라 한다.[8]
척수는 발생 과정에서 신경관의 일부로 만들어진다. 신경관에서 척수가 발생하는 단계는 신경판, 신경주름, 신경관, 척수의 네 단계가 있다. 신경 분화는 신경관의 척수 부분 내에서 일어난다.[13] 신경관이 발달하기 시작하면 척삭이 소닉 헤지호그(SHH)라는 인자를 분비하기 시작한다. 그 결과, 바닥판도 SHH를 분비하기 시작하며, 이는 기저판이 운동 신경을 발달시키도록 유도한다. 신경관이 성숙하는 동안, 측벽이 두꺼워지고 경계구라는 종축 홈을 형성한다. 이것은 척수의 길이를 따라 등쪽과 배쪽 부분으로 확장된다.[14] 한편, 덮고 있는 외배엽은 뼈형성 단백질(BMP)을 분비한다. 이는 지붕판이 BMP를 분비하도록 유도하며, 이는 날개판이 감각 신경을 발달시키도록 유도한다. BMP 및 SHH와 같은 형태 발생소의 반대 구배는 등쪽-배쪽 축을 따라 분열하는 세포의 서로 다른 영역을 형성한다.[15] 등쪽 신경절 신경은 신경 능선 전구세포로부터 분화된다. 등쪽 및 배쪽 기둥 세포가 증식함에 따라 신경관의 내강이 좁아져 척수의 작은 중심관을 형성한다.[16] 날개판과 기저판은 경계구에 의해 분리된다.
또한, 바닥판은 네트린도 분비한다. 네트린은 날개판에서 통증 및 온도 감각 신경의 교차를 유도하는 화학적 유인 물질로 작용하여 앞쪽 백색 연합을 가로질러 올라가 시상을 향하게 된다. 꼬리 신경공이 닫히고 맥락얼기 조직을 포함하는 뇌의 뇌실이 형성된 후, 꼬리 척수의 중심관은 뇌척수액으로 채워진다.
빅토르 함부르거와 리타 레비-몬탈치니가 병아리 배아에서 수행한 초기 연구 결과는 프로그램된 세포 사멸에 의한 신경 세포 제거가 신경계의 정확한 조립에 필수적이라는 것을 보여주는 더 최근의 연구를 통해 확인되었다.[17]
전반적으로, 자발적인 배아 활동은 신경 및 근육 발달에 역할을 하는 것으로 나타났지만, 척수 신경 사이의 초기 연결 형성에 관여하지 않을 가능성이 높다.
| 종 | 경추 | 흉추 | 요추 | 천추 | 꼬리/미골 | 총계 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 개 | 8 | 13 | 7 | 3 | 5 | 36 |
| 고양이 | 8 | 13 | 7 | 3 | 5 | 36 |
| 소 | 8 | 13 | 6 | 5 | 5 | 37 |
| 말 | 8 | 18 | 6 | 5 | 5 | 42 |
| 돼지 | 8 | 15/14 | 6/7 | 4 | 5 | 38 |
| 인간 | 8 | 12 | 5 | 5 | 1 | 31 |
| 쥐[10] | 8 | 13 | 6 | 4 | 3 | 35 |
척수는 뇌와 말초신경 사이에서 다리 역할을 하는 신경계로, 운동 및 감각 신경이 모두 모여 있다. 뇌에서 내려오는 운동신경은 사지 근육의 운동 기능을 담당하고, 말단 감각 수용기에서 올라가는 감각신경은 몸 전체(얼굴 제외)의 감각을 담당한다. 또한, 방광 및 항문 조임근 조절 등 일부 자율신경 기능도 담당한다.[30]
척수는 척추골이 이루는 척추관 안에 들어 있으며, 어른에서는 요추 1번째 혹은 2번째 위치까지 분포되어 있다.[3][4] 이는 척수의 생후 성장은 일어나지 않는 데 반해 척추골만 성장하기 때문이다. 척수는 척추골의 단단한 뼈로 이루어진 관내에 위치하고 3층의 뇌막(경막/지주막/연막)으로 보호되어 해부학적으로 외부 손상을 받지 않도록 되어 있다. 연막과 지주막 사이에는 지주막하강이라는 공간이 있다.
3. 척수의 기능
척수는 많은 반사를 조정하는 중추이며, 독립적으로 반사를 제어하는 반사궁을 포함한다.[1] 또한, 중추 패턴 발생기라고 불리는 신경 회로를 구성하는 척수사이신경세포 집단의 위치로, 걷기와 같은 리듬 운동의 운동 지침을 제어한다.[2]
체성 감각 신경계에는 뒤섬유-안쪽 섬유띠 경로(촉각 · 고유 수용 감각(위치 감각과 진동 감각) 전달)와 척수시상로(온통각 (온도 감각과 통각) 전달)의 두 가지 전도로가 있다. 두 전도로 모두 감각 수용체에서 대뇌 피질로 정보가 전달되기까지 3종류의 뉴런(1차, 2차, 3차 뉴런)이 관여한다.
촉각 · 고유 수용 감각 경로 (뒤섬유-안쪽 섬유띠 경로)| 뉴런 종류 | 위치 및 역할 |
| --------- | ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| 1차 뉴런 | 척수 후근 신경절에 세포체가 있으며, 말초 감각 수용체와 척수 양쪽에 축삭을 뻗는다. 척수에 들어가면 동측 뒤섬유를 상행한다. 제6흉수 이하 뉴런은 엷은다발, 그 위 뉴런은 쐐기다발을 통과한다. 연수에서 엷은다발핵, 쐐기다발핵에서 시냅스를 형성한다. |
| 2차 뉴런 | 연수에서 교차하여 안쪽 섬유띠를 형성, 시상의 뒤가쪽 배쪽핵 (VPL 핵)에서 3차 뉴런과 시냅스를 형성한다. |
| 3차 뉴런 | 시상에서 대뇌 속섬유막 뒤다리를 지나 두정엽 중심 후회(브로드만 영역 3, 1, 2영역) 감각 야에 이른다. |
온통각 전도로 (척수시상로)| 뉴런 종류 | 위치 및 역할 |
| --------- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| 1차 뉴런 | 척수에서 1-2수절 상행/하행 후 후각 교양질에서 시냅스 형성 (이 경로를 뒤가쪽로 또는 리사우어 경로라고 함). |
| 2차 뉴런 | 대측 교차 후 척수 앞가쪽을 시상까지 상행 (앞척수시상로는 촉각, 가쪽척수시상로는 온통각 전달). 앞가쪽계라고도 불림. 시상 뒤가쪽 배쪽핵 (VPL 핵)에서 3차 뉴런과 시냅스 형성. 뇌간 그물체에도 축삭을 뻗어 척수 그물체로를 형성, 해마, 시상 정중 중심핵 등 다양한 곳에 투사. 중뇌 중심 회백질에도 투사하여 통각 억제 (부의 피드백). |
| 3차 뉴런 | 속섬유막 뒤다리를 지나 두정엽 중심 후회 (브로드만 영역 3, 1, 2영역) 감각 야에 투사. |
thumb, 적핵척수 경로, 전 피질척수 경로 등이 있다.]]
상위 운동 뉴런은 대뇌 피질 및 뇌간 신경핵에서 피질척수 경로를 통해 입력된다. 브로드만 뇌 지도 4영역(일차 운동영역), 6영역(전운동영역), 1-3영역(체성감각영역), 5영역(두정엽 체성감각 연합영역)에서 시작하여[26][27] 내포, 대뇌각, 교, 연수 추체를 거친다. 운동 뉴런 축삭의 약 85%는 반대측 교차 후 척수 외측 피질척수 경로 하행, 약 15%는 동측 전 피질척수 경로 하행. 중심전회 제V층 베츠 세포에서 시작하는 상위 운동 뉴런은 소수이며, 사람 외 영장류에서는 60% 이상이 전운동영역에서 시작.[28]
뇌간에서는 적핵척수 경로(중뇌 적핵), 전정척수 경로(교연수 경계 외측 전정핵), 개정척수 경로(중뇌 상구), 망상체척수 경로(교 및 연수 망상체)의 4개 운동 전도로가 상위 운동 뉴런을 낸다. 적핵척수 경로는 측삭, 나머지는 전삭 하행.
하위 운동 뉴런 기능은 외측/전 피질척수 경로에 따라 다르다.
| 경로 | 상위 운동 뉴런 축삭 | 하위 운동 뉴런 | 지배 근육 |
| ----------------- | --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------- |
| 외측 피질척수 경로 | 척수 전각 배외측 (DL) 하위 운동 뉴런과 시냅스 형성. | 경수 및 요수 팽대 회백질에만 존재. | 사지 원위부 정교한 운동 |
| 전 피질척수 경로 | 동측 척수 전삭 하행, 동측 척수 전각 복내측 (VM) 하위 운동 뉴런과 시냅스, 또는 백색 전교련에서 반대측 교차 후 VM 하위 운동 뉴런과 시냅스. 뇌간 시작 경로도 동측 전삭 하행, 교차 없이 동측 VM 뉴런과 시냅스. | 척수 모든 상위 전각에서 관찰 가능. | 체간 큰 자세 근육 (척주 기립근 등) |
고유 감각 정보는 소뇌에도 전달되며, 경로는 세 가지이다.
| 경로 | 1차 뉴런 | 2차 뉴런 |
| ------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- |
| 복측 척수소뇌로 (전척수소뇌로) | 제2요추 이하. 척수 후근 신경절에 신경 세포체 존재. | 척수 전각 변연 척수 경계 세포에 신경 세포체 존재.[29] 교차 후 반대측 측삭 전외측 변연 상행, 상소뇌각 통해 소뇌 진입. 많은 신경 섬유는 다시 교차하여 소뇌 벌레 부분 전부에 투사. |
| 배측 척수소뇌로 (후측 척수소뇌로) | 제2요추-제1흉추. 척수 후각 기부 배핵(흉수핵, 클라크핵)과 시냅스 형성. | 교차 없이 동측 척수 측삭 후외측 상행, 하소뇌각 통해 소뇌 진입, 소뇌 벌레 부분 문측부 및 미측부 투사. |
| | 제8경수 이상. 척수 진입 후 후삭 상행, 연수 부쐐기다발핵 (외측 쐐기다발핵)에서 시냅스 형성. | 하소뇌각 통해 소뇌 진입, 동측 소뇌 반구 피질 투사. |
4. 형태와 구조
척수는 위치에 따라 목척수, 가슴/등척수, 다리 척수, 엉치척수, 꼬리척수로 구분된다.
척수의 횡단면은 중앙 부위를 중심으로 회색질, 그 바깥쪽에 백질로 나뉜다. 회백질은 가로단면에서 앞회색질기둥, 뒤회색질기둥, 그리고 두 기둥을 연결하는 회색질 맞교차로 구성된다. 회색질의 양은 각 분절이 지배하는 근육의 양과 비례하며, 신경세포체, 돌기, 아교세포, 혈관으로 구성된다.
앞회색질 기둥의 신경세포들은 안쪽, 중심, 가쪽의 3개 군으로 구분된다. 중심군과 가쪽군은 목분절과 허리엉치분절에만 존재한다. 안쪽군은 대부분의 척수 분절에 존재하며, 몸통 근육을 지배한다.
뒤회색질기둥의 세포군은 아교질, 고유핵, 가슴핵, 내장들신경핵으로 구분한다.
회백질 중에서 앞쪽에 있는 부분은 전주(前柱)라고 하며, 가로무늬근을 지배하는 운동 신경 세포가 있다. 이 세포에는 추체로나 추체 외로를 통해 전해져 온 명령이 모두 들어오며, 이 세포의 돌기는 도중에서 다른 신경과 연락하지 않고 직접 가로무늬근까지 도달한다. 회백질 중에서 뒤쪽 부분은 후주(後柱)라고 하는데, 피부 등에서 온 지각 신경의 축색 돌기가 들어와 일부는 이곳에 있는 신경 세포나 전주 세포로 끝나지만 다른 것은 그대로 뇌쪽으로 올라가 연수(숨뇌)의 핵에 도달한다. 전주와 후주 중간 부분에는 망양체가 있는데, 전주에 가까운 부분에는 교감 신경 세포 집단이 있어 측주(側柱)라고 부르기도 한다. 측주 돌기는 전근(前根) 속에 섞여 척수에서 나와 교감 신경절 또는 기타 신경절에 도달한다. 요팽대 부분에서 약간 아래쪽의 회백질에는 골반 내장을 지배하는 부교감 신경 세포가 존재한다. 그 밖의 회백질에는 같은 높이의 다른 장소 사이를 연락하는 내(內)세포나 돌기를 아래위로 오가며 다른 높이 사이를 연락하는 색(索)세포 등이 있어 복잡한 연락망을 형성하고 있다. 이들 세포는 반사 운동과 특히 밀접한 관계를 갖고 있다. 척수의 백질을 달리는 신경 섬유는 상행성(구심성)인 것과 하행성(원심성)인 것으로 크게 나눌 수 있는데, 이들은 어디서 왔는지, 어디로 가는지에 따라 각기 다발을 지어 백질 속의 정해진 장소를 오간다.
척수의 표층은 신경 섬유 다발로 된 백질로, 내부에 나비가 날개를 펼친 듯한 모양의 회백질(신경 세포 집단)이 있다. 백질은 척수 윗부분에 많고 아랫부분에 적기 때문에 단면으로 보면 백질과 회백질 형태가 높이에 따라 다르다.
| 번호 | 설명 |
|---|---|
| 1 | 중심관 |
| 2 | 뒤정중고랑 |
| 3 | 회색질 |
| 4 | 백색질 |
| 5 | 등쪽 뿌리 (왼쪽), 등쪽 뿌리 신경절 (오른쪽) |
| 6 | 배쪽 뿌리 |
| 7 | 다발 |
| 8 | 앞 척수 동맥 |
| 9 | 거미막 |
| 10 | 경막 |
척수는 남성의 경우 약 45cm, 여성의 경우 약 43cm로 추정된다. 척수는 타원형이며 목과 허리 부위에서 확대된다. C4에서 T1 척추까지 뻗어 있는 목 팽대 부위는 감각 입력이 들어오고 운동 출력이 팔과 몸통으로 가는 곳이다. T10과 L1 사이에 위치한 허리 팽대 부위는 다리에서 들어오고 나가는 감각 입력과 운동 출력을 처리한다.
척수는 숨뇌의 미측 부분과 연결되어 있으며, 두개골 기저부에서 첫 번째 허리 척추의 몸통까지 이어진다. 성인의 경우 척주 전체 길이에 걸쳐 뻗어 있지는 않다. 31개의 분절로 구성되어 있으며, 각 분절에서 감각 신경 뿌리 한 쌍과 운동 신경 뿌리 한 쌍이 분기된다. 그런 다음 신경 뿌리는 양쪽 대칭 쌍의 척수 신경으로 합쳐진다. 말초 신경계는 이러한 척수 뿌리, 신경 및 신경절로 구성된다.
등쪽 뿌리는 구심성 신경 섬유 신경 다발로, 피부, 근육 및 내장 기관에서 뇌로 전달될 감각 정보를 수신한다. 뿌리는 해당 뉴런의 세포체로 구성된 척수후근 신경절에서 끝난다. 배쪽 뿌리는 척수의 배쪽(또는 앞쪽) 회색 뿔에서 세포체가 발견되는 운동 뉴런에서 발생하는 원심성 신경 섬유로 구성된다.[5]
척수(및 뇌)는 수막이라고 하는 세 층의 조직 또는 막으로 보호되며, 이 막이 관을 둘러싸고 있다. 경막은 가장 바깥쪽 층이며, 단단한 보호 코팅을 형성한다. 경막과 척추의 주변 뼈 사이에는 경막외강이라고 하는 공간이 있다. 경막외강에는 지방 조직이 채워져 있으며, 혈관 네트워크가 포함되어 있다. 중간 보호층인 거미막은 열린 거미줄 모양 때문에 이름이 붙여졌다. 거미막과 그 아래의 연막 사이의 공간을 지주막하강이라고 한다. 지주막하강에는 뇌척수액이 들어 있으며, 요추 천자 또는 "척수 천자" 절차를 통해 채취할 수 있다. 가장 안쪽의 보호층인 연약한 연막은 척수의 표면과 밀접하게 관련되어 있다. 척수는 등쪽 및 배쪽 뿌리 사이의 측면에서 감싸는 연막에서 뻗어 나오는 연결 치상 인대에 의해 경막 내에서 안정화된다. 경막 주머니는 두 번째 엉치뼈 척추의 척추 수준에서 끝난다.
단면에서 척수의 주변 부위에는 감각 신경 및 운동 신경 축삭을 포함하는 신경 백색질 경로가 있다. 이 주변 부위 내부에 있는 회색질에는 이 부위에 나비 모양을 부여하는 세 개의 회색 기둥에 배열된 신경 세포체가 포함되어 있다. 이 중심 부위는 중심관을 둘러싸고 있으며, 이 관은 넷째 뇌실의 연장부이며 뇌척수액을 포함한다.
척수는 단면에서 타원형이며, 뒤쪽으로 압축되어 있다. 두 개의 눈에 띄는 고랑 또는 열구가 그 길이를 따라 이어진다. 척수의 뒤 정중 고랑은 등쪽 측면의 고랑이고, 척수의 앞 정중 열은 배쪽 측면의 고랑이다.
척수는 두 영역에서 팽대된다.
- 경수 팽대 - 상지를 지배하는 상완 신경총 신경에 해당하며, 대략 C4부터 T1까지의 척수 분절을 포함한다. 팽대의 척추 수준은 거의 동일하다(C4에서 T1까지).
- 요수 팽대 - 하지를 지배하는 요천추 신경총 신경에 해당하며, L2에서 S3까지의 척수 분절로 구성되며, T9에서 T12의 척추 수준에서 발견된다.
척수의 단면은 세로로 뻗은 신경 세포로 구성된 백질이 신경핵 (신경 세포체의 집합)인 회백질을 둘러싸는 구조이다. 반대로 뇌에서는 회백질이 백질을 둘러싸는 구조이다. 중앙에는 제4뇌실의 연속인 중심관이 보이며, 뇌척수액으로 채워져 있다. 회백질 부분은 전각, 측각, 후각으로 나뉘며, 뇌에서 내려온 운동과 관련된 신경은 척수 전각에서 운동 뉴런과 시냅스를 형성하여 연결된다. 이 연결 지점은 상지 및 하지로 향하는 뉴런이 나올 때 많아지며, 경부에는 경수 팽대, 요부에는 요수 팽대 부위가 육안으로도 관찰할 수 있다.
회백질은 존재하는 신경 세포의 성질에 따라 분류된다. 전각에는 원심성 신경의 세포체가 있으며, 뇌에서 내려온 운동과 관련된 신경은 척수 전각에서 하위 운동 뉴런과 시냅스를 형성하여 연결된다. 후각에는 말초에서 들어오는 구심성 신경과 시냅스를 형성하는 신경 세포체가 있다. 또한 '''요수·흉수에만''' 측각이 있으며, 이곳에는 교감 신경의 신경 세포체가 있다. 회백질은 또한 조직학적으로 여러 부분으로 분류된다. 다양한 분류 방법이 있지만, 가장 널리 사용되는 것은 렉세드의 층 분류이다. 렉세드는 고양이의 척수를 사용하여 회백질을 I에서 X까지 10개의 층으로 분류했다.[23][24][25]
백질은 크게 전삭, 측삭, 후삭으로 나뉜다. 각각, 전삭은 전근 사이, 측삭은 전근과 후근 사이, 후삭은 후근 사이에 대략 해당한다. 전삭에는 상행로로 전척수시상로, 하행로로 내측세로다발, 전피질척수로, 개개척수로, 교뇌망상체척수로, 전정척수로, 연수망상체척수로가 있다. 측삭에는 상행로로 척수개개로, 척수올리브로, 외측척수시상로, 전척수소뇌로, 후척수소뇌로가, 하행로로 적핵척수로, 외측피질척수로가 있다. 후삭에는 상행로로 박삭, 설상속이, 하행로로 반원속, 중간연속이 있다. 또한, 전삭, 측삭, 후삭의 어느 부분에서도, 회백질과 접한 부위는 척수 내의 상하 연락을 수행하는 신경 섬유가 지나는 부분으로, 이곳을 고유속이라고 한다.
5. 척수 신경
척수에서 나온 앞가지와 뒷가지의 신경 섬유는 합쳐져 척수 신경이 되어 척추 사이 구멍(추간공)으로 들어간다. 척추 사이 구멍에서 나오자마자 굵은 앞가지와 가느다란 뒷가지로 갈라진다. 뒷가지는 고유 등 근육(배근)과 등의 피부에만 분포한다. 척수 신경 역시 위치에 따라 목신경, 가슴/등신경, 허리 신경, 엉치신경, 꼬리신경으로 구분된다.[6]
사람의 척수에는 31개의 척수 신경 분절이 있으며 다음과 같이 분류된다.
- 8쌍의 경추 신경(C1–C8): 숨쉬기, 심박수, 머리, 목, 어깨, 팔꿈치, 손, 손가락의 움직임.
- 12쌍의 흉추 신경(T1–T12): 교감 신경 활성도.
- 5쌍의 요추 신경(L1–L5): 생식기, 엉덩이, 무릎, 발, 다리.
- 5쌍의 천추 신경(S1–S5): 생식기, 창자, 방광.
- 1쌍의 미추 신경
제1경추 신경은 후두골과 제1경추(환추) 사이에서, 제2경추 신경 이하는 각각 하나 위의 고위 경추 아래(추간공)에서 나온다. 단, 제1경수와 미수에서는 뒷가지 신경근이 없고 운동 신경근만 나온다.[7]
상완 신경총은 팔로 가는 신경(근피신경, 정중 신경, 척골 신경, 요골 신경) 등을 내보내고, 요천골 신경총은 다리로 가는 신경(좌골 신경, 대퇴 신경, 폐쇄 신경)이나 골반부로 가는 신경 등을 내보낸다.
| 종 | 경추 | 흉추 | 요추 | 천추 | 꼬리/미골 | 총계 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 개 | 8 | 13 | 7 | 3 | 5 | 36 |
| 고양이 | 8 | 13 | 7 | 3 | 5 | 36 |
| 소 | 8 | 13 | 6 | 5 | 5 | 37 |
| 말 | 8 | 18 | 6 | 5 | 5 | 42 |
| 돼지 | 8 | 15/14 | 6/7 | 4 | 5 | 38 |
| 인간 | 8 | 12 | 5 | 5 | 1 | 31 |
| 쥐[10] | 8 | 13 | 6 | 4 | 3 | 35 |
6. 척수의 신경로
중추신경계에서 정보 전달은 신경로를 통해 이루어진다. 신경로는 같은 기능을 하는 신경세포의 축삭 다발로, 시냅스로 이어진 여러 신경세포 사슬로 구성된다. 하나의 신경로 내에서 여러 신경세포가 시냅스로 연결될 때, 첫 번째 신경세포를 일차신경원, 다음을 이차, 그 다음을 삼차신경원이라고 한다.
척수는 뇌와 정보를 주고받는 역할을 하며, 상행 및 하행 척수 신경로를 통해 이를 수행한다. 척수에는 뇌로 체감각 정보를 전달하는 상행신경로와, 뇌에서 받은 운동 정보를 신체의 각 부분으로 전달하는 하행신경로가 있다.[19]
6. 1. 상행로 (Ascending Tracts)
상행로는 자극을 척수에서 뇌로 전달하며, 주로 날개층판, 뒤섬유단, 가쪽 섬유단에 위치한다. 크게 신체 외부에서 오는 통증, 온도, 접촉 등의 외부수용정보와, 근육이나 관절 등 몸 내부에서 유래하는 고유수용성감각(proprioceptive information)으로 나뉜다.[18]
척수에는 두 가지 주요 상행 체감각 경로가 있다. 뒤섬유 기둥-안쪽 섬유 띠 경로(DCML 경로)와 앞가쪽 계통(ALS)이다.[18]
뒤섬유 기둥-안쪽 섬유 띠 경로 (DCML)이 경로에서 일차 뉴런의 축삭은 척수에 들어가 뒤섬유 기둥으로 들어간다. 흉추 6번(T6) 이하에서 들어오는 축삭은 뒤섬유 기둥의 안쪽 부분인 가냘픈다발에서 이동하고, T6 이상에서 들어오는 축삭은 가냘픈다발 외측의 쐐기다발에서 이동한다. 일차 축삭은 하부 숨뇌로 올라가 해당 다발을 떠나 후주핵(가냘픈핵 또는 쐐기핵)에서 이차 뉴런과 시냅스를 이룬다.
이차 뉴런의 축삭(내궁섬유)은 앞쪽 및 안쪽으로 이동하여 교차한 후 반대쪽의 안쪽 섬유띠로 올라간다. 안쪽 섬유띠의 이차 축삭은 시상의 배쪽뒤가쪽핵(VPLN)에서 삼차 뉴런과 시냅스하고, 삼차 뉴런은 내포의 뒤다리를 통해 일차 감각 피질에서 끝난다.
하지 고유수용성 경로하지의 고유수용성은 상지 및 상부 몸통과 다르며, 4개의 뉴런 경로를 따른다. 이 경로는 처음에 척수소뇌 뒤주 경로를 따른다.
- 고유수용성 수용체 → 말초 과정 → 뒤뿌리 신경절 → 중심 과정 → 클라크 기둥 → 2차 뉴런 → 척수소뇌 → 소뇌
앞가쪽 계통 (ALS)ALS는 주요 뉴런의 축삭이 척수에 들어가 롤란도 젤라틴질에서 시냅스하기 전에 1~2개 레벨을 올라가는 리사우어 다발을 거친다. 시냅스 후, 이차 축삭은 교차하여 척수의 앞가쪽 부분에서 척수시상로로 올라간다. 이 경로는 VPLN까지 올라가 삼차 뉴런에 시냅스하고, 삼차 뉴런의 축삭은 내포 뒤다리를 통해 일차 감각 피질로 이동한다.
ALS의 통증 섬유 중 일부는 VPLN으로 가는 경로에서 벗어나 뇌줄기의 그물 형성체로 이동한다. 그물 형성체는 해마 (통증 기억 형성), 중심중핵 (광범위하고 비특이적인 통증 유발), 겉질의 다양한 부분 등 여러 곳으로 투사된다.
또한, 척수중뇌로의 일부 ALS 축삭은 다리뇌의 수도관주위 회색질로 투사되고, 여기서 다시 통증 신호가 오는 곳으로 투사하여 억제하는 대핵으로 투사된다. 이는 통증 감각을 어느 정도 제어하는 데 도움을 준다.
고유수용성 감각 경로고유수용성 감각 정보는 세 개의 경로를 통해 척수를 따라 이동한다.
- L2 이하: 배쪽 척수소뇌로(앞 척수소뇌로)를 통해 척수를 따라 올라간다. 감각 수용기에서 정보를 받아 척수로 전달하는 1차 신경세포의 세포체는 척수뒤뿌리신경절에 있다. 척수에서 축삭은 시냅스를 형성하고 2차 신경세포의 축삭은 교차한 후 상소뇌각까지 올라가 다시 교차한다. 여기서 정보는 가쪽핵 및 끼워넣은핵을 포함한 소뇌의 심부 핵으로 전달된다.
- L2-T1: 척수에 들어가 동측으로 올라가 클라크핵에서 시냅스를 형성한다. 2차 신경세포의 축삭은 계속 동측으로 올라가 하소뇌각을 통해 소뇌로 들어간다. 이 경로는 등쪽 척수소뇌로라고 알려져 있다.
- T1 이상: 척수에 들어가 곁쐐기핵에 도달할 때까지 동측으로 올라가 시냅스를 형성한다. 2차 축삭은 하소뇌각을 통해 소뇌로 들어가 다시 소뇌 심부 핵에서 시냅스를 형성한다. 이 경로는 쐐기소뇌로라고 알려져 있다.
6. 2. 하행로 (Descending Tracts)
하행로는 자극을 뇌로부터 척수에 전달하며, 보통 바닥판의 앞섬유단과 가쪽 섬유단에 위치한다.- 겉질척수로: 수의적이며 명료하고 숙련된 운동(특히 팔다리의 먼쪽부분)에 관여한다.[19]
- 그물척수로: 앞회색질기둥의 알파, 감마운동신경세포의 작용을 촉진 또는 억제하여 결과적으로 수의적 운동이나 반사작용을 길항한다.
- 덮개척수로: 시작자극에 반응하는 반사적 자세운동에 관여한다. 가쪽회색질기둥의 교감신경세포와 관련된 섬유들은 어둠에 대한 동공확대반사에 관여한다.
- 적색척수로: 앞회색질기둥의 알파운동신경세포와 감마운동신경세포에 모두 작용하여 굽힘근의 작용을 촉진하고 폄근(항중력근)의 작용을 억제한다.
- 안뜰척수로: 앞회색질기둥의 운동신경세포에 작용함으로써 폄근의 작용을 촉진하고 굽힘근의 작용을 억제하여 평형과 관련된 자세 운동에 관여한다.
- 그 밖에 올리브척수로, 내림자율신경섬유 등이 있다.
내림로(Descending tracts)는 운동 정보를 전달한다. 내림로는 상위 운동 신경 세포와 하위 운동 신경 세포라는 두 개의 뉴런을 포함한다.[19] 신경 신호는 상위 운동 신경 세포를 따라 척수에서 하위 운동 신경 세포와 시냅스할 때까지 전달된다. 그런 다음 하위 운동 신경 세포는 신경 신호를 척수 뿌리로 전달하고 원심성 신경 섬유가 운동 신호를 표적 근육으로 전달한다. 내림로는 백질로 구성된다. 여러 가지 기능을 수행하는 여러 내림로가 있다. 피질척수로 (가쪽 및 앞쪽)는 협응된 사지 운동을 담당한다.[19]
피질척수로는 대뇌 피질과 원시 뇌간 운동 핵에서 오는 상위 운동 신경 세포 신호의 운동 경로 역할을 한다. 피질 상위 운동 신경 세포는 브로드만 영역 1, 2, 3, 4, 6에서 기원하여 내포의 뒤다리, 대뇌각, 다리를 거쳐 숨뇌 숨뇌 피라미드로 내려가며, 여기서 약 90%의 축삭이 피라미드 교차 부위에서 반대쪽으로 교차한다. 그런 다음 가쪽 피질척수로로 내려간다. 이 축삭은 척수의 모든 레벨의 배쪽 뿔에서 하위 운동 신경 세포와 시냅스한다. 나머지 10%의 축삭은 동측에 배쪽 피질척수로로 내려간다. 이 축삭은 또한 배쪽 뿔에서 하위 운동 신경 세포와 시냅스한다. 대부분은 시냅스 직전에 척수의 반대쪽으로 교차한다( 앞백색교차를 통해).
중뇌 핵에는 상위 운동 신경 세포 축삭을 척수를 따라 하위 운동 신경 세포로 보내는 4개의 운동로가 있다. 이들은 적색척수로, 전정척수로, 개수척수로 및 그물척수로이다. 적색척수로는 가쪽 피질척수로와 함께 내려가고 나머지 세 개는 앞쪽 피질척수로와 함께 내려간다.
하위 운동 신경 세포의 기능은 두 가지 다른 그룹으로 나눌 수 있다: 가쪽 피질척수로와 앞쪽 피질 척수로. 가쪽로에는 등쪽 가쪽 (DL) 하위 운동 신경 세포와 시냅스하는 상위 운동 신경 세포 축삭이 포함되어 있다. DL 뉴런은 원위 사지 제어에 관여한다. 따라서 이러한 DL 뉴런은 척수 내에서 경추 및 요천추 팽대 부위에서만 특이적으로 발견된다. 숨뇌 피라미드에서 교차 후 가쪽 피질척수로에는 교차가 없다.
앞쪽 피질척수로는 앞쪽 기둥에서 동측으로 내려가며, 축삭이 나타나고 동측 배쪽 중간 (VM) 운동 신경 세포와 시냅스하거나 앞백색교차에서 교차하여 반대측 VM 하위 운동 신경 세포와 시냅스한다. 개수척수, 전정척수 및 그물척수로는 앞쪽 기둥에서 동측으로 내려가지만 앞백색교차를 가로질러 시냅스하지 않는다. 오히려 동측 VM 하위 운동 신경 세포와만 시냅스한다. VM 하위 운동 신경 세포는 축성 골격의 크고 자세를 유지하는 근육을 제어한다. DL과 달리 이러한 하위 운동 신경 세포는 척수 전체에서 배쪽 뿔에 위치한다.
상위 운동 뉴런에 의한 입력은 대뇌 피질 및 뇌간의 신경핵에서 온다. 상위 운동 뉴런은 피질척수 경로라고 불린다. 브로드만의 뇌 지도 4영역(일차 운동영역), 6영역(전운동영역), 1-3영역(체성감각영역) 및 5영역(두정엽 체성감각 연합영역)에서 시작하여[26][27], 내포의 무릎 및 뒤다리를 통과하여 대뇌각, 다리뇌에서 연수의 추체로 이어진다. 여기서 운동 뉴런의 축삭 중 약 85%가 반대측으로 교차하여 척수의 외측 피질척수 경로를 하행한다. 나머지 약 15%의 뉴런은 동측의 전 피질척수 경로를 하행한다. 그 이름과 달리, 중심전회 (일차 운동영역) 제V층의 베츠 세포 (거대 추체 세포)에서 시작하는 상위 운동 뉴런은 수적으로 소수이며, 사람 이외의 영장류에서는 60% 이상의 상위 운동 뉴런이 전운동영역에서 시작하는 것으로 밝혀졌다.[28]
뇌간에서는 4개의 운동 전도로가 상위 운동 뉴런을 낸다. 적핵척수 경로 (중뇌의 적핵에서), 전정척수 경로 (교연수 경계에 있는 외측 전정핵에서), 개정척수 경로 (중뇌의 상구에서), 망상체척수 경로 (다리뇌 및 연수의 망상체에서 각각)의 4가지이다. 적핵척수 경로는 가쪽다발(피질척수 경로의 바로 전방)을, 그 외의 운동로는 앞다발을 하행한다.
하위 운동 뉴런의 기능은 외측 피질척수 경로 및 전 피질척수 경로의 두 가지에서 다르다. 외측 피질척수 경로의 상위 운동 뉴런의 축삭은 척수 앞뿔 중 배외측 (DL) 하위 운동 뉴런과 시냅스를 형성한다. DL 뉴런은 사지 원위부의 정교한 운동을 지배한다. 사지와 관련되므로 DL 뉴런은 척수 중 경수 팽대 및 요수 팽대의 회백질에만 존재한다. 외측 피질척수 경로는 연수 추체에서 교차한 후에는 척수에서는 교차하지 않는다.
한편 전 피질척수 경로의 상위 운동 뉴런은 대뇌 피질과 동측의 척수 앞다발을 하행하고, 그 축삭은 동측의 척수 앞뿔 중 복내측 (VM) 하위 운동 뉴런과 시냅스를 형성하거나, 또는 백색앞맞교차에서 반대측으로 교차한 후, 그 상위의 수절 내에 있는 VM 하위 운동 뉴런과 시냅스를 형성한다. 뇌간에서 시작하는 적핵척수 경로, 개정척수 경로 및 전정척수 경로의 상위 운동 뉴런도 동측의 척수 앞다발을 하행하지만, 이들 뉴런은 교차를 하지 않고, 동측의 척수 앞뿔에 있는 VM 뉴런과 시냅스를 형성한다. VM 하위 운동 뉴런은, 체간의 큰 자세 근육 (척주세움근 등)을 지배한다. VM 하위 운동 뉴런은 DL 뉴런과 달리, 척수의 모든 상위 앞뿔 내에서 볼 수 있다.
7. 척수의 혈액 공급
척수는 뇌에서 시작하여 척추를 따라 뻗어 있는 세 개의 동맥과 척추 측면을 통해 접근하는 많은 동맥에 의해 혈액을 공급받는다. 세 개의 종주 동맥은 전척수동맥과 오른쪽 및 왼쪽의 후척수동맥이다.[11] 이들은 지주막하 공간에서 이동하며 척수로 가지를 보낸다. 이들은 척수의 길이를 따라 다양한 지점에서 척수에 들어가는 전방 및 후방 분절수질동맥을 통해 문합을 형성한다.[11] 이러한 동맥을 통한 실제 혈류는 후방 뇌 순환에서 파생되며 경추 분절을 넘어 척수를 유지하기에는 부적절하다.
경추 부위 아래의 척수 동맥 혈액 공급에 대한 주요 기여는 배쪽 및 복쪽 신경근과 함께 척수로 들어가는 방사형으로 배열된 후방 및 전방 신경근동맥에서 비롯되지만, 한 가지 예외를 제외하고는 세 개의 종주 동맥 중 어느 것과도 직접 연결되지 않는다.[11] 이 늑간 및 요추 신경근 동맥은 대동맥에서 발생하여 주요 문합을 제공하고 척수로의 혈류를 보충한다. 인간의 경우 전방 신경근 동맥 중 가장 큰 동맥은 아담키에비츠 동맥 또는 전방 신경근 대동맥(ARM)으로 알려져 있으며, 일반적으로 L1과 L2 사이에서 발생하지만 T9에서 L5 사이 어디에서든 발생할 수 있다.[12] 이러한 중요한 신경근 동맥을 통한 혈류 손상은, 특히 대동맥류 복구와 같이 대동맥을 통한 혈류의 갑작스러운 중단을 수반하는 수술 절차 중에 발생하면 척수 경색 및 하반신 마비를 초래할 수 있다.
8. 척수 손상
척수 손상은 척추에 가해지는 외상(신장, 타박상, 압력, 절단, 찢어짐 등)으로 인해 발생할 수 있다. 척추뼈 또는 추간판이 부서져 척수가 날카로운 뼈 조각에 의해 뚫릴 수 있다. 일반적으로 척수 손상 환자는 신체의 특정 부위에서 감각을 잃게 된다. 경미한 경우에는 손이나 발의 기능만 상실할 수 있다. 더 심각한 부상은 하반신 마비, 사지 마비 또는 척수 손상 부위 아래의 전신 마비를 초래할 수 있다.
척수 상위 운동 신경 세포 축삭의 손상은 동측 결손의 특징적인 패턴을 초래한다. 여기에는 과반사, 과긴장증 및 근력 약화가 포함된다. 하위 운동 신경 세포 손상은 자체적인 결손 패턴을 초래한다. 결손의 전체 측면보다는 손상으로 인해 영향을 받는 근절과 관련된 패턴이 나타난다. 또한 하위 운동 신경 세포는 근력 약화, 저긴장증, 저반사 및 근육 위축을 특징으로 한다.
척수 쇼크 및 신경성 쇼크는 척수 손상으로 인해 발생할 수 있다. 척수 쇼크는 일반적으로 일시적이며 24~48시간 동안 지속되며 감각 및 운동 기능이 일시적으로 사라진다. 신경성 쇼크는 몇 주 동안 지속되며 손상 부위 아래의 근육 사용 부족으로 인해 근육 톤을 상실할 수 있다.
척수 손상이 가장 흔하게 발생하는 두 부위는 경추 (C1~C7)와 요추 (L1~L5)이다. (C1, C7, L1, L5 표기는 척추의 경추, 흉추 또는 요추 부위에서 특정 척추뼈의 위치를 나타낸다.) 척수 손상은 비외상성일 수도 있으며 질병(횡단 척수염, 소아마비, 이분 척추, 프리드리히 운동실조, 척수 종양, 척추관 협착증 등)으로 인해 발생할 수 있다.[22]
전 세계적으로 인구 백만 명당 약 40~80건의 척수 손상 사례가 발생할 것으로 예상되며, 이 사례의 약 90%는 외상성 사건으로 인해 발생한다.[20]
실제 또는 의심되는 척수 손상은 머리를 포함하여 즉시 고정해야 한다. 손상을 평가하기 위해 스캔이 필요하다. 메틸프레드니솔론 스테로이드가 도움이 될 수 있으며 물리 치료 및 가능하면 항산화제도 도움이 될 수 있다. 치료는 손상 후 세포 사멸 제한, 세포 재생 촉진 및 손실된 세포 대체에 초점을 맞춰야 한다. 재생은 신경 요소에서 전기 전송을 유지함으로써 촉진된다.
9. 임상적 중요성
선천성 질환인 이분척추증은 척수의 일부가 분열되는 질환으로, 보통 위 허리 척추뼈 수준에서 발생한다. 때로는 척추의 길이를 따라 분열이 일어날 수도 있다.
척수 손상은 척추에 가해지는 외상(신장, 타박상, 압력, 절단, 찢어짐 등)으로 인해 발생할 수 있다. 척추뼈 또는 추간판이 부서져 척수가 날카로운 뼈 조각에 의해 뚫릴 수 있다. 척수 손상 환자는 증상의 정도에 따라 손이나 발의 기능만 상실하는 경미한 경우부터, 하반신 마비, 사지 마비, 또는 손상 부위 아래 전신 마비와 같은 심각한 경우까지 다양하게 나타날 수 있다.[22]
척수 상위 운동 신경 세포 축삭 손상은 동측 결손의 특징적인 패턴을 초래하며, 과반사, 과긴장증, 근력 약화 등이 나타난다. 하위 운동 신경 세포 손상은 손상된 근절과 관련된 패턴, 근력 약화, 저긴장증, 저반사, 근육 위축을 특징으로 한다.
척수 쇼크 및 신경성 쇼크는 척수 손상으로 인해 발생할 수 있다. 척수 쇼크는 일시적(24~48시간)으로 감각 및 운동 기능이 사라지는 것이고, 신경성 쇼크는 몇 주 동안 지속되며 손상 부위 아래 근육 톤을 상실하는 것이다.
척수 손상은 경추 (C1~C7)와 요추 (L1~L5)에서 가장 흔하게 발생한다.[22] 척수 손상은 횡단 척수염, 소아마비, 이분 척추, 프리드리히 운동실조, 척수 종양, 척추관 협착증과 같은 질병으로 인해 발생할 수도 있다.[22]
전 세계적으로 인구 백만 명당 약 40~80건의 척수 손상 사례가 발생하며, 이 중 약 90%는 외상성 사건으로 인해 발생한다.[20]
척수 손상이 의심되는 경우 즉시 머리를 포함하여 고정해야 하며, 스캔을 통해 손상을 평가해야 한다. 메틸프레드니솔론 스테로이드, 물리 치료, 항산화제 등이 도움이 될 수 있다. 치료는 손상 후 세포 사멸 제한, 세포 재생 촉진, 손실된 세포 대체에 초점을 맞추며, 신경 요소의 전기 전송 유지를 통해 재생을 촉진한다.
척추관 협착증은 허리 부위에서 디스크 탈출증, 후관절과 황색 인대의 비대, 골극, 척추전방전위증으로 인해 발생한다. 허리 척추관 협착증의 드문 원인으로는 척추 경막외 지방종증이 있으며, 이는 경막외 공간에 과도한 지방이 축적되어 신경근과 척수를 압박하는 질환이다. 경막외 지방은 CT 스캔에서 낮은 밀도로, T2 강조 고속 스핀 에코 MRI 영상에서 고강도로 관찰될 수 있다.[21]
척수 종양은 척수에서 발생할 수 있으며, 경막 안(경막 내) 또는 밖(경막 외)에 위치할 수 있다.
성인의 요추 천자는 척수 손상을 피하기 위해 L3~L5 사이(말총 수준)에서 일반적으로 수행된다.[22]
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