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자율신경계

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1. 개요

자율신경계는 생명 유지에 필수적인 불수의적 기능을 조절하는 신경계로, 교감신경계와 부교감신경계로 구성된다. 교감신경계는 '투쟁-도피' 반응을 담당하며, 부교감신경계는 '휴식과 소화' 기능을 담당하여 서로 길항적으로 작용한다. 자율신경계는 장신경계를 포함하며, 내장 감각, 신경 분포, 운동 뉴런, 자율신경 반사 등을 통해 신체의 항상성을 유지하는 데 중요한 역할을 한다. 자율신경계의 기능 이상은 자율신경실조증과 같은 다양한 질환을 유발할 수 있으며, 약리학적, 생리학적 연구를 통해 그 기능과 조절 기전이 밝혀지고 있다.

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자율신경계
자율신경계
자율신경계의 신경 분포
명칭
라틴어autonomicum systema nervosum
영어Autonomic nervous system
전구체
계통
계통신경계통
동맥
정맥
신경
림프

2. 구조

자율신경계 모식도. 붉은 선은 교감신경, 푸른 선은 부교감신경을 나타낸다.


자율신경계는 교감신경계부교감신경계로 나뉜다. 교감신경계는 흉추와 요추 부위의 척수에서 시작하여 L2-3 부근에서 끝나며, 부교감신경계는 뇌신경(특히 동안신경, 안면신경, 설인두신경, 미주신경)과 천추(S2-S4) 척수에서 시작하는 뉴런으로 구성되어 '두개천골 유출'이라고 불린다.[1]

자율신경계는 표적 장기를 지배하기 위해 절전 뉴런이 절후 뉴런에 먼저 시냅스해야 하는 순차적인 2개의 뉴런 원심성 경로가 필요하다는 점에서 독특하다.[1] 신경절 이전 뉴런은 "유출"에서 시작하여 신경절 이후 뉴런의 세포체에서 시냅스를 형성하고, 신경절후 뉴런이 표적 기관에서 시냅스를 형성하게 된다.

교감신경과 부교감신경은 서로 길항 작용을 하는 것으로 알려져 있지만, 각각 개별적으로 작동하며 상호작용하는 것으로 이해해야 한다.

장신경계는 소화계의 고유 신경계로, "인체의 두 번째 뇌"라고도 불린다.[19] 1900년대 초 자율성을 인정받았으며, 척수와 비슷한 약 1억 개의 뉴런으로 구성되어 "자체 뇌"라고도 불린다. 장내 신경계는 부교감 신경과 교감 신경을 통해 중추 신경계와 독립적으로 통신할 수 있다.

John Newport Langley는 그레이의 해부학에서 사용되는 용어와 약리학에서의 용어와 다소 다른 용어 사용법을 사용했다. 아래 표는 이러한 용어의 차이를 보여준다.

GrayLangleyMeyer and Gottlieb
교감신경계(Sympathetic nervous system)자율신경계(Autonomic nervous system)식물성신경계(Vegetative nervous system)
두개천골교감신경(Cranio-sacral sympathetics)부교감신경(Parasympathetics)자율신경(Autonomic)
동안교감신경(Oculomotor sympathetics)시개자율신경(Tectal autonomics)두부자율신경(Cranial autonomics)
안면교감신경(Facial sympathetics)연수자율신경(Bulbar autonomics)
설인신경교감신경(Glossopharyngeal sympathetics)
미주신경(Vagal sympathetics)
천골교감신경(Sacral sympathetics)천골자율신경(Sacral autonomics)천골자율신경(Sacral autonomics.)
흉요교감신경(Thoracolumbar sympathetics)교감신경(Sympathetic)교감신경(Sympathetic.)
흉신경(Thoracic autonomic)
장관신경(Enteric)장관신경(Enteric)장관신경(Enteric.)


2. 1. 교감신경계



교감신경계는 자율신경계를 이루는 신경 중 하나로, 흉추와 요추 부위의 척수에서 시작하여 L2-3 주변에서 끝난다. 중추는 척수의 가슴 및 허리 부분의 측각에 있고, 혈관이나 내장에 들어간다.[1]

교감신경계는 "투쟁-도피 반응"을 촉진하며, 각성과 에너지 생성에 관여하고 소화를 억제한다. 주요 기능은 다음과 같다.[1]

  • 위장관(GI)계와 피부로부터 혈관수축을 통해 혈류를 전환한다.
  • 골격근과 폐로의 혈류를 증가시킨다(골격근의 경우 최대 1200% 증가).
  • 순환하는 에피네프린을 통해 폐의 세기관지를 확장하여 더 큰 폐포 산소 교환을 가능하게 한다.
  • 심박수와 심장 세포(심근세포)의 수축력을 증가시켜 골격근으로의 혈류 증가를 돕는다.
  • 동공을 확장하고 수정체의 모양체근을 이완시켜 눈에 더 많은 빛이 들어오게 하고 원거리 시력을 향상시킨다.
  • 심장관상동맥에 대한 혈관확장을 제공한다.
  • 모든 장 괄약근과 요도 괄약근을 수축시킨다.
  • 연동운동을 억제한다.
  • 오르가즘을 자극한다.


이러한 교감신경계의 기능은 운동 시 신체 반응을 통해 잘 나타난다. 교감신경계가 활성화되면 혈관이 수축하고 심박수가 증가하여 혈압이 상승하고 말초 조직의 혈류량이 증가한다. 이에 따라 소화관, 피부로 가는 혈액량은 감소하지만, 골격근으로의 혈액 공급량은 증가한다. 기관지 평활근은 이완되어 기관지 직경이 증가하고, 결과적으로 일회 환기량이 증가하여 가스 교환 효율이 향상된다.[1]

또한, 교감신경계는 에서의 글리코겐 분해와 지방조직에서의 지방 분해를 촉진하여 혈액에 필요한 에너지를 공급한다. 부신 수질 호르몬 분비와 글루카곤 분비를 자극하여 말초 조직으로의 에너지 공급을 촉진한다.[1]

교감신경계의 말초부는 수많은 신경절과 복잡한 신경총으로 구성된다. 이러한 신경절은 흉요부 교감신경섬유에 의해 중추신경계와 연결된다. 흉요부 교감신경섬유는 척수의 회백질 전각의 배외측 영역에서 시작하여 모든 흉추와 위쪽 2~3개의 요추 전근을 통과한다.[1]

교감신경계의 신경절은 중추신경절과 부신경절로 나뉜다. 중추신경절은 척주 양옆에 두 개의 수직적인 열로 배열되어 있으며, 교감신경간을 형성한다. 부신경절은 흉곽, 복부, 골반에 위치한 세 개의 큰 전척추신경총에서 볼 수 있다.[1]

교감신경간은 두개에서 미골까지 뻗어 있으며, 경부, 흉부, 요부, 천골로 분류된다. 각 부위별 신경절의 수는 다음과 같다.[1]

부위신경절 수
경부3개
흉부12개
요부4개
천골4~5개


2. 2. 부교감신경계

부교감신경계는 뇌신경(특히 동안신경, 안면신경, 설인두신경, 미주신경)과 천골(S2-S4) 척수에서 시작되는 뉴런으로 구성되어 '두개천골 유출'이라고 불린다.[1] 부교감신경은 2개의 뉴런으로 구성된 원심성 경로를 가지는데,[1] 신경절 이전 뉴런은 표적 기관에 분포하기 전에 신경절 이후 뉴런과 시냅스를 형성한다.[1]

부교감신경계는 교감신경계와 함께 자율신경계를 이루는 신경으로, 서로 반대 작용을 한다.[3] 교감신경이 촉진되면 억제하고, 신체가 흥분되면 심장의 기능을 억제하며 소화기의 작용을 촉진한다.[3] 부교감신경계는 "휴식과 소화" 반응을 촉진하고, 신경을 진정시켜 정상 기능으로 돌아가게 하며, 소화를 돕는다.[6]

부교감신경계의 기능은 다음과 같다.

  • 위장관으로 가는 혈관을 확장시켜 혈류량을 증가시킨다.[6]
  • 산소 필요량이 감소했을 때 세기관지를 수축시킨다.[6]
  • 미주신경과 흉부 척수부속신경의 심장 가지는 심장(심근)의 부교감 신경 조절을 담당한다.[6]
  • 동공을 수축시키고 모양체근을 수축시켜 조절을 용이하게 하고 근거리 시력을 가능하게 한다.[6]
  • 침샘 분비를 자극하고, 연동운동을 가속화하여 음식물의 소화와 영양소 흡수를 돕는다.[6]
  • 골반 내장신경 2~4를 통해 생식기 조직의 발기를 담당하고, 성적 흥분을 자극한다.[6]


부교감신경계는 뇌간(뇌신경 III, VII, IX, X) 또는 천골 척수(S2, S3, S4)에 세포체를 가진 세포들로 구성되며, 이들은 절전 뉴런이다.[5] 절전 뉴런은 다음과 같은 위치의 절후 뉴런과 시냅스를 형성한다.[5]

  • 머리의 부교감 신경절: 섬모 신경절(뇌신경 III), 슬상 신경절(뇌신경 VII), 날개구개 신경절(뇌신경 VII 및 IX), 턱밑 신경절(뇌신경 VII 및 IX)[5]
  • 내이 공간의 이소골 신경절(뇌신경 IX)[5]
  • 중이 공간의 고실 신경총의 VII의 고실신경과 C9, C10, C5 (뇌신경 VII, XI, X, V)[5]
  • 미주신경(뇌신경 X) 또는 천골 신경 신경총(S2, S3, S4)에 의해 지배되는 기관의 벽 안이나 근처에 있는 신경절들[5]


이러한 신경절들은 표적 기관의 신경 지배가 이루어지는 절후 뉴런을 제공한다.[5] 예를 들면 다음과 같다.[5]

  • 절후 부교감 신경총(내장) 신경[5]
  • 심장, 폐, 간, 위 등 여러 기관에 신경을 공급하는 흉부와 복부 영역을 통과하는 미주 신경[5]


동안신경의 원심성 섬유는 중뇌의 동안신경핵 전방부의 세포에서 기원한다.[9] 이 절전섬유는 제3뇌신경과 함께 안와로 뻗어 모양체신경절에 들어가고, 부교감신경의 절후섬유는 단모양체신경으로서 안구를 관통하여 운동뉴런과 시냅스를 형성하여 종지한다.[9] 여기서 모양체근, 동공괄약근을 지배한다.[9]

'''그림 3''':모양체 및 상경신경절의 교감신경 연결


안면신경의 원심성 섬유는 안면신경핵의 작은 세포에서 기인하는 것으로 생각된다.[10] 타액선으로 가는 신경섬유가 기시하는 특별한 핵인 상타액핵을 구성하는 세포는 망상체에 산재해 있으며, 안면핵의 배내측 세포로 이루어진다.[10]

이러한 절전섬유는 일부가 고삭신경을 경유하여 설신경으로 들어가 하악신경절에서 뉴런을 바꾼다.[10] 그리고 그 절후섬유가 악하선과 설하선에 분포하여 타액 분비와 혈관 확장의 충격을 전도하는 뉴런의 세포체에서 끝난다.[10]

안면신경의 다른 절전섬유는 대추체신경을 경유하여 익구개신경절(접형구개신경절)로 들어가, 거기서 절후섬유와 시냅스를 형성한다.[10] 절후섬유는 상악신경의 섬유와 함께 , 연구개, 편도선, 구개수, 구개, 상순, 치은, 이하선, 그리고 안와의 점막에 분포하여 혈관 확장과 분비를 관장한다.[10] (단, 상악신경은 구심성 섬유만 존재한다.)[10]

'''그림 4:''' 접형구개 및 상경신경절로의 자율신경 연결


'''그림 5:''' 하악 및 상경신경절의 자율신경 연결


혀인두신경의 구심성 섬유는 등쪽 핵 또는 등쪽 핵 근처에 위치하는 아래침샘핵에서 기원하는 것으로 생각된다.[11] 이들 절전섬유는 혀인두신경의 고막 가지와 그리고 작은 천추체 신경을 통과하여, 이신경절에서 뉴런을 바꾼다.[11] 절후섬유, 혈관확장 및 분비 신경은 이개측두신경을 통해 귀밑샘점막 위의 그 샘, 의 바닥, 잇몸 아래쪽으로 분포하고 있다.[11]

'''그림 6:''' 귀 및 상악 신경절로의 교감신경 연결


미주신경의 원심성 섬유는 등쪽 핵에서 기원하는 것으로 생각된다.[12] 이들 절전섬유는 미주신경이 있는 기관 또는 그 근처에 위치하는 신경절에서 끝나는 것으로 생각된다.[12]

심장으로의 억제 섬유는 심벽에 위치하는 작은 신경절에서 끝나고, 특히 심방으로부터의 절후섬유는 근계에 분포한다.[12] 식도, 위, 소장 및 대장의 대부분으로의 근전운동 섬유는 절후섬유가 그 평활근에 분포하는 아우어바하 신경총에서 끝나는 것으로 생각된다.[12] 다른 섬유는 기관지 나무나 담낭 및 그 배출관의 평활근으로 간다.[12] 미주신경은 와 췌장의 분비 섬유라고 한다.[12]

천골에서 발생하는 원심성 섬유는 제2, 제3, 제4 천골신경의 전근에서 척수를 나온다.[16] 이러한 작은 유수절전섬유는 골반에서 절후섬유가 골반의 내장에 분포하는 하복부 또는 골반의 신경총으로 향하는, 발기신경 또는 골반신경에 모인다.[16] 운동신경은 하행결장, 직장, 항문, 방광의 평활근을 통과한다.[16] 혈관확장신경은 이러한 기관과 외음부에 분포하고, 억제섬유는 아마도 외음부의 평활근을 통과할 것이다.[16]

2. 3. 장신경계

장내 신경계(ENS)는 신경능에서 유래하며, 장의 운동, 분비, 흡수 등을 조절하는 독립적인 신경계이다.

장내 신경계는 소화계의 고유 신경계로, "인체의 두 번째 뇌"라고도 불린다.[19] 1900년대 초 자율성을 인정받았으며, 척수와 비슷한 약 1억 개의 뉴런으로 구성되어 "자체 뇌"라고도 불린다. 장내 신경계는 부교감 신경과 교감 신경을 통해 중추 신경계와 독립적으로 통신할 수 있다.

장내 신경계의 핵심 구조는 신경 세포체가 작은 신경절로 그룹화되어 신경 돌기 다발로 연결된 두 가지 주요 신경총인 장간막 신경총(아우어바흐 신경총)과 점막하 신경총(마이스너 신경총)이다. 장간막 신경총은 원형근층과 종주근층 사이에 위치하며, 점막하 신경총은 소장에서 가장 발달되어 분비 조절에 중요한 역할을 한다.

장 신경교 세포는 중추 신경계의 성상교세포와 유사하게 사이토카인에 반응하여 MHC II형 항원을 발현하고 인터류킨을 생성하여 장의 염증 반응을 조절한다.[13]

장내 신경계의 기능은 다음과 같다.[19]

  • 장내 화학적 및 기계적 변화 감지
  • 장 분비 조절
  • 연동운동 및 기타 일부 운동 조절

2. 4. 감각 뉴런

얼굴신경절, 암석신경절, 결절신경절은 각각 뇌신경 VII, IX, X에 부속되어 있으며, 뇌신경 감각 신경절에 위치한 일차 뉴런으로 구성된다.[3] 이러한 감각 뉴런은 혈액 내 이산화탄소, 산소 및 당 수치, 동맥압, 위장 내용물의 화학적 구성을 모니터링한다.[3] 또한 미각과 후각을 전달하는데, 이는 자율신경계(ANS) 대부분의 기능과 달리 의식적인 지각이다.[3] 혈액 내 산소와 이산화탄소는 경동맥 동맥의 분기점에 있는 작은 화학 수용체 집합체인 경동맥소체에 의해 직접 감지되며, 암석신경절(IX번)에 의해 지배된다.[3]

일차 감각 뉴런은 연수에 위치한 "2차" 내장 감각 뉴런에 투사(시냅스)하여 모든 내장 정보를 통합하는 (nTS)을 형성한다.[3] nTS는 또한 근처의 화학 수용체 중심인 후부영역으로부터 입력을 받는데, 이 영역은 혈액과 뇌척수액의 독소를 감지하며 화학적으로 유발된 구토 또는 조건부 미각 기피(동물이 음식에 의해 중독된 후 다시는 그 음식을 먹지 않도록 하는 기억)에 필수적이다.[3] 이러한 모든 내장 감각 정보는 자율신경계(ANS)의 운동 뉴런 활동을 지속적이고 무의식적으로 조절한다.[3]

2. 5. 신경 분포



자율신경계를 이루는 교감신경과 부교감신경은 서로 길항 작용을 한다.[14] 대부분의 장기는 미주신경을 통해 부교감 신경 지배를 받고, 내장신경을 통해 교감 신경 지배를 받는다.

교감신경과 부교감신경은 서로 반대의 작용을 하는 것처럼 보이나 각각 개별적으로 작동하며 상호작용하는 것으로 이해해야 한다. 이러한 자율신경 기능의 문제가 발생한 것을 자율신경실조증(autonomic dysfunction)이라고 표현한다.

자율신경계의 인체 기관 지배 영역[15]
기관신경[15]척주 기시[15]
* 전 및 후미주신경간 * 대내장신경T5, T6, T7, T8, T9, 때때로 T10
십이지장* 미주신경 * 대내장신경T5, T6, T7, T8, T9, 때때로 T10
공장회장* 후미주신경간 * 대내장신경T5, T6, T7, T8, T9
비장* 대내장신경T6, T7, T8
담낭 및 * 미주신경 * 복강 신경총 * 우측 횡격신경T6, T7, T8, T9
대장* 미주신경 및 골반 내장신경 * 소내장신경 및 최소내장신경* T10, T11, T12 (근위 결장) * L1, L2, L3 (원위 결장)
췌장 머리* 미주신경 * 흉부 내장신경T8, T9
맹장* 상장간막 신경총 신경T10
방광* 배뇨근에 대한 골반 내장신경 * 하복부 신경S2-S4
신장 및 요관* 미주신경 * 흉부 내장신경 및 요추 내장신경T11, T12


2. 6. 운동 뉴런

자율 신경계의 운동 뉴런은 자율 신경절에서 발견된다. 부교감 신경계의 운동 뉴런은 표적 기관 가까이에 위치하는 반면, 교감 신경계의 신경절은 척수 가까이에 위치한다.[1]

교감 신경절은 척추 앞 사슬과 대동맥 앞 사슬, 두 개의 사슬에서 발견된다. 자율 신경절 뉴런의 활동은 중추 신경계에 위치한 절전 뉴런에 의해 조절된다. 절전 교감 신경 뉴런은 흉부와 상부 요추 수준의 척수에 위치한다. 절전 부교감 신경 뉴런은 연수에서 내장 운동핵(미주 신경의 배쪽 운동핵, 애매핵, 타액핵)과 척수의 천골 부위에서 발견된다.[1]

교감 및 부교감 신경섬유는 하나의 세포 또는 뉴런만으로 구성된 자발적인 운동신경과는 달리, 절전 및 절후 신경세포를 모두 가지고 있다. 이들은 신경절에서 만나고, 시냅스의 화학 전달물질인 아세틸콜린에 의해 신경 충격이 신경절에서 세포에서 세포로 전달된다.[1]

아세틸콜린은 첫 번째 뉴런(절전 뉴런)에서 방출되어 두 번째 뉴런(절후 뉴런)의 니코틴수용체에 결합하고, 리간드 의존성 Na 채널을 열어 탈분극을 일으켜 충격을 발생시킨다. 그리고 뉴런 말단에서 두 번째 신경 전달 물질을 방출함으로써 정보를 시냅스 후막에 전달한다. 부교감 신경계의 두 번째 전달 물질은 아세틸콜린이지만, 교감 신경계의 두 번째 전달 물질은 노르아드레날린이 담당한다. 부신 수질을 지배하는 신경은 절전 섬유에서 끝난다. 일반적으로 교감 신경의 절후 섬유에서 노르아드레날린이 방출되지만, 기능적으로 볼 때 전달 물질을 방출하는 대신 부신 수질에서 아드레날린과 노르아드레날린이 분비된다. 즉, 부신 수질 자체가 거대한 절후 섬유로 작용하는 것이다.[1]

절전 자율 신경 세포의 세포체는 중추 신경계에 위치하며, 교감 신경계의 세포체는 척수 내의 흉수와 요수에 있는 반면, 부교감 신경계의 세포체는 뇌간(두개 부교감 신경=미주 신경 등의 뇌신경의 일부)과 천수(천수 부교감 신경)에 위치하고 있다.[1]

3. 기능

자율신경계는 체성신경계와 대조적으로 불수의적인 기능을 조절한다. 여기에는 순환, 호흡, 소화, 발한·체온 조절, 내분비 기능, 생식 기능 및 대사 등이 포함된다. 자율신경계는 호르몬 조절 기전인 내분비계와 협력하여 항상성을 유지하며, 면역계와도 상호작용한다.

교감신경계부교감신경계는 서로 반대되는 기능을 하는 것처럼 보이지만, 실제로는 상호보완적이다. 교감신경계는 가속 페달, 부교감신경계는 브레이크와 비유할 수 있다. 교감신경계는 빠른 반응이 필요한 행동, 부교감신경계는 즉각적인 반응이 필요하지 않은 행동에 관여한다.

고등생물은 항상성을 통해 개체의 완전성을 유지하며, 이는 음성 피드백 조절에 의존하고, 이는 다시 자율신경계에 의존하는 경우가 많다.[17]

자율신경계가 বিভিন্ন 기관에 미치는 영향
표적 기관/계부교감신경교감신경
소화계소화샘의 연동 운동 및 분비량 증가소화계 활동 감소
영향 없음혈당 방출
세기관지 수축세기관지 확장
방광/요도괄약근 이완괄약근 수축
신장영향 없음소변량 감소
심장심박수 감소심박수 증가
혈관대부분의 혈관에 영향 없음내장 혈관 수축, 혈압 증가
침샘 및 눈물샘자극; 타액 및 눈물 생성 증가억제; 구강 및 안구 건조
눈(홍채)수축근 자극; 동공 축소확대근 자극; 동공 확장
눈(모양체근)근거리 시야를 위해 수정체 볼록도 증가 자극억제; 수정체 볼록도 감소, 원거리 시야 준비
부신 수질영향 없음에피네프린과 노르에피네프린 분비 자극
피부의 땀샘영향 없음발한 기능 자극



교감신경계는 "투쟁-도피 반응" 시스템으로, 부교감신경계는 "휴식과 소화" 또는 "섭취와 번식" 시스템으로 간주되기도 한다. 교감신경계가 항진되면 혈관이 수축하고 심박수가 증가하여 혈압이 상승하고 말초 조직의 환류량이 증가한다. 소화관, 피부로 가는 혈액량은 감소하지만, 골격근으로의 혈액 공급량은 증가한다. 기관지 평활근은 이완되어 가스 교환 효율을 향상시킨다. 간에서는 글리코겐 분해, 지방조직에서는 지방 분해를 촉진하여 혈액에 필요한 에너지를 공급한다.

부교감신경계는 안정 시에 중요한 소화관 기능(소화관 운동, 소화액 분비), 배뇨 기능을 조절한다. 심박수를 감소시키고, 혈압을 낮추고, 피부와 위장으로 혈액을 되돌리고, 동공과 세기관지를 수축시키고, 타액선 분비를 자극하고, 연동 운동을 가속화한다.

최근에는 자율신경계, 내분비계, 면역계를 “항상성의 삼각형”으로 다루기도 하며, 신경면역학, 정신신경면역학에서의 연구도 이루어지고 있다.

3. 1. 교감신경계

자율신경계의 일부인 교감신경계는 신체가 활동적이거나 스트레스를 받는 상황에서 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 심장이 빨리 뛰고, 혈압이 높아지며, 혈당이 증가하는 등의 현상이 나타난다.[18]

교감신경계는 척수의 가슴 및 허리 부분에서 시작하여 혈관이나 내장 기관으로 연결된다. 이 신경계는 혈압을 높이고, 혈관을 좁히며, 괄약근을 수축시키는 역할을 한다.[18]

교감신경계의 주요 기능은 다음과 같다:

  • 골격근과 폐로 가는 혈액의 흐름을 늘린다.
  • 기관지를 넓혀 호흡을 원활하게 한다.
  • 심장 박동수와 심장 근육의 수축력을 높인다.
  • 동공과 모양체 근육을 이완시켜 더 많은 빛을 받아들이고 멀리 있는 것을 잘 볼 수 있게 한다.
  • 심장의 관상동맥을 넓힌다.
  • 장과 요도의 괄약근을 수축시킨다.
  • 소화 운동을 억제한다.
  • 성적 흥분을 유발한다.[16]


교감신경계와 부교감신경계는 서로 반대되는 기능을 하는 것처럼 보이지만, 실제로는 서로 보완하며 우리 몸의 균형을 유지한다. 교감신경계가 자동차의 가속 페달이라면, 부교감신경계는 브레이크와 같다고 할 수 있다. 교감신경계는 빠르게 반응해야 하는 상황에서, 부교감신경계는 즉각적인 반응이 필요하지 않은 상황에서 주로 작용한다.[17]

예를 들어, 갑자기 일어설 때 교감신경계가 작동하지 않으면 혈압이 너무 떨어질 수 있다. 또한, 심장 박동은 호흡에 따라 교감신경계와 부교감신경계의 영향을 받아 지속적으로 조절된다. 이처럼 두 신경계는 우리 몸의 항상성을 유지하기 위해 서로 협력한다.

교감신경계가 বিভিন্ন 기관에 미치는 영향[18]
기관/계교감신경계의 작용
소화계소화 활동 감소
혈당 방출
기관지 확장
방광/요도괄약근 수축
신장소변량 감소
심장심박수 증가
혈관내장 혈관 수축, 혈압 증가
침샘 및 눈물샘분비 억제, 입과 눈 건조
눈(홍채)동공 확장
눈(모양체근)이완, 원거리 시야 확보
부신 수질에피네프린과 노르에피네프린 분비 촉진
피부의 땀샘땀 분비 촉진



교감신경계는 '투쟁-도피 반응'을 촉진하여, 우리 몸이 위협에 맞서 싸우거나 도망갈 수 있도록 준비시킨다. 이 과정에서 다음과 같은 변화가 일어난다.


  • 위장관과 피부에서 혈액이 빠져나가 혈관 수축이 일어난다.
  • 골격근과 폐로 가는 혈류가 증가한다. (골격근의 경우 최대 1200%까지 증가)
  • 에피네프린의 영향으로 폐의 기관지가 확장되어 더 많은 산소를 흡수할 수 있게 된다.
  • 심박수와 심장 근육의 수축력이 증가하여 골격근으로 더 많은 혈액을 보낸다.
  • 동공이 커지고 수정체의 모양체 근육이 이완되어 더 많은 빛이 눈에 들어오고 멀리 있는 물체를 더 잘 볼 수 있게 된다.
  • 심장의 관상동맥이 확장된다.
  • 모든 장의 괄약근과 요도 괄약근이 수축된다.
  • 소화 운동이 억제된다.
  • 오르가즘이 촉진된다.


흉추와 요추의 교감신경은 척수의 회백질에서 시작하여 교감신경줄기를 통해 뻗어 나간다. 이 신경 섬유들은 다양한 신경절에서 끝나고, 그 이후의 섬유들은 몸 전체에 광범위하게 분포한다.

3. 2. 부교감신경계

부교감신경계는 교감신경과 함께 자율신경계를 이루는 신경이다. 교감신경이 촉진되면 억제 작용을 하고, 신체가 흥분되면 심장의 기능을 억제하며 소화기의 작용을 촉진한다.

부교감신경계는 "휴식과 소화" 반응을 촉진하고, 신경을 진정시켜 정상 기능으로 돌아가게 하며, 소화를 돕는다. 부교감신경계 내 신경의 기능은 다음과 같다.

  • 위장관으로 가는 혈관을 확장시켜 혈류량을 증가시킨다.
  • 산소 필요량이 감소했을 때 세기관지를 수축시킨다.
  • 미주신경과 흉부 척수부속신경의 전용 심장 가지는 심장(심근)의 부교감 신경 조절을 담당한다.
  • 동공을 수축시키고 모양체근을 수축시켜 조절을 용이하게 하고 근거리 시력을 가능하게 한다.
  • 침샘 분비를 자극하고, 연동운동을 가속화하여 음식물의 소화와 간접적으로 영양소 흡수를 돕는다.
  • 말초신경계의 신경은 골반 내장신경 2~4를 통해 생식기 조직의 발기를 담당한다. 또한 성적 흥분을 자극하는 역할도 한다.




교감신경계와 부교감신경계는 일반적으로 서로 반대되는 기능을 하지만, 이는 길항작용이라기보다는 상호보완적인 성격으로 보는 것이 더 정확하다. 비유하자면, 교감신경계는 가속 페달이고 부교감신경계는 브레이크와 같다. 교감신경계는 빠른 반응이 필요한 행동에 주로 관여하고, 부교감신경계는 즉각적인 반응이 필요하지 않은 행동에 관여한다.

그러나 교감신경계와 부교감신경계의 활동이 "투쟁" 또는 "휴식" 상황으로만 설명될 수 없는 경우가 많다. 예를 들어, 누워 있거나 앉은 자세에서 일어설 때 동맥 교감신경 긴장도의 보상적 증가가 없다면 혈압이 과도하게 떨어질 것이다. 일반적으로 이 두 시스템은 항상성을 유지하기 위해, 대개 길항적인 방식으로 필수적인 기능을 지속적으로 조절한다고 볼 수 있다.

부교감신경계와 교감신경계의 작용 비교
표적 기관/계부교감신경교감신경
소화계소화샘의 연동 운동 및 분비량 증가소화계 활동 감소
영향 없음혈당 방출
세기관지 수축세기관지 확장
방광/요도괄약근 이완괄약근 수축
신장영향 없음소변량 감소
심장심박수 감소심박수 증가
혈관대부분의 혈관에 영향 없음내장 혈관 수축; 혈압 증가
침샘 및 눈물샘자극; 타액 및 눈물 생성 증가억제; 구강 및 안구 건조
눈(홍채)수축근 자극; 동공 축소확대근 자극; 동공 확장
눈(모양체근)근거리 시야를 위해 수정체 볼록도 증가 자극억제; 수정체 볼록도 감소; 원거리 시야 준비
부신 수질영향 없음에피네프린과 노르에피네프린 분비 자극
피부의 땀샘영향 없음발한 기능 자극



안정 시에 중요한 소화관 기능(소화관 운동, 소화액 분비), 배뇨 기능은 부교감신경계의 조절하에 있다. 부교감신경계는 심박수를 감소시키고, 혈압을 낮추고, 피부와 위장으로 혈액을 되돌리고, 동공과 세기관지를 수축시키고, 타액선 분비를 자극하고, 연동 운동을 가속화하며, 대사에서는 동화 경향으로 작용한다.

3. 3. 장신경계

장관신경계(enteric nervous system)는 소화계의 고유 신경계로, "인체의 두 번째 뇌"라고도 불린다.[19] 장관신경계의 기능은 다음과 같다.

  • 장내 화학적 및 기계적 변화 감지
  • 장 분비 조절
  • 연동운동 및 기타 일부 운동 조절

3. 4. 신경전달물질

말단 기관에서 교감신경절 신경원은 노르아드레날린(노르에피네프린)과 ATP와 같은 다른 공동전달물질을 방출하여 아드레날린성 수용체에 작용한다. 하지만 땀샘과 부신 수질은 예외이다.

  • 아세틸콜린은 자율신경계의 두 부분 모두에서 절전 신경전달물질이며, 부교감신경 뉴런의 절후 신경전달물질이기도 하다. 아세틸콜린을 방출하는 신경은 콜린성이라고 한다. 부교감신경계에서 신경절 신경원은 아세틸콜린을 신경전달물질로 사용하여 무스카린성 수용체를 자극한다.
  • 부신 수질에는 시냅스 후 뉴런이 없다. 대신, 시냅스 전 뉴런은 니코틴성 수용체에 작용하는 아세틸콜린을 방출한다. 부신 수질의 자극은 혈류로 아드레날린(에피네프린)을 방출하고, 이는 아드레날린 수용체에 작용하여 교감신경 활동을 간접적으로 매개하거나 모방한다.


아세틸콜린은 첫 번째 뉴런(절전 뉴런)에서 방출되어 두 번째 뉴런(절후 뉴런)의 니코틴수용체에 결합하고, 리간드 의존성 Na 채널을 열어 탈분극을 일으켜 충격을 발생시킨다.[1] 그리고 뉴런 말단에서 두 번째 신경 전달 물질을 방출함으로써 정보를 시냅스 후막에 전달한다.[1] 부교감 신경계의 두 번째 전달 물질은 아세틸콜린이지만, 교감 신경계의 두 번째 전달 물질은 노르아드레날린이 담당한다.[1] 부신 수질을 지배하는 신경은 절전 섬유에서 끝난다.[1] 일반적으로 교감 신경의 절후 섬유에서 노르아드레날린이 방출되지만, 기능적으로 볼 때 전달 물질을 방출하는 대신 부신 수질에서 아드레날린과 노르아드레날린이 분비된다.[1] 즉, 부신 수질 자체가 거대한 절후 섬유로 작용하는 것이다.[1]

자율 신경계의 기능을 담당하는 주요 신경 전달 물질은 아세틸콜린과 노르아드레날린이다.[2] 아세틸콜린은 교감 신경 및 부교감 신경의 절전 섬유 종말에서 방출되며, 여기서의 수용체니코틴성 아세틸콜린 수용체이다.[3]

자율 신경절에는 무스카린성 아세틸콜린 수용체, 도파민 수용체 등이 존재하는 것으로 알려져 있으며, 이들은 신경 전달 물질이라기보다는 오히려 신경 조절 물질로 불리며 흥분 전달에 관여하는 것으로 생각된다.[3]

아세틸콜린 수용체에는 니코틴성 외에도 무스카린성 수용체가 있으며, 이것은 부교감 신경 지배하의 효과기에 존재한다.[3] 무스카린 수용체의 국소화로는 부교감 신경 종말 외에 땀샘 지배하의 교감 신경 종말이 있다.[3] 땀샘은 원칙적으로 교감 신경의 일원적 지배를 받지만, 전달 물질은 아세틸콜린이고, 수용체는 무스카린성 아세틸콜린 수용체라는 점에서 특징적이다.[3]

노르아드레날린은 교감 신경 종말에서 방출되고, 부신 수질에서 아드레날린과 함께 분비된다.[4] 아세틸콜린과 마찬가지로 (노르)아드레날린 수용체에도 하위 유형이 존재하는 것으로 알려져 있으며, α 수용체와 β 수용체로 크게 나뉜다.[4]

3. 5. 자율신경계와 면역체계

최근 연구에 따르면 자율신경계(ANS) 활성화는 국소 및 전신 면역 염증 반응을 조절하는 데 중요하며 급성 뇌졸중 결과에 영향을 미칠 수 있다. 자율신경계 활성화 또는 면역 염증 반응을 조절하는 치료법은 뇌졸중 후 신경 회복을 촉진할 수 있다.[20] 자율신경계는 호르몬에 의한 조절 기전인 내분비계와 협력하여 다양한 생리적 지표를 조절하고 항상성 유지에 기여한다. 최근에는 자율신경계, 내분비계에 면역계를 더하여 “항상성의 삼각형”으로 다루기도 하며, 신경면역학, 정신신경면역학에서의 연구도 이루어지고 있다.

4. 자율신경 반사

반사는 어떤 자극에 대해 틀에 박힌 반응으로 나타나는 것이다. 반사는 자극을 받아들이는 수용기, 수용기의 흥분을 전달하는 구심성 신경, 정보를 통합하는 중추신경(반사 중추), 중추에서 통합된 결과로 발산된 신호를 말초 기관에 전달하는 원심성 신경, 그리고 반응하는 효과기로 구성된다. 생체에 존재하는 많은 반사들 중에는 자율신경계가 관여하는 것도 있으며, (1)내장-내장 반사, (2)체성-내장 반사, (3)내장-체성 반사가 그것이다. 이것들이 광의의 자율신경 반사이지만, 보통 자율신경 반사라고 할 경우 (1)과 (2)를 가리킨다.

자율신경계가 관여하는 반사는 매우 많기 때문에 여기서 모두 열거하는 것은 불가능하므로, 아래에 반사의 그룹과 그에 속하는 반사 기전의 대표적인 것들만 기재한다.


  • '''내장-내장 반사'''는 구심로와 원심로가 모두 자율신경 섬유로 구성되는 반사 기전이며, 많은 내장 기능은 이 기전에 의해 자율적으로 수행된다. 이 반사의 대표적인 예는 동맥압 수용기 반사이다. 경부의 동맥계에는 압력 수용기라 불리는 압력 센서가 존재한다. 이 압력 수용기는 항상 동맥압을 모니터링하고, 이 정보는 구심성 자율신경을 통해 중추신경에 전달된다. 중추신경은 이 정보를 바탕으로 교감신경 및 미주신경의 흐름을 변화시킴으로써 혈압을 조절한다. 압력 수용기 반사는 가장 기본적이고 중요한 반사적인 순환 조절 기전이며, 내장-내장 반사의 한 예이기도 하다.
  • '''체성-내장 반사'''는 구심로가 체성 감각 신경, 원심로가 자율신경계로 각각 구성되는 반사 기전이다. 이 반사의 예로는 체성-교감신경 반사가 오래전부터 알려져 있다. 이것은 피부에 유해 자극(소위 통증 자극)을 가하면 교감신경계의 기능이 항진하여 심박수 증가, 혈압 상승 등이 일어나는 반사이다. 그 외에도 온열 자극을 피부에 가하면 발한이 일어나는데, 이것은 온도 자극이 체성 감각 신경을 거쳐 땀샘 지배의 교감신경을 흥분시킨 결과 일어나는 것이며, 체성-내장 반사라고 할 수 있다. 또한, 오래전부터 침술, 물리 치료로서 체표에 여러 자극(기계적 자극, 온도 자극, 화학적 자극, 향기 등)을 가하여 신체 기능을 개선, 유지하는 의료가 존재하지만, 이러한 치료의 생리학적 기전의 일부는 이 체성-자율신경 반사로 설명될 가능성이 있다. 지금까지 침 자극이 중추신경계에서 내인성 모르핀인 엔도르핀, 다이노르핀 등을 증가시키는 것, 여러 감각 자극이 자율신경계를 거쳐 말초 기관(소화관 기능, 비뇨기, 순환기, 내분비 기관)에 작용하는 것이 기초 의학 및 임상 의학에서 연구되고 있다.
  • '''내장-체성 반사'''는 구심로가 구심성 자율신경, 원심로가 체성 운동 신경으로 이루어지는 반사 기전이다. 이 그룹에 속하는 것으로는 근성 방어가 유명하다. 이것은 복강 장기, 복막의 장애(염증, 기계적인 변화)가 구심로를 통해 복근을 수축시키는 현상이다. 임상적으로 많은 소화기 질환에서 인정되며, 특히 충수염의 이학적 소견으로 유명하다. 근성 방어는 상기와 같은 생리학적인 반사궁에 기반한 현상이다.

5. 약리학적 기초

자율신경계의 주요 신경 전달 물질은 아세틸콜린과 노르아드레날린이다.[1]

아세틸콜린은 교감신경 및 부교감신경 모두에서 절전 섬유 종말에서 방출되며, 이 때 수용체니코틴성 아세틸콜린 수용체이다.[1] 자율 신경절에는 무스카린성 아세틸콜린 수용체, 도파민 수용체 등도 존재하며, 신경 전달 물질보다는 신경 조절 물질로 불리며 흥분 전달에 관여한다.[1] 과거 트리메타판, 헥사메소늄과 같은 자율 신경절의 니코틴 수용체를 차단하는 길항제가 강압제로 사용되었다.[1]

아세틸콜린 수용체에는 니코틴성 외에도 무스카린성 수용체가 있으며, 부교감신경 지배하의 효과기에 존재한다.[1] 무스카린 수용체는 M1~M5 수용체라는 하위 유형이 알려져 있으며, 각 장기에서 이러한 하위 유형의 차이에 기반한 약물 개발이 기대된다.[1] 무스카린 수용체는 부교감신경 종말 외에 땀샘을 지배하는 교감신경 종말에도 있다.[1] 땀샘은 교감신경의 지배를 받지만, 전달 물질은 아세틸콜린이고, 수용체는 무스카린성 아세틸콜린 수용체라는 점에서 특징적이다.[1] 무스카린 수용체 길항제로는 아트로핀이 잘 알려져 있다.[1] 최근에는 대식세포 표면의 α7 니코틴 수용체가 염증성 사이토카인 생성, 방출을 억제하여 패혈증, 류마티스 관절염, 궤양성 대장염 등의 새로운 치료 표적으로 기대된다.[1]

노르아드레날린은 교감신경 종말에서 방출되고, 부신 수질에서 아드레날린과 함께 분비된다.[1] (노르)아드레날린 수용체에도 α 수용체와 β 수용체로 크게 나뉘는 하위 유형이 존재한다.[1] 혈관 수축은 α 수용체, 심박수 증가는 β 수용체에 의해 매개된다.[1] 이러한 수용체의 차이를 이용하여 교감신경 작용을 선택적으로 재현하거나 차단하는 α/β 작용약 또는 차단약이 임상적으로 응용된다.[1] α는 α1, α2로, β는 β1, β2, β3라는 하위 유형이 존재한다.[1] β1 아드레날린 수용체는 주로 심장에 국소화되어 심박출량을 증가시킨다.[1] β 수용체 길항제는 고혈압 환자에게, β 수용체 자극제는 심부전 환자에게 사용된다.[1] β2는 많은 평활근에 존재하며 기관지 확장제로 중요하고, β3 아드레날린 수용체는 지방 조직, 방광, 소화관 등에 국한되어 존재하며, β3 수용체 선택적 자극 약물이 개발되면 심장이나 기관지에 작용하지 않고 지방을 효율적으로 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.[1]

최근 교감신경계의 표적 기관으로 뼈가 주목받고 있다.[1] 동물 모델에서 교감신경계가 β2 수용체를 통해 골 형성에 억제적으로 관여하고, β 차단제가 골 형성에 촉진적으로 작용하는 것이 보고되고 있다.[1]

6. 역사

자율신경계의 특수한 체계는 갈레누스에 의해 인식되었다.

1665년, 토마스 윌리스는 이 용어를 사용했고, 1900년 존 뉴포트 랭글리는 교감신경계와 부교감신경계라는 두 부분으로 정의했다.[21]

7. 카페인 효과

카페인은 커피, 차, 탄산음료와 같이 흔히 섭취하는 음료에서 발견되는 생리활성 성분이다. 카페인의 단기적인 생리적 효과에는 혈압 상승과 교감신경 활동 증가가 포함된다.[22] 습관적으로 카페인을 섭취하면 이러한 단기적인 생리적 효과가 억제될 수 있다.[22] 카페인이 함유된 에스프레소를 섭취하면 습관적인 카페인 섭취자에게는 부교감 신경 활동이 증가하지만, 디카페인 에스프레소는 습관적인 카페인 섭취자에게 부교감 신경 활동을 억제한다.[22] 디카페인 에스프레소에 포함된 다른 생리활성 성분 또한 습관적인 카페인 섭취자의 부교감 신경 활동 억제에 기여할 가능성이 있다.[22]

카페인은 사람들이 격렬한 작업을 수행하는 동안 작업 능력을 향상시킬 수 있다.[23] 한 연구에 따르면, 격렬한 작업을 수행하는 동안 카페인은 플라시보에 비해 더 높은 최대 심박수를 유발했다.[23] 이러한 경향은 카페인이 교감신경 활동을 증가시키는 능력 때문일 가능성이 높다.[23] 또한, 이 연구에서는 운동 전에 카페인을 섭취했을 때 고강도 운동 후 회복이 느려지는 것으로 나타났다.[23] 이러한 결과는 습관적이지 않은 섭취자에게 카페인이 부교감 신경 활동을 억제하는 경향이 있음을 나타낸다.[23] 카페인에 의해 자극된 신경 활동 증가는 신체가 항상성을 유지하려고 시도하면서 다른 생리적 효과를 유발할 가능성이 높다.[23]

부교감 신경 활동에 대한 카페인의 효과는 자율 신경 반응을 측정할 때 개인의 자세에 따라 다를 수 있다.[24] 한 연구에 따르면 앉은 자세는 카페인(75mg) 섭취 후 자율 신경 활동을 억제했지만, 앙와위 자세에서는 부교감 신경 활동이 증가했다.[24] 이러한 결과는 습관적인 카페인 섭취자(75mg 이하)가 일상생활에서 앉아 있는 시간이 많으면 카페인의 단기적인 효과를 경험하지 않는 이유를 설명할 수 있다.[24] 앙와위 자세에서 부교감 신경 활동 증가를 뒷받침하는 데이터는 25세에서 30세 사이의 건강하고 활동량이 적은 참가자를 대상으로 한 실험에서 얻어진 것이라는 점에 유의해야 한다.[24] 카페인은 더 활동적인 사람이나 노인에게는 자율 신경 활동에 다르게 영향을 미칠 수 있다.[24]

8. 질환

자율신경실조증은 정신적인 스트레스나 육체적인 피로에 의해 유발되는 경우가 많다. 두통, 현기증, 발한, 떨림, 복통, 설사 등 매우 다양한 증상이 나타나며, 스트레스 등에 의해 증상이 더 심해진다. 스트레스를 완화하고 휴식을 취하면 증상을 완화할 수 있으며, 심할 경우에는 신경전달물질이나 그러한 물질에 간섭하는 약물을 이용해 치료하기도 한다.

참조

[1] 사전 autonomic nervous system nine/000950637
[2] 서적 Human Physiology Springer-Verlag
[3] 웹사이트 Physiology, Stress Reaction https://www.ncbi.nlm[...] StatPearls Publishing, US National Library of Medicine 2024-12-02
[4] 웹사이트 Allostatic load notebook: Parasympathetic Function http://www.macses.uc[...] 1999
[5] 서적 The Autonomic Nervous System Part 1 https://archive.org/[...] W. Heffer 1921
[6] 서적 Integrative action of the autonomic nervous system : neurobiology of homeostasis Cambridge University Press 2008
[7] 학술지 Enteric nervous system 2007-10-09
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[10] 학술지 Nitric oxide is the endogenous neurotransmitter of bronchodilator nerves in humans
[11] 서적 Physiology https://archive.org/[...] Lippincott Williams & Wilkins
[12] 학술지 The Enteric Nervous System http://dx.doi.org/10[...] 1996-04-25
[13] 학술지 The Enteric Nervous System http://dx.doi.org/10[...] 1996-04-25
[14] 서적 Essential Clinical Anatomy Lippincott
[15] 서적 Essential Clinical Anatomy https://books.google[...] Lippincott Williams & Wilkins
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[17] 서적 Principles of Autonomic Medicine https://web.archive.[...] National Institute of Neurological Disorders and Stroke, National Institutes of Health 2018-12-05
[18] 서적 Life Sciences : Fundamentals and practice. Pathfinder Academy 2013
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[20] 학술지 Interactions between the Autonomic Nervous System and the Immune System after Stroke 2022-06
[21] 서적 Pharmacology and Physiology for Anesthesia Elsevier 2013
[22] 학술지 Short-term effects of espresso coffee on heart rate variability and blood pressure in habitual and non-habitual coffee consumers- a randomized crossover study 2016-05-01
[23] 학술지 Caffeine delays autonomic recovery following acute exercise 2015
[24] 학술지 Espresso coffee increases parasympathetic activity in young, healthy people 2009
[25] 서적 Primer on the Autonomic Nervous System 4th Edition
[26] 서적 Principle of Autonomic Medicine Elsevier
[27] 기타
[28] 서적 생물과학 아카데미서적
[29] 서적 Biologie Spektrum-Verlag Heidelberg-Berlin



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