통각수용기

3. 과학적 연구

찰스 스콧 셰링턴은 1906년에 통각수용기를 발견했다. 이전 세기의 과학자들은 동물을 감각 자극 에너지를 운동 반응으로 변환하는 기계 장치와 같다고 생각했다. 셰링턴은 여러 실험을 통해 구심성 신경 섬유의 수용 영역에 대한 다양한 종류의 자극이 서로 다른 반응을 유발한다는 것을 입증했다. 일부 강렬한 자극은 반사적인 회피 반사, 특정 자율 신경계 반응 및 통증을 유발한다. 이러한 강렬한 자극에 대한 특정 수용체를 통각수용기라고 불렀다.^[5]

통각수용기에 대한 연구는 의식이 있는 인간뿐만 아니라 대리 동물 모델에서도 수행되었다. 이 과정은 연구 중인 통각수용기의 세포 활동을 변화시킬 수 있는 침습적 방법, 작은 신경 구조에서 기록할 수 없는 점, 그리고 반응을 통증으로 돌려야 하는지 아니면 다른 요인으로 돌려야 하는지에 대한 동물 모델 시스템의 불확실성 때문에 어렵다.^[4]

4. 위치

포유류에서 통각수용기는 유해 자극을 감지할 수 있는 신체의 모든 부위에서 발견된다. 외부 통각수용기는 조직(예: 피부(피부 통각수용기)), 각막, 점막 등에서 발견된다. 내부 통각수용기는 근육, 관절, 방광, 내장 기관 및 소화관과 같은 다양한 기관에서 발견된다.^[6] 이러한 뉴런의 세포체는 척수 후근 신경절 또는 삼차 신경 신경절에 위치한다.^[6] 삼차 신경절은 얼굴을 위한 특수 신경인 반면, 척수 후근 신경절은 신체의 나머지 부분과 관련이 있다. 축삭은 말초 신경계로 뻗어 나가 분기로 끝나 수용 영역을 형성한다.

5. 종류 및 기능

통각수용기는 유해 자극이 없을 때는 대개 전기적으로 침묵 상태를 유지한다.^[4] 유해 자극이 성숙한 통각수용기의 말단 부위에서 감지되면 전기 에너지로 변환된다.^[7] 이 에너지가 역치 값에 도달하면, 활동 전위가 유도되어 중추 신경계(CNS)로 전달된다. 이는 통증 인식을 가능하게 하는 일련의 사건들을 유발한다. 통각수용기는 특정 자극에만 높은 역치를 가지는 감각 특이성을 보인다. 즉, 화학적, 열적, 기계적 환경에 의해 높은 역치가 도달될 때만 활성화된다.

신경 전도 속도에 따라 통각수용기는 두 그룹으로 나뉜다. Aδ 섬유 축삭은 수초화되어 있어 활동 전위가 5~30m/s 속도로 CNS로 이동한다. C 섬유 축삭은 직경이 더 작고 수초화가 거의 또는 전혀 없어 0.4~2m/s의 느린 속도로 전도된다.^[8][4] 결과적으로 통증은 두 단계로 나타난다. Aδ 섬유와 관련된 초기 날카로운 통증과 C 섬유에서 오는 더 오래 지속되고 덜 강렬한 통증이다. C 섬유에 대한 대량 또는 장기간의 입력은 척수의 후회색주에서 점진적인 축적을 초래한다. 통증 증폭이라고 불리는 이 현상은 근육의 파상풍과 유사하며, 통증 감수성을 높일 수 있다.^[9]

5. 1. 온도 통각수용기

5. 2. 기계적 통각수용기

5. 3. 화학적 통각수용기

5. 4. 수면/침묵 통각수용기

5. 5. 다중 양상 통각수용기

6. 경로

구심성 통각수용 섬유(뇌에서 정보를 '받는' 섬유)는 척수로 이동하여 척수의 배쪽 뿔에서 시냅스를 형성한다. 이 통각수용 섬유(말단부에 위치)는 제1차 뉴런이다. 배쪽 뿔의 세포는 층판이라고 불리는 생리학적으로 구별되는 층으로 나뉜다.^[1] 다른 섬유 유형은 다른 층에서 화학적 시냅스를 형성하고, 글루탐산염 또는 P 물질을 신경 전달 물질로 사용한다. Aδ 섬유는 층판 I과 V에서 시냅스를 형성하고, C 섬유는 층판 II에 있는 뉴런과 연결되며, Aβ 섬유는 층판 I, III 및 V와 연결된다.^[1]

척수 내의 특정 층판에 도달한 후, 제1차 통각수용 경로는 앞쪽 백색 연합에서 정중선을 가로지르는 제2차 뉴런으로 투사된다. 그런 다음 제2차 뉴런은 뒤섬유-내측 띠 계통과 전외측 계통의 두 가지 경로를 통해 정보를 시상으로 보낸다. 전자는 일반적인 비-통증 감각에 더 사용되는 반면, 후자는 통증 감각에 사용된다. 시상에 도달하면 정보는 복측 후핵에서 처리되어 내포 후각의 섬유를 통해 뇌의 대뇌 피질로 전달된다.

뇌는 진통 효과를 통해 통증 감각을 줄이거나 억제할 수 있는 특정 호르몬이나 화학 물질의 방출을 요청할 수 있는데, 이러한 호르몬 방출을 자극하는 뇌 영역은 시상 하부이다.^[12]

6. 1. 상행 경로

6. 2. 하행 경로

7. 민감도

통각수용기 민감도는 독성 및 염증 분자와 같은 다양한 매개체에 의해 세포 외 공간에서 조절된다.^[14][4] 말초 감작은 통각수용기의 기능적 가소성의 한 형태를 나타낸다. 통각수용기는 단순히 유해 자극 감지기에서 비유해 자극 감지기로 바뀔 수 있다. 그 결과, 일상적인 활동의 낮은 강도 자극이 고통스러운 감각을 유발한다. 이것은 일반적으로 과민성이라고 알려져 있다. 염증은 통각수용기의 감작을 유발하는 일반적인 원인 중 하나이다. 일반적으로 염증이 가라앉으면 과민성은 사라지지만, 때로는 유전적 결함 및/또는 반복적인 부상으로 인해 이질통이 발생할 수 있다. 이는 가벼운 접촉과 같은 완전히 무해한 자극이 극심한 통증을 유발하는 현상이다. 이질통은 말초 신경의 통각수용기가 손상될 때에도 발생할 수 있다. 이는 감각신경차단으로 이어질 수 있으며, 이는 생존한 구심성 신경에서 다른 중추 과정이 발생함을 의미한다. 이러한 상황에서, 통각수용기의 생존한 배근 신경절 축삭은 척수와 접촉하여 정상적인 입력을 변경할 수 있다.^[1]

8. 신경 발달

배아 발생 동안 신경 능선 줄기 세포로부터 통각수용기가 발달한다. 신경 능선은 척추동물의 초기 발달, 특히 말초 신경계(PNS)의 발달을 담당한다. 신경 능선 줄기 세포는 신경관이 닫히면서 분리되며, 통각수용기는 이 신경 능선 조직의 등쪽 부분에서 성장한다. 이들은 신경 발생 후기에 형성된다. 이 부위에서 먼저 형성된 세포는 비통증 감지 수용기, 즉 고유 수용기 또는 낮은 역치의 기계 수용기가 될 수 있다. 배아 통각수용기를 포함하여 신경 능선에서 파생된 모든 뉴런은 트로포미오신 수용체 키나제 A(TrkA)를 발현하며, 이는 신경 성장 인자(NGF)에 대한 수용체이다. 그러나 통각수용기의 유형을 결정하는 전사 인자는 아직 불분명하다.^[15]

감각 신경 발생 이후 분화가 일어나며 두 가지 유형의 통각수용기가 형성된다. 이들은 펩티드성 통각수용기 또는 비펩티드성 통각수용기로 분류되며, 각각 고유한 이온 채널 및 수용체 레퍼토리를 발현한다. 이러한 특수화는 수용체가 서로 다른 중추 및 말초 표적을 지배하도록 한다. 이러한 분화는 주산기 및 출생 후 기간 모두에서 발생한다. 비펩티드성 통각수용기는 TrkA를 끄고 RET 원형 종양 유전자를 발현하기 시작하는데, 이는 신경교 세포주 유래 신경영양 인자(GDNF)의 발현을 허용하는 막 횡단 신호 구성 요소이다. 이러한 전환은 비펩티드성 통각수용기의 발달에 필수적인 런트 관련 전사 인자 1(RUNX1)에 의해 지원된다. 반대로, 펩티드성 통각수용기는 TrkA를 계속 사용하며 완전히 다른 유형의 성장 인자를 발현한다. 현재 통각수용기의 차이점에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.^[1]

9. 다른 동물에서의 통각수용

찰스 스콧 셰링턴이 1906년에 통각수용기를 발견한 이후, 통각수용에 대한 연구는 의식이 있는 인간뿐만 아니라 동물을 이용한 모델에서도 수행되었다. 통각수용은 어류^[17], 거머리^[18], 선충류^[19], 바다 달팽이^[20], 초파리 유충^[21]을 포함한 광범위한 무척추동물에서 기록되었다. 비록 이러한 뉴런이 포유류 통각수용기와는 다른 경로와 중추 신경계와의 관계를 가질 수 있지만, 비포유류의 통각수용성 뉴런은 종종 포유류와 유사한 자극, 즉 고온(40°C 이상), 낮은 pH, 캡사이신, 조직 손상에 반응한다.

예를 들어, 초파리에서는 특정 다지상 감각 뉴런이 통각수용에 중요한 역할을 한다.^[22] 연체동물에서는 발 감각 뉴런이 통각 반응을 매개한다.^[23][24] 반면에, 갑각류는 잠재적으로 손상적인 자극을 감지하기 위해 기구 감각 기관 및 기계수용기를 포함한 다양한 감각 세포 유형을 활용한다.( 갑각류의 고통 참조).

참조

_[1] 웹사이트 NOI - Neuro Orthopaedic Institute http://www.noigroup.[...] 2017-10-13
_[2] 웹사이트 Nociception and pain: What is the difference and why does it matter? - Massage St. Louis, St. Louis, MO http://www.massage-s[...] 2017-10-13
_[3] 서적 Mechanisms of Pain https://www.ncbi.nlm[...] National Academies Press (US) 2017-12-08
_[4] 간행물 Nociceptors: the sensors of the pain pathway. 2010-11
_[5] 문서 The Integrative Action of the Nervous System Oxford University Press
_[6] 서적 Principles of neural science https://archive.org/[...] Appleton & Lange
_[7] 문서 Nociceptors: the cells that sense pain http://cell.uchc.edu[...]
_[8] 서적 Neuroscience Sinauer Associates
_[9] 간행물 Postherpetic neuralgia: irritable nociceptors and deafferentation 1998-10
_[10] 서적 Ganong's Review of Medical Physiology McGraw-Hill Education
_[11] 서적 Nociceptors: the cells that sense pain https://books.google[...]
_[12] 웹사이트 Pain Pathway http://www.macaleste[...] 2008-06-02
_[13] 서적 Guyton and Hall textbook of medical physiology Saunders/Elsevier
_[14] 간행물 Signaling pathways in sensitization: toward a nociceptor cell biology 2007-08
_[15] 간행물 Nociceptors—noxious stimulus detectors 2007-08
_[16] 간행물 Nociceptors: a phylogenetic view https://doi.org/10.1[...] 2009-12-01
_[17] 간행물 Do fishes have nociceptors? Evidence for the evolution of a vertebrate sensory system
_[18] 간행물 Properties of the nociceptive neurons of the leech segmental ganglion http://jn.physiology[...]
_[19] 간행물 Thermal avoidance in ''Caenorhabditis elegans'': an approach to the study of nociception
_[20] 간행물 Mechanosensory neurons innervating ''Aplysia'' siphon encode noxious stimuli and display nociceptive sensitization
_[21] 간행물 ''painless'', a ''Drosophila'' gene essential for nociception
_[22] 간행물 Multidendritic sensory neurons in the adult Drosophila abdomen: origins, dendritic morphology, and segment- and age-dependent programmed cell death 2009-10-02
_[23] 문서 Comparative and evolutionary aspects of nociceptor function https://doi.org/10.1[...] Oxford University Press 2024-03-21
_[24] 간행물 Cold stress alters Mytilus edulis pedal ganglia expression of mu opiate receptor transcripts determined by real-time RT-PCR and morphine levels https://pubmed.ncbi.[...] 2002-02-28
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