평형 감각
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1. 개요
평형 감각은 내이의 전정에서 수용되는 전정 감각과 고유수용성 감각, 피부 감각, 시각 등 여러 감각 기관의 유기적인 작용을 통해 신체의 균형을 유지하는 감각이다. 전정 기관에는 각가속도를 감지하는 반고리관과 직선 가속도를 감지하는 구형낭, 난형낭이 있으며, 이석 기관은 머리의 기울어짐과 선형 가속도를 감지한다. 평형 감각은 전정 신경을 통해 뇌간, 소뇌, 대뇌 등 여러 뇌 영역으로 전달되며, 전정 신경핵, 소뇌, 시상 등의 뇌 영역은 평형 유지와 관련된 정보를 처리한다. 평형 감각 기능에 이상이 생기면 현기증, 방향 감각 상실, 메스꺼움 등의 증상이 나타나며, 다양한 검사를 통해 평형 기능 장애의 원인을 진단한다.
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- 전정계 - 반고리관
반고리관은 내이의 골미로 내에 있는 세 개의 관으로, 머리의 회전 운동을 감지하여 균형 감각을 유지하며, 전반고리관, 후반고리관, 외반고리관으로 구성되어 서로 직각을 이루어 3차원 회전 운동을 감지하고 내림프액과 털세포를 통해 뇌로 정보를 전달한다. - 전정계 - 전정 기관
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국무회의는 대한민국 대통령을 의장으로, 예산, 법률안, 외교, 군사 등 국정 현안을 심의하는 중요한 기관이며, 대통령, 국무총리, 국무위원으로 구성되고, 정례회의는 매주 1회, 임시회의는 필요에 따라 소집된다.
| 평형 감각 | |
|---|---|
| 평형 감각 정보 | |
| 정의 | 자세와 균형을 유지하는 생리적 감각 |
| 담당 기관 | 내이의 미로, 시각, 고유수용성 감각 |
| 장애 | 균형 장애 |
| 관련 용어 | 균형, 자세, 운동 감각 |
| 상세 정보 | |
| 감각 정보 | 머리와 몸의 움직임, 위치, 방향에 대한 정보 제공 |
| 작동 방식 | 전정 기관의 유모세포가 움직임 감지, 뇌로 신호 전달 |
| 통합 과정 | 시각, 고유수용성 감각 정보와 통합되어 균형 유지 |
| 중요성 | 일상 생활의 움직임, 운동, 방향 감각에 필수적 |
| 관련 질병 및 증상 | |
| 어지럼증 | 균형 감각 이상으로 인해 발생하는 주관적인 증상 |
| 메니에르병 | 내이 질환으로 어지럼증, 청력 저하, 이명 유발 |
| 양성돌발성체위성현훈 | 특정 자세에서 발생하는 짧고 강렬한 어지럼증 |
| 전정 신경염 | 전정 신경 손상으로 인한 갑작스러운 어지럼증 |
| 기타 | |
| 운동 | 다양한 운동 (예: 요가, 태권도)을 통해 향상 가능 |
| 기타 요인 | 나이, 약물, 신경계 질환 등이 영향 미침 |
2. 전정 기관
전정계에서 평형 감각은 내이의 미로 내의 내림프의 수준에 의해 결정된다. 전정은 각가속도를 수용하는 반고리관과 직선 가속도를 수용하는 구형낭, 타원낭으로 구성된다. 이들은 모두 이중 낭 구조를 가지며, 바깥쪽 낭은 외림프, 안쪽 낭은 내림프로 채워져 있다. 내림프낭에는 자극을 받기 쉬운 수용기가 있으며, 수용 세포는 달팽이관과 마찬가지로 유모 세포이다.
신체가 어느 쪽을 향하고 있는지, 얼마나 기울어져 있는지, 움직이고 있는지와 같은 정보는 운동 능력이 있는 생물에게 중요하다. 이러한 정보는 신체에 작용하는 가속도를 감지하는 형태로 얻어진다.
일차 구심성 신경은 내이 신경 (제VIII 뇌신경) 중 전정 신경이며, 교·연수의 전정 신경핵으로 들어간다. 여기서부터의 출력은 척수, 안근 운동 뉴런, 소뇌, 망상체, 시상·대뇌 피질, 시상 하부로 복잡하게 분지되지만, 대부분이 반사적 조절에 기여한다.
평형 감각은 전정 감각 외에도 고유수용성 감각, 피부 감각, 시각이 중요하게 작용한다. 전정기계, 시기계, 고유수용성 감각계의 3계통이 유기적으로 작용하고, 전정안 반사 회로, 안구 운동 반사 회로, 고유수용성 감각 운동계, 자율 신경계 반사계가 뇌간, 소뇌, 대뇌, 시상 하부 기타 감각 기관과 연계하여 평형 감각의 기능이 유지된다.
2. 1. 반고리관
세 개의 반고리관은 머리의 회전 운동, 즉 각가속도를 감지한다. 수평 반고리관, 상 반고리관(전방 반고리관), 후 반고리관은 각각 다른 평면에서의 회전을 감지한다. 수평 반고리관은 수직 축(좌우 보기), 상 반고리관은 측면 축(머리에서 어깨로), 후방 반고리관은 두미-미골 축(끄덕임)에 대한 머리 회전을 처리한다.[2]반고리관은 골성 팽대부에서 두께가 두 배가 되는 얇은 튜브이며, 중앙 기저부에는 팽대부 컵이 있다. 팽대부 컵은 유모 세포의 입체 섬모에 연결된 젤라틴 덩어리로, 내부 림프액의 움직임에 영향을 받는다. 림프액은 관성 때문에 머리 움직임보다 늦게 움직여 컵을 구부리고 유모 세포를 활성화시킨다. 이로 인해 활동 전위가 생성되어 전정 신경을 통해 신체가 움직였다는 신호를 전달한다.[2]
회전이 지속되면 림프액은 관을 따라잡아 컵이 재설정되지만, 회전이 멈추면 림프액은 계속 움직여 컵을 다시 구부리고 움직임 변화를 감지한다. 예를 들어, 조종사가 뱅크 턴을 오래 하면 림프액이 관 회전에 일치하여 똑바로 있는 느낌을 받지만, 턴에서 벗어나면 컵이 다시 자극되어 다른 방향으로 회전하는 느낌을 받는다.[2]
2. 2. 이석 기관
구형낭과 타원낭은 머리의 기울어짐과 선형 가속도를 감지하는 이석 기관이다. 이석막의 움직임은 유모 세포를 자극하여 기울어짐과 가속도 정보를 신경 신호로 변환한다. 구형낭은 수직 방향(위아래)의 움직임, 타원낭은 수평 방향(머리에서 어깨까지)의 움직임을 주로 감지한다.[3][4][5][6] 이석 기관은 머리가 움직이지 않을 때도 머리 위치에 대한 정보를 뇌에 지속적으로 제공한다.[3][4][5][6]이석 기관에는 두껍고 무거운 젤라틴 막이 있는데, 이 막은 관성 때문에 움직임에 따라 뒤쳐지거나 앞으로 나아가면서 타원낭 반점을 덮고 있는 섬모를 구부리고 활성화시킨다. 섬모를 자극하는 이석막의 이동은 섬모가 다시 자극될 때까지 신체의 상태로 간주된다. 예를 들어, 누워 있다가 일어서면 섬모가 자극되지만, 누워 있는 동안에는 이석막이 재설정되더라도 누워 있다는 신호가 계속 활성화된다.
유모 세포의 입체 섬모 중 가장 긴 것은 운동 섬모이다. 입체 섬모가 운동 섬모 쪽으로 이동하면 탈분극이 일어나 더 많은 신경 전달 물질이 분비되고 전정 신경의 발화가 증가한다. 반대로 입체 섬모가 운동 섬모에서 멀어지면 과분극이 일어나 신경 전달 물질이 감소하고 발화가 줄어든다.[7][8]
3. 평형 감각의 신경 경로
전정 기관에서 생성된 신경 신호는 전정 신경을 통해 뇌로 전달된다.[9] 내이 신경 (제VIII 뇌신경) 중 하나인 전정 신경은 교·연수의 전정 신경핵으로 들어간다. 하소뇌각은 균형 정보를 전달하는 가장 큰 중심지로, 고유수용성 감각 및 전정 입력 간의 통합을 통해 무의식적인 균형 및 자세 유지를 돕는다.
전정 신경핵에서 나온 출력은 척수, 안근 운동 뉴런, 소뇌, 망상체, 시상·대뇌 피질, 시상 하부로 복잡하게 분지되지만, 대부분은 반사적 조절에 기여한다.
눈돌림 신경은 눈의 외측 곧은 근에만, 활차 신경은 눈의 상사근에만 신경 지배를 한다. 이들은 함께 수축하고 이완하여 동공을 각도로 향하게 하고 눈의 반대쪽에서 구체를 아래로 누르는 작용을 한다. 동공은 이러한 근육에 의해 방향을 지시받을 뿐만 아니라 종종 회전하기도 한다. (시각 시스템 참조)
시상과 상구는 외측 슬상핵을 통해 연결된다. 상구(SC)는 주로 시각 입력을 통해 균형 및 빠른 방향 전환 운동을 위한 지형도 (신경해부학)이며, 여러 감각을 통합한다.[17][18]
3. 1. 전정 신경핵
전정 신경핵은 뇌간에 위치하며, 전정 신경으로부터 정보를 받아 척수, 안구 운동 신경, 소뇌 등 다양한 뇌 영역으로 전달한다.[13][14] 전정 신경핵은 외측, 내측, 상 전정 신경핵으로 구분된다.- 외측 전정 신경핵 (LVN): 외측 전정척수로를 통해 척수의 천골까지 내려간다.
- 내측 전정 신경핵 (MVN): 숨뇌에 위치하며, 일부는 내측 전정척수로를 통해 척수의 허리뼈 1번까지 내려간다. 내측 세로다발을 통해 위로도 올라간다.
- 상 전정 신경핵 (SVN): 다리뇌에 위치하며, 내측 세로다발을 통해 위로 올라간다.
MVN과 IVN은 숨뇌에 있고, LVN과 SVN은 더 작고 다리뇌에 있다.[13][14]
3. 2. 소뇌
소뇌는 평형 유지와 운동 조절에 중요한 역할을 한다. 전정소뇌, 척수소뇌, 대뇌소뇌는 각각 다른 감각 정보를 통합하고 운동을 조절하며, 소실엽은 근육 긴장도(지속적이고 수동적인 근육 수축)를 조절하여 신체 평형을 유지한다.[10][11][12]소뇌 벌레는 세 부분으로 나뉜다.
- 전정소뇌: 상구에서 제공되는 시각 정보와 균형 정보를 통합하여 눈의 움직임을 조절한다.
- 척수소뇌: 시각, 청각, 고유수용성 감각 및 균형 정보를 통합하여 신체 및 사지 운동을 수행한다. 삼차 신경, 등쪽 기둥(척수), 중뇌, 시상, 그물 형성 및 전정 신경핵(숨뇌) 출력을 받는다.
- 대뇌소뇌: 주로 다리뇌와 소뇌 치아핵을 통해 운동 피질 영역에서 감각 입력을 평가한 후 운동을 계획하고, 시기를 정하고, 시작한다. 이는 시상, 운동 피질 영역 및 적핵으로 출력한다.[10][11][12]
3. 3. 기타 뇌 영역
하올리브핵은 조정 타이밍 감각 정보를 부호화(인코딩)하여 복잡한 운동 기술을 돕는다. 이는 소뇌에서 해독되어 작용한다.[9]시상 망상핵은 정보를 다른 여러 시상 핵에 분배하여 정보 흐름을 조절한다. 이는 신호를 중단하여 중요하지 않은 정보의 전송을 종료할 수 있는 것으로 추정된다. 시상은 다리뇌(소뇌 연결), 운동 피질, 섬엽 사이의 정보를 중계한다.
섬엽 또한 운동 피질과 밀접하게 연결되어 있다. 섬엽은 균형 감각이 의식적인 지각으로 변환되는 곳일 가능성이 높다.
눈돌림 신경핵 복합체는 중뇌 피개로 가는 섬유(눈 운동), 적핵(자연스러운 사지 운동), 흑색질(보상) 및 대뇌각(운동 중계)과 연결된다. 카할 핵은 눈 운동 핵 중 하나이며, 눈의 움직임과 반사 주시 조절에 관여한다.[15][16]
4. 평형 기능 장애
평형 기능 장애는 반사계와 중추계의 연계 장애, 신체 평형계의 이상으로 발생하는 현상이다. 평형 기능 장애가 발생하면 현기증, 방향 감각 상실 및 메스꺼움이 발생하여 일상생활에 큰 지장을 줄 수 있다.
평형 기능 장애는 원인에 따라 크게 내이를 포함한 말초 신경계(전정계) 장애와 중추 신경계 장애로 나눌 수 있다. 말초 전정계 장애는 급성 발병과 완만하게 발병하는 경우에 따라 병태가 다르다. 급성기에는 반복적인 현기증과 함께 방향 고정성 안진, 귀 증상을 동반하며, 머리 위치 변화가 크게 영향을 미치고 구토가 나타날 수 있다. 비교적 완만하게 진행되는 경우에는 중추성의 보상에 의해 현기증, 안진은 적다.
중추 신경계 병태에 의해 발병하는 평형 기능 장애는 주시 방향성 안진과 다른 신경 증상을 동반한다. 중추계 병태에서 나타나는 현기증은 경증이지만 지속적이다.
4. 1. 원인
평형 감각이 방해받으면 현기증, 방향 감각 상실 및 메스꺼움이 발생한다. 평형 감각은 메니에르병, 상반고리관 개방 증후군, 내이 감염, 머리에 영향을 미치는 심한 감기 또는 현훈을 포함하되 이에 국한되지 않는 여러 다른 질환에 의해 손상될 수 있다. 또한, 예를 들어 회전목마를 탈 때와 같이 빠르거나 지속적인 가속으로 인해 일시적으로 방해받을 수 있다. 타격, 특히 머리 옆이나 귀에 직접적인 타격도 평형 감각에 영향을 미칠 수 있다.대부분의 우주 비행사는 궤도에 있을 때 평형 감각이 손상되는 것을 발견하는데, 이는 그들이 지속적인 무중력 상태에 있기 때문이다. 이는 우주 적응 증후군이라고 불리는 일종의 멀미를 유발한다.
미로를 자극하여 나타나는 반사를 미로 반사(영어: labyrinthine reflex, 독일어: Labyrinthreflex)라고 하며, 전정안 반사, 전정척수 반사, 전정 자율 신경 반사가 있다.[1] 전정안 반사는 미로 자극에 의한 안진(안구의 불수의적 왕복 운동)으로 나타나며, 전정척수 반사는 미로 자극에 의해 나타나는 체평형의 이상을 말한다.[1] 또한 전정 자율 신경 반사는 미로 자극에 의해 나타나는 자율 신경 반사이며, 현기증, 메스꺼움, 구토를 포함한다.[1]
멀미 등의 동요병(가속도병)은 전정에서 시상 하부로의 과도한 신호에 의해 자율 신경계에 이상이 생겨 발생하는 것으로 여겨진다.[2] 평형 기능 장애(영어: disequilibrium, 독일어: Gleichgewichtsstörung)는 반사계와 중추계의 연계 장애, 신체 평형계의 이상으로 발생하는 현상으로, 원인을 크게 나누면 내이를 포함한 말초 신경계(전정계)의 장애와 중추 신경계의 장애가 있다.[3]
말초 전정계의 병태에 의한 장애는 급성으로 발병하는 경우와 완만하게 발병하는 경우에 따라 병태가 다르다.[3] 급성기 발병 시 반복적인 현기증과 함께 방향 고정성 안진, 귀 증상을 동반한다.[3] 머리 위치 변화가 크게 영향을 미치며, 구토가 나타날 수 있다.[3] 주로 내이 장애, 메니에르병, 이경화증, 돌발성 난청 등이 있다.[3] 비교적 완만하게 진행되는 경우에는 중추성의 보상에 의해 현기증, 안진은 적다.[3]
한편, 중추 신경계의 병태에 의해 발병하는 평형 기능 장애는 주시 방향성 안진과 다른 신경 증상을 동반한다.[4] 주로 소뇌나 뇌간 등 신체 평형과 관련된 부분의 이상에 의한 순환 장애(뇌혈관 질환 등), 퇴행성 질환, 종양 등이 있다.[4] 중추계의 병태에서 나타나는 현기증은 경증이지만 지속적이다.[4]
4. 2. 증상
평형 기능 장애는 반사계와 중추계의 연계 장애, 신체 평형계의 이상으로 인해 발생한다. 원인에 따라 크게 내이를 포함한 말초 신경계(전정계) 장애와 중추 신경계 장애로 나눌 수 있다.[22]말초 전정계 장애는 급성으로 발병하는 경우와 완만하게 발병하는 경우에 따라 증상이 다르다. 급성 발병 시에는 반복적인 심한 현기증과 함께 방향 고정성 안진(눈 떨림), 귀 증상이 나타난다. 머리 위치 변화가 증상에 큰 영향을 미치며, 구토가 발생할 수 있다. 주로 내이 장애, 메니에르병, 이경화증, 돌발성 난청 등이 원인이다. 비교적 완만하게 진행되는 경우에는 중추신경계의 보상 작용으로 인해 현기증, 안진은 적게 나타난다.[22]
중추 신경계 장애로 발생하는 평형 기능 장애는 주시 방향성 안진과 다른 신경학적 증상을 동반한다. 주로 소뇌나 뇌간 등 신체 평형과 관련된 부분의 이상에 의한 순환 장애(뇌혈관 질환 등), 퇴행성 질환, 종양 등이 원인이다. 중추성 장애로 나타나는 현기증은 비교적 가볍지만 지속적으로 나타난다.[22]
5. 평형 기능 검사
평형 기능 검사는 신체 평형 기능을 검사하는 데 사용되며, 주요 검사에는 안진을 포함한 안구 운동 검사와 신체 동요 검사가 있다. 안진 검사는 자발 안진(말초, 중추를 막론하고 전정계가 손상된 경우에 나타나는 병적인 안진) 검사 및 유발 안진 검사로 나뉜다. 신체 동요 검사는 중심 동요의 변화를 그래프로 기록하는 것 외에, 컴퓨터 분석을 통해 중심 동요의 주파수 특성이나 일정 시간 내의 총 궤적 길이 등을 검사한다.[22]
5. 1. 안구 운동 검사
안진 검사는 자발 안진 및 유발 안진을 관찰하여 전정계의 이상을 확인한다. 육안 관찰, 프렌젤 안경(잠재적인 안진을 포함한 안구 운동, 동공 부동 관찰에 사용되는 볼록 렌즈로 만들어진 안경)을 이용한 관찰, 안진계(ENG)를 이용한 기록 및 컴퓨터를 이용한 자세한 분석을 수행한다.[22]유발 안진 검사법에는 미로 자극에 의해 유발되는 미로 자극 안진에 대한 전정 자극 검사법으로 주로 온도 안진 검사 및 회전 안진 검사가 있다. 이 외에 직류 통전을 이용한 자극으로 유발되는 안진을 검사하는 방법도 있다. 또한 시각 자극에 의해 유발되는 안구 운동 검사법으로 시운동성 안진 검사 및 시표 추적 검사 등이 있다. 안진 급속상(안진 완서상에 의해 편위된 안구를 급속히 중앙으로 되돌릴 때 나타나는 빠른 안구 운동)의 속도 이상 등은 육안 관찰이나 안진계로는 충분한 검사가 불가능하므로 컴퓨터 분석을 통한 검사를 수행한다.[22]
- '''온도 안진 검사'''(칼로릭 검사): 외이도에 냉수 또는 온수를 주입하여 안진을 유발, 한쪽 미로 기능을 평가한다. 앙와위에서 머리를 30도 들어 올린 후, 온수와 냉수를 외이도에 주입한다. 체온보다 낮은 온도로 자극하면 안진 급속상이 반대쪽을 향하고, 체온보다 높은 온도로 자극하면 안진 급속상이 같은 쪽을 향한다. 외측 반고리관의 기능을 검사하는 것이며, 전반고리관이나 후반고리관의 기능 검사는 아니지만, 이를 통해 외측 반고리관의 전정 기능 이상 유무를 대표적으로 파악하는 경우가 많다.[22]
- '''회전 안진 검사'''(쿠프로메트리): 회전 자극을 통해 안진을 유발, 전정계 이상 유무와 보상 과정을 평가한다. 회전 중 안진은 회전 방향으로 안진이 나타나지만, 회전 후 안진은 회전 방향과 반대 방향으로 안진이 나타난다. 좌위에서 머리 위치를 앞으로 굽혀, 외측 반고리관을 수평으로 하여 좌우 회전을 실시한다. 그에 따라 내림프액의 흐름을 발생시켜 외측 반고리관의 쿠풀라를 편위시키면, 그 신호가 중추 전정계에서 변환되어 안진으로 나타난다. 회전 방법으로, 구래의 바라니 회전법에서는 20초 동안 10회 회전과 180도/초의 속도로 회전하고, 급정지 후에 안진의 지속 시간을 좌우 비교한다. 그 외에 등속도 회전 후에 정지시키는 방법, 쿠프로메트 방식, 컴퓨터를 이용한 상세 분석 등이 있다.[22]
- '''두위 안진 검사''' 및 '''두위 변환 안진 검사''': 머리 위치 변화에 따른 안진을 검사하여 이석 및 반고리관 기능을 평가한다. 일반적으로 안진은 주시로 억제되기 때문에 주시 안진을 유발하는 등의 경우를 제외하고는 대부분 비주시 하(프렌첼 안경, 암소 개안 하, 안진계에 의한 기록 등)에서 검사한다. 두위 안진 검사에서는 머리 위치를 완만하게 변화시켜 이석 자극에 의해 나타나는 안진을 검사한다. 두위 변환 안진 검사에서는 급격하게 머리 위치를 변화시켜 반고리관 자극에 의해 나타나는 안진을 검사한다.[22]
- '''시표 추적 검사''': 시표를 따라 움직이는 안구 운동을 관찰하여 소뇌, 뇌간 등의 장애를 평가한다. 정면으로 이동하는 시표를 눈으로 따라가게 하는 검사법이다. 육안 관찰과 눈 떨림(안진) 계측기에 의한 기록이 있으며, 최근에는 안진 계측기에 의한 기록 분석이 이루어진다. 주요 자극 방법으로 수평 방향, 수직 방향으로의 자극이 있다. 정상적인 경우에는 원활한 안구 운동이 관찰되지만, 소뇌나 뇌간 등에 장애가 있는 경우에는 추적 안구 운동이 원활하게 이루어지지 않는 경우가 많다.[22]
5. 2. 신체 동요 검사
중심 동요계 검사는 검출대에 똑바로 선 피검사자의 신체 동요를 바닥 반력의 변화로 파악하는 것이다. XY 기록계 등의 '''중심 동요계'''에 의해 개안(눈을 뜬 상태) 및 폐안(눈을 감은 상태)에서의 중심 동요 변화를 기록한다.[1] 이전에는 파형의 정성적인 관찰이 이루어졌지만, 최근에는 컴퓨터에 의한 주파수 분석, 총 궤적 길이, 동요 속도 등의 정량적 분석이 이루어진다.[1]6. 기타 평형 감각
고양이는 얇은 울타리 위를 걷기 위해 속귀와 꼬리를 사용하는 등, 일부 동물은 인간보다 더 뛰어난 평형 감각을 가지고 있다.[19]
많은 해양 동물은 평형포라는 기관을 통해 평형 감각을 유지한다. 평형포는 작은 탄산칼슘 돌의 위치를 감지하여 어느 방향이 위쪽인지 판단한다.[21]
Gravitropism|굴지성영어은 식물이 나타내는 평형 감각의 일종이다. 포플러 줄기는 기울기를 감지하여 위쪽(중력 반대 방향)으로 자라고, 뿌리는 아래쪽(중력 방향)으로 자란다.[20]
참조
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