II. 약물의 인체 생리적 작용
의학전문대학원
박해정
들어가는 글
학습목표
•
뉴런과 시냅스의 개념을 이해한다.•
시냅스를 통한 신경전달 경로를 이해한다.•
신경계를 중추신경계와 말초신경계로 나누고 각각의 특성을 이해한다.•
5가지 주요 신경전달물질의 종류와 기능을 알고, 영향을 미치는 약물 및 남용성 약물 의 종류를 이해한다.•
남용성 약물에 의한 신경계의 생리적 변화에 대한 이해한다.뉴런 (Neuron, 신경세포)
(Dendrite, 가지돌기 수상돌기)
(Cell body)세포체
축삭 (Axon)
- 뉴런의 대부분을 차지 - 핵을 포함하는 부위 -세포체에서 뻗어 나온 얇고
긴 가지
-외부에서 정보를 받는 역할
- cell body로 정보를 전달 - cell body로부터 다른 뉴런 또는 각각의 표적 부위로 정보를 전송하 는 역할
시냅스 (Synapse)
•
신경전달물질 (neurotransmitter): 하나의 신경세포(뉴런)에서 다른 뉴런으로 또는 다음 세포로 신경 충격(신호)을 전달하는 화학물질•
시냅스 (synapse): 두 신경세포 사이나 뉴런과 분비세포 또는 근육세포 사이에서 전 기적 신경충격을 전달하는 부위시냅스 교신
신경전달물질의 합성
신경전달물질의 소포체 (synaptic vesicle) 내 저장
소포체와 presynapse의 세포막 융합, 신경전달물질의 분비
신경전달물질의 수용체 결합, 활동전위 생성
신경전달물질의 재흡수 또는 분해
1. 뉴런의 축삭 속에는 신경전달물질이 작은 주머니들 속에 저장되어
있다가 뉴런이 자극을 받으면 분비된다.
3. 신경전달물질은 다음 뉴런의 수상돌기에 있는
수용체 부위에 결합하여 전위의 변화를 유발한다.
3. 축삭종말과 그 다음 뉴런의 가지돌기 사이에 있는 작은 공간을 시냅스라 한다.
활동전위는 신경전달물질이 분비되어 시냅스를
건너가게 한다.
신경전달물질 수용체
리간드-개폐이온 통로 수용체 (ligand-gated channel receptor)
• 신경전달물질이나 약물의 결합에 반응하여 열리는 내인성 이온 채널을 가짐.
• 신경전달물질이 결합하지 않은 상태에서는 수용체의 채널이 닫혀 있어 이온들이 채널을 통과할 수 없고, 신경전달물질이 수용체에 결합하게 되면 수용체를 활성화 시키면서 채널이 즉시 열리게 되고, 이온들이 세포막을 통과하여 흐르게 됨.
• 기전: 신경전달물질이 수용체에 결합 → 수용체를 활성화 시키면서 채널이 즉시 열림 → 이온들 이 세포막을 통과하여 흐름 → 신경전달물질이 수용체로부터 떨어져 나오면 채널은 다시 빠르게 닫힘.
• 작용 속도가 매우 빠름.
• 종류: glutamate receptor, GABA receptor, nicotine receptor
신경전달물질 수용체
G-단백 결합 수용체 (G protein-coupled receptor)
• 신경전달물질이나 약물의 결합에 반응하는 G 단백 질을 활성화 시킴.
• 신경전달물질이 결합하지 않은 상태에서는G protein 이 수용체에 결합되어 있고, 신경전달물질이 결합하 게 되면 이G protein이 활성화되어 수용체로부터 떨 어져 나와 다른 단백질들을 활성화 시킴.
• 기전 1: 세포막에 있는 이온 채널의 개통이 활성화 되거나 억제될 수 있음
• G protein이 활성화 → 세포막에 있는 이온 채널을 활 성화 시켜 채널들이 열림 → 이온들이 세포 안이나 밖으로 이동 → 세포막의 과분극 → 신경세포의 흥 분 또는 억제
• 기전 2: 세포막의 특정 효소들이 활성화 또는 억제 되 어, 생화학적, 생리학적 효과를 유발함.
• G protein이 활성화 → 2차 전령체 (secondary messe nger)를 활성화 → 특정 단백질을 인산화 시킴 (활성 화) → 생화학적, 생리학적 변화를 유발
• 상대적으로 느림.
• 종류: Dopamine receptor, adrenergic receptor, serotonin receptor
시냅스 전위
A. 흥분성 경로 (Excitatory pathway)
– 관련 신경전달물질: 노르에피네프린, 아세 틸콜린, 글루타메이트 (glutamate)
- 흥분성 신경전달 물질이 수용체에 결합하여, 수용체가 활성화되면서 + 이온이 세포 안으 로 유입됨.
B. 억제성 경로 (Inhibitory pathway)
– 관련 신경전달물질: GABA, 글라이신 (Glycine) - 억제성 신경전달 물질이 수용체에 결합하여, 수
용체가 활성화되면서 - 이온이 세포 안으로 유입 됨
신경계
Nervous System
중추신경계 (Central nervous system)
말초신경계 (Peripheral nervous system)
뇌, 척수로 구성
• 뇌, 척수 이외의 뉴런
• CNS를 나오거나 들어가는 신경
구심성 뉴런 (afferent neuron )
원심성 뉴런 (efferent neuron )
뇌와 척수에서 말초 조직으로 신호를 전달 말초에서 뇌와 척수로 정보를 전달
체성신경계 (somatic nervous system)
자율신경계 (autonomic nervous system)
운동시 골격근의 수축과 같은 수 의적 조절에 관여
불수의적 기능 수행 - 내장운동 뉴런으로 구성
교감신경계 (sympathetic nervous
system) 부교감신경 (parasympathetic nervous
system
• 절전뉴런이 척수의 흉수 (thoracic) 및 요수 (lumbar)에서 나옴
• 척수의 양 옆에 척수와 평행하게 위치한 두 개의 신경절 줄기에서 연접한다.
• 절전뉴런이 뇌와 척수의 천수 (sacral) 부위에서 나 와 효과기 장기 내 또는 장기 근처에서 연접
• 절전 섬유는 짧고 절후 섬유는 길다.
신경계
교감신경 부교감신경
• 절전뉴런이 척수의 흉수 및 요수에서 나옴
• 절전뉴런이 뇌와 척수의 천골 부위에서 나와 효과기 장기내 또는 장기 근처에서 연접
교감신경계와 부교감신경계의 기능
교감 신경계
• 외상이나 공포, 저혈당, 추위 또는 운동과 같은 스트레스 상태에 대한 반응 조절
부교감 신경계
• 소화과정과 노폐물 제거와 같은 필수적인 신체 기능을 유지하며 생명 유지에 필수적인 신체 기능 조절
• 교감신경계와 반대로 작용하거나 균형을 맞추는 작용
자율신경계와 체성신경계의 신경전달 물질
중추신경계 - 후뇌
마름뇌(hindbrain, 후뇌): 연수 (medulla) , 교뇌 (pons), 소뇌 (cerebellum) - 호흡 · 심장박동· 혈압조절 등 생명 유지에 필요한 기능을 담당
• 숨뇌(medulla, 연수)
- 척수가 확장되기 시작하는 지점 - 신체의 기본적인 생명유지
- 혈압, 호흡, 심박률, 소화 구토 등을 통제
-아편, 알코올, 바르비튜레이트계 약물 및 기타 억제성 약물 에 민감함.
• 다리뇌(pons, 교뇌)
-각성 수준의 유지 – 언제 잠이들고 어제 깨어날지를 결정
• 소뇌(cerebellum)
- 신체의 균형 유지와 유연한 동작의 수행
-알코올을 마시면 어지럽고 몸을 가누지 못하는 것은 소뇌에 대한 알코올의 억제 효과 때문임.
중추신경계 - 중뇌
중간뇌(midbrain, 중뇌) – 위아래로 정보를 전달 해 주는 중간 역할을 하며, 통증정보, 감각반사 (시 각과 청각 반사)와 운동반사를 통제
• 흑색질(substantia nigra, 흑질) -신체의 운동을 통제
- 파킨슨병(Parkinson’s disease)
: 흑색질의 변성에 의해 발생함. 근육의 떨림 및 운 동 곤란의 특징을 보임.
※망상체(reticular formation, 그물체)
-수많은 신경들이 무질서하게 회로를 형성해 마치 그물처럼 보이는 신경망.
- 주로 중뇌에 집중되어 있으며, 교뇌와 연수 등을 관통
-각성·집중력·흥분·의식 등과 관련된 정보를 척수의 감각통로를 통해 망상체에 전달되면, 자극을 선별 하여 반응 자극을 강화시키거나 약화시켜서 대뇌 피질로 전달하는 작용을 함.
-알코올에 의한 기억력·인지력·판단력·주의력·정보처리 등 사고 기능, 자극에 반응하는 시간, 운동 기능, 언어 구사 기능 등의 감소는 망상체와 대뇌피질의 기능 억제 때문임.
중추신경계 - 전뇌
앞뇌(forebrain, 전뇌): 간뇌 (diencephalon)와 대뇌 반구 (cere bral hemisphere) – 감각정보를 받아들이고 인지, 언어이해, 운동 기능을 담당.
간뇌(diencephalon) : 시상 (thalamus), 시상하부 (hypothalamus), 뇌하수체(pituitary gland), 송과샘 (pineal gland)을 포함하는 내분비 조직– 항상성의 중추
• 시상(thalamus)
- 감각정보와 운동정보를 처리하여 대뇌로 보내는 기능
• 시상하부(hypothalamus)
- 항상성 유지와 종의 생존을 보장해 주는 동기적, 정서적 행위를 수행 할 수 있게 하는 영역
- 체온유지, 섭식 조절, 생식기능 등을 조절.
※ 뇌줄기 (뇌간, brain stem)
- 대뇌반구와 척수를 연결시키는 뇌의 줄기부분. (간뇌, 중뇌, 연수, 교 뇌, 망상체)
- 간뇌, 중죄, 연수, 교뇌로 이루어지며, 뇌의 중심축.
- 대뇌 반구나 소뇌가 의식적인 여러 활동이나 조절에 관계하고 있는 데 비해 뇌간은 무의식적인 여러 활동, 즉 생명유지에 관계된 주요 기 능중추가 포함되어 있음.
중추신경계 - 전뇌
대뇌반구(cerebral hemisphere): 운동, 감각, 감정, 사고, 언어, 기억 및 판단 등 고등 정신 기능
• 대뇌겉질(cerebral cortex, 대뇌피질)
- 시각, 청각, 촉각 정보의 처리에 관여, 학습, 기억력, 복잡하고 정밀한 운동의 구성을 통제 -한 정보를 다른 정보와 연결시키는 역할을 함.
※변연계(limbic system)
-대뇌피질과 시상하부 사이의 경계에 위치한 부위
-해마(hippocampus), 편도체(amygdala), 시상앞핵(anterior thalamic nuclei), 변연엽(limbic lobe), 후 각신경구(olfactory bulbs)
- 스트레스 상황에서 정서적 행동을 조직화하는데 핵심적 역할을 함. (감정, 행동, 동기부여, 기억, 후 각 등의 여러 가지 기능을 담당)
-불안, 우울, 공격성, 정신분열증의 증상과 관련되어 있음.
신경전달물질
1. 아세틸콜린 (acetylcholine)
신경계 위치 작용 약물(유사제 및
억제제) 의약적용도
말초신경계
무스카린 수 용체
(muscarin receptor)
자율신경계 (부교감신경) 말단
항무스카린성 작용:
부교감신경계 억제 효과
항무스카린성약 물: 아트로핀 (atropine, 동공확 대), 스코폴라민 (scopolamine)
아트로핀: 망막 이상이 있는지 검진할 때 사용
니코틴 수용 체(nicotin receptor)에 작용
체성신경계 끝 부분: 골격근 (수의근)에 분 포된 운동뉴런 의 말단.
항니코틴성 작용:
운동신경을 마비시 킴.
항니코틴성 약물:
큐라레(curare, 신체를 마비시킴- 동물사냥에 사용)
Tubocurarine:
전신마취 보조 제
중추신경계
니코틴 수용 체(nicotin receptor)에 작용
대뇌 피질 아세틸콜린의 결여 또는 니코틴 수용체 의 결손은 알츠하이 머 병(Alzheimer’s disease)과 관련있 음.
콜린에스테라제 (Choline esterase) 억제제:donepezil
donepezil: 알 츠하이머 치료 제
신경전달물질
2. 노르에피네프린 (norepinephrine)
신경계 위치 작용 약물(유사제 및 억
제제) 의약적용도
말초신경계
아드레날린 성 수용체 (Adrenergic receptor)
자율신경계 (교감신경) 말단
교감신경계 활
성화 아드레날린 작동제:
Epinephrine, Norepinephrine, Isoproterenol…
아드레날린 길항제:
Propranolol, Prazosin, Acebutolol…
아드레날린 작동제:
아나필락시스성 쇽, 기관지확장제, 응급 시 심장 자극.
아드레날린 길항제:
고혈압, 녹내장, 협 심증
중추신경계
아드레날린 성 수용체 (Adrenergic receptor)
- 시상하부와 변연계에 집 중 분포 - 뇌 전역에 걸쳐 발견됨.
정서 상태 조절, 집중력 조절--- 우울증, 주의력 결핍에 영향을 미침
아드레날린 작동제:
Ampethamine, Methamphetamine
Ampethamine- 우울 증, ADHD, 식욕 억 제, 수면발작 치료 Methamphetamine (필로폰)-흥분성 마 약
신경전달물질
3. 도파민 (dopamine)
신경계 위치 작용 약물(유사제 및 억제제) 의약적용도
중추신경계
중간뇌의 흑 색질
- 운동의 통제 (원하는 때 움 직임을 시작하고 멈추는 것.
부드럽고 정확하게 계획 데 로 수행하는 것)
- 파킨슨병 (Parkinson’s disease): 흑색질의 도파민 분 비 뉴런의 퇴화
유사제-레보도파
(levodopa), 카르비도파 (carbidopa)
항파킨슨제
대뇌피질 및 변연계에 다 량 분포
-정서 상태 조절
- 정신분열증: 변연계 도파민 뉴런의 과활동성에 의함.
도파민 수용체 차단제:
Chlorpromazine, Clozapine
Chlorproma zine,
Clozapine- 항 정 신 병 약 물
-집중, 행복감, 쾌감, 성적 흥
분, 만족감 도파민의 재흡수 차단제:
코카인 코카인-흥분
성 마약
신경전달물질
4. 세로토닌 (serotonine)
신경계 위치 작용 약물(유사제 및 억제제) 의약적용도
중추신경계
연수, 뇌교 수면패턴조절 망상체(연수,
교뇌, 중뇌) 뇌의 흥분도 조절 수면상태나 각성 상태 를 조절
유사제- LSD (세로토닌 수용 체를 활성화 시켜 세로토닌 분비를 감소시킴)
LSD - 환각제
대뇌피질 및 변
연계 -정서 상태 조절: 만족감 촉진, 공격성과 강박행 동의 감소
-우울증: 노르에피네프 린과 세로토닌(모노아 민)의 결핍
-조증: 노르에피네프린 과 세로토닌(모노아민) 의 과잉생산
세로토닌 재흡수억제제-
fluoxetine Fluoxetine- 우 울증치료제
신경전달물질
5. GABA (gamma aminobutyric acid)
신경계 위치 작용 약물(유사제 및 억제제) 의약적용도
중추신경계
뇌 전역에 분포 -억제성 신경전달물질
전반적인 뇌의 활동을 억 제 하는 기능을 함.
- 운동기능의 긴장과 불안 을 감소시키고 진정작용 과 수면이 증가함.
GABA 수용체 작동제 (활 성화제): 바르비튜레이트 (barbiturate)계 약물, 벤 조디아제핀
(benzodiasepin)류
항불안약, 진정 수면제
남용성 약물과 신경전달물질
남용성 약물 복용의 신경계의 생리적 효과
혈액-뇌 장벽 (blood-brain barrier, BBB)•
약물이 충분히 지용성일 때 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있음.•
예: 니코틴, 알코올, 바르비튜레이트류 약물, 카페인, 헤로인은 BBB를 통과함•
예: 페니실린은 BBB를 통과하지 못함.•
예: 파킨슨병에서 도파민을 복용하면, 지용성이 아니므로 BBB를 통과할 수 없음.Levodopa (L-dopa)는 지용성이며 BBB를 통과할 수 있음 (L-dopa는 뇌 안에서 dopamine으로 전환됨).
약물의 내성을 만드는 생화학적 과정•
대사적 내성 (metabolic tolerance) - 간에서 일어남- 한 약물을 반복해 사용하면 간에서 그 약물의 대사가 촉진됨.
- 예: 알코올을 지속적으로 복용하면 알코올 분해 속도가 증가됨.습관적 음주자는 음 주량을 늘리게 됨.
•
세포적 내성 (cellular tolerance)- 약물의 반복 투여에 의해 지속적으로 수용체를 활성화 시키면, 수용체 민감도가 떨어져 약물 효과가 감소됨.
- 약물의 반복 투여에 의해 수용체를 지속적으로 차단하면 보상기전 (compensatory mechanism)에 의해 수용체의 수가 증가하거나 분비되는 신경전달물질의 양이 증가함.
남용성 약물 복용의 신경계의 생리적 효과
보상 (reward) 회로의 작용•
뇌의 보상회로: 도파민성 뉴런이 중뇌의 복측피개 영역 (ventral tegmental area, VTA)에서 대뇌 변연 계의 측중격핵 (nucleus accumbens, NA, 측핵)에 걸쳐 전두엽 (prefrontal cortex)에 이르는 연결 구조•
사람에게 강한 쾌락과 같은 사고력, 즉 보상 (선물) 을 제공하여 다양한 활동을 수행하게 하는 회로•
예: 성행위와 관련된 쾌감, 식후 행복감, 모르핀등 남용성 약물에 의한 쾌감•
신경전달물질들이 측중격핵에서 분비되는 도파민 의 양을 조절 할 수 있음.- 예: 알코올이 뇌의 오피오이드 (opioid)를 활성화 시킴 증가된 내인성 오피오이드의 활성에 의 해 측핵의 도파민 농도가 증가됨 자극이 전두 엽 쾌감중추로 전달됨 쾌감, 즐거움을 느낌.
약물효과의 강화과정 약물갈망
약물복용
도파민 보상 회로
(뇌의 보상회로)
