다음과 같은 특징을 보이는 전위는?

나트륨 유입으로 국소 탈분극을 일으켜 막전위를 역치에 가깝게 하는 전위는 흥분성 연접후전위이다.

흥분성 연접후전위(EPSP, excitatory postsynaptic potential)의 발생 기전은 시냅스 신호 전달의 핵심 원리로, 작업치료사 국가시험에서 신경계 기초 과목의 단골 출제 영역입니다. 문제에서 제시된 세 가지 특징을 하나씩 분해해 보면 정답이 명확해집니다.

연접후막에서 국소적으로 나타남

연접후전위는 신경전달물질이 시냅스틈새를 건너 연접후막의 수용체에 결합하면서 발생합니다. 활동전위(action potential)가 축삭둔덕(axon hillock)에서 시작되어 신경세포막 전체를 따라 전파되는 것과 달리, 연접후전위는 신경전달물질이 결합한 수용체 주변의 국소 부위에서만 막전위 변화가 일어납니다. 이를 국소전위(local potential) 또는 등급전위(graded potential)라고 하며, 발생 지점에서 멀어질수록 크기가 감쇠하는 특성이 있습니다. 문제의 첫 번째 단서는 이 국소적 특성을 정확히 지적하고 있습니다.

나트륨이 세포 안으로 들어오면서 생김

흥분성 신경전달물질인 글루탐산(glutamate)이 연접후막의 AMPA 수용체나 NMDA 수용체에 결합하면, 이 수용체들은 리간드 개폐성 이온통로(ligand-gated ion channel)로 작용합니다. 통로가 열리면 나트륨 이온(Na⁺)이 농도 기울기와 전기적 기울기를 따라 세포 안으로 유입됩니다. 양이온인 나트륨이 들어오면 세포 내부가 상대적으로 덜 음성이 되므로 막전위가 상승하는 탈분극(depolarization)이 발생합니다. 이와 반대로 억제성 연접후전위(IPSP)는 염소 이온(Cl⁻) 유입이나 칼륨 이온(K⁺) 유출로 인해 과분극(hyperpolarization)을 일으키므로, 나트륨 유입이라는 단서는 흥분성 신호의 특징입니다 ^[2].

막전위를 역치에 가깝게 만듦

EPSP는 막전위를 역치전위(threshold potential) 방향으로 이동시켜 활동전위 발생 확률을 높입니다. 안정막전위가 약 -70 mV이고 역치가 약 -55 mV라고 할 때, 하나의 EPSP는 보통 0.5~2 mV 정도의 작은 탈분극을 일으킵니다. 단일 EPSP로는 역치에 도달하기 어렵지만, 여러 EPSP가 시간적·공간적으로 가중(time summation, spatial summation)되면 축삭둔덕에서 역치를 넘어 활동전위가 유발됩니다. 흥분성 시냅스 입력의 빈도와 강도가 연접후 뉴런의 발화 빈도를 조절하는 원리이며, 이는 연접후 발화 간격(inter-spike interval, ISI)의 통계적 특성으로 분석됩니다 ^[1].

오답과의 비교

활동전위(1번)는 역치에 도달했을 때 전압 개폐성 나트륨 통로가 열리며 발생하는 전부 아니면 전무(all-or-none) 반응으로, 국소적으로 나타나지 않고 신경세포막을 따라 전파됩니다. 억제성 연접후전위(3번)는 막전위를 역치에서 멀어지게 만드는 과분극을 일으킵니다. 종판전위(4번, end-plate potential)는 신경근접합부에서 나타나는 EPSP의 한 유형이지만, 문제의 특징은 일반적인 중추신경계 시냅스의 흥분성 연접후전위를 설명하고 있습니다. 안정막전위(5번)는 자극이 없을 때 유지되는 휴지 상태의 막전위로, 이온의 순이동이 없는 상태입니다.

신경계 질환에서 EPSP와 IPSP의 균형은 운동 조절과 감각 처리의 기초가 됩니다. 예를 들어 뇌졸중 후 경직(spasticity)은 억제성 신호의 감소로 인해 흥분성 입력이 상대적으로 우세해지는 현상으로 이해할 수 있으며, 작업치료 중재가 신경가소성과 시냅스 효율 변화에 영향을 미치는 기전을 이해하는 데 EPSP의 개념이 바탕이 됩니다. 시냅스 가소성 연구에서도 시냅스 전후 뉴런의 발화 시점에 따라 시냅스 강도가 변화하는 현상(STDP)이 보고되는데, 이는 연접후전위의 시간적 패턴이 신경회로 재조직에 핵심적인 역할을 한다는 것을 보여줍니다 ^[4].