30세 남성이 웨이트 트레이닝 중 골격근이 강하게 수축하였다. 골격근에서 운동신경 말단과 근섬유가 만나는 신경근접합부(운동종판)로 분비되어 수축을 유발하는 신경전달물질은?

골격근의 신경근접합부에서 운동신경 말단은 아세틸콜린을 분비하고, 이것이 근섬유막의 니코틴성 수용체에 결합해 탈분극과 수축을 일으킨다.

신경근접합부(neuromuscular junction, NMJ)는 운동신경의 말단과 골격근 섬유가 시냅스(synapse)를 이루는 구조로, 운동종판(motor end plate)이라고도 합니다. 웨이트 트레이닝처럼 골격근이 강하게 수축하려면 운동신경을 따라 전달된 활동전위(action potential)가 신경 말단에 도달한 뒤, 시냅스틈새(synaptic cleft)로 신경전달물질이 분비되어 근섬유막의 수용체에 결합해야 합니다. 이때 분비되는 신경전달물질이 아세틸콜린(acetylcholine, ACh)입니다.

아세틸콜린은 진화적으로 잘 보존된 신경전달물질로 중추신경계와 말초신경계에 폭넓게 분포하며, 합성·소포 저장·분비·분해·재흡수의 전 과정을 거쳐 기능합니다^[1]. 골격근의 신경근접합부에서는 운동신경 말단의 시냅스소포(synaptic vesicle)에 저장되어 있던 아세틸콜린이 칼슘(Ca²⁺) 유입에 의해 세포외유출(exocytosis) 방식으로 분비됩니다. 분비된 아세틸콜린은 근섬유막의 니코틴성 아세틸콜린 수용체(nicotinic acetylcholine receptor, nAChR)에 결합하여 근섬유막을 탈분극시키고, 이어서 활동전위를 유발해 근형질세망(sarcoplasmic reticulum)에서 칼슘이 방출되도록 함으로써 근수축을 일으킵니다^[1].

신경근접합부에서 신경전달물질의 분비는 칼슘 센서 단백질에 의해 정밀하게 조절됩니다. 시냅스소포의 세포외유출은 SNARE 복합체와 칼슘 센서 단백질의 상호작용으로 일어나며, 빠른 분비와 느린 분비를 매개하는 이중 칼슘 센서 체계가 관여합니다^[2]. 웨이트 트레이닝 중 반복적이고 강한 수축이 요구될 때는 이러한 분비 기전을 통해 아세틸콜린이 지속적으로 방출되어야 합니다. 콜린성 신호전달(cholinergic signalling)이 반복 자극 동안 유지되는 능력은 신경근접합부의 시냅스 효율에 중요한데, 시냅스 단백질의 조절 이상은 지속적·반복적 콜린성 전달을 선택적으로 저해할 수 있습니다^[3].

보기의 다른 물질들과 비교하면, 노르에피네프린(norepinephrine)은 교감신경절후섬유에서 주로 분비되는 신경전달물질이고, 도파민(dopamine)과 세로토닌(serotonin)은 중추신경계에서 주로 작용합니다. GABA(gamma-aminobutyric acid)는 대표적인 억제성 신경전달물질로 골격근 수축을 유발하는 신경근접합부의 흥분성 전달과는 반대 방향으로 작용합니다. 골격근 신경근접합부에서 수축을 직접 유발하는 신경전달물질은 아세틸콜린이 유일합니다.

신경근접합부를 포함한 체외 골격근 모델에서도 운동신경과 근관(myotube)의 공배양 시 신경근접합부 발달이 유도되며, 이는 아세틸콜린 기반 신경근 전달이 골격근 수축 기능의 핵심임을 보여줍니다^[4]. 임상적으로는 중증근무력증(myasthenia gravis)에서 아세틸콜린 수용체에 대한 자가항체가 형성되어 신경근 전달이 저하되고 근력 약화가 나타나며, 아세틸콜린분해효소 억제제(acetylcholinesterase inhibitor)가 증상 완화에 사용됩니다. 물리치료 중 근력 운동이나 전기자극 치료를 적용할 때도 신경근접합부에서 아세틸콜린이 분비되어 근수축이 일어난다는 기전을 이해하면, 신경근 질환 환자의 피로 양상이나 반복 자극에 대한 반응 저하를 해석하는 데 도움이 됩니다.