탑-다운으로 공부할 때 항공모함이 뇌간 그림이다. 가장 핵심은 고립로핵(NTS)과 의문핵(NA)이다. 잡다한 자투리 보다 메인으로 정면승부해야 한다.

고립로핵 상부는 맛(taste) 감각이다. 감각성분은 수입성(Afferent), 운동성분은 수출성(efferent)이라고 하는 것이 더 일반적 표현이다. 중부는 경동맥동(carotid sinus)에서 오는 혈압수용기(baroreceptor)가 있고, 호흡을 수입한다. 하부는 내장에서 오는 혈중화학성분인 이산화탄소, 산소를 감지한다. 9번 혀인두신경은 경동맥(Carotid)에, 10번 미주신경은 대동맥(Aorta)에 연접한다.

경동맥체의 핵심은 산소이다. 이산화탄소는 중추화학수용기에서 처리한다. 중추에는 산소수용기는 없다. 헉헉대면서 이산화탄소를 많이 내뱉는 이유는 TCA회로가 빨리 돌아가기 때문이다. TCA회로가 1번 돌아갈 때 마다 이산화탄소 4분자가 나온다.

뇌세포에 미토콘드리아가 있는가? 뉴런에 많이 있다. TEM 사진을 보면 축삭(axon) 말단 면적의 70%를 미토콘드리아가 차지한다. 뉴런에 있는 스파인 1만개에도 미토콘드리아가 있다. 대략 스파인 하나에 4개가 있다면 뉴런 1개에는 4만개의 미토콘드리아가 있는 것으로 추정된다. 난자에도 20만개의 미토콘드리아가 있다. 

이산화탄소는 즉각 내보내지 않는다. 탄산수소이온(HCO₃^-)은 어디에 쓰이는가? 오늘 강의에 나온다. 만일 이 분자가 없으면 뉴런도 사라진다. 생명 전체를 뒷받침하는 분자이다. 뿐만 아니라 지구역사 전체에도 중요한 분자이다. 뭐가 중요한지는 없애 보면 안다. 주춧돌을 빼 버리면 빌딩이 무너진다. 주춧돌이 되는 분자가 5-6개가 있는데, 그 중 하나이다.

다음은 전용라인 광케이블이다. 모든 장기의 신경섬유가 박혀 있고 모두 경동맥체로 간다. 그래서 경동맥체가 전체를 장악하고 있다.

다음은 하이라키로 봐야 하는 그림이다. 코티졸(cortisol)과 아드레날린(E), 노르에피네프린(NE)과 아세틸콜린(Ach), 도파민(DA)과 세로토닌(5-HT) 까지는 신경조절물질이다. 이 계열 말고 두 분자가 글루타메이트(Glu)와 가바(GABA)이다. 신경조절물질은 초 단위인데 글루타메이트와 가바는 미리세컨드로 천 배 차이가 난다. 공부는 하이라키를 나누는 것이다. 글르타메이트와 가바의 메인 역할을 정신작용이라고 한다. 신경조절물질들은 정신작용을 일으키는 바탕이다. 의식의 상태를 만들어 주는 것이 신경조절물질이고 기억과 같은 의식의 내용이 글루타메이트와 가바가 하는 것이다.   

오늘은 탑-다운으로 1가지 개념, “커플링(Coupling)”을 따라간다. 자연을 구성하는 몇가지 개념 중 하나로, 공명(Resonance)과 같은 개념이다. 원자에서 우주까지 본질적 현상이다. 물리학적 본질은 뭔가? 자연에서 어떤 현상이 많은가? 대부분은 커플링(공명)이 아닌 현상이다. 라디오 주파수 맞추는 것이 수많은 전파 중 1가지를 맞추는 커플링이다. 대화는 한 사람은 말할 때 한 사람은 듣는 커플링이다. 싸움은 두 사람이 동시에 말하는 것으로 커픨링이 아니다. 자연현상을 잘라서 보면 수신체와 송신체가 있다. 송신은 100% 에너지 효율이 나오지 않는다. 자연에서 100% 완벽한 에너지 변환이 되는 현상이 딱 1가지가 있다. 전자(electron)와 양전자(positron) 충돌해서 광자(photon)로 바뀌는 것이다. 이 현상을 이용한 것이 TEM이다.

인체와 세포는 대부분 커플링(Coupling)이다. 커플링이 안되면 에너지가 분산된다. 브레인은 신경-혈관 커플링(Neuro-Vascular coupling)이다. 2500년 전으로 돌아가 붓다의 깨침을 이해할 수 있다. 결합은 2종류인데, 페이직(phasic)과 토닉(tonic)이다. 안경쓰면 처음엔 느껴지다가 잘 느껴지지 않는 것처럼, 어떤 감각이 들어오면 처음엔 국부적으로 빨리 일어났다가 곧 사라지는 것이 페이직 커플링(phasic coupling)이다. 급격히 일어나는 것을 신속하게 처리한다. 반면 발에 안 맞는 구두 신으면 자극이 끝까지 따라오는 것이 토닉 커플링(tonic coupling)이다. 페이직은 1-2초 사이에 일어난다. 신경펄스는 1초에 120m를 간다. 그래서 1초는 신경세포가 충분히 반응할 수 있는 시간이다.

혈관에서 산소와 글루코스를 신경세포에 제공하는 것을 누가 하나? 오늘 주인공인 성상세포(astrocyte)이다. 혈관에 발을 내리고 가교가 된다. 신경세포가 자극을 받으면 에너지가 필요한데, 혈관에서 산소와 글루코스를 보내주고 싶어도 통로가 있어야 하기 때문이다.

올리고덴드로사이트(oligodendrocyte)는 미엘린(myelin) 감개가 된다. 전류속도를 빠르게 하는데, 독립된 세포로 커플링이 되어야 한다. 커플링의 전제는 각각은 독립된 실체라는 것이다. “신경세포-성상세포-올리고덴드로사이트”의 커플링은 구조와 생리의 기본단위이다. 짝짝궁 호흡을 잘 맞추는 것이 커플링인데, 세 사람이 발을 묶고 100년간 커플링 할 수 있는가의 문제이다.

앤드로 뉴버그(Andrew B. Newberg)의 논문 “명상의 복합적 정신작업의 신경기반(The neural basis of the complex mental task of meditation)”의 다이아그램을 만나보자. 브레인을 만나면서 이 만큼 종합적인 다이아그램을 보기 어렵다. 브레인이 어떻게 동작하는가 총체적으로 볼 수 있는 그림이다.

좌측-전전두엽(L-PFC)이 있고, 글루타민산(Glu)이 (+)는 많이 나온다는 말이다. 베타엔돌핀(βE)도 +로 많이 나온다. 다음은 NAAG(N-acetylaspartylglutamate)라는 분자로, 뇌에서 다른 분자들보다 1000배나 많이 나오는데 구체적으로 뭘 하는지 몰랐다. 반드시 알아내려는 관점으로 들어가서 1960-1970년대 마우스로 실험을 했다. NAAG라는 물질이 ‘토닉 신경-혈관 커플링’의 핵심이다. 우리 브레인 전체를 이해하는 핵심이다.

석굴암 연구자가 거대한 조형물을 만들 때는 자(척도)가 있어야 하는데 석굴암 조성할 때의 자의 단위를 모르겠다고 했다. 그런데 석굴암 조성할 때 그 기본단위를 발견하고 거대한 한 발걸음을 뛰었다고 하였다. 그것처럼 ‘신경-혈관 시스템’이 명확해지면서 구조-생리적 차원의 기본단위가 무엇인가를 알게 되었다. 신경세포, 올리고덴드로사이트, 성상세포에 혈관이 들어가 있는 것이 기본유니트이다.

페이직(phasic)은 신속히 1초 내로 반응한다. 페이직은 로칼(local)이고 국부적이다. 그런데 선방에서 석달 동안 한 생각만 하는 것은 토닉(tonic)이다. 스님들은 주기적으로 안거에 들어가 토닉모드로서 전체를 조율한다. 일반인은 페이직과 토닉이 교번한다. 수행자는 토닉이 브레인 전체를 장악할 수 있다.

NAAG(N-acetylaspartylglutamate), 이 물질만 알면 횡재다, 뇌에서 다른 물질보다 1000배나 많이 나온다. 보통 사람은 많이 안 나온다. 토닉 모드에 들어가면 NAAG가 급격히 많아진다. 글루타민산(Glutamate)이 많이 나오면 신경독으로 미쳐버린다. 글루타민산(G)이 과잉되는 것을 방지해주는 시스템이 출현하는데 NAA에 G를 붙여주면 된다. 붙여주는 상태가 있으면 쪼개는 효소가 있는데, 뉴런에 없고 성상세포에만 있다. 결론적으로 NAAG가 많으면 안 미친다. 브레인을 폭발적으로 밀어붙이려면 NAAG를 쪼개는 효소를 줄여야 한다. 그것이 GCP-II 또는 NAALADase(N-Acetylated alpha-linked acidic dipeptidase)라고 한다. 이 효소가 많이 나오면 NAAG를 쪼개서 글루타민산이 많아지면 위험하다. 그래서 이 효소를 (–)로 줄여야 한다. 그러면 제어장치가 생겨서 안 미치고 10년 동안 수행할 수 있다.

다음은 시상그물핵(TRN, Thalamic reticular nucleus)이다. 여기서 GABA가 (+)로 많이 나온다. 다음은 후상두정엽(PSPL, posterior superior parietal lobe)이다. PSPL은 오른쪽은 공간좌표를 설정하고 왼쪽은 바디좌표를 만들어낸다. 다음은 해마(Hip), 편도체(amy), 시상하부 외측(LH, lateral hypothalamus)이다. 다음은 솔기핵(Raphe)에서 세로토닌(5-HT)이 나온다. 다음은 송과체(Pineal body)에서 멜라토닌(MT)과 DMT가 나오는데, DMT(N,N-Dimethyltryptamine)는 이번 강의의 두번째 핵심이다. 다음은 교감신경계(Sympathetic)이다.

오른쪽도 동일하다. R-PFC, TRN, PSPL, Hip, Amy, 다음은 시상하부(Hypothalamus)의 복내측(VM)으로 포만중추이다. 다음은 부교감(parasympathetic), 다음은 거대세포성핵(paragigantocellularis), 다음은 청반핵(LC, locus coeruleus)에서 노르에피네프린(NE)이 나오지 않게 된다. 다음은 시상하부의 실방핵(PVN, paraventricular nucleus of the hypothalamus)에서 코티졸(cortisol)이 줄어든다. 다음은 시각로위핵(SON, supraoptic nucleus)에서 혈압을 높여주는 아르기닌바소프레신(AVP)이 많이 나온다.

다음은 전대상회(ACC, anterior cingulate cortex)가 PFC에 붙어 있고, 다음은 측좌핵(NAc, nucleus accumbus), 다음은 시상의 외측슬생핵(LGN, lateral geniculate nucleus), 선조체(Striatum), 흑질(SN, substantia nigra), 시상의 복측(TH ventral)이다.

기저핵(nucleus basalis)에 아세틸콜린(Ach)이 많이 나오고, 위쪽에는 시상하부궁상핵(hypothalamic arcuate nucleus)으로 베타엔돌핀이 나온다.

선을 연결한다. 내가 결심을 하고 입산하였다. 첫번째 사건이 한달 동안 벽만 보고 있으면 강한 의지력 글루타민산(Glu)이 출현하여 TRN을 트리거한다. 용맹정진하면서 일주일 동안 잠을 안 잤을 때 상태이다. 강도를 줄이면 일상생활이기도 하다. 핵심은 NAALADase를 줄이는 자체 메커니즘이 작동한다. 그러면 NAAG가 분해되지 않는다. 벽을 10시간 바라보고 있으면 자극이 없어 수입로가 차단된다. TRN에서 PSPL을 차단하면 공간지각이 사라진다. 천지가 텅 비었다고 한다. 그 다음은 Hip와 Amy는 쌍방향이다. 결심을 해서 수입로 차단이 되면 잡념이 사라지지만 화두를 들고 있다. 그러면 명확한 하나의 목표만 살아남아 Hip의 역조절(reverse modulation)이 들어간다. 한가지 명령, 그것은 생각이므로 PFC에서 ACC와 NAc를 거쳐 1가지 명령만 내려온다. Hip가 NAc로 올라가서 역조절을 하여 NAc의 무수한 스위치 중 1가지만 켜서 내려오게 한다. Amy에서 정서적 파트도 NAc로 간다. 그러면 NAc에서 GABA성 뉴런인 striatum으로 내려온다. 그러면 도파민성이 있는 SN으로 가서 억제를 해준다. SN은 TH ventral을 억제한다. 억제의 억제이므로 TH ventral에서 다시 PFC로 올라간다. 이 과정은 수행자가 결심을 하고 위험상황 조절하고 버티어야 한다고 본인이 알면서 의지력으로 돌린다.

대뇌피질에서 일어나는 일은 의식되고 본인의 의지로 지속시킬 수 있다. NAc는 스위치 역할을 하고 스위치 켜고 안 켜고는 Hip가 결정한다. 이것이 역조절(reverse modulation)이다. 버티자는 마음이 의식 속에서 일어난다. 이때 도파민이 신심을 내게 해준다.

동안거 용맹정진 동안 일어난다면 의식수준을 넘어서고 인체생리학이 작동한다. 그러면 무의식으로 ‘아뇩다라삼먁삼보리(阿耨多羅三藐三菩提)’이다. 위에는 의식으로 조절하는 단계였으나 밑에는 탈진한 상태에서 무의식 시스템이 가동된다. Amy에서 VM의 포만중추로 내려온다. 포만중추가 고장나면 배 터져 죽고, 정상이면 식욕을 조절한다. 부교감시스템으로 내려와 paragigantocellularis를 억제하고, paragigantocellularis는 LC를 억제한다. 그래서 NE가 줄어든다. NE가 많이 나와야 주의집중하고 기억으로 넘어간다. NE가 줄어드니 PVN으로 가서 코티졸도 줄인다. 코티졸은 흥분하고 파이팅 할 때 나오는데, 코티졸이 줄어드니 평정심이 된다. 코티졸이 줄어드는 영향으로 AVP가 폭발한다. Vaso는 혈관 pressin은 압력을 높이는 호르몬이다. Arginin이 포유동물에 항상 들어가 있어 AVP라고 부른다.

AVP은 사람이 기진맥진할 때 주입하면 급작스럽게 기력을 회복한다. 놀라울 정도의 반응이다. 명상에서는 AVP가 기억을 급격히 증강시킨다. 그래서 관문돌파하면 ‘소소영영(昭昭靈靈)’하게 안다고 한다. 몸은 망가질 정도로 힘든데, 코티졸이 줄어들어 마음은 편안하고 AVP로 지금 내가 있는 상황이 명확히 기억된다.

용맹정진 명상의 핵심개념이 4가지이다. 첫번째가 PSPL의 수입로 차단이다. 두번째 Hip의 reverse modulation이다, 세번째 NAAG와 와 DMT의 환각물질로 시공간을 왜곡하고 유체이탈(Out of body)이 되게 한다. 네번째가 베타엔돌핀이 폭발하여 몸은 부서지나 마약이 폭발하여 법열(法悅)이라는 지극한 환희심이 일어난다.

오른쪽에 일어나는 일이 왼쪽에 다 일어난다.

NAAG 이해하는 것이 핵심이다. 글루타민산(Glu)은 독성이 있다. 뉴런 시냅스가 있으면 성상세포가 에워싸고 있다. Glu 분비한 것을 분해하거나 회수해야 한다. Glu가 오래 나와 있으면 옆에 세포를 죽인다. 그러면 정신분열이 된다. 집중할수록 Glu가 많이 나오는데, 오래 지속하려면 Glu 수준을 낮추어야 하는데, 그러려면 NAA에 G를 붙여서 NAAG를 만들어야 한다. 그리고 NAAG를 자르는 효소를 줄여주어야 한다.

LH에서 내려오면 Raphe에서 세로토닌이 만들어지고 pineal body에서 멜라토닌과 DMT가 만들어진다. DMT는 환각을 보게 한다. LH는 교감신경을 트리거하면 호흡부터 모든 감각이 달라진다.

세로토닌이 많아지면 기저핵을 트리거 한다. 양반구에서 이 과정이 돌아간다. 참고 또 참고 하다보면 과잉억제가 된다. 의지력으로 밀어 붙이다가 임계치를 넘으면 반동이 일어나 댐이 붕괴가 된다. 부교감 중심핵인 VM이 괴잉흥분해서 LH로 break through가 된다. 괴잉억제가 과잉흥분으로 바뀌어 넘어간다. 그러면 봇물이 터져 흥분하는 쪽의 유니크한 흐름이 생긴다.

두 콘트롤 센터인 좌우 전전두엽이 양방향으로 결합된다. 계속 돌리면 궁상핵에서 베타엔돌핀이 나와서 법열이 일어난다. 한 가닥이 또한 기저핵으로 내려와서 Ach을 분비하게 하여 연상작용으로 삶의 전체 파노라마인 기억 이미지의 폭발이 일어난다. 소소영영하게 이미지가 펼쳐진다.

Hip의 reverse modulation은 과잉일 때는 줄여주고 부족할 때는 늘여주는 작용을 한다. 선사가 화두를 들 때 ‘어미 닭이 달걀을 품듯이’ 하라고 한다. 또는 ‘거문고를 조율하듯이’ 하라고 한다. 조율이 Hip의 reverse modulation이다. 여여(如如)한 상태를 석달간 유지하는 것은 어려운 일이다. 적당한 긴장도를 유지하는 것을 석달간 하는 것을 누가 하겠는가? 조율의 생리학적 실체가 커플링이다. 커플링은 지극히 어려운 것이다. 30년 수행해도 될까 말까하는 이야기다. 구체적으로 실행이 되어야 하는데, 뉴런과 성상세포, 올리고덴드로사이트가 에너지 공급해주는 혈관과 상상초월한 하모니를 맞추는 것이다. 2가지 페턴이 페이잘 커플링과 토닉 커플링이다. 3달동안 유지하는 것이 토닉 모드이고 이 궁합을 맞추어주는 분자가 NAAG이다. NAAG가 뭔지 끝까지 가봐야 한다. NAAG가 토닉 모드이고 그것으로 지고한 느낌을 갖게 된다. 그것이 신경-혈관 커플링(neuro-vesticular coupling)을 통해 가능하다.

두개의 커플링 중 NAAG가 토닉 커플링의 핵심이다. 이 모든 것은 혈관, 뉴런, 성상세포, 올리고덴드로사이트에서 일어난다. 지금 그리는 것은 브레인의 얇은 3겹의 막이다. 바로 접촉하는 막이 연막(pia mater)이다. 그 위가 지주막(arachnoid mater), 경막(dura mater), 두개골(bone)로 되어 있다. 연막과 지주막 사이의 공간이 크다. 그 공간인 지주막 밑에 동맥이 지나간다. 지주막하 공간이라고 한다. 뇌출혈 일어나면 피가 차는 곳이다. 동맥(artery)이 연막 안으로 들어오는 초입부가 침투동맥(penetrating artery)이다. 침투동맥->세동맥(arteriole)->모세혈관(capillary)->세정맥(venual)->정맥(venu)으로 이어진다.

침투하는 부위와 세동맥까지는 민무늬근(smooth muscle)으로 감겨 있다. 연막 밑에는 성상세포(astrocyte)들이 발을 내리고 있다. 브레인 세포 표면의 끝단을 구성하는 세포가 성상세포 발이다. 연막이 끝나고 성상세포의 발과 연막 사이의 공간을 Virchow–Robin space 라고 한다. 세동맥까지는 민무늬근이 있어 근육이 혈관크기를 조절하고, 모세혈관부터는 민무늬근이 없어 성상세포와 연막 사이의 공간이 Glymphatic system이 조절한다. Glymphatic system은 림프시스템 역할을 하는 뇌척수액이 흐르는 관 형태의 구조물이 생긴 것이다. 성상세포의 발에서 아쿠아포린(Aquaporin)에서 물을 분비해서 뇌척수액이 된다. 고정되지 않고 율동적으로 크기가 바뀐다. 그것이 뉴럴-혈관 커플링이다. 피라미달 뉴런(pyramidal neuron)에서 낮 동안 시냅스 형성되고 β-아밀로이드(Aβ)가 형성된 것을 밤에 잘 때 뇌척수액의 Glymphatic system이 훑어서 정맥으로 흘러 나오게 한다.

동맥에서 곁가지를 내서 침투동맥이 수직으로 연막으로 들어오고 세동맥-모세혈관-세정맥-정맥으로 바뀐다. 이것이 기본 유니트이다. 브레인은 세포 종류가 4종류이다. 뉴런(neuron), 성상세포(astrocyte), 올리고덴드로사이트(oligodendrocyte), 마이크로글리아(microglia)이다. 뉴런이 있고, 끝에서 스파인이 나오면 시냅스가 1만개이다. β-아밀로이드(Aβ)가 매일 쌓이고 특히 시냅스 사이에 많이 끼인다. 스트레스 받면 더 많이 쌓인다. 치매 안 걸리는 것은 씻어 낸다는 것이다.

막을 입체적으로 생각한다. Virchow–Robin space가 있고, 민무늬근이 세동맥까지 감겨 있다. 모세혈관부터는 근육이 없다. 성상세포의 발이 빈틈 없이 나와 있다. 발로 물관을 만든다는 것이다. 인터뉴런(inter neuron)이 살짝 들어가 있다. 실상은 항상 복합적이다. 성상세포의 발에 AQP4가 많이 나와 있다. AQP4는 물 구멍인데 이온채널로 이번 강의에 핵심이다. 물을 방출하여 혈관주변에 관을 만든다. 이 관을 부르는 이름이 Glymphatic system으로 수면 중에 확장된다.

올리고덴드로사이트는 뉴런의 축삭(axon)을 감는데, 뉴런 10개 이상도 감을 수 있다.

수요와 공급에 맞추어 혈관크기를 맞추어 준다. 모세혈관의 단면을 자른 그림을 그려보면 이해가된다. 모세혈관 단면은 1개의 세포로 되어 있다. 모세혈관을 감고 있는 조직이 기저막(basal membrane)인데 콜라겐성으로 세포는 아니다. 그럼 어떻게 만들어졌을까? 바깥 세포에서 콜라겐을 분비해서 만든 것이다. 기저막 안에 세포가 발견되었는데 혈관주위세포(pericyte)이다. 기저막을 성상세포(astrocyte) 발이 완전한 커버는 아니지만 감싸고 있다. AQP4는 성상세포 발끝에 박혀 있다. APQ4에 물을 분비하면 이 공간의 크기가 가변한다. 이것이 커플링으로 동적으로 움찔한다. 모세혈관에는 밀착연접(tight junction)이 있다. 연결인데 구멍이 있다. 밀착연접이 모세혈관 개념의 핵심으로 혈액뇌장벽(Blood-Brain Barrier)을 이해하는 것이다.

밀착연접(Tight junction)을 크게 그리면 3개의 단백질이 박혀 있다. Claudin, ZO-1, Cadherin이다. 각 단백질의 사슬이 양쪽에 나와 있다. 엄밀히 연결된 것이 아닌데 연결된 것처럼 할 수가 있다. 그래서 어떤 분자는 통과하고 어떤 분자는 통과시키지 않는다. 모세혈관 안에는 적혈구가 있고 혈장이 있다. 빠져 나올 수 있는 분자는 산소, 이산화탄소, 니코틴, 에탄올이다. 담배 한 모금 피우면 곧장 몇 초 내로 기분이 느긋해진다. 허파꾀리 모세혈관으로 가서 심장을 거치고 경동맥을 타고 브레인으로 들어와서 밀착연접으로 들어오는데 몇 초 밖에 안 걸린다. 술 마시면 에탄올도 몇 초면 간다. 니코틴과 알코올은 혈액을 타고 전전두엽(PFC)까지 간다. 그래서 소주 마시면서 1시간 넘어가면 얘기가 달라진다. 횡설수설이 된다. 에탄올이 곧장 들어가 전전두엽을 장악하여 워킹메모리(working memory)를 스톱시킨다. 워킹 메모리는 장기기억을 접근하게 하는데, 기억을 불러내지 못하기에 했던 얘기 또 하다가 때로는 울어버린다. 전전두엽이 편도체를 장악하는 힘이 약해지기 때문이다.

밀착연접(tight junction)은 모세혈관 특징이다. endotherial은 모세혈관 내피세포를 말한다.

혈관(blood vessel)과 뉴런(neuron), 성상세포(astrocyte), 올리고덴드로사이트(oligodendrocyte)의 대사과정 그림이다. 이 다이아그램 만나면 개념이 확 잡힌다.

뉴런을 그리고, 올리고덴드로사이트가 축삭을 감고 일부를 펼쳐서 보여준다. 축삭(axon)이 내려오면 프리시냅스(pre-synapse)가 있고 포스트시냅스(post-stnapse)가 있다. 포스트시냅스는 다른 뉴런이다. 다음은 성상세포를 그린다. 오늘의 주인공이다. 뉴런을 감지는 않고 접촉을 한다. 혈관(세동맥, 모세혈관)은 성상세포로 들어간다. 이것이 브레인의 기본유니트이다. 지금까지는 뉴런 하나만 봤는데, 그거 가지고는 안된다.

신경세포가 자극을 받으면 산소와 에너지가 필요하다. 뉴런 옆의 혈관에서 들어와서 커플링이 된다. 뉴런에는 미토콘드리아가 있다. Glucose(Glc) -> G6P -> Pyruvate(Pyr)를 거치고 Pyr가 미토콘드리아로 들어와서 중요한 분자인 Acetyl-CoA가 된다. TCA 사이클을 돌면, 가장 중요한 2개의 분자가 나오는데, Citrate(Cit)와 Aspartate(Asp) 이다. Cit가 세포질로 빠져 나오는데 셔틀버스가 있어 반대로는 malate가 들어간다. 여기서 주인공은 Asp이다. Asp가 빠져 나오면서 반대로는 Glutamate(Glu)가 들어온다. Glu는 비필수아미노산이다. 필수아미노산은 인체 관점에서는 덜 중요한 것이다. 필수아미노산은 우리 세포에 많이 안 만들어도 되고 적당히 밖에서 공급해 주면 된다. 비필수아미노산은 엄청나게 많이 만들어야 하는 중요한 분자다. 비필수는 항상 있어 주어야 한다. 대표적인 것이 Asp와 Glu이다. 세포 내에 엄청 많고 다양한 회로가 있어 맹활약한다.

Cit가 위대한 변신을 한다. 그래서 TCA를 시트르산 회로(Citrate cycle)라고도 한다. Acetyl-CoA는 미토콘드리아에서 밖으로 나오지 못한다. 그런데 세포질에는 있다. 시트르산(Cit)이 Acetyl-CoA로 곧장 바뀌기 때문이다. Acetyl-CoA가 Asp와 만나서 NAA(N-acetyl-aspartate)가 된다. NAA가 Glu를 만나서 NAAG(N-acetyl-aspartyl-glutamate)가 된다. 너무나 기가 막힌 얘기다.

또한 NAA는 독립된 루트를 타고 빠져 나와서 올리고덴드로사이트로 넘어온다. NAA는 올리고덴드로사이트의 메인 에너지원이다. NAA가 효소 ASAP에 의해 다시 분해되어 Asp와 Acetate가 된다. NAA 분해효소 ASAP는 올리고덴드로사이트에만 있기에 NAA는 전적으로 올리고덴드로사이트만의 에너지원이다. Acetate는 Acetyl-CoA를 거쳐 쭉 가서 지질(Lipid)을 만든다. 지질로 만들어진 물질을 미엘린(myelin)이라고 한다. 그래서 감긴다는 것이 지방 덩어리이다. 고혈압, 비만 아니고는 삼겹살 하얀 기름 덩어리 잘라내지 말고 그냥 먹는 것이 좋다.  

NAA가 원활히 공급된다는 것은 미엘린이 1겹, 2겹, 3겹 감긴다는 것이다. 미엘린이 많이 감기면 김연아, 박지성이 된다. 중추에서 많이 감기면 계산이 빠르고, 말초에서 많이 감기면 운동이 빠르다. 박지성은 공이 따라온다. 미리 예측계산해서 슬슬 가 있기 때문이다. 공짜로 안된다. 커플링으로 NAA가 원할히 공급되어 주어야 한다.   

뉴런의 NAAG는 축삭으로 계속 내려와서 시냅스 말단에서 방출이 된다. NAAG 행로가 3가지이다. 첫 번째는 프리시냅스의 이온채널에 붙는다. 그러면 프리시냅스에 NAAG 분비를 억제한다. 네거티브 피드백(negative-feedback)이다. 두 번째는 성상세포에 붙으면 칼슘이온이 방출되고 혈관팽창(Vaso dilation)이 일어난다. 커플링이다. 글루코스가 320개 분자가 들어가면 통상적으로 NAAG가 1분자 생긴다. 통상적으로는 많이 생기지 않지만 혈관확장, 흥분되었을 때 많이 생긴다. 세 번째는 성상세포의 GCP-II 채널에 붙지 않고 충돌하여 쪼개진다. NAA와 Glu로 갈라진다. 그러면 Glu가 많이 생기면 독성이 생기니 GCP-II를 억제하여 갈라지지 않도록 하는 것이다.

1마이크미터로 밖에 안되는 스파인에 단백질 종류가 1440개이다.

프리시냅스의 Glu는 빠져 나와서 포스트시냅스의 이온채널에 붙어서 칼슘이 왕창 들어온다. 치매도 칼슘농도 조절을 못해서 생긴다. 성상세포에도 Glu채널이 있다. Glu가 직접 들어오면 덩달아 같이 들어오는 co-transport로 나트륨이 들어왔다가 곧장 나간다. 이때 anti-transport로 칼륨이 들어온다. 들어온 Glu는 암모니아가 관여해서 Gln으로 바뀐다. Gln은 뉴런의 프리시냅스로 들어와서 암모니아를 방출하고 Glu가 된다. 커플링이다. 서로 링크되어 있다. 

이 과정이 NAAG의 여러현상으로 결론은 혈관이 확장한다는 것이다. 이 그림 전체가 Neuro-Vaso Coupling으로 Global tonic coupling이고 시간은 분 단위이다.

시냅스(synapse)와 성상세포(astrocyte)와 근육과 혈관의 관계를 더 크게 그려본다. 뉴런의 프리시냅스(pre-synapse)와 포스트시냅스(post-synapse)를 그리고 성상세포를 그린다. 세동맥에서 일어나는 그림으로 민무늬근육(smooth muscle)이 있고 혈관이 있다.

프리시냅스에서 Glu가 분비되어 포스트시냅스에 붙으면 칼슘이 들어온다. nNOS(neuron NO synthesize)를 트리거 하면 NO 가스가 나온다. 속도가 빠르고 금방 사라지는데 로칼(local)로 중요한 신경전달물질이다.

성상세포의 이온채널에 Glu가 붙으면 IP₃를 트리거 하여 칼슘 주머니인 소포체를 열어 칼슘이 폭발한다. 칼슘에 의해 두 갈래 길을 간다. 한 길은 아라키돈산(AA, arachidonic acid)이다. 페이잘 커플링의 핵심분자이다. 성상세포의 AA는 민무늬근육으로 그냥 들어가기도 하고 또한 성상세포에서 COX1을 트리거 한다. COX1(cyclooxygenase 1)은 PGE2(Prostaglandin E2)가 되고 PGE2는 민무늬근육으로 들어온다. 커플링이 간단하지 않다. 그래서 무애시(無碍施)는 아무나 되지 않는다. 지고한 상태이다. 간단한 세계가 아니다. 또한 AA는 EET(Epoxyeicosatrienoic acid)로 가고 EET가 민무늬근육으로 들어간다. 칼륨은 BK 채널로 가서 민무늬근육에 있는 kir 4.1 채널을 통해 칼륨이온이 들어온다. 이상의 과정으로 민무늬근육으로 들어온 PGE2, EET, K⁺이 합작해서 일어나는 일이 혈관확장(Vaso dilation)이다. 혈관확장이 아주 어려운 일이다. 화내면 금방 되는 것 같지만 분자에게 물어보면 엄청 어려운 일이라고 할 것이다.   

혈관확장(Vaso dilation)에 페이잘 모드와 토닉 모드가 섞여 있다. 빠른 것은 페이잘이다. NO 가스가 들어간다. 엄청 빠르다. 혈관 확장이다. 페이잘 모드의 핵심이다. 초 단위이다. COX1이 토닉 모드이 주인공이다. 혈관 수축은 아라키돈산(AA)이 20-HETE(20-Hydroxyeicosatetraenoic acid)로 바뀌어 해 준다. 20-HETE가 유일하게 혈관을 수축(vaso constriction)해준다. 누가 혈관사이즈 바꾸는 것을 쉽다고 하는가?

글로발 토닉은 1분 이상이다. 10달이 되고 10년이 될 수도 있다. 로칼 페이직은 1초 단위이다. 자극이 일어나야 한다. 신경자극이 들어와야 한다. 글로발 토닉은 신경자극이라기 보다는 항상 살아가는 이야기다. 마우스를 NAAG 못 만들게 유전자 조작하니 지능과 운동기능이 마비가 된다. 본질적으로 뉴럴시스템이 항상 유지되어야 하는 것이 토닉 모드로 1분 이상이다. NAAG와 COX1이 글로발 토닉이고, NO 가스가 로칼 페이직으로 1초 단위이다.

중탄산염(HCO₃^-) 없으면 다 무너진다는 것 보여주겠다.

Acetyl-CoA에서 중탄산염(HCO₃^-)과 ATP가 들어가면 Malonyl-CoA가 되고, 다시 ACP-CoA가 들어가면서 CoA가 빠져 나오면 Malonyl ACP가 된다. ACP는 Acyl carrier protein이다. Malonyl ACP에 Acetyl ACP가 결합하면 keto-acyl ACP가 되고, NADPH, H⁺가 들어가고 NADP+가 나오면 Hydroxy-acyl ACP가 되고, 물이 빠져 나오면 Enoyl ACP가 되고, 다시 NADPH와 H⁺가 들어가고. NADP⁺가 빠져 나오면 Fatty-acyl ACP가 된다. 이 과정을 7번 반복하고 S-ACP가 빠져 나오면 이 분자가 유명한 팔미트산(palmitate)이 된다. 이거 모르면 세포생물학 30% 날아간다. 탄소가 16개인 분자식은 CH₃-(CH)₁₄-COOH이다.

팔미트산(Palmitate)은 탄소수가 16개이고, 이중결합이 0이다. 한번 더 돌리면 탄소수가 18개이고 이중결합이 0인 스테아르산(stearic acid)이 되고, 한번 더 돌리면 탄소수 18개, 이중결합이 1개인 올레익산(Oleic acid)가 된다.

올레익산은 탄소수 18개, 이중결합 2개인 리놀레닉산(linolenic acid, ω-3)과 리놀레익산(linoleic acid. ω-6)이 된다. 리놀레닉산에서는 탄소 20개 이중결합 5개인 EPA(Eicosa penta enolic acid)가 되고 한번 더 돌리면 이중결합 22개, 이중결합 6개인 DHA(Docosa hexa enolic acid)가 된다. 리놀레익산에서는 탄소수 20개, 이중결합 4개인 ETA(Eicosa tetra enolic acid)가 되는데, 이 분자를 다르게 부르면 아라키돈산(Archidonic acid, AA)이다.

이제 아라키돈산(Archidonic acid, AA)분자가 뭔지 알게 된 것이다. AA가 지방질로 호르몬 작용을 한다. AA를 이해해야 커플링을 이해한다. AA에서 나오는 것이 세 갈래이다. 한 갈래는 CYP효소가 작용하여 EET와 20-HETE가 나온다. 두번째 갈래는 LOX효소가 작용하여, 5, 8, 12, 15-HETE와 Leukotriene이 나오고, 세번째 갈래는 COX효소가 작용하여 PGI2 PGD2, PGE2, PGF2, Tromboxane A2가 된다. 여기서 20-HETE와 PGE2가 핵심으로 혈관을 수축하고 확장한다.

팔미트산에서 AA가 생겨서 혈관 수축과 팽창이 되는데, 지구 40억년의 역사가 담겨 있는 중탄산염(HCO₃^-)이 없으면 이 모든 과정은 없는 것이다.