Dẫn truyền thần kinh (Nerve Conduction)

Cơ chế dẫn truyền

Dẫn truyền thần kinh dựa trên sự thay đổi điện thế màng tế bào. Điện thế màng ở trạng thái nghỉ được duy trì bởi sự phân bố không đều của các ion, chủ yếu là $Na^+$ (natri) bên ngoài tế bào và $K^+$ (kali) bên trong tế bào, nhờ hoạt động của bơm $Na^+/K^+$. Khi một kích thích đủ mạnh tác động lên neuron, nó sẽ gây ra sự khử cực màng, nghĩa là điện thế màng trở nên ít âm hơn. Nếu sự khử cực đạt đến một ngưỡng nhất định (ngưỡng kích thích), nó sẽ kích hoạt sự mở của các kênh $Na^+$ điện thế, cho phép $Na^+$ tràn vào tế bào. Sự tràn vào ồ ạt của $Na^+$ làm điện thế màng tăng nhanh, tạo ra một xung điện được gọi là thế hoạt động (action potential).

Thế hoạt động được lan truyền dọc theo sợi trục theo hai cách:

• Dẫn truyền liên tục: Xảy ra ở các sợi trục không có myelin. Thế hoạt động được tái tạo tại mỗi điểm dọc theo sợi trục, dẫn đến tốc độ dẫn truyền chậm.
• Dẫn truyền nhảy cóc (saltatory conduction): Xảy ra ở các sợi trục có myelin. Myelin là một lớp chất béo cách điện bao bọc sợi trục, do các tế bào Schwann tạo ra ở hệ thần kinh ngoại biên và các tế bào oligodendrocyte tạo ra ở hệ thần kinh trung ương. Thế hoạt động chỉ được tái tạo tại các eo Ranvier (các khoảng trống giữa các tế bào myelin), làm cho tín hiệu “nhảy” từ eo này sang eo khác. Dẫn truyền nhảy cóc nhanh hơn nhiều so với dẫn truyền liên tục.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ dẫn truyền

Tốc độ dẫn truyền thần kinh bị ảnh hưởng bởi một số yếu tố:

• Đường kính sợi trục: Sợi trục có đường kính lớn hơn dẫn truyền tín hiệu nhanh hơn do điện trở nội bào thấp hơn.
• Sự có mặt của myelin: Sợi trục có myelin dẫn truyền tín hiệu nhanh hơn đáng kể nhờ cơ chế dẫn truyền nhảy cóc.
• Nhiệt độ: Nhiệt độ cao hơn làm tăng tốc độ dẫn truyền, trong khi nhiệt độ thấp hơn làm giảm tốc độ dẫn truyền.

Ý nghĩa lâm sàng

Nghiên cứu dẫn truyền thần kinh (NCS – Nerve Conduction Study) là một kỹ thuật chẩn đoán được sử dụng để đánh giá chức năng của các dây thần kinh ngoại biên. NCS có thể giúp phát hiện các bệnh lý thần kinh như hội chứng ống cổ tay, bệnh thần kinh đái tháo đường và bệnh đa xơ cứng. NCS đo lường tốc độ và biên độ của thế hoạt động khi nó được dẫn truyền dọc theo dây thần kinh. Bất kỳ sự bất thường nào trong tốc độ hoặc biên độ đều có thể chỉ ra tổn thương thần kinh.

Tóm lại

Dẫn truyền thần kinh là một quá trình thiết yếu cho phép hệ thần kinh hoạt động. Sự hiểu biết về cơ chế dẫn truyền thần kinh rất quan trọng để hiểu được chức năng của hệ thần kinh và chẩn đoán các bệnh lý thần kinh.

Synapse và sự truyền tín hiệu giữa các neuron

Sau khi thế hoạt động được lan truyền dọc theo sợi trục đến cúc tận cùng, tín hiệu cần được truyền sang neuron tiếp theo hoặc một tế bào đích khác (ví dụ: tế bào cơ). Quá trình này diễn ra tại synapse, một điểm nối chuyên biệt giữa hai tế bào. Có hai loại synapse chính:

• Synapse hóa học: Sử dụng các chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitter) để truyền tín hiệu. Khi thế hoạt động đến cúc tận cùng, nó kích hoạt sự giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh vào khe synapse. Các chất dẫn truyền thần kinh này khuếch tán qua khe synapse và gắn vào các thụ thể trên màng sau synapse, gây ra sự thay đổi điện thế màng của tế bào sau synapse. Tín hiệu có thể bị kích thích hoặc ức chế tùy thuộc vào loại chất dẫn truyền thần kinh và thụ thể.
• Synapse điện: Cho phép dòng ion chảy trực tiếp từ tế bào này sang tế bào khác qua các kênh nối (gap junction). Synapse điện truyền tín hiệu nhanh hơn synapse hóa học, nhưng ít phổ biến hơn.

Các chất dẫn truyền thần kinh

Có nhiều loại chất dẫn truyền thần kinh khác nhau, mỗi loại có tác động riêng biệt lên tế bào sau synapse. Một số chất dẫn truyền thần kinh phổ biến bao gồm:

• Acetylcholine: Đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển cơ bắp và trí nhớ.
• Dopamine: Liên quan đến cảm giác khoái cảm, động lực và điều khiển vận động.
• Serotonin: Ảnh hưởng đến tâm trạng, giấc ngủ và sự thèm ăn.
• GABA (gamma-aminobutyric acid): Là chất dẫn truyền thần kinh ức chế chính trong não.
• Glutamate: Là chất dẫn truyền thần kinh kích thích chính trong não.

Điều hòa dẫn truyền thần kinh

Dẫn truyền thần kinh có thể được điều hòa bởi nhiều yếu tố khác nhau, bao gồm các chất dẫn truyền thần kinh khác, hormone và thuốc. Sự điều hòa này cho phép hệ thần kinh thích ứng với các thay đổi trong môi trường bên trong và bên ngoài cơ thể.

Bệnh lý liên quan đến dẫn truyền thần kinh

Nhiều bệnh lý có thể ảnh hưởng đến dẫn truyền thần kinh, bao gồm:

• Bệnh đa xơ cứng: Myelin bị phá hủy, làm chậm hoặc ngăn chặn dẫn truyền thần kinh.
• Hội chứng Guillain-Barré: Hệ thống miễn dịch tấn công myelin của các dây thần kinh ngoại biên.
• Bệnh Parkinson: Sự suy giảm dopamine trong não dẫn đến các vấn đề về vận động.
• Bệnh Alzheimer: Sự suy giảm acetylcholine góp phần vào sự suy giảm nhận thức.
• Động kinh: Hoạt động điện bất thường trong não gây ra co giật.

• Principles of Neural Science, Kandel ER, Schwartz JH, Jessell TM, Siegelbaum SA, Hudspeth AJ. McGraw-Hill, 2013.
• Neuroanatomy through Clinical Cases, Blumenfeld H. Sinauer Associates, 2010.
• Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology, Hall JE. Elsevier Saunders, 2016.

Câu hỏi và Giải đáp

Sự khác biệt chính giữa dẫn truyền liên tục và dẫn truyền nhảy cóc là gì, và tại sao dẫn truyền nhảy cóc lại hiệu quả hơn?

Trả lời: Dẫn truyền liên tục xảy ra ở các sợi trục không có myelin, trong khi dẫn truyền nhảy cóc xảy ra ở các sợi trục có myelin. Trong dẫn truyền liên tục, thế hoạt động được tái tạo tại mỗi điểm dọc theo sợi trục, dẫn đến tốc độ dẫn truyền chậm. Trong dẫn truyền nhảy cóc, myelin cách điện sợi trục, và thế hoạt động chỉ được tái tạo tại các eo Ranvier, cho phép tín hiệu “nhảy” từ eo này sang eo khác. Dẫn truyền nhảy cóc nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng hơn vì chỉ cần ít kênh ion $Na^+$ và $K^+$ hoạt động tại các eo Ranvier.

Vai trò của bơm $Na^+/K^+$ trong việc duy trì điện thế màng nghỉ là gì?

Trả lời: Bơm $Na^+/K^+$ là một protein màng vận chuyển tích cực đẩy $3Na^+$ ra khỏi tế bào và đưa $2K^+$ vào trong tế bào. Hoạt động này tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion giữa bên trong và bên ngoài tế bào, góp phần tạo nên điện thế màng nghỉ âm, thường là khoảng -70mV.

Làm thế nào các chất dẫn truyền thần kinh kích thích hoặc ức chế neuron sau synapse?

Trả lời: Các chất dẫn truyền thần kinh gắn vào các thụ thể trên màng sau synapse. Một số thụ thể, khi được kích hoạt, sẽ mở các kênh ion cho phép $Na^+$ đi vào tế bào, gây khử cực và tăng khả năng tạo thế hoạt động (kích thích). Các thụ thể khác có thể mở các kênh ion $Cl^-$ hoặc $K^+$, gây tăng phân cực và giảm khả năng tạo thế hoạt động (ức chế).

Bệnh đa xơ cứng ảnh hưởng đến dẫn truyền thần kinh như thế nào?

Trả lời: Bệnh đa xơ cứng là một bệnh tự miễn trong đó hệ thống miễn dịch tấn công myelin của các sợi trục thần kinh trong não và tủy sống. Sự mất myelin này làm gián đoạn dẫn truyền nhảy cóc, làm chậm hoặc ngăn chặn hoàn toàn việc dẫn truyền tín hiệu thần kinh. Điều này dẫn đến một loạt các triệu chứng thần kinh, bao gồm yếu cơ, rối loạn cảm giác và các vấn đề về thị lực.

Ngoài đường kính sợi trục và sự có mặt của myelin, còn yếu tố nào khác ảnh hưởng đến tốc độ dẫn truyền thần kinh?

Trả lời: Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến tốc độ dẫn truyền thần kinh. Nhiệt độ cao hơn làm tăng tốc độ dẫn truyền, trong khi nhiệt độ thấp hơn làm giảm tốc độ dẫn truyền. Điều này là do nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng hóa học liên quan đến việc mở và đóng các kênh ion.