Giải phẫu và Sinh lý cho nhà Ngôn ngữ trị liệu- Bài 3 Sinh lý hệ thần kinh

DẪN TRUYỀN ĐIỆN THẦN KINH

Các xung điện thần kinh được hình thành từ xung điện trong sợi cơ. Một neuron không mang xung ở trạng thái phân cực, với ion Na⁺ dồi dào hơn bên ngoài tế bào và ion K⁺ và ion âm phong phú hơn bên trong tế bào. Neuron có điện tích dương ở bên ngoài màng tế bào và điện tích âm tương đối bên trong. Một kích thích (chẳng hạn như chất dẫn truyền thần kinh) làm cho màng thấm rất dễ dàng với các ion Na⁺, mà chúng di chuyển vào trong tế bào. Điều này mang lại sự khử cực, sự đảo ngược các ion trên màng tế bào. Bên ngoài bây giờ có một điện tích âm, và bên trong có một điện tích dương.

Ngay sau khi khử cực diễn ra, màng neuron trở nên rất thấm đến các ion K⁺, mà chúng thoát ra khỏi tế bào. Điều này khôi phục lại điện tích dương bên ngoài và điện tích âm bên trong và được gọi là tái cực. (Đề cập đến sự khử cực sau đó đến tái cực.) Sau đó, máy bơm natri và kali trả lại ion Na⁺ bên ngoài và các ion K⁺ bên trong, và neuron đã sẵn sàng đáp ứng với một kích thích khác và truyền xung khác.

Một điện thế hoạt động để đáp ứng với một kích thích diễn ra rất nhanh chóng và được đo bằng mili giây. Một tế bào thần kinh riêng lẻ có khả năng truyền hàng trăm điện thế hoạt động (xung) mỗi giây. 

Truyền xung điện rất nhanh. Sự hiện diện của vỏ bọc myelin cách điện làm tăng vận tốc xung, vì chỉ có các nút của Ranvier khử cực. Điều này được gọi là dẫn truyền kiểu nhảy cóc. Nhiều neuron của chúng ta có khả năng truyền xung ở tốc độ nhiều mét mỗi giây. Hãy tưởng tượng một người cao 6 feet (khoảng 2 mét) bị người khác đánh vào một ngón chân; xung cảm giác di chuyển từ ngón chân đến não trong vòng chưa đầy một giây (qua một vài synap trên đường đi, và mặc dù sự khuếch tán qua synap chậm, các synap quá nhỏ đến mức không ảnh hưởng đáng kể đến vận tốc xung trong một người sống). Xung điện cho phép hệ thần kinh giao tiếp rất nhanh với tất cả các bộ phận của cơ thể, làm cho nó trở thành một hệ thống điều tiết quan trọng.

Bạn có thể đã đọc hoặc nghe rằng xung thần kinh có thể được gọi là “thông điệp”, như trong, “neuron cảm giác gửi thông điệp đến não”, hoặc “não gửi thông điệp đến cơ bắp.”  Tuy nhiên, để hiểu hệ thống thần kinh hoạt động như thế nào, khái niệm này có thể không phải là sự tương tự tốt nhất. Một thông điệp nói điều gì đó; e-mail, thư hoặc các cuộc gọi điện thoại nói điều gì đó cụ thể và hiếm khi giống nhau. Các xung thần kinh, tuy nhiên, tất cả đều giống hệt nhau – cùng giai đoạn tạo xung điện. Ảnh hưởng của xung động thần kinh không phải là mức độ của xung lực, mà là đích đến của nó. Ví dụ, khi một người bước một bước, các xung thần kinh từ chân trái đến vùng chi phối cảm giác trong thùy đỉnh của não phải và người đó cảm thấy chân trái chạm sàn. Nếu những xung động đó có thể được chuyển đến khu vực cho chân phải ở thùy đỉnh bên trái (loại thí nghiệm này đã được thực hiện với chuột), chúng ta sẽ cảm thấy như chân phải chạm sàn thay vì bên trái.

Xung động thần kinh cho phép thực hiện tất cả chức năng cơ thể, phụ thuộc đích đến của nó, tức cơ quan hiệu ứng. Các xung động đến ở các tuyến mồ hôi mang lại sự tiết mồ hôi, bởi vì đó là những gì các tế bào tuyến này làm. Các xung lực đến trong khu vực thị giác của thùy chẩm mang lại cảm giác nhìn thấy một cái gì đó, bởi vì đó là những gì các tế bào thần kinh này làm. Các xung động đến các tế bào cơ xương mang lại sự co cơ, bởi vì đó là những tế bào cơ. Do đó, một xung thần kinh không phải là một thông điệp. Nếu là kiểu gì, một xung thần kinh có thể được coi là giống như một công tắc hoặc tín hiệu đơn giản, ở chỗ nó kích hoạt (hoặc ức chế) tế bào, mô, hoặc cơ quan đích đến của nó.

Để phù hợp với ý tưởng này, bộ não có thể được so sánh với dây dẫn của một dàn nhạc. Và chúng ta hãy nói rằng các nhạc sĩ là những cơ xương (của chân, thân, và cánh tay) cần thiết để leo lên một ngọn núi. Mỗi cơ được cấu trúc để làm một công việc cụ thể, vì mỗi nhạc sĩ được đào tạo về một nhạc cụ cụ thể. Các dây dẫn không chơi bassoon hoặc trumpet hoặc timpani hoặc cello nhưng sẽ mời các nhạc sĩ chơi các bộ phận của họ. Những tín hiệu này cũng sẽ báo hiệu khoảng thời gian thích hợp cho mỗi tín hiệu và theo đúng trình tự; cho hoạt động cơ bắp, đây sẽ là sự phối hợp. Các tín hiệu của dây dẫn – các tín hiệu – rất giống nhau. Các tín hiệu không có hiệu lực; người nhận các tín hiệu tạo ra hiệu ứng.

Trên đường đến các tế bào nhận (hoặc các tế bào phản ứng), các xung thần kinh điện truyền qua một hoặc nhiều synap. Ở các synap, sự truyền xung thần kinh thay đổi từ điện sang hóa học và phụ thuộc vào sự giải phóng các dẫn truyền thần kinh.

SYNAP

Các neuron truyền xung tới các neuron khác (hoặc các tế bào hiệu ứng) mà không thực sự chạm vào nhau. Khoảng cách nhỏ hoặc không gian giữa sợi trục của một neuron và các đuôi gai hoặc thân tế bào của neuron tiếp theo được gọi là synap. Trong vòng synap (đầu cuối) của sợi thần kinh trước synap là một chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng vào synap bằng sự xuất hiện của một xung thần kinh điện. Chất dẫn truyền thần kinh khuếch tán qua synap, kết hợp với các vị trí thụ thể biệt định trên màng tế bào của neuron sau synap, và tạo ra một xung điện được chuyển bởi sợi thần kinh này đến synap tiếp theo, … Một chất khử hoạt tính hóa học ở thân tế bào hoặc sợi đuôi gai của neuron sau synap nhanh chóng khử hoạt chất dẫn truyền thần kinh. Điều này ngăn cản xung động không mong muốn, liên tục, trừ khi một xung mới từ neuron đầu tiên giải phóng thêm chất dẫn truyền thần kinh.

Nhiều synap được gọi là kích thích, bởi vì chất dẫn truyền thần kinh làm cho neuron sau synap khử cực (trở nên âm hơn bên ngoài thì ion Na⁺ đi vào tế bào) và truyền xung điện tới neuron, tế bào cơ, hoặc tuyến khác. Tuy nhiên, một số synap gây ức chế, có nghĩa là chất dẫn truyền thần kinh làm cho neuron sau synap trở nên siêu phân cực (trở nên dương hơn bên ngoài thì ion K⁺ rời khỏi tế bào hoặc các ion Cl^– vào trong tế bào) và do đó không truyền xung điện. Các synap ức chế như vậy là quan trọng, ví dụ, để làm chậm nhịp tim và cân bằng các xung kích thích truyền đến cơ xương (cơ bám xương). Đối với các cơ xương, ức chế này ngăn ngừa co cơ quá mức và cần thiết cho sự phối hợp.

Một hệ quả quan trọng của sự hiện diện của các synap là chúng đảm bảo truyền xung một chiều trong một người sống. Một xung thần kinh không thể đi ngược qua một synap vì không có chất dẫn truyền thần kinh được tạo ra bởi các đuôi gai hoặc thân tế bào. Chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitter) chỉ có thể được phát hành bởi một sợi trục thần kinh của neuron, mà không có các vị trí của thụ thể cho nó, như ở màng sau synap.

Một ví dụ về chất dẫn truyền thần kinh là acetylcholine, được tìm thấy ở các điểm nối thần kinh cơ, trong hệ thần kinh trung ương và nhiều ở hệ thần kinh ngoại biên. Acetyl-choline thường làm cho màng sau synap dễ thấm hơn các ion Na⁺, mang lại sự khử cực của neuron sau synap. Cholinesterase là enzym xúc tác quá trình thủy phân của acetylcholine. Có rất nhiều chất dẫn truyền thần kinh khác, đặc biệt là trong hệ thần kinh trung ương. Chúng bao gồm dopamine, GABA, norepinephrine, glutamate và serotonin. Mỗi chất dẫn truyền thần kinh này đều có chất khử hoạt tính hóa học riêng. Một số chất dẫn truyền thần kinh được tái hấp thu vào các neuron tiết ra chúng, chấm dứt hiệu ứng của xung phát.

Sự phức tạp và đa dạng của các synap khiến chúng trở thành mục tiêu thường xuyên của thuốc. Ví dụ, các loại thuốc làm thay đổi khí sắc hoặc hành vi thường tác động lên các dẫn truyền thần kinh biệt định trong não, và các loại thuốc hạ huyết áp ảnh hưởng đến sự dẫn truyền thần kinh ở cơ trơn của các mạch máu.

DẪN TRUYỀN TRONG NEURON

Nếu thông tin tại đuôi gai đủ mạnh hoặc đủ “to” để khiến neuron bị kích thích, thì xung động sẽ truyền từ đuôi gai qua thân và đến sợi trục. Thông tin từ sau synap về thân tế bào còn ít được mô tả, nhưng thông tin đi đến sợi trục và chuyển đến trước synap rồi qua synap đến màng sau synap thì được mô tả khá nhiều.

Tại sợi trục, một điện thế hoạt động, được tạo ra ở đồi sợi trục, để gây ra làn sóng khử cực dọc sợi trục đến cúc tận cùng. Khử cực là quá trình trong đó bề mặt màng của sợi trục tạo sự phân cực cho phép các ion đi qua, từ đó truyền thông tin về cuối sợi trục, khu vực được gọi là đầu tận hoặc cúc tận cùng. Các phần cuối này có các túi hoặc các nang nhỏ chứa đầy chất dẫn truyền thần kinh và sóng khử cực đi qua sợi trục làm cho các túi nang này di chuyển về phía khe synap. Các sợi trục thường được bao phủ bởi myelin, một lớp vỏ mỡ, có tác dụng cách ly sợi trục và tăng tốc độ dẫn truyền qua sợi trục.

Bằng cách này thông tin được truyền từ neuron này sang neuron khác hoặc từ neuron sang cơ. Trong trường hợp kích hoạt cơ chẳng hạn, một phương phát sinh từ vỏ não sẽ đi qua một chuỗi neuron và synap đến điểm cuối trong tủy sống. Nếu mục tiêu của bạn là di chuyển một phần cơ thể, chẳng hạn như uốn cong ngón chân, thì một dây thần kinh ngoại biên biệt định sẽ được kích hoạt. Trong trường hợp này, dây thần kinh tủy sống sẽ được kích hoạt, vì các sợi dây thần kinh phát sinh từ tủy sống sẽ kích hoạt các cơ ở ngón chân của bạn.

Một đặc điểm chung là sự hiện diện của các phản xạ đơn giản và phức tạp, các phản xạ tủy. Phản xạ là những phản ứng nhanh của hệ thần kinh, như khi bạn chạm vào một chiếc chảo nóng, bạn sẽ kéo tay mình ra xa trước khi vỏ não kịp nhận thấy điều gì đã xảy ra. Phản xạ là các mạch bảo vệ đã phát triển, thường được thiết kế để giúp chúng ta thoát khỏi nguy hiểm. Mạch phản xạ cơ bản được thể hiện trong cung phản xạ tủy sống. Loại mạch này không dựa vào vỏ não để hoạt động, và trên thực tế có thể hoạt động trong trường hợp tổn thương tủy sống khiến vỏ não tách rời khỏi vùng bên dưới tổn thương.

Các neuron cảm giác mang xung từ các thụ thể (receptor) đến hệ thần kinh trung ương. Thụ thể phát hiện những thay đổi bên ngoài hoặc bên trong, và gửi thông tin đến CNS dưới dạng xung, và hệ thống thần kinh trung ương diễn giải những xung động này như một cảm giác. Các neuron cảm giác từ các thụ thể trong da, cơ xương và khớp thì dẫn truyền cảm giác thân thể/soma; từ những thụ thể trong cơ quan nội tạng thì dẫn truyền cảm giác nội tạng.

Các neuron vận động thực hiện các xung từ CNS đến các cơ quan đích. Hai loại đích là các cơ và tuyến. Để phản hồi với các xung, cơ co bóp hoặc thư giãn và các tuyến tiết ra chất. Các neuron vận động liên quan đến cơ vân (cơ bám xương) được gọi là soma/thân thể; những cơ trơn, cơ tim và tuyến được gọi là nội tạng. Neuron cảm giác và vận động tạo nên hệ thần kinh ngoại biên. Các neuron vận động nội tạng tạo thành hệ thần kinh tự trị/ thực vật, một phân khu chuyên biệt của PNS sẽ được thảo luận sau trong chương này

Neuron trung gian, hay neuron liên hiệp (interneurons), được tìm thấy chỉ trong hệ thần kinh trung ương. Chúng được sắp xếp để chỉ mang theo cảm giác hoặc xung động cơ, hoặc để tích hợp các chức năng này. Nhiều neuron liên hiệp trong não có liên quan đến suy nghĩ, học tập và trí nhớ.

DÂY THẦN KINH VÀ CÁC BÓ THẦN KINH

Dây thần kinh là một nhóm các sợi trục và / hoặc nhánh của nhiều neuron, với các mạch máu và mô liên kết. Các dây thần kinh cảm giác chỉ được tạo ra từ các neuron cảm giác. Các dây thần kinh thị giác cho thị giác và thần kinh khứu giác cho mùi là những ví dụ về các dây thần kinh với một chức năng hoàn toàn cảm giác. Dây thần kinh vận động chỉ được tạo ra bởi các neuron vận động; dây thần kinh tự trị là dây thần kinh vận động. Một dây thần kinh hỗn hợp chứa cả các neuron cảm giác và vận động. Hầu hết các dây thần kinh ngoại vi của chúng ta, chẳng hạn như dây thần kinh hông ở chân, là các dây thần kinh hỗn hợp.

Thuật ngữ bó thần kinh đề cập đến các nhóm neuron trong hệ thống thần kinh trung ương. Tất cả các neuron trong bó thần kinh đều hoạt động là cảm giác hoặc vận động. Những bó này thường được gọi là chất trắng vì vỏ myelin của các neuron cung cấp cho chúng một màu trắng; thuật ngữ này được sử dụng cho các bộ phận của cả não và tủy sống.

PHẢN XẠ TỦY

Khi bạn nghe phản xạ (reflex), bạn có thể nghĩ đến một hành động “chỉ xảy ra” và một phần là như vậy. Phản xạ tủy là một phản ứng không tự nguyện đối với một kích thích, đó là, một hành động tự động được kích thích bởi một sự thay đổi cụ thể của một loại nào đó. Phản xạ tủy sống là những phản ứng không phụ thuộc trực tiếp vào não, mặc dù não có thể ức chế hoặc tăng cường chúng. Chúng ta không phải suy nghĩ về những phản xạ này, điều rất quan trọng, như bạn sẽ thấy.

Một cung phản xạ là con đường mà các xung thần kinh di chuyển khi phản xạ được gợi ra, và có năm phần thiết yếu:

1. Thụ thể — phát hiện sự thay đổi (kích thích) và tạo ra xung.
2. Các tế bào thần kinh cảm giác truyền các xung từ các thụ thể đến CNS
3. Hệ thần kinh trung ương — chứa một hoặc nhiều synap (neuron liên hiệp có thể là một phần của con đường).
4. Các neuron vận động – truyền các xung từ CNS đến cơ quan đáp ứng.
5. Cơ quan đáp ứng — thực hiện hành động đặc trưng của nó.

Bây giờ chúng ta hãy nhìn vào vòng cung phản xạ của một phản xạ cụ thể, phản xạ xương bánh chè (hoặc đầu gối), mà bạn có thể quen thuộc. Trong phản xạ này, một cái gõ trên gân cơ bên dưới xương bánh chè gây ra duỗi của cẳng chân. Đây là phản xạ gân xương, là cơ kéo duỗi sẽ co lại.

Trong cơ tứ cơ tứ đầu đùi là (1) các thụ thể kéo dài phát hiện sự kéo dài được tạo ra bằng cách chạm vào gân cơ. Các thụ thể này tạo ra các xung được truyền dọc theo (2) các neuron cảm giác trong dây thần kinh đùi đến (3) tủy sống. Trong tủy sống, các thụ thể neuron cảm giác tạo synap với (4) neuron vận động (đây là một phản xạ 2 neuron). Các neuron vận động trong dây thần kinh đùi mang các xung trở lại (5) cơ tứ đầu đùi, tác nhân làm co cơ và kéo duỗi cẳng chân.

Phản xạ gân xương cơ tứ đầu đùi là một trong nhiều phản xạ lâm sàng để xác định xem hệ thần kinh có hoạt động tốt hay không. Nếu phản xạ gân cơ tứ đầu đùi vắng mặt ở bệnh nhân, vấn đề có thể ở cơ đùi, dây thần kinh đùi, hoặc tủy sống. Cần thử nghiệm thêm để xác định độ chính xác trong cung phản xạ. Tuy nhiên, nếu phản xạ là bình thường, điều đó có nghĩa là tất cả các phần của cung phản xạ vẫn còn nguyên vẹn. Vì vậy, việc thử nghiệm phản xạ có thể là bước đầu tiên trong đánh giá lâm sàng tổn thương thần kinh.

Vì đây là phản xạ tủy sống, não không liên quan trực tiếp. Phản xạ cơ gấp (hoặc phản xạ thu hồi) là một loại phản xạ tủy sống khác. Các kích thích là một cái gì đó đau đớn và có khả năng gây hại, và phản ứng là để kéo ra khỏi nó. Nếu bạn vô tình chạm vào bếp nóng, bạn sẽ tự động rút tay ra. Phản xạ cơ gấp là phản xạ ba neuron vì các  neuron cảm giác tạo synap với các neuron liên hiệp trong tủy sống, rồi các neuron này tạo synap với các neuron vận động.

Các phản ứng (Response)

Ngoài ra, chúng ta còn có những hoạt động dưới tầm ý thức nhưng bộ não có thể nhận thức được rằng một phản xạ đã diễn ra. Điều đó liên quan đến một tập hợp các neuron khác mang xung đến não, và thậm chí có thể học hỏi từ kinh nghiệm, như trong các phản xạ có điều kiện. Nhưng điều này đòi hỏi các neuron khác, không phải là cung phản xạ.

Tầm quan trọng của các hoạt động như vậy trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta là gì? Chúng có xảy ra không? Nếu bạn đã từng thấy một người nào đó ngủ thiếp đi trong khi đang ngồi, bạn có thể thấy đầu của người đó đột nhiên nghiêng sang một bên và rơi xuống. Các cơ cổ sau bị kéo dài bởi việc nghiêng này và sau đó co lại, kéo đầu thẳng đứng trở lại. Đây là một phản xạ không điều kiện (phản xạ tủy).

Hãy tưởng tượng một người đứng thẳng — cơ thể có hoàn toàn tĩnh lặng không? Không, không phải chỉ vì lực hấp dẫn tạo ra lực kéo xuống. Tuy nhiên, nếu cơ thể nghiêng về phía bên trái, các bên phải của chân và thân mình được kéo dài, và các cơ kéo dài tự động hiệp đồng và kéo cơ thể thẳng đứng một lần nữa. Đây là mục đích của vận động tình nguyện nhưng không ý thức; chúng giúp chúng ta đứng thẳng mà không phải suy nghĩ về việc đó. Nếu bộ não phải đưa ra quyết định mỗi khi chúng ta đung đưa một chút, tất cả sự tập trung của chúng ta sẽ cần thiết chỉ để đứng vững. Tuy nhiên, một lần nữa, bộ não không phải đưa ra quyết định bảo vệ cơ thể; phản xạ cơ gấp thực hiện điều đó một cách tự động, mang tính quy trình.