SINH LÝ HỌC TẾ BÀO THẦN KINH
Mục tiêu
- Trình bày cấu tạo của một neuron và chức năng của chúng.
- Trình bày các loại khác nhau của TB đệm (TB gian TK) và chức năng của chúng.
- Mô tả tính chất hóa học của myelin, tóm tắt những cách thức khác biệt mà các neuron có
myelin hay không có myelin dẫn truyền xung động.
- Định nghĩa sự vận chuyển thuộc trục thuận chiều hay ngược chiều (orthograde and
retrogade axonal transport), và các vận động phân tử liên quan đến mỗi hình thức đó.
- Mô tả sự thay đổi của các kênh trong điện thế trương điện, điện thế động, và sự tái cực.
- Liệt kê các loại sợi thần kinh được tìm thấy ở hệ TK của ĐV có vú.
- Mô tả các chức năng của neurotrophins.
Các thành phần trong TB TK trung ương
Giới thiệu
Hình 1: Các bào quan trong neuron
Hệ thần kinh trung ương của con người (CNS) chứa khoảng 1011 (100.000.000.000) neuron
(TBTK). Các TBTK đệm gấp 10-50 lần số lượng này. CNS là một cơ quan phức tạp; người
ta tính toán được rằng trong sự hình thành của nó, có ít nhất 40% các gene của con người tham
gia. Các neuron, là các khối xây dựng cơ bản của hệ thần kinh, đã tiến hóa từ các neuron hạch
(cơ) nguyên thủy, phản ứng với các kích thích khác nhau bằng cách co lại. Trong các loài động
vật phức tạp hơn, sự co lại đã trở thành chức năng chuyên biệt của các tế bào cơ, trong khi điều
phối và truyền xung thần kinh đã trở thành các chức năng chuyên biệt của neuron. Chương này
mô tả các thành phần tế bào của CNS và khả năng kích thích của các neuron, liên quan đến
nguồn gốc của các tín hiệu điện cho phép neuron điều phối và truyền xung động (điện thế động,
điện thế thụ thể, và điện thế xi-náp).
Các yếu tố trong TB TK trung ương
TB đệm(TB gian TK)
Sau rất nhiều năm nghiên cứu, các TBTK đệm (gliacyte) được xem như là mô liên kết thần kinh
trung ương. Thật ra, “glia” trong tiếng Hy Lạp là keo. Tuy nhiên, ngày nay các tế bào này đã
được công nhận vai trò thông tin liên lạc của chúng trong CNS khi hợp tác với các neuron.
Không giống như các neuron, các TBTK đệm tiếp tục trải qua phân chia tế bào ở tuổi trưởng
thành và khả năng sinh sản nhanh, đặc biệt đáng chú ý sau khi chấn thương não (ví dụ như một
cơn đột quỵ).
Có hai loại tế bào thần kinh đệm chính trong hệ thống thần kinh động vật có xương sống:
microglia và macroglia. Microglia là những tế bào tiêu hóa tương tự như các đại thực bào, loại
bỏ các mảnh vỡ do chấn thương, nhiễm trùng, và bệnh tật (ví dụ như đa xơ cứng, mất trí nhớ liên
quan đến AIDS, bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer). Microglia phát sinh từ các đại thực bào
nằm ở ngoài hệ thần kinh; theo sinh lý học và mô phôi thì không liên quan đến các loại tế bào
thần kinh khác.
Có ba loại macroglia: tế bào ít nhánh (oligodendrocyte), các tế bào Schwann, và astrocyte. Tế
bào ít nhánh và các tế bào Schwann tham gia vào việc hình thành myelin quanh sợi trục thần
kinh trung ương và ngoại biên tương ứng. Astrocyte, được tìm thấy trong não, có hai phân
nhóm. Astrocyte xơ, chứa nhiều sợi trung gian, được tìm thấy chủ yếu trong chất trắng. Astrocyte
nguyên sinh được tìm thấy trong chất xám và có tế bào chất dạng hạt. Cả hai loại này đều có
nhánh đến các mạch máu tạo ra các mao mạch để tạo các mối nối chặt chẽ tạo thành vòng tuần
hoàn mạch máu não. Chúng cũng có các nhánh đến vỏ synapsesevà bề mặt của neuron. Astrocyte
nguyên sinh có một điện thế màng thay đổi theo nồng độ K+ bên ngoài nhưng không tạo ra điện
thế lan truyền. Chúng sản xuất các chất cung cấp cho neuron, và giúp duy trì nồng độ thích hợp
của các ion, các chất dẫn truyền thần kinh bằng cách tăng K+ và các dẫn truyền thần kinh như
glutamate và aminobutyrate (GABA).
Hình 2: Các loại TBTK đệm chủ yếu trong hệ thần kinh.
A) Các tế bào ít nhánh nhỏ với số lượng nhánh tương đối ít. Các TB này trong chất trắng cung
cấp myelin, và trong chất xám thì nâng đỡ các neuron. B) Các tế bào Schwann cung cấp myelin
cho hệ thần kinh ngoại biên. Mỗi tế bào hình thành một phân đoạn của vỏ myelin dài khoảng 1
mm; vỏ đảm đương hình dạng của nó như cái lưỡi bên trong của tế bào Schwann bao xung quanh
trục vài lần, gói trong các lớp đồng tâm. Khoảng cách giữa các phân đoạn của myelin là các eo
Ranvier. C) Astrocyte là những TBTK đệm phổ biến nhất trong thần kinh trung ương và đặc
trưng bởi hình dạng ngôi sao. Chúng liên lạc với cả mao mạch và neuron, được cho là có chức
năng dinh dưỡng. Chúng cũng tham gia vào việc hình thành vòng tuần hoàn mạch máu não.
Bao myelin
Hình 3: Bao myelin ở hệ thần kinh ngoại biên có chứa tế bào Schawann. Không phải tất cả sợi
thần kinh đều được myelin hóa nhưng hầu hết sợi chủ ý đều được myelin hóa.
Myelin ở hệ thần kinh trung ương và hệ thần kinh ngoại biên đều có các thành phần cấu tạo
là protein và lipid; nhưng myelin hệ thần kinh ngoại biên có nhiều sphingomyelin và các
glycoprotein hơn. Có 3 loại protein quan trọng là MBP (myelin basic protein), PLP (proteolipid
protein) và MPZ (myelin protein zero).
MBP là protein bào tương gắn vào màng tế bào, có cả ở hai hệ thần kinh. PLP là tetraspanin
protein chỉ có ở hệ thần kinh trung ương, có vai trò trong sự hình thành neuron và là thành phần
cấu tạo myelin. Đột biến gene PLP và yếu tố phiên mã của nó (protein DM20) gây ra bệnh
Pelizaeus-Mebacher di truyền liên kết giới tính X thoái hóa myelin, bệnh nhân nam bị thiếu chất
trắng và tế bào ít nhánh. Biểu hiện chính của bệnh là bệnh nhân hay chớp mắt và chậm phát triển
vận động thần kinh.
Protein chính của myelin ở hệ thần kinh ngoại biên là MPZ, có vai trò giống PLP ở hệ thần kinh
trung ương. Vùng ngoại bào của 2 MPZ tương tác với 2 MPZ ở màng phía đối diện. Cấu trúc
đồng tetramer tạo sự kết dính chặt chẽ các màng, làm đặc myelin. Vùng nội bào của MPZ có vai
trò tạo tín hiệu điều hòa sự tạo myelin. Ở hệ thần kinh trung ương, các PLP màng tế bào tương
tác với nhau giúp ổn định cấu trúc.
Điều cầu hết sức lưu ý là các protein tạo myelin là kháng nguyên quan trọng ở các bệnh tự miễn
như bệnh đa xơ hóa có thoái hóa myelin lan tỏa ở hệ thần kinh trung ương ở hội chứng Guillain-
Barré có thoái hóa myelin ở hệ thần kinh ngoại biên.
Vai trò của bao myelin:
- Nó tạo nên một vùng cách điện để ngăn chặn việc phát các xung thần kinh ngắn giữa các
sợi thần kinh.
- Nhờ có bao myelin mà sự dẫn truyền xung động thần kinh được nhanh hơn.
- Bao myelin giúp tái tạo các sợi thần kinh ngoại biên. Tế bào Schwann giúp duy trì môi
trường của sợi trục và các kênh của nó, do vậy cho phép tái liên kết với một thụ thể hay một chất
tác hiệu. Sợi thần kinh trung ương không có khả năng này.
Synapse
Synapse là một khớp nối đặc biệt (specialized junctions), qua đó tín hiệu từ tế bào thần kinh sẽ
truyền qua một tế bào thần kinh khác cũng như qua một loại tế bào không phải là tế bào thần
kinh (như tế bào cơ hoặc tế bào tuyến).
Synapse được phân loại theo vị trí tiếp xúc với neuron hậu synapse:
- Synapse trục – gai, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với gai sợi nhánh.
- Synapse trục – nhánh, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với sợi nhánh.
- Synapse trục – thân, nút tiền synapse tiếp xúc với thân neuron.
- Synapse trục – trục, nút tiền synapse sợi trục tiếp xúc với synapse sợi trục neuron hậu
synapse.
Neurotransmitter được tải vào túi synapse (synaptic vesicles) bởi H+- linked antiport
proteins
Có rất nhiều các phân tử nhỏ hoạt động như là một neurotransmitter tại các synapse khác nhau,
ngoại lệ là acetylcholine, một loại neurotransmitter có bản chất là một dẫn xuất của amino acid.
Các nucleotide, như ATP chẳng hạn và những nucleoside tương ứng (không gắn gốc phosphate)
cũng đóng vai trò là neurotransmitter. Mỗi neuron có khả năng sản xuất chỉ một loại
neurotransmitter mà thôi.
Tất cả các neurotransmitter cổ điển (classic neurotransmitter) đều được tổng hợp trong tế bào
chất và được vận chuyển ra các túi synapse bám màng tại đầu tận của sợi trục và được dự trữ ở