Tìm hiểu về tế bào thần kinh

Kích thước và hình dạng của các tế bào thần kinh khác nhau tùy thuộc vào vị trí của chúng trong cơ thể, nhưng hầu hết chúng đều có chung đặc điểm và cấu trúc. Cấu trúc của một neuron tương tự như một cái cây.

Mỗi tế bào thần kinh có một lớp phủ bên ngoài gọi là màng tế bào hoặc plasma. Màng này có một vai trò quan trọng trong cách các tế bào thần kinh giao tiếp.

Tế bào thần kinh có một loại “trung tâm điều khiển” được gọi là thân tế bào. Phần này chứa nhân của tế bào, giống như “bộ não” của tế bào, giúp đảm bảo phần còn lại của tế bào thần kinh hoạt động. Đây giống như phần trên cùng của thân cây.

Trải ra từ thân tế bào là các nhánh ngắn gọi là đuôi gai. Đây là một phần của tế bào thần kinh nhận thông điệp từ các tế bào khác. Mỗi sợi nhánh có thể có nhiều nhánh, có thể trông giống như các nhánh lớn và nhánh nhỏ của cây.

Sợi trục của tế bào thần kinh giống như thân cây. Nó thường kéo dài ra khỏi thân tế bào và điểm xảy ra điều này được gọi là gò sợi trục. Trong khi kích thước của đuôi gai và thân tế bào có xu hướng khá ổn định, thì chiều dài của sợi trục lại thay đổi. Phần này của tế bào mang các thông điệp ra khỏi thân tế bào, đến tế bào tiếp theo.

Ở cuối sợi trục là đầu tiếp hợp, giống như rễ của cây. Đây là một phần của tế bào thần kinh kết nối và giao tiếp với tế bào tiếp theo, thường là các sợi nhánh của một tế bào thần kinh khác. Nơi hai tế bào này kết nối được gọi là khớp thần kinh.

Mỗi tế bào thần kinh có thể kết nối với nhiều tế bào khác. Các thông điệp từ một tế bào thần kinh, có thể là hóa chất hoặc thông điệp điện, đi qua khớp thần kinh này từ tế bào này sang tế bào khác. Đầu tận cùng của khớp thần kinh chứa một số túi nhỏ, được gọi là túi khớp thần kinh. Những túi này chứa chất dẫn truyền thần kinh, được sử dụng khi tế bào thần kinh gửi và nhận thông tin.

Các tế bào thần kinh có thể được nhóm lại với nhau tùy thuộc vào chức năng của chúng và việc chúng gửi hay nhận thông tin. Có ba loại, cùng nhau tạo nên các mạch của hệ thần kinh.

Tế bào thần kinh thụ cảm hoặc cảm giác nhận thông tin từ các giác quan (ví dụ: Tai, mắt, mũi và da) và phản hồi bằng cách gửi thông tin này đến não.

Effector hoặc tế bào thần kinh vận động mang thông điệp từ não đến các cơ và các tuyến trong cơ thể. Những thông điệp này gây ra điều gì đó xảy ra trong cơ hoặc tuyến, đó là cách cơ thể di chuyển và hoạt động.

Các tế bào thần kinh gửi và nhận thông tin từ các tế bào thần kinh cảm giác, vận động hoặc các tế bào thần kinh khác. Trên thực tế, chúng tạo thành một liên kết giữa các tế bào thần kinh cảm giác và vận động.

Bộ não và hệ thần kinh hoạt động bằng cách gửi thông điệp đi khắp cơ thể, từ tế bào thần kinh này sang tế bào thần kinh khác. Những thông điệp này, được gọi là “xung thần kinh” hoặc “điện thế hoạt động”, được một neuron tiếp nhận và truyền dọc theo chiều dài của nó cho đến hết. Khi thông điệp đến cuối một tế bào thần kinh, nó sẽ chuyển đến tế bào thần kinh tiếp theo hoặc đến một tế bào khác trong cơ thể.

Nhìn kỹ hơn vào cách các tế bào thần kinh giao tiếp, điều này liên quan đến rất nhiều điều khác nhau xảy ra. Để làm cho điều này đơn giản hơn, chúng ta có thể chia giao tiếp này thành 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là cách các thông điệp được truyền dọc theo một neuron và giai đoạn thứ hai là cách các thông điệp được truyền từ neuron này sang neuron khác.  

Để hiểu cách các tế bào thần kinh giao tiếp với nhau, chúng ta cần biết một chút về hóa học. Có những hóa chất được tìm thấy trong cơ thể con người có điện tích. Chúng được gọi là các ion. Mặc dù có rất nhiều ion khác nhau trong cơ thể, nhưng những ion quan trọng khi xem xét cách thức hoạt động của tế bào thần kinh là Na+, K+ và Ca2+. Các ion này đều có điện tích dương. Một số ion, chẳng hạn như Cl-, có điện tích âm. 

Các thông điệp được gửi đi khắp cơ thể dưới dạng các điện thế hoạt động được mang dọc theo các tế bào thần kinh. Điện thế hoạt động thường bắt đầu từ gò sợi trục và di chuyển xuống sợi trục, giống như một thông điệp di chuyển dọc theo dây điện thoại. Chuyển động này xảy ra do những thay đổi trong sự cân bằng điện tích bên trong và bên ngoài tế bào, tại các điểm dọc theo sợi trục.

Lượng điện tích tại bất kỳ điểm nào dọc theo sợi trục phụ thuộc vào lượng ion bên trong và bên ngoài tế bào. Các ion có thể đi qua màng tế bào, vào hoặc ra khỏi tế bào, thông qua các kênh ion (như cổng). Màng tế bào kiểm soát những ion nào có thể đi qua bất cứ lúc nào bằng cách mở và đóng các kênh.   

Lượng điện tích của tế bào cũng phụ thuộc vào số lượng ion bên trong và bên ngoài tế bào, và mức độ chúng có thể di chuyển qua màng tế bào dễ dàng như thế nào. Do mang điện tích, các ion cố gắng tự cân bằng bên trong và bên ngoài tế bào. Nhưng một số ion có thể đi qua màng tế bào dễ dàng hơn những ion khác và do đó chúng không trở nên cân bằng.

Điện thế hoạt động là những sự kiện làm cho màng tế bào của tế bào thần kinh khử cực và tái cực. Điều này là do chúng thay đổi lượng ion bên trong và bên ngoài tế bào, sau đó làm thay đổi điện tích của tế bào. Đây là cách các thông điệp di chuyển dọc theo một tế bào thần kinh.  

Điện thế nghỉ là trạng thái điện bình thường của tế bào thần kinh khi không có thông điệp nào được gửi hoặc nhận. Ở trạng thái này, tế bào thần kinh bị phân cực hay tích điện bên trong tế bào tích điện âm và bên ngoài tế bào tích điện dương. Ở trạng thái này, có nhiều ion Na+ bên ngoài tế bào hơn bên trong tế bào và nhiều ion K+ bên trong tế bào hơn bên ngoài tế bào.  

Tiềm năng hành động là thông điệp được truyền đi, giống như một làn sóng điện, dọc theo sợi trục của tế bào thần kinh đến tận cùng của nó. Khi một tế bào thần kinh đang nghỉ ngơi nhận được một thông điệp, tế bào sẽ phản ứng bằng cách di chuyển các ion qua màng tế bào. Điều này xảy ra tại điểm trên sợi trục nơi nhận được thông điệp, điểm này trở nên khử cực và thiết lập điện thế hoạt động.

Quá trình khử cực xảy ra do các kênh ion Na+ trong màng tế bào mở ra và cho phép các ion Na+ chảy vào tế bào từ bên ngoài. Các ion Na+ tích điện dương và vì chúng chảy vào trong tế bào nên bên trong tế bào trở nên tích điện dương hơn. Quá trình khử cực chỉ kéo dài trong một thời gian rất ngắn vì các kênh ion Na+ sẽ sớm bắt đầu đóng lại.

Ngay trước khi các kênh ion Na+ đóng lại, các kênh cho phép K+ chảy ra khỏi tế bào bắt đầu mở ra. Các ion K+ cũng tích điện dương và khi chúng chảy ra khỏi tế bào, lượng ion dương còn lại bên trong tế bào sẽ thấp hơn. Điều này làm cho tế bào trở nên tái phân cực - tế bào trải qua giai đoạn không hoạt động trong thời gian ngắn và sau đó quay trở lại trạng thái nghỉ ngơi của nó.

Chuỗi thay đổi này (từ điện thế nghỉ sang điện thế hoạt động, khử cực sang tái cực) xảy ra tại một loạt các điểm dọc theo sợi trục, một điểm truyền thông điệp đến điểm tiếp theo, đó là cách thông điệp lan truyền dọc theo sợi trục.   

Nơi hai tế bào thần kinh kết nối được gọi là khớp thần kinh. Khi điện thế hoạt động đi đến cuối sợi trục (được gọi là đầu cuối khớp thần kinh), nó phải đi qua tế bào thần kinh tiếp theo. Các khớp thần kinh thường xảy ra giữa đầu cuối khớp thần kinh của một neuron gửi thông tin và các sợi nhánh của neuron tiếp theo nhận thông tin.  

Các khớp thần kinh có thể là điện hoặc hóa học.

Trong các khớp thần kinh điện, màng của hai tế bào thần kinh chạm vào nhau và các ion có thể truyền trực tiếp từ tế bào này sang tế bào khác. Điều này có nghĩa là thông tin điện được gửi đi nhanh chóng. 

Trong các khớp thần kinh hóa học, hai tế bào được ngăn cách bởi một khe hở khớp thần kinh. Thông điệp chậm hơn so với ở các khớp thần kinh điện, vì thông điệp điện được chuyển thành thông điệp hóa học - chất dẫn truyền thần kinh.

Chất dẫn truyền thần kinh di chuyển qua khoảng cách khớp thần kinh đến tế bào thần kinh tiếp theo, nơi nó được chuyển trở lại thành một thông điệp điện. 

Chất dẫn truyền thần kinh là những hóa chất được lưu trữ trong các túi nhỏ gọi là túi tiếp hợp bên trong tế bào thần kinh. Các chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng bởi tế bào thần kinh gửi thông điệp, để giúp chuyển thông điệp này qua các khoảng trống khớp thần kinh tới tế bào thần kinh tiếp theo. Có nhiều chất dẫn truyền thần kinh khác nhau bao gồm adrenalin, histamin, acetylcholine và serotonin.

Cách các chất dẫn truyền thần kinh giúp gửi thông điệp qua khớp thần kinh cũng có thể được chia thành các giai đoạn.

Đầu tiên, thông điệp đi xuống đầu cuối khớp thần kinh của tế bào thần kinh. Khi màng tế bào ở đầu tiếp hợp bị khử cực, các kênh ion Ca2+ mở ra, cho phép calci chảy vào tế bào từ bên ngoài. Dòng calci này làm cho các túi tiếp hợp bên trong tế bào hợp nhất với màng tế bào và giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh vào khoảng trống tiếp hợp.

Thứ hai, các chất dẫn truyền thần kinh sau đó chảy qua khoảng trống khớp thần kinh đến các sợi nhánh của tế bào thần kinh tiếp theo.

Khi các chất dẫn truyền thần kinh đến tế bào thần kinh tiếp theo, chúng sẽ liên kết với các thụ thể trên bề mặt tế bào. Mỗi chất dẫn truyền thần kinh có một loại thụ thể riêng. Khi chất dẫn truyền thần kinh liên kết, nó sẽ mở ra các kênh ion.

Khi các kênh ion mở ra, chúng ảnh hưởng đến tế bào thần kinh để thông điệp hóa học lại được chuyển thành thông điệp điện. Chất dẫn truyền thần kinh gây ra tác dụng kích thích hoặc tác dụng ức chế, điều này phụ thuộc vào tế bào tiếp nhận.

Nếu hiệu ứng là kích thích, điều này có nghĩa là thông điệp nhận được sẽ khiến tế bào nhận bị kích thích và khử cực. Điều này khiến một điện thế hoạt động được thiết lập trong tế bào tiếp nhận và thông điệp tiếp tục dọc theo tế bào thần kinh.

Nếu hiệu ứng là ức chế, điều này có nghĩa là thông điệp làm cho tế bào tiếp nhận trở nên siêu phân cực, khiến nó ngừng khử cực. Nếu tế bào thần kinh bị ức chế, điện thế hoạt động không thể được thiết lập và điều này ngăn thông điệp tiếp tục.

Có những điều khác xảy ra trong tế bào thần kinh khi thông tin được gửi đi, nhưng đây là phiên bản đơn giản hóa. Bằng cách hiểu cách thức các thông điệp được gửi đi và cách thức hoạt động của não bộ, điều này giúp các nhà khoa học hiểu điều gì sẽ xảy ra khi các thông điệp bị gửi đi sai hướng và tại sao các cơn động kinh lại xảy ra.

BS. Nguyễn Thùy Ngân (Thọ Xuân Đường)