Dẫn truyền xung động thần kinh là gì?

  Dẫn truyền xung thần kinh là quá trình quan trọng giúp hệ thần kinh thực hiện chức năng truyền tải thông tin giữa các tế bào thần kinh và các cơ quan trong cơ thể. Đây là cơ chế cốt lõi giúp con người cảm nhận, suy nghĩ, ghi nhớ và phản ứng với môi trường xung quanh.

Dẫn truyền xung động thần kinh là gì?

Dẫn truyền xung thần kinh là quá trình truyền tín hiệu điện và hóa học giữa các tế bào thần kinh (neuron) hoặc giữa neuron với các tế bào khác như cơ hoặc tuyến. Quá trình này là cơ sở của mọi hoạt động thần kinh, từ phản xạ đơn giản đến suy nghĩ phức tạp.

Sự dẫn truyền xung thần kinh là một hiện tượng có tính liên tiếp, tức là xuất phát tại một điểm, chúng sẽ lan truyền sang các cấu trúc nơron lân cận. Điều này tạo ra cơ sở cho việc xử lý thông tin, mang tới nhận thức và tư duy cho con người. Đối với những lứa tuổi khác nhau, nhu cầu và mức độ nhận thức cũng khác nhau.

Cách dẫn truyền của xung thần kinh

Khi một nơ ron thần kinh sinh ra điện thế hoạt động, chúng sẽ không giới hạn ở một điểm mà tạo sự lan truyền dọc theo sợi trục của nó. Sau đó, các tín hiệu này sẽ được truyền qua synap thần kinh và gây phản ứng tại một nơ ron hoặc tế bào khác.

Dẫn truyền trên Sợi trục

Dẫn truyền của xung thần kinh trên sợi trục nơron có thể được thực hiện theo hai con đường:

• Dẫn truyền hướng tâm: là dẫn truyền cảm giác với hướng được xác định là từ ngoại vi vào tủy sống.
• Dẫn truyền ly tâm: theo hướng từ vỏ não ra tới các cơ quan cảm nhận cảm ngoại vi. Loại dẫn truyền này có thể mang lại tác dụng ức chế hoặc giúp giảm cảm giác đau đớn.

Đặc điểm dẫn truyền

• Chỉ được dẫn truyền trên nơ ron nguyên vẹn về chức năng
• Theo hai chiều:
  • Chiều thuận là chiều đi tới cúc tận cùng
  • Chiều nghịch là chiều đi về phía thân nơ ron và đến tận sợi gai
• Trong một bó sợi trục, xung động chỉ dẫn truyền theo chiều dọc của sợi có xung động, không lan tỏa các sợi lân cận
• Cường độ kích thích càng lớn thì tần số xung động trên sợi trục càng cao
• Tốc độ lan truyền tỷ lệ thuận với đường kính của sợi trục.

Ở sợi không bao myelin

• Quy luật dẫn truyền: Truyền từ điểm hưng phấn sang hai điểm liền kề ở hai bên và cứ thế dọc theo chiều dài của sợi trục.
• Gồm 3 giai đoạn
• Tốc độ tỷ lệ với căn bậc hai của đường kính sợi Khoảng 0,5 m/s ở sợi có đường kính rất nhỏ

Ở sợi có bao myelin

• Cellkärna Sợi có bao myelin gồm 2 bao: bao Schwan và bao myelin
• Bao Schwan có chứa chất ——> sphingomyelin
• Tính cách điện tốt, ngăn cản sự khuếch tán của các ion
• Thấm ion tốt hơn <
• Dài 1mm, không liên tục, tạo các quãng ranvier. Nơi tiếp giáp giữa các quãng thắt lại gọi là Ranvier

Dẫn truyền qua Synap

Xung thần kinh đến đầu cúc synap → Kênh Ca²⁺ mở → Ca²⁺ đi vào kích thích túi chứa chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitter) tiết ra khe synap.

Chất dẫn truyền thần kinh: Acetylcholine (ACh), Dopamine, Serotonin, GABA…

Chất dẫn truyền gắn vào thụ thể trên màng neuron sau synap → Gây khử cực → Tạo xung thần kinh mới.

Vai trò của dẫn truyền xung thần kinh

Trong hoạt động cảm giác

Truyền tín hiệu từ các giác quan: Xung thần kinh dẫn truyền từ các thụ thể cảm giác (mắt, tai, da, mũi, lưỡi) về não.

Ví dụ:

• Khi chạm vào vật nóng, các thụ thể nhiệt trên da lập tức gửi xung thần kinh về tủy sống và não để nhận biết nóng.
• Xử lý và phân tích thông tin: Não bộ nhận xung, giải mã tín hiệu thành hình ảnh, âm thanh, mùi vị,…

Trong vận động

Truyền lệnh từ não đến cơ bắp: Khi bạn muốn di chuyển, xung thần kinh từ vùng vận động của não truyền qua tủy sống đến các cơ.

Ví dụ:

Khi đá bóng, xung thần kinh truyền từ vỏ não vận động → tủy sống → dây thần kinh vận động → cơ chân → đá bóng.

Vai trò trong phản xạ và bảo vệ cơ thể

Điều khiển phản xạ: Xung thần kinh truyền qua cung phản xạ để đáp ứng nhanh chóng với kích thích mà không cần sự can thiệp của não.

Vai trò trong hoạt động tư duy, cảm xúc và trí nhớ

• Hình thành suy nghĩ: Các tín hiệu thần kinh truyền qua hàng tỷ synap giữa các neuron giúp chúng ta suy nghĩ, tính toán và sáng tạo.
• Lưu giữ ký ức: Xung thần kinh truyền qua mạng lưới neuron trong hồi hải mã (hippocampus) để mã hóa và lưu trữ ký ức.
• Sự lặp lại các xung thần kinh giúp hình thành trí nhớ dài hạn.
• Điều khiển cảm xúc: Các xung thần kinh và chất dẫn truyền thần kinh như dopamine, serotonin điều chỉnh tâm trạng, cảm xúc như vui vẻ, buồn bã, lo âu.

Vai trò trong điều hòa hoạt động sinh lý

• Điều hòa nhịp tim và huyết áp: Trung khu thần kinh tại hành não gửi xung thần kinh điều khiển nhịp tim nhanh hay chậm.
• Kiểm soát hô hấp: Xung thần kinh từ trung khu hô hấp tại hành não giúp kiểm soát nhịp thở, tăng thông khí khi cơ thể thiếu oxy.
• Điều hòa tiêu hóa: Hệ thần kinh thực vật (giao cảm và đối giao cảm) kiểm soát hoạt động co bóp của dạ dày, ruột.

Vai trò trong hệ miễn dịch và đáp ứng căng thẳng

• Kết nối thần kinh – nội tiết: Xung thần kinh kích thích tuyến thượng thận tiết hormon cortisol trong tình huống căng thẳng.
• Ảnh hưởng đến hệ miễn dịch: Stress kéo dài do rối loạn dẫn truyền thần kinh có thể làm suy giảm khả năng miễn dịch.

Vai trò trong bệnh lý thần kinh

Sự rối loạn dẫn truyền xung thần kinh dẫn đến nhiều bệnh lý nghiêm trọng:

• Bệnh đa xơ cứng (Multiple Sclerosis): Tổn thương bao myelin làm chậm hoặc ngừng dẫn truyền xung thần kinh.
• Bệnh Parkinson: Giảm dopamine làm suy yếu dẫn truyền trong hệ vận động, gây run và cứng cơ.
• Động kinh (Epilepsy): Xung thần kinh phóng quá mức không kiểm soát gây co giật.
• Bệnh Alzheimer: Mất các synap thần kinh làm suy giảm trí nhớ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến Dẫn truyền xung thần kinh

Cấu trúc và đặc điểm sinh lý Của Neuron

Đường kính sợi trục (Axon diameter)

Đường kính sợi trục càng lớn, điện trở nội sinh (internal resistance) càng nhỏ, giúp xung thần kinh truyền nhanh hơn.

Bao myelin và Dẫn truyền nhảy cóc (Saltatory conduction)

Bao myelin là lớp cách điện do tế bào Schwann (hệ thần kinh ngoại biên) hoặc tế bào thần kinh đệm (hệ thần kinh trung ương) tạo ra.

Bao myelin giúp:

• Tăng tốc độ dẫn truyền: Xung thần kinh nhảy từ nút Ranvier này sang nút Ranvier khác.
• Tiết kiệm năng lượng: Giảm tiêu hao ion Na⁺/K⁺ qua bơm Na⁺/K⁺-ATPase.
• Mất bao myelin (như trong bệnh đa xơ cứng – Multiple Sclerosis) làm giảm hoặc chặn hoàn toàn dẫn truyền.

Yếu tố môi trường

Nhiệt độ (Temperature)

• Nhiệt độ tăng → Quá trình khuếch tán ion nhanh hơn → Tốc độ dẫn truyền tăng.
• Nhiệt độ giảm → Kênh ion hoạt động chậm → Dẫn truyền chậm.

Đây là lý do tại sao động vật biến nhiệt (như bò sát) phản xạ chậm hơn khi trời lạnh.

pH môi trường

pH ảnh hưởng đến hoạt động của các kênh ion và enzym trong synap.

• pH giảm (toan máu): Gây ức chế dẫn truyền, thậm chí hôn mê.
• pH tăng (kiềm máu): Kích thích quá mức, có thể gây co giật.

Các yếu tố hóa học

Nồng độ ion (Na⁺, K⁺, Ca²⁺, Cl⁻)

• Ion Na⁺ (Natri): Đóng vai trò chính trong khử cực. Thiếu Na⁺ làm xung thần kinh yếu hoặc ngừng.
• Ion K⁺ (Kali): Quan trọng trong tái cực. Thiếu K⁺ gây rối loạn nhịp dẫn truyền, thậm chí liệt.
• Ion Ca²⁺ (Canxi): Cần thiết để phóng thích chất dẫn truyền thần kinh tại synap. Thiếu Ca²⁺ dễ gây co giật.

Chất dẫn truyền thần kinh (Neurotransmitters)

• Các chất dẫn truyền như Acetylcholine (ACh), Dopamine, Serotonin, GABA ảnh hưởng đến tốc độ và hiệu quả dẫn truyền tại synap.
• Rối loạn nồng độ các chất này gây ra các bệnh lý thần kinh như Parkinson, Alzheimer, trầm cảm.

Các chất độc thần kinh

Một số chất độc hoặc thuốc có thể ảnh hưởng đến dẫn truyền:

• Tetrodotoxin (TTX) từ cá nóc: Chặn kênh Na⁺, ngăn dẫn truyền.
• Sarin (khí độc): Ức chế enzyme phân hủy acetylcholine → Co giật.
• Nicotine: Kích thích quá mức synap cholinergic.

Thuốc và Các Chất Kích Thích

Thuốc gây ức chế dẫn truyền

• Thuốc gây tê (lidocaine, novocaine): Chặn kênh Na⁺, làm tê liệt dẫn truyền cảm giác đau.
• Thuốc an thần (diazepam): Tăng hoạt động của GABA, làm giảm tốc độ dẫn truyền thần kinh.

Thuốc kích thích dẫn truyền

• Caffeine: Ngăn adenosine (chất gây buồn ngủ), giúp neuron hoạt động mạnh hơn.
• Amphetamine: Tăng phóng thích dopamine, gây hưng phấn tạm thời.

Tình trạng sinh lý và bệnh lý

Tuổi tác

• Khi già đi, bao myelin thoái hóa, số lượng synap giảm → Dẫn truyền chậm.
• Người trẻ phục hồi dẫn truyền tốt hơn khi tổn thương.

Tổn thương vật lý

• Chấn thương cột sống hoặc tổn thương sợi trục: Ngăn hoàn toàn dẫn truyền.
• Đè ép thần kinh (hội chứng ống cổ tay): Làm giảm dẫn truyền gây tê bì.

Bệnh thần kinh

• Đa xơ cứng (Multiple Sclerosis): Phá hủy bao myelin → Xung truyền ngắt quãng.
• Parkinson: Giảm dopamine → Rối loạn điều khiển vận động.
• Alzheimer: Thoái hóa synap → Mất khả năng ghi nhớ.

 Ảnh hưởng di truyền và yếu tố Gen

• Một số đột biến gen làm thay đổi cấu trúc kênh ion, ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn truyền.
• Ví dụ: Bệnh động kinh (Epilepsy): Do rối loạn kênh Na⁺ hoặc GABA.

Một số bệnh lý liên quan tới xung thần kinh, hệ thần kinh

Tai biến mạch máu não

Là hiện tượng nguồn cung máu cho não bị nghẽn do tắc hoặc vỡ mao mạch, động mạch hay tĩnh mạch.

• Lúc này, lượng oxy và dưỡng chất cần thiết cho các tế bào não hoạt động sẽ bị thiếu hụt khiến chúng chết dần.
• Nếu kéo dài, lượng tế bào não chết càng cao gây ra những tổn thương nặng, thậm chí tử vong cho người bệnh.

Tai biến được chia thành hai dạng: xuất huyết (chủ yếu do vỡ) và thiếu máu cục bộ (chủ yếu do tắc mạch hoặc huyết khối). Bệnh gây nguy cơ tử vong cao, đồng thời còn dẫn tới: yếu hoặc liệt cơ, khó hoặc mất khả năng nói, suy giảm thị lực,…

Parkinson

Là dạng bệnh mà sự rối loạn hệ thần kinh ảnh hưởng và tác động chủ yếu tới chức năng vận động. Biểu hiện dễ nhận là cơn run ở tay, khó khăn trong di chuyển, cứng cơ hoặc rối loạn ngôn ngữ,…

Alzheimer

Đây là dạng bệnh với biểu hiện điển hình bằng tình trạng mất trí nhớ cũng như các chức năng nhận thức. Bệnh do nhiều nguyên nhân, trong đó có nguyên nhân mất cân bằng quá trình phosphoryl hóa TAU.

Tồn tại một dạng protein liên kết vi chất gọi là protein TAU. Đây là thành phần quan trọng của bộ khung tế bào thần kinh, giúp ổn định các vi ống. Điều này mang lại tác dụng duy trì cấu trúc của neuron cũng như sự vận chuyển của sợi trục hay sự dẻo dai của synap.

• Khi các đột biến xảy ra, chức năng của protein TAU bị thay đổi, quá trình phosphoryl tăng lên gây ảnh hưởng tới sự vận chuyển dinh dưỡng làm cho các tế bào bị thoái hóa, tiêu biến, chết đi và vón lại thành mảng hoặc đám rối.
• Dần dần, não không thể tiếp nhận và lưu trữ thông tin nữa, gây ra hiện tượng quên. Nặng hơn, người bệnh sẽ không thể giao tiếp và thực hiện các chức năng bình thường nữa.

Động kinh

Là hiện tượng một nhóm tế bào tại vỏ não bị kích thích và phóng điện đột ngột, vượt ra ngoài khả năng kiểm soát. Triệu chứng có thể gặp gồm: chân tay co cứng, vắng ý thức đột ngột hoặc co giật,…

Đau nửa đầu

Khá phổ biến với các triệu chứng kèm theo gồm: buồn nôn, nôn, sợ ánh sáng,… Bệnh gặp nhiều hơn ở giới nữ và có thể kéo dài từ vài giờ tới vài ngày.

Nguyên nhân là vì sự hoạt động quá mức của các tế bào thần kinh làm các chất như prostaglandin, serotonin,… bị giải phóng quá mức, dẫn tới các cơn đau.

Xơ cứng rải rác

Thường gặp khi hệ miễn dịch bị tấn công khiến lớp bảo vệ bên ngoài bị phá hủy, dẫn tới sự tổn thương nghiêm trọng ở các dây thần kinh. Bệnh có thể được nhận thấy qua hiện tượng mệt mỏi, yếu cơ, suy giảm nhận thức, trí nhớ, khó khăn trong cử động, có thể cả động kinh,…

Kết luận

Dẫn truyền xung thần kinh đóng vai trò sống còn trong việc đảm bảo mọi hoạt động của cơ thể từ cảm giác, vận động đến tư duy và cảm xúc. Sự chính xác, nhanh chóng và liên tục của quá trình này giúp cơ thể thích nghi và phản ứng kịp thời với các thay đổi từ môi trường. Nghiên cứu sâu hơn về dẫn truyền xung thần kinh không chỉ mở ra cơ hội trong y học điều trị các bệnh lý thần kinh mà còn góp phần phát triển các công nghệ như trí tuệ nhân tạo, cấy ghép thần kinh và giao diện não – máy tính.