PHẦN 1 – GIẢI PHẪU CHỨC NĂNG
CHƯƠNG 3 – CƠ CHẾ DẪN TRUYỀN THẦN KINH
1. DẪN TRUYỀN Ở SỢI TRỤC THẦN KINH
Chức năng chính của sợi trục là truyền tín hiệu điện đi từ thân tế bào thần kinh đến cuối sợi trục. Ở đầu xa của sợi trục, tín hiệu điện gây phóng thích các chất dẫn truyền thần kinh (khớp thần kinh hóa học). Trong một số tế bào thần kinh trung ương, tín hiệu điện truyền trực tiếpđến tế bào thần kinh tiếp theo thông qua các điểm kết nối hai tế bào (khớp thần kinh điện).
Quy trình tổng hợp, vận chuyển, phóng thích và tái hấp thu các chất dẫn truyền thần kinh:
Rough endoplasmic reticulum (Rough ER): mạng lưới nội chất thô, Golgi apparatus: Bộ máy Golgi, Synaptic vesicle: Túi synapse, Lysosome: tiêu thể, Soma: tế báo xoma, Mitochondria: ty thể, Microtubule: vi ống, Exocytosis: quá trình xuất bào
(1) Peptides are synthesized on rough ER and packaged by Golgi apparatus: peptide được tổng hợp trên mạng lưới nội chất thô và được bao gói bởi bộ máy Golgi
(2) Fast axonal transport walks vesicles and mitochondria along microtubule network: Vận chuyển sợi trục đưa các túi và ty thể dọc theo mạng lưới vi ống
(3) Vesicle contents are released by exocytosis: các chất bên trong túi được phóng thích thông qua quá trình xuất bào
(4) Synaptic vesicle recycling: tái hấp thu túi synapse
(5) Retrograde fast axonal transport: vận chuyển ngược dòng sợi trục
(6) Old membrane components digested in lysosomes: các thành phần màng cũ được tiêu hóa trong tiêu thể
Hoạt động điện của màng tế bào sợi trục, khi được kích hoạt, điện thế màng tế bào sẽ thay đổi và lan đi theo hướng ly tâm như quân cờ domino:
Membrane: màng tế bào, Membrane potential: điện thế màng tế bào
Vai trò của rãnh Ranvier và bao myelin trong quá trình dẫn truyền hoạt động điện.Tổn thương bao myelin có thể gây ra mệt mỏi, yếu cơ, đi lại khó khăn và mất thị lực:
Ở trạng thái nghỉ, bên trong màng tế bào tích điện âm, khi có tín hiệu dẫn truyền, các ion dương xâm nhập vào bên trong làm cho điện thế bên trong chuyển thành dương và lan truyền theo sợi trục, trên đường đi màng trong tế bào được tiếp thêm các ion dương thông qua các rãnh Ranvier.
2. DẪN TRUYỀN THÔNG TIN GIỮA CÁC TẾ BÀO
Các tế bào thần kinh trao đổi thông tin với các tế bào khác qua các khớp nối thần kinh gọi là synapse.
Mỗi synapse có hai phần:
(1) đầu tận cùng sợi trục của tế bào trước synapse
(2) màng của tế bào sau synapse
Trong một phản xạ thần kinh, thông tin di chuyển từ tế bào trước synapse đến tế bào sau synapse. Các tế bào sau synapse có thể là tế bào thần kinh hoặc không phải tế bào thần kinh. Trong hầu hết các khớp thần kinh giữa các neuron, các đầu tận cùng của sợi trục trước synapse nằm cạnh đuôi gai hoặc thân tế bào của neuron sau synapse. Synapse được phân loại là điện hoặc hóa học tùy thuộc vào loại tín hiệu truyền từ tế bào trước synapse đến tế bào sau synapse.
Các khớp thần kinh điện truyền tín hiệu điện, hay dòng điện, trực tiếp từ tế bào chất của tế bào này sang tế bào khác thông qua các lỗ của protein tiếp giáp khoảng trống. Thông tin có thể truyền theo cả hai hướng qua hầu hết các điểm nối khe hở, nhưng trong một số dòng điện chỉ có thể truyền theo một hướng (khớp thần kinh một chiều). Các khớp thần kinh điện xảy ra chủ yếu ở các tế bào thần kinh trung ương. Có nhiều trong cơ tim và cơ trơn. Ưu điểm chính của khớp thần kinh điện là dẫn truyền tín hiệu nhanh chóng và hai chiều từ tế bào này sang tế bào khác để đồng bộ hóa hoạt động trong một mạng lưới tế bào. Các điểm nối khoảng cách cũng cho phép các phân tử tín hiệu hóa học khuếch tán giữa các tế bào liền kề.
Các khớp thần kinh hóa học chiếm phần lớn các khớp thần kinh trong hệ thần kinh, sử dụng các chất dẫn truyền thần kinh để mang thông tin từ tế bào này sang tế bào khác. Tại các khớp thần kinh hóa học, tín hiệu điện của tế bào trước khớp thần kinh được chuyển đổi thành tín hiệu hóa học đi qua khe tiếp hợp và liên kết với một thụ thể trên tế bào đích của nó.
Dẫn truyền tín hiệu qua khớp nối thần kinh:
Synaptic cleft: khe synapse, Synaptic vesicle: túi synapse, Neurotransmitter molecules: chất dẫn truyền thần kinh, Receptor: thụ thể
3. CHẤT DẪN TRUYỀN THẦN KINH & THỤ THỂ
Các chất dẫn truyền thần kinh khác nhau được giải phóng bởi các tế bào thần kinh khác nhau.
Có rất nhiều loại chất dẫn truyền thần kinh, có thể được phân thành hai nhóm:
A. Nhóm có trọng lượng phân tử thấp
Được tổng hợp ở đầu tận cùng của neuron trước synape. Men tổng hợp có trong thân tế bào và được chở tới đầu tận cùng. Chia thành 4 loại chính:
(1) Chất dẫn truyền thần kinh AMINOAXIT: hoạt động nhanh, có định hướng trong hệ thống thần kinh trung ương, có 4 chất được nghiên cứu rộng rãi nhất là Glutamate, Aspartate, Glycine (3 loại này có nhiều trong thức ăn) và Gamma Aminobutyric Axit – GABA (được tổng hợp từ Glutamate).
Glutamate là chất dẫn truyền thần kinh kích thích phổ biến nhất trong hệ thống thần kinh trung ương của động vật có vú. Có 3 loại thụ thể Kainate, Quiqualate và N-methyl-D-aspartate. Khi không gắn với thụ thể, phần lớn Glutamate được hấp thu vào tế bào gian thần kinh và được biến đổi thành Glutamin. Glutamin được vận chuyển tới đầu tận cùng và biến đồi thành Glutamate tự do. Do đó, tế bào gian thần kinh giữ vai trò chính trong điều hòa truyền thần kinh bởiGlutamate.
GABA là chất dẫn truyền thần kinh ức chế phổ biến nhất; tuy nhiên, nó có tác dụng kích thích ở một số khớp thần kinh (Watanabe, Fukuda, & Nabekura, 2014). Có 2 loại thụ thể là GABAA và GABAB gây ức chế điện thế sau synape. Khi không gắn với thụ thể GABA được tế bào gian thần kinh hấp thu và biến đổi thành succinic semialdehyde.
(2) Chất dẫn thần kinh MONOAMINE: được tổng hợp từ một axit amin duy nhất, hiện diện trong các nhóm nhỏ tế bào thần kinh nằm trong thân não. Có bốn chất dẫn truyền thần kinh chia thành hai nhóm:
– Catecholamine bao gồm Dopamin, Norepinephrine và Epinephrine.
Chúng được tổng hợp từ axit amin tyrosine, chuyển đổi thành l-dopa, từ đó được chuyển đổi thành Dopamin; các tế bào thần kinh giải phóng Norepinephrine có thêm một loại enzyme giúp chuyển đổi Dopamin trong chúng thành Norepinephrine; tương tự như vậy, các tế bào thần kinh giải phóng Epinephrine có tất cả các enzym hiện diện trong các tế bào thần kinh giải phóng Norepinephrine, cùng với một enzym bổ sung chuyển đổi Norepinephrine thành Epinephrine.
Dopamin được tổng hợp từ tyrosine. Có 2 loại thụ thể là D1 gây khử cực màng và D2 làm tăng phân cực màng khi bị kích hoạt. Sự dẫn truyền của Dopamin có thể bị ảnh hưởng bởi Cocain (ức chế việc tái hấp thu Dopamin), Amphetamine (làm tăng phóng thích Dopamin)
Norepinephrine: là chất dẫn truyền thần kinh có trong thần kinh trung ương, nơi tiếp hợp thần kinh – cơ trơn trong thần kinh thực vật.Norepinephrine được tổng hợp từ Dopamin, stress làm tăng tổng hợp Norepinephrine.
Có 2 loại thụ thể: Thụ thể α bao gồm α1 tìm thấy ở cơ trơn mạch máu, khi bị kích hoạt làm tăng Ca++ vào tế bào gây co mạch; và α2 nằm ở trên màng của đầu tận cùng có chức năng điều hòa lượng Norepinephrine phóng thích. Thụ thể β bao gồm β1 tìm thấy ờ tim, thận, mô mỡ, khi bị kích thích sẽ làm tăng nhịp tim, bài tiết renin, phân giải lipid; và β2 tìm thấy trên cơ trơn, khi bị kích thích sẽ gây giãn cơ. α2 và β2 gọi là autoreceptor, ức chế quá trình phóng thíchNorepinephrine khi số lượng ở khe synape tăng nhiều
– Serotonin được tổng hợp từ axit amin tryptophan và được phân loại làIndolamine, tìm thấy ở não và có thể tác dụng với nhiều loại thụ thể.
(3) ACETYLCHOLINE được tạo ra bằng cách thêm một nhóm acetyl vào phân tử choline.Acetylcholine là chất dẫn truyền thần kinh tại các điểm nối thần kinh cơ, tại nhiều khớp thần kinh trong hệ thống thần kinh tự động và tại các khớp thần kinh ở hệ thống thần kinh trung ương. Có hai loại thụ thể là Nicotinic và Muscarinic. Thụ thể Nicotinic thường thấy ở nơi tiếp hợp thần kinh cơ và một số nơi trong thần kinh trung ương. Thụ thể Mascarinic có 2 loại M1 gây khử cực màng và M2 gây tăng phân cực màng.
(4) Chất dẫn truyền thần kinh chuyên biệt:
Khí hòa tan bao gồm Oxit Nitric và Carbon Monoxide. Các chất này được tạo ra trong tế bào chất của dây thần kinh và ngay lập tức khuếch tán qua màng tế bào vào dịch ngoại bào rồi đến các tế bào lân cận. Chúng dễ dàng đi qua màng tế bào vì chúng hòa tan trong lipid. Khi ở bên trong một tế bào khác, chúng kích thích sản xuất chất truyền tin thứ hai và trong vài giây sẽ bị vô hiệu hóa bằng cách chuyển đổi thành các phân tử khác. Chúng khó nghiên cứu vì chúng chỉ tồn tại trong vài giây. Các chất dẫn truyền thần kinh khí hòa tan đã được chứng minh là có liên quan đến quá trình truyền ngược. Tại một số khớp thần kinh, chúng truyền tín hiệu phản hồi từ neuron sau khớp thần kinh trở lại nơron trước khớp thần kinh. Chức năng của quá trình truyền ngược dường như là điều chỉnh hoạt động của các tế bào thần kinh tiền synapse.
Endocannabinoids tự như delta-9-tetrahydrocannabinol (THC), thành phần chính (tạo ra hiệu ứng tâm lý) của cần sa. Cho đến nay, Endocannabinoids đã được phát hiện và nghiên cứu rộng rãi nhất là Anandamide (từ tiếng Phạn ananda, có nghĩa là “hạnh phúc vĩnh cửu”). Giống như các loại khí hòa tan, Endocannabinoids
được sản xuất ngay trước khi chúng được giải phóng. Endocannabinoids được tổng hợp từ các hợp chất béo trong màng tế bào; chúng có xu hướng được giải phóng khỏi đuôi gai và thân tế bào; và chúng có xu hướng gây ra hầu hết các tác dụng đối với tế bào thần kinh trước khớp thần kinh, ức chế quá trình truyền qua khớp thần kinh tiếp theo.
B. Nhóm có trọng lượng phân tử cao NEUROPEPTIDES
Do thân tế bào sản xuất và chuyên chở dọc sợi trục tới đầu tận cùng, một khi được phóng thích chúng không thể tái hấp thu như các chất trọng lượng phân tử thấp. Có khoảng 100 Neuropeptide đã được xác định.
Hoạt động của mỗi Neuropeptide phụ thuộc vào trình tự axit amin của nó, được chia thành năm loại: nhóm peptide tuyến yên, nhóm peptide vùng dưới đồi nhóm peptide não-ruột, nhóm peptide opioid chứa neuropeptide có cấu trúc tương tự như các thành phần hoạt tính của thuốc phiện và nhóm peptide hỗn hợp tổng hợp chứa tất cả các chất dẫn truyền Neuropeptide còn lại.
4. CƠ CHẾ THUỐC TÁC ĐỘNG LÊN DẪN TRUYỀN THẦN KINH
Agonistic Drug Effects (Tác động của thuốc chủ vận)
– Drug increases the synthesis of neurotransmitter molecules (e.g., by increasing the amount of precursor): Thuốc làm tăng tổng hợp các phân tử dẫn truyền thần kinh (ví dụ, bằng cách tăng lượng tiền chất)
– Drug increases the number of neurotransmitter molecules by destroying degrading enzymes: Thuốc làm tăng tổng hợp các phân tử dẫn truyền thần kinh bằng cách phá hủy các enzyme phân giải
– Drug increases the releases of neurotransmitter molecules from terminal button: Thuốc làm tăng giải phóng các phân tử dẫn truyền thần kinh tại tận cùng sợi trục
– Drug binds to autoreceptors and blocks their inhibitory effect on neurotransmitter release: Thuốc liên kết với các thụ thể tự động và ngăn chặn tác dụng ức chế giải phóng chất dẫn truyền thần kinh
– Drug binds to postsynaptic receptors and either activates them or increases the effect on them of neurotransmitter molecules: Thuốc liên kết với các thụ thể sau synapse và kích hoạt chúng hoặc tăng tác dụng lên chúng của các phân tử dẫn truyền thần kinh
– Drug blocks the deactivation of neurotransmitter molecules by blocking degradation or reuptake: Thuốc ngăn chặn việc vô hiệu hóa các phân tử dẫn truyền thần kinh bằng cách ngăn chặn sự thoái hóa hoặc tái hấp thu
Antagonistic Drug Effects (Tác động của chất đối kháng)
– Drug blocks the synthesis of neurotransmitter molecules (e.g., by destroying the synthesizing enzymes): Thuốc ngăn chặn sự tổng hợp các phân tử dẫn truyền thần kinh (ví dụ, bằng cách phá hủy các enzym tổng hợp)
– Drug causes the neurotransmitter molecules to leak from the vesicles and be destroyed by degrading enzymes: Thuốc làm cho các phân tử dẫn truyền thần kinh thoát ra khỏi túi và bị phá hủy bởi các enzym phân giải
– Drug blocks the releases of neurotransmitter molecules from terminal button: Thuốc ngăn chặn sự giải phóng các phân tử dẫn truyền thần kinh tại tận cùng sợi trục
– Drug activates autoreceptors and inhibits neurotransmitter release: Thuốc hoạt hóa các cơ quan tự thụ cảm và cơ quan ức chế giải phóng chất dẫn truyền thần kinh
– Drug is a receptor blockers, it binds to the postsynaptic receptors and blocks the effects of the neurotransmitter: Thuốc là chất khóa thụ thể, gắn vào các thụ thể sau synapse và ngăn cản tác dụng của chất dẫn truyền thần kinh
