Giải phẫu sinh lý hệ thần kinh 1

SỰ PHÁT TRIỂN VÀ TIẾN HOÁ CỦA HỆ THẦN KINH Hệ thần kinh phát triển từ đơn giản đến phức tạp, từ động vật bậc thấp đến động vật bậc cao và hoàn thiện nhất là ở người Quá trình biệt h

GIẢI PHẪU VÀ SINH LÝ HỆ THẦN KINH

ThS Phạm Trọng Khá Khoa Sinh học, Trường ĐHKHTN - ĐHQGHN

Thông tin cán bộ giảng dạy

2 ThS Lưu Thị Thu Phương

Giảng viên, Bộ môn Sinh lý học – Sinh học người, Khoa

Sinh học, Trường ĐHKHTN – ĐHQGHN

Địa điểm: Phòng 333 Nhà T1, Trường ĐHKHTN

Nội dung môn học

1 Mở đầu: giới thiệu về môn học

2 Những khái niệm cơ bản về tổ chức sống

3 Vai trò Giải phẫu – Sinh lý đối với Tâm lý học

4 Chức năng của hệ thần kinh

5 Sự tiến hóa của hệ thần kinh

6 Sự phát triển của hệ thần kinh

7 Đơn vị cấu trúc và chức năng của hệ thần kinh

8 Nguyên tắc hoạt động của hệ thần kinh

8 Các tín hiệu điện, bản chất xung thần kinh và sự

dẫn truyền xung thần kinh

9 Cấu trúc và chức năng các thành phần của hệ TK

10 Chức năng cảm giác của hệ thần kinh

C¸c s¸ch tham kh¶o:

1 Một số tài liệu khác, giảng viên cung cấp trực tiếp

2 Giải phẫu Sinh lý người Lê Văn Sơn, Đỗ Công Huỳnh NXB

ĐHQGHN, 2006

3 Sinh lý học Bộ môn Sinh lý học Trường Đại học Y Hà Nội, Nhà

xuất bản Y học, (Tập II), năm 2000

4 Neuroscience Dale Purves, William C Hall …, Sinauer Pub.,

2012

5 Essential Neuroscience Allan Siegel and Hreday N Sapru

Lippincott Williams & Wilkins, 2006

Sinh lý học là gì?

How dose it work?

Giải phẫu học là gì?

Đặc tính cấu trúc cơ thể

1. Các cấp độ cấu trúc cơ thể

2. Cơ thể là một hệ thống mở, tự điều chỉnh, thống nhất

3. Sự điều hòa các chức năng của cơ thể

– Thể dịch

– Thần kinh

4. Cân bằng nội môi (Homeostasis)

– Điều hòa ngược âm tính (Negative Feedback)

– Điều khiển ngược dương tính (Positive Feedback)

Những đặc tính cơ bản

của tổ chức sống?

 Tổ chức của tế bào

 Sinh sản

 Trao đổi chất và năng lượng

 Cân bằng nội môi

Năng lợng chủ yếu cho hoạt động của cơ thể

M¤

M« liªn kÕt

C¸c m« c¬

M« thÇn kinh

Kh¸i niÖm vÒ sù sinh trưëng, ph¸t triÓn

Sự phát triển là một quá trình thay đổi về mặt số

lượng và chất lượng xảy ra trong cơ thể

Sự tăng trưởng (hay sự lớn lên) của cơ thể,

của các cơ quan riêng lẻ của cơ thể và sự tăng

cường các chức năng của chúng

Sự phân hoá của các cơ quan và các mô

Sự thành hình (tạo hình dáng) đặc trưng cho

cơ thể

Sự sinh trưởng là quá trình tăng liên tục khối lượng

của cơ thể bằng cách tăng số lượng tế bào của cơ thể,

dẫn đến tăng khối lượng mô, cơ quan và toàn bộ cơ

thể Kết quả là xuất hiện sự thay đổi về mặt kích

thước

Kh¸i niÖm vÒ sù sinh tr ư ëng, ph¸t triÓn

SỰ ĐIỀU HÒA CHỨC NĂNG CỦA CƠ THỂ

Điều hòa chức năng bằng con đường thần kinh - thể dịch

CÂN BẰNG NỘI MÔI

Dịch

kẽ

Dịch bạch huyết

Ngoài ra còn có dịch não tủy, dịch trong ổ mắt, các dịch tiêu hóa…

Môi trường nội môi và Môi trường ngoại môi

• Cái gì tạo nên

môi trường nội

môi?

• Vai trò của môi

trường nội môi

đối với các quá

Cơ chế điều khiển ngược dương tính: ở một cơn sốt

HỆ

THỐNG

NỘI

TIẾT

 Tiếp nhận thông tin và trả lời

 Đảm bảo cho cơ thể là một khối

toàn vẹn, thống nhất

2 SỰ PHÁT TRIỂN VÀ TIẾN HOÁ

CỦA HỆ THẦN KINH

Hệ thần kinh phát triển từ đơn giản đến phức tạp, từ động vật

bậc thấp đến động vật bậc cao và hoàn thiện nhất là ở người

Quá trình biệt hóa tế bào thần kinh,

quá trình biến đổi từ lá ngoại phôi bì đến tấm thần kinh

và cuối cùng là hệ thần kinh hoàn chỉnh của từng cá thể

Sự phát triển chủng loại (Phytogense)

Sự phát triển cá thể (Ontogense)

Các cấp độ thể hiện sự phát triển, tiến hóa

Ốc sên nhìn mặt bên

Cỏ sụn Cỏ xương Lưỡng cư Bũ sỏt Chim Thỳ

Sự phát triển của hệ thần kinh trong quá

trình phát triển cá thể

 Hệ thần kinh và các cơ quan cảm giác ở người được phát triển từ

lá phôi ngoài Phía lưng của lá phôi ngoài dày lên, tạo ra tấm thần

kinh

 Trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cá thể, các tế bào

ngoại bì và các tế bào của tấm thần kinh có cấu trúc giống nhau

Dần dần tấm thần kinh cuộn lại thành máng thần kinh và sau đó là

ống thần kinh có bề dày như nhau trên suốt chiều dài của ống Sau

đó phần đầu ống phình rộng ra và phát triển thành não bộ Phần

ống còn lại phát triển thành tuỷ sống

 Tuỷ sống phát triển trước não bộ ở phía bụng của nó các nguyên

bào thần kinh (neuroblast) tạo ra các neuron vận động Các

neuron vận động ở sừng trước tuỷ sống được biệt hoá sớm hơn

các tế bào thần kinh thực vật ở sừng bên tuỷ sống Đầu tiên các

sợi thần kinh vận động đang phát triển chỉ là những sợi trần, sau

đó mới được myelin hoá

Sự phỏt triển cỏ thể (Ontogense)

Ống thần kinh

Phớa trước Phớa sau

Campbell Biology 9th (2011)

 ở người, quá trình myelin hoá các rễ thần kinh tuỷ sống

kết thúc vào khoảng 3-5 tuổi, đôi khi đến 10 tuổi

 Sự hình thành các hạch ở tuỷ sống diễn ra đồng thời với

sự hình thành ống thần kinh

 Các cung phản xạ ở phôi người phát triển vào khoảng

tuần thứ 7 đến tuần thứ 8

Sự biến đổi tỉ lệ của đầu so với thân theo tuổi

a- Sơ sinh; b- 2 tuổi; c- 6 tuổi; d- 9 tuổi; e- 12 tuổi; f- Người trưởng thành

Não bộ của trẻ em

a- Thai 3 tháng; b- Thai 5 tháng; c- Trẻ sơ sinh

Campbell Biology 9th (2011)

Nhánh phó giao cảm

Hệ thần kinh trung ương

Hệ thần kinh ngoại biên

Các đôi dây thần kinh não bộ Các đôi dây thần kinh tủy sống

Các sợi cảm giác Các sợi vận động

để đáp ứng lại kích thích

 Cấu trúc và kích thước các neuron: rất khác nhau

 Hình dạng của các neuron:

rất khác nhau

Sơ đồ biệt hoá tế bào thần kinh

Đặc điểm hưng phấn của neuron

Neuron có ngưỡng hưng phấn rất thấp: cường độ kích

thích rất thấp cũng có thể làm nó hưng phấn

Neuron có hoạt tính chức năng cao: có thời gian trơ rất

ngắn, do vậy có khả năng đáp ứng với các kích thích nhịp

nhàng có tần số cao

Khi neuron hưng phấn, chuyển hóa của neuron tăng lên và

nhu cầu oxy tăng

Số lượng tế bào thần kinh trong não bộ

 Số lượng tế bào thần kinh rất khác nhau giữa các loài

 Số lượng tế bào thần kinh trong não người: có thể là hàng trăm tỉ

neuron

 Số lượng tế bào thần kinh của một số loài và ứng dụng: Sâu

Caenorhabditis elegans có tổng số neuron là 302 hay ruồi giấm

Drosophila melanogaster có 300000 neuron

Phân loại neuron

Dựa theo hình dạng (cấu tạo)

Neuron đơn cực (unipolar neuron)

Neuron lưỡng cực (bipolar neuron)

Neuron đa cực (multipolar neuron)

1 Neuron hướng tâm/ cảm giác

(afferent/sensory neuron)

2 Neuron ly tâm/vận động (efferent/

motor neuron)

3 Neuron trung gian (interneuron)

Dựa theo chức năng

Chức năng điều khiển

1 Neuron hưng phấn: có các chất môi giới thần kinh gây đảo cực

màng sau synap hình thành điện thế hưng phấn sau synap

2 Neuron ức chế: có chất môi giới thần kinh gây tăng phân cực

màng sau synap gây tác động ức chế lên neuron đích

3 Neuron điều hòa: có nhiều hơn các chất dẫn truyền thần kinh

như dopamin, acetylcholin,…

Dựa theo chức năng

Chức năng tác động lên neuron khác

 Neuron giải phóng cholin

 Neuron giải phóng GABA

 Neuron Dopamin

 Neuron giải phóng Glutamic

 Neuron giải phóng Serotonin

 …

Dựa theo chức năng

Dựa vào loại chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng

Neuroglia

 Được Virchov phát hiện năm 1856

 Số lượng: gấp khoảng 10 lần so với tế bào thần kinh chính thức

 Chức năng: có nhiều chức năng quan trong khác nữa ngoài chức

năng “đệm”

 Có 5 loại chính:

1 Tế bào sao (Astroglial cell - Astrocyte)

2 Tế bào nghèo nhánh (Oligodendroglial cell)

3 Tế bào Schwann (Schwann cells)

4 Microglial cell

5 Tế bào màng nội tủy (Ependymal cells)

 Tạo ra nhiều mối nối, qua

đó cho phép tạo ra sự trao

đổi các phân tử và ion

 Nuôi dưỡng và nâng đỡ

Mao mạch

Màng mềm

Hình ảnh tóm tắt vai trò của Astrocyte

Các tế bào này được tìm thấy ở

cả chất trắng và chất xám

Tham gia tạo bao myelin

Thu giữ và chứa chất dẫn

truyền

Làm trướng ngại không gian

giữa các tế bào, giúp cách ly

các sợi trục thần kinh của não

và tủy sống

OLYGODENDROCYTE

Formation of a myelin sheath by a Schwann Cell

Formation of a myelin sheath by a Olygodendrocyte

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

 Có vai trò quan trọng trong

việc duy trì môi trường ion

xung quanh các neuron

 Hấp thu và đào thải

Macrophage biệt hóa, bảo vệ mô TK

The different types of neuroglial cells

Tế bào ependymal là những tế bào lát bên trong các não thất, tham gia

vào vai trò duy trì thông suốt quá trình lưu chuyển vật chất trong hệ

thống thần kinh…

Hình ảnh các não thất

Là những khoang chứa đầy dịch nằm ở trung tâm não và là

một thành phần của hệ thống đường dẫn của dịch não tủy

4 DÂY THẦN KINH

Phân loại các sợi thần kinh

• Theo cấu trúc

• Theo tốc độ dẫn truyền xung thần kinh

 Cấu trúc và đặc điểm của sợi thần kinh

- Dây thần kinh ngoại vi cấu tạo từ các bó sợi thần kinh được bao bọc bởi màng

mô liên kết

- Màng mô liên kết chiếm hơn 60% khối lượng dây thần kinh Màng myelin

chiếm khoảng 30% và 10% là khối lượng của các trục

- Sợi thần kinh là các nhánh của tế bào thần kinh (neuron) gồm có sợi dài gọi là

sợi trục hay axon, còn sợi ngắn gọi là sợi nhánh hay dendrit

Theo cấu trúc

Bao myelin

Sợi không có bao myelin

Sợi có bao myelin

Tính ưu việt của sợi có bao myelin so với sợi không có bao myelin

Sợi không myelin

(dẫn truyền xung lan tỏa liên tục)

Sợi có myelin

(dẫn truyền xung nhảy cóc)

Theo tốc độ dẫn truyền xung thần kinh

Loại sợi Đường kính Tốc độ dẫn

Theo chức năng

 Sợi hướng tâm: sợi cảm giác

 Sợi ly tâm: sợi vận động

 Sợi liên hợp: sơi trung gian liên hệ giữa các tế bào thần kinh

5 SYNAP

Sợi trục của một neuron này khi chạy đến các neuron

khác sẽ chia nhánh và tạo ra vô số các tận cùng trên thân

các tế bào thần kinh khác, cũng như trên các nhánh của

chúng.

 Synap: nơi tiếp xúc giữa các tế bào thần kinh

Các loại synap

Hai loại synap hóa học:

Ionotropic chemical synap (fast respone)

Metabotropic chemical synap

(Slow respone)

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

 Sự hình thành điện thế màng và điện thế hoạt động

 Quy luật dẫn truyền xung trên dây thần kinh

 Cơ chế dẫn truyền xung qua synap hưng phấn và synap ức chế

Bản chất xung động thần kinh là dòng

điện, dòng chuyển dời của các ion hình

thành điện thế hoạt động

Tính chất điện của tế bào sống

 Các ion (K+, Na+, Ca2+, Cl-….(nội bào và ngoại bào)

 Các phân tử tích điện

 Các bơm và kênh ion (Na+/K+ pump, ion channels)

 Lực hóa và lực điện (chemical and electrical forces)

 Tính thấm của màng tế bào đối với các ion

Sự phân bố các kênh ion ở tế bào thần kinh

 Mỗi vùng (mỗi phần) trên tế bào thần kinh có các chức năng

chuyên biệt, và ở mỗi vùng đó sẽ có các kênh/cổng ion (ion

channel/gate) khác nhau

 Hầu hết các kênh đều có thể đóng hoặc mở

 Kênh hở (leak channels/non gated channels) là kênh luôn mở,

có mặt ở khắp nơi trên màng tế bào thần kinh, liên quan tới

điện thế nghỉ

 Kênh đóng/mở bởi chất gắn (ligand – gated channels): đóng

mở khi có chất (neurotransmitter) gắn vào recepter trên màng

tế bào Kênh này có nhiều ở sợi nhánh và thân của neuron

 Kênh đóng/mở bởi điện thế (voltage-gated channels): đóng,

mở nhờ sự thay đổi điện thế Kênh này có nhiều nhất ở sợi trục

(axon) và đặc biệt nhiều ở axon hillock

Campbell Biology 9th (2011)

Điện thế nghỉ (Resting Potential) và

Điện thế hoạt động (Action Potential)

Bên trong tế bào Bên ngoài tế bào

Neuron mực ống

Neuron động vật có vú

Nồng độ (mM)

Nồng độ của các ion bên trong và bên ngoài tế bào

Các bơm và các kênh ion duy trì điện thế nghỉ của một

tế bào thần kinh

 Sự trênh lệch điện thế bên trong và bên ngoài màng tế bào

 Điện thế màng của một neuron ở trạng thái nghỉ - tế bào đang

không gửi tín hiệu goi là điện thế nghỉ (từ -60 đến -80mV)

 Duy trì nồng độ Na+ và K+ bên trong và bên ngoài tế bào nhờ vào

bơm Na+/K+ (sử dụng năng lượng ATP để bơm 3Na+ ra ngoài và 2

K+ vào trong) – hóa năng

 Chuyển hóa năng thành điện năng cần tới các kênh ion

 Ở trạng thái nghỉ hầu như chủ yếu là kênh K+ mở, dòng K+ đi từ

trong ra ngoài, rất ít kênh Na+ mở

 Màng tế bào phân cực: trong (-), ngoài (+)

Phương trình Nernst:

Điện thế hoạt động (AP) là những tín hiệu được dẫn

truyền bởi các sợi trục

 Màng tế bào thay đổi tính

thấm, tăng thấm đối với Na+

Sự đáp ứng tất cả hoặc là không đối với kích thích

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

Campbell Biology 9th (2011)

Biểu hiện tăng phân cực cấp

độ (Graded hyperpolarization)

bởi 2 kích thích gây tăng tính

thấm của màng đối với ion K +

Biểu hiện khử cực cấp độ phát sinh bởi 2 kích thích gây tăng tính thấm đối với Na +

Điện thế hoạt động được kích phát bởi sự khử cực tới ngưỡng

Điện thế cấp độ (Graded Potential) và

Điện thế hoạt động (Action Potential)

Biên độ và tần số của điện thế hoạt động

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

Chất độc thần kinh

Chất gây tê cục bộ

Optogenetics

Quy luật dẫn truyền xung

trên các sợi thần kinh

 Quy luật toàn vẹn và liên tục về sinh lý: toàn vẹn về cấu trúc và

chức năng của sợi thần kinh

 Quy luật dẫn truyền hai chiều: Khi kích thích vào sợi thần kinh

hưng phấn được truyền theo hai chiều của nó, nghĩa là truyền ra

ngoại vi và truyền vào trung tâm

 Quy luật dẫn truyền riêng biệt: Các sợi thần kinh nằm trong

cùng một dây thần kinh có thể bắt nguồn từ các cấu trúc ngoại vi

ở cách xa nhau các xung động được dẫn truyền theo từng sợi

thần kinh riêng, không truyền hưng phấn từ sợi này sang sợi khác

và chỉ thể hiện tác dụng trên những tế bào nào có sợi thần kinh

đến chi phối

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

Bệnh đa xơ cứng / Bệnh xơ cứng rải rác

(Multiple Sclerosis)

 Bệnh tự miễn (autoimmune)

 Phá hủy tế bào Schwann, Olygodendrocyte

 Ảnh hưởng tới nhiều chức năng của cơ thể

Cơ chế dẫn truyền xung

qua các synap hưng phấn và synap ức chế

 Các chất trung gian dẫn truyền thần kinh (Neurotransmitter):

có ít nhất 25 chất dẫn truyền thần kinh

 Ngay khi một chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng vào

khe synap và đã khởi động một phản ứng thì nó bị loại bỏ

ngay khỏi khe synap tránh hiệu quả kéo dài

 Trong các synap khác, màng trước synap hấp thụ nhanh các

chất dẫn truyền thần kinh, có khả năng là đóng gói chúng

trong các túi synap hoặc để cho các phân tử khác phân hủy.

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

Principles of Human Physiology, C.L Stanfield, 2013

Cơ chế dẫn truyền xung

qua các synap hưng phấn và synap ức chế

 Cơ chế dẫn truyền xung qua synap hưng phấn

Xuất bào

Điện thế hưng phấn sau synap

Cơ chế dẫn truyền xung

qua các synap hưng phấn và synap ức chế

Cơ chế dẫn truyền xung qua synap ức chế

Progesteron ngoại vi Tế bào Glia

Ty thể

Điện thế tăng phân cực

Ức chế trước synap (presynaptic inhibition)

Ít chất trung gian thần kinh đựợc giải phóng vào khe synap do tác dụng của điện thế hoạt động tạo ra

từ 1 synap tiếp xúc với phần truớc synap đó

Axon hưng phấn Axon ức chế