SINH lý bài 15 sinh lý neuron TS tùng

Tổ chức - chức năng của hệ thần kinh - Thần kinh trung ương và thần kinh ngoại vi - Các tầng của hệ thần kinh trung ương - Hệ thần kinh thân và thần kinh tự chủ 2.. Tổ chức – chức năng

SINH LÝ NƠRON

BS.TS LÊ ĐÌNH TÙNG

Bộ môn: Sinh lý học Trường Đại học Y Hà Nội

Nội dung học tập chủ yếu

1 Tổ chức - chức năng của hệ thần kinh

- Thần kinh trung ương và thần kinh ngoại vi

- Các tầng của hệ thần kinh trung ương

- Hệ thần kinh thân và thần kinh tự chủ

2 Sinh lý nơron

2.1 Đặc điểm - hình thái chức năng (thân, đuôi gai, sợi trục, synap).

2.2 Đặc điểm hưng phấn của nơron

2.3 Biểu hiện điện của nơron

2.4 Sự dẫn truyền xung động trên sợi trục

2.5 Sự dẫn truyền xung động qua synap

2.5.1 Giải phóng chất TĐTK, 2.5.2 Chất TĐTK khuếch tán qua khe synap 2.5.3 Tác dụng lên màng sau synáp (kích thích, ức chế, điều chỉnh) 2.5.4 Hiện tượng cộng kích thích sau synap (theo không gian, thời gian, cộng đại số kích thích).

2.5.5 Đặc điểm dẫn truyền xung động qua synap 2.5.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến dẫn truyền synap

2.6 Chất truyền đạt thần kinh: phân loại theo cấu trúc hóa học, theo bản

chất hóa học, theo tác dụng

1 Tổ chức – chức năng

Hệ thần kinh

 Là một mạng lưới gồm hành tỷ nơron liên hệ với nhau theo mô hình có tổ chức

ở mức cao, tạo thành một trung tâm kiểm soát nhanh của cơ thể.

 Chức năng: trung tâm tích hợp, kiểm soát hằng tính nội môi, vận động, và hầu hết các chức năng của cơ thể.

Divisisons of Nervous System

HỆ THẦN KINH

Cấu trúc-chức năng của hệ thần kinh

Hệ thần kinh

Cuống não

Củ não sinh tư Cầu nãoTiểu não Hành não

Hệ thống thần kinh

Hệ thần kinh TƯ

Vỏ Não Hệ viền Vách trong suốt

Sách giáo khoa Sinh lý học, NXB Y học 2005

1.1.1 Hệ thống thần kinh trung ương Central Nervous System (CNS)

• Chứa các sợi thần kinh

của não và tủy sống

• Chức năng = trung tâm phối hợp

thông tin đến/đi ra khỏi hệ thống thần

kinh trung ương.

 Não nằm trong hộp sọ, trung tâm kiểm soát toàn bộ hệ thống thần kinh.

 Tủy sống được bao bọc bởi ống sống, kéo dài từ trên xuống dưới, nằm phía sau cổ, ngực, bụng

Trung tâm của nhiều phản xạ

Tạo ra đường liên hệ giữa các sợi cảm giác và vận động

 Não và tủy sống được bao bọc bảo vệ bởi 3 lớp màng gọi là màng não (meninge)

 Khoang giữa các lớp màng chứa dịch não tủy (cerebrospinal fluid) có tác dụng bảo vệ và dinh dưỡng cho hệ thống thần

kinh trung ương (CNS)

1.1.2 Hệ thống thần kinh ngoại vi Peripheral Nervous System (PNS)

• Toàn bộ hệ thần kinh nằm ngoài não và tủy sống.

• Các nơron cảm giác và vận động kết nối với hệ thần kinh trung ương

• Chức năng: “truyền đạt” thông tin qua lại giữa các cơ quan của cơ thể với hệ thống thần kinh trung ương.

• Cơ thể người có:

• 12 đôi dây thần kinh sọ (cranial nerves) (cảm giác đơn thuần/

vận động đơn thuần/hỗn hợp) chi phối đầu, mặt, cổ, vai.

• Ngoại trừ dây X (VAGUS nerve) – chi phối nội tạng

• 31 đôi dây thần kinh sống (hỗn hợp) mang các xung động đến

và đi khỏi tủy sống.

Dây thần kinh sọ

Dây TK sống

Hệ thống thần kinh ngoại vi

• Cảm giác

• Vận động

Thần kinh ngoại vi

• Hai loại nơron

• Rễ sau (phần lưng)

• Rễ trước (phần bụng)

Thần kinh ngoại vi

Sợi trục (Axons)

Dây thần kinh

Thần kinh ngoại vi

Dây thần kinh được tạo thành từ nhiều sợi tế bào thần kinh (neurons), được bao bọc lại bằng

tổ chức liên kết.

- Vỏ dây thần kinh - Epineurium (Connective Tissue of Nerve).

- Vỏ bó sợi thần kinh - Perineurium ( Connective Tissue of Bundle of Nerve Fibers).

- Vỏ sợi thần kinh - Endoneurium (Connective Tissue of Nerve Fiber), tham gia tái tạo sợi

TK sau khi tổn thương.

Tất cả các dây thần kinh thuộc hệ thống thần kinh ngoại vi (PNS) đều có một lớp vỏ bao bọc là vỏ TK

(Neurilemma)

Hình ảnh cắt ngang qua hạch TK tự chủ (autonomic ganglion) Rất nhiều thân

nơron cùng với nhân (mũi tên trắng) được bao bọc không hoàn toàn bởi các TB

vệ tinh (lemmocyte satellite cells) (mũi tên màu đỏ) Có thể nhìn thấy sợi trục

(Axons) hậu hạch (mũi tên xanh) đi ra từ thân nơron

Cung phản xạ - REFLEX ARC Nơron cảm

giác

Nơron vận động

Nơron liên hợp

Đuôi gai

Nút Ranvier

Nhân TB Schwann

CQ cảm giác

Nút Ranvier

Cơ vân

Cơ quan đáp ứng Sợi trục

Cung phản xạ (Reflex Arc)

 Đường dẫn truyền thần kinh đơn

• Nơron cảm giác (Sensory neuron)

• Nơron liên hợp ở tủy sống

(Interneuron).

• Nơron vận động (Motor neuron)

• Cơ quan đáp ứng (Effector)

1.2 Các tầng của hệ thần kinh trung ương

 Tủy sống: sợi hướng tâm, ly tâm, trung tâm phản xạ:

trương lực cơ, căng cơ, gân, da, thực vật,…

 Thân não (hành não, cầu não, não giữa): kiểm soát

chức năng có tính sinh mạng (điều hòa hoạt động tim, vận mạch, điều hòa hô hấp)

 Não trung gian (gian não): dưới đồi (điều hòa hằng tính

nội môi), đồi thị (trạm dừng thông tin từ ngoài vào trước khi lên vỏ não)

 Tiểu não: giữ thăng bằng, điều hòa trương lực cơ, điều

hòa phối hợp động tác

 Bán cầu não (đại não): liên hợp, tích hợp mạnh nhất;

điều hòa hoạt động cơ vân; phân tích nhận thức cảm giác; kiểm soát hoạt động TK cấp cao

Tiểu não kết nối với thân não thông qua 3 bó tiểu não

Bó tiểu não trên (Superior cerebellar peduncle)

Não giữa (Midbrain)

Bó tiểu não giữa (Middle cerebellar peduncle)

Cầu não Pons

Bó tiểu não dưới (Inferior cerebellar peduncle)

Hành tủy (Medulla ablongata)

Chức năng:

- Ổn định tiền đình (tư thế, thăng bằng, vận nhãn)

- Phối hợp vận động bán tự động khi đi, duy trì tư thế

Giải phẫu chức năng

Hệ TK Nervous System

Hệ TK thân Somatic

Hệ TK tự chủ

Hệ giao cảm

Sympathetic

Hệ phó giao cảm Parasympathetic

Hệ TK ruột Enteric Nervous

System

24

PNS 1.3 Thần kinh thân & tự chủ

• Thần kinh thân chi phối cơ vân, xương, da Thực hiện theo ý

muốn

• Nơron cảm giác mang các thông tin về môi trường đến thần kinh trung ương

• Nơron vận động khởi động đáp ứng phù hợp

• Thần kinh tự chủ (Autonomic nerves) chi phối cơ của các tuyến

và nội tạng, không phụ thuộc vào ý muốn Đảm nhiệm chức

năng dinh dưỡng

• Gồm: TK giao cảm & phó giao cảm, thần kinh ruột (enteric

nervous system)

Thần kinh giao cảm: giúp cơ thể chống lại stress Chất

truyền đạt thần kinh: norepinephrine.

• Chuyển máu từ nội tạng đến cơ vân, tim & não

Phó giao cảm : giúp cơ thể trở về trạng thái bình

thường (chất truyền đạt thần kinh: acetylcholin)

• Tác động liên kết/đối nghịch lẫn nhau

• Ex “on” / “off” switches

“FLIGHT OR FIGHT RESPONSE”

2 Nơron

• Nơron là tế bào được biệt hóa cao, có tính kích thích điện, xử lý và truyền dẫn thông tin bằng các tín hiệu điện hoặc hoá học

• Là đơn vị cấu trúc, đơn vị chức năng, đơn vị dinh dưỡng, đơn vị bệnh lý

• Có hàng chục đến hàng trăm tỷ, có hình dạng và kích thước khác nhau

Nơron (tiếp)

• Nơron cũng tương tự như các loại tế bào khác trong

cơ thể

• Được bao bọc bởi màng tế bào

• Có một nhân, mang gene

• Bào tương, ty thể và các bào quan khác

• Thực hiện các quá trình tế bào: tổng hợp protein, tổng hợp ATP, …

• Đặc điểm riêng

• Đuôi gai và sợi trục

• Liên hệ với nhau bằng các quá trình điện hóa

• Cấu trúc chuyên biệt (synapses) và chất truyền đạt thần kinh (neurotransmitters)

CẤU TRÚC NƠ RON

2.1 Đặc điểm hình thái – chức năng

• Thân nơron (soma)

- Nhân

- Bào tương (Cytoplasm)

- Màng bào tương (Neurolema -Plasma Membrane)

• Đuôi gai (Dendrites)

• Sợi trục (Axon)

• Synap (Synapse)

2.1.1 Thân nơron (Cell Body

-Soma)

 Hình dáng, kích thước khác nhau (sao, tháp, cầu,…)

 Hầu hết soma nằm ở TKTƯ Đường kính: 4-100 µm.

 Phần trung tâm của thân nơron chứa nhân to, tròn (3-18 µm), bào tương quanh nhân chứa bào quan cung cấp năng lượng, tổng hợp hầu hết protein của TB (Vd: chất truyền đạt thần kinh) Nhiều ty thể, ribosome tự do và cố định, cơ quan golgi, và thể Nissl ( bản chất RNA ) màu xám Nhiều tơ (sợi nhỏ mảnh, đan chéo nhau, d ≈ 90 A) và ống thần kinh Tạo nên chất xám của hệ TKTW.

 Hầu hết nơron không có trung thể (centrosome).

 Màng có nhiều receptor

 Phần bào tương mọc dài ra từ soma

 Gồm: thân đuôi gai (dendritic shaft), các nụ (chồi) đuôi gai (dendritic spines), nơi tiếp nhận thông tin từ các nơron khác thông qua kết nối synap Dẫn truyền xung động về thân TB Một TB có nhiều đuôi gai Đuôi gai điển hình: ngắn

 Phần lớn synap được hình thành trên các đuôi gai Màng đuôi gai chứa nhiều Receptor tiếp nhận chất TĐTK

2.1.2 Đuôi gai

(Dendrites)

2.1.3 Sợi trục (axon)

 Tua bào tương dài (vài µm – 90 cm), kéo dài ra từ thân TB ở vị trí đồi sợi trục (axon hillock), chia nhánh bên (collateral branch), tận hết ở cúc tận cùng, 1 nơron

có thể kết nối với nhiều TB Có khả năng dẫn truyền điện thế hoạt động.

 Bào tương sợi trục chứa: tơ TK (neurofibrils), ống TK (neurotubules), bọc nhỏ chứa chất TĐTK, tiêu thể, ty thể, enzym.

 Một số sợi trục được bao bọc bởi TB Schwann (sợi trục ngoại vi), Oligodendrocyte (sợi trục TKTƯ), tham gia hỗ trợ cấu trúc và chuyển hóa Các TB Schwann ngăn cách nhau tại nút Ranvier (node of Ranvier) Tại nút Ranvier, màng sợi trục không được bọc bởi vỏ myelin, nơi có mật độ ion Na cao, điện thế hoạt động được khuếch đại.

synap- Myelin: bản chất lipid (sphingomyelin), cách điện Sợi trục có myelin (sợi trắng) Tập hợp sợi trắng tạo thành chất trắng của hệ TK Sợi xám: không có myelin Lớp vỏ myelin tham gia tái tạo sợi trục, tăng tốc độ dẫn truyền.

 Chất TĐTK, enzym, lysosome vận chuyển liên tục dọc theo ống thần kinh từ thân TB, theo bào tương sợi trục đến cúc synap, có sự tham gia của Kinesin Bào tương sợi trục vận chuyển ngược mảnh vỡ tế bào, hóa chất lạ, virus (virus dại) từ cúc synap về thân TB Có thể làm thay đổi hoạt động TB bằng cách bộc lộ hoặc ức chế các gene đặc hiệu.

Myelin hóa

• TB Schwann xoắn xung quanh

sợi trục từ ngoài vào trong hình

thành các lớp myelin

• http://www.youtube.com/watch

Nhân

So sánh sợi trục và đuôi gai

Hình dạng Tròn/ Bán kính hằng định Nhỏ dần (Taper)

Chức năng Dẫn truyền từ thân ra Dẫn truyền về thân

All Rules above has Exception

2.4 Dẫn truyền xung động trên sợi trục

 Dẫn truyền xung động thần kinh là dẫn truyền điện thế hoạt động.

 Quy luật “tất cả hoặc không”

 Theo cả hai chiều.

 Dẫn truyền nhanh trên sợi có myelin

 Sợi không myelin: tốc độ tỷ lệ với căn bậc hai đường kính sợi trục.

 Sợi có myelin: tốc độ tỷ lệ thuận với đường kính sợi trục

 Cường độ kích thích tăng – tăng tần số xung động.

 Dẫn truyền riêng trong từng sợi trục- thông tin chính xác.

 Chỉ xảy ra trên sợi trục nguyên vẹn.

1 http://www.youtube.com/watch?v=DJe3_3XsBOg

2 http://www.youtube.com/watch?v=7MSDS6jKJSA&feature=endscreen&NR=1

2.1.5 Synap (Synapse)

Định nghĩa:

 Synap (Synapses) là các vị trí kết nối, nơi nơron

giải phóng chất TĐTK tác động lên các TB đích

sau synap (nơron, TB cơ, TB tuyến).

 Vị trí 2 nơron liên kết và trao đổi thông tin hoặc

chỗ tiếp xúc giữa nơron với tế bào đáp ứng (cơ,

tuyến)

 Có thể được hình thành trên đuôi gai (dendrite),

thân TB (soma), dọc trên sợi trục (axon) của TB

tiếp nhận

Thân sợi trục

Synap TK-cơ

Cúc synap

Synap tuyến

TK- Synap gồm:

 Màng trước (màng của tận cùng sợi

trục, chứa các túi synáp)

 Khe synáp (10-40 nm)

 Màng sau (có các receptor).

Synap

trục-gai

Synap trục-thân

Synap trục-trục

SYNAP (tiếp)

1897: Charles Sherrington- đưa ra khái niệm “synapse”

Hoạt động truyền tin tại synap đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của hệ TK.

Nơron = Nơron trước synap

TB đích = Nơron sau synap, TB cơ, TB tuyến

Phân loại synap:

1) Synap hóa học (1921- Otto Loewi): chiếm phần lớn,

nơron trước synap chứa túi synap, chất TĐTK gắn với

màng sau synap sau 0,5 s

2) Synap điện (1959- Furshpan and Potter): kết nối với nhau qua liên kết khe (gap junction)

Nơron liên hợp hồi Hải mã

(Hippocampus) có 1000

synap (chấm đỏ - da cam)

Sy nap điện (ELECTRICAL SYNAPSES)

 Liên kết khe (Gap junction)

 Cặp điện TB “electrically coupled”

 Ions đi từ bào tương TB này sang TB khác theo cả hai hướng.

 Dẫn truyền nhanh.

Synap điện (tiếp)

 Điện thế hoạt động từ TB trước synap tạo ra 1 điện thế sau synap post synaptic potential) tại TB sau synap

(PSP- Một vài điện thế sau synap xuất hiện cùng lúc kích hoạt TB sau synap tạo

ra điện thế hoạt động (tích hợp synap - Synaptic integration )

VD: synap điện (Electric Synapse)

• Màng trước và sau synap kết nối qua liên kết khe

• ions đi qua các kênh này, xung động điện truyền trực tiếp từ TB này sang TB khác

• Ít gặp ở động vật có vú

• Có ở cá vàng (goldfish)

Synap hóa học (CHEMICAL SYNAPSES)

Cấu trúc chính:

 Khe synap (synaptic cleft), rộng hơn liên kết khe;

 Cấu trúc trước synap (Presynaptic element):

thường là tận cùng sợi trúc

 Túi synap (synaptic vesicles) chứa chất TĐTK

 Nang (túi) bài tiết (secretory granules): túi có kích thước lớn

 Tỷ trọng sau synap (postsynaptic density):

receptor chuyển tín hiệu hóa học thành tín hiệu

điện.

 TB sau synap (Postsynaptic cell)

Sy nap ở hệ TKTW (CNS SYNAPSES)

Axodendritic: sợi trục – đuôi gai

Axosomatic: Sợi trục – Thân TB

Axoaxonic: Sợi trục – Sợi trục

Dendrodendritic: Đuôi gai – đuôi gai

Gray’sType I: đối xứng, kích

thích Gray’s Type II: Không đối xứng,

ức chế.

Synap TK-cơ (NEUROMUSCULAR JUNCTION)

 Liên kết synap nằm ngoài hệ

So sánh dẫn truyền qua synap

điện và synap hóa học

• Dẫn truyền nhanh qua synap

điện (microseconds)

• Dẫn truyền qua synap hóa

học tính bằng milliseconds

• Đây là bằng chứng cho thấy dẫn

truyền TK ở hệ TKTƯ là synap

hóa không phải synap điện

Synap điện

Synap hóa học

Cấu trúc receptor/kênh của nAch

Phân loại receptor

Hướng ion (Ionotropic)

hoặc Kênh ion đống mở do chất gắn Hướng chuyển hóa(Metabotropic)

Cấu trúc kênh receptor đóng - mở do chất gắn

(Ligand-gated Receptor Channels)

Cấu trúc kênh receptor đóng mở do chất gắn (tiếp)

• Một số receptor có 4 đoạn

xuyên màng

• Một số receptor có 3 đoạn xuyên màng và 1 quai tham gia hình thành kênh ion.

Cấu trúc receptor hướng chuyển hóa

(Metabotropic Receptors)

• 7 đoạn xuyên màng

• 1 tiểu phần

• Quai nối giữa đoạn 3-4 nằm

trong TB gắn với protein gắn

GTP

• Quai nằm ngoài TB nằm giữa

đoạn 2-3 và đoạn 6-7 gắn với

chất TĐTK

2.2 Đặc điểm hưng phấn của nơron

 Tính hưng phấn cao: ngưỡng kích thích rất thấp

 Hoạt tính chức năng cao: thời gian trơ ngắn (0,5-1 ms)

 Bào tương có chất điện giải, tính dẫn điện cao,

đường kính nơron lớn (hầu như trở kháng = 0)

– sự phân bố điện thế trong nơron đồng nhất

Ion Channels

• (c, d) are located on dendrites and cell bodies

• d is coupled to a NT receptor via a G-protein

Nguồn gốc điện thế màng (Resting Potential)

ATPase tạo ra sự chênh

Điện thế hoạt động và dẫn truyền xung điện

• Chênh lệch điện thế qua màng do sự chênh lệch nồng

• Điện thế hoạt động (Action Potential)

• Kênh Na+ mở, Na+ đi vào TB gây khử cực, sau đó đóng lại trong giai đoạn trơ (refractory period)

• Kênh K+ mở, K+ đi ra ngoài gây ưu phân cực (hyperpolarize)

• Các kênh này đóng, màng TB trở về giá trị điện thế nghỉ

Điện thế hoạt động (The Action Potential)

• Điện thế hoạt động (AP): giai đoạn khử cực nhanh, tiếp sau bằng giai đoạn tái cực đưa điện thế màng về mức – 60 mV

• VD (ở dưới): điện thế hoạt động xuất hiện sau mỗi 4 s

• Điện thế hoạt động lan đến synáp, làm giải phóng chất TĐTK Chất TĐTK sau đó đến gắn vào receptor trên màng sau synap

và hoạt hóa chúng

• Có thể gây kích thích (khử cực màng - depolarization)

• Có thể ức chế (Ưu phân cực màng - hyperpolarization)