Tế bào thần kinh

Tế bào thần kinh là gì?

Tế bào thần kinh, hay còn gọi là neuron, là đơn vị cấu trúc và chức năng cơ bản của hệ thần kinh, đóng vai trò trung tâm trong việc truyền tải và xử lý thông tin. Chúng là những tế bào chuyên biệt, có khả năng tạo ra và dẫn truyền các tín hiệu điện hóa, cho phép cơ thể giao tiếp và phản ứng với môi trường xung quanh. Ước tính có khoảng 86 tỷ tế bào thần kinh trong não người, mỗi tế bào kết nối với hàng ngàn tế bào khác, tạo thành một mạng lưới phức tạp cho phép chúng ta suy nghĩ, cảm nhận và hành động.

Tổng quan về tế bào thần kinh

Cấu trúc

Mỗi tế bào thần kinh điển hình bao gồm ba phần chính: thân tế bào (soma), sợi nhánh (dendrites) và sợi trục (axon).

• Thân tế bào (soma): Là trung tâm điều khiển của tế bào thần kinh, chứa nhân tế bào và các bào quan cần thiết cho sự sống và hoạt động của tế bào. Thân tế bào có hình dạng khác nhau tùy thuộc vào loại tế bào thần kinh.
• Sợi nhánh (dendrites): Là các cấu trúc dạng sợi ngắn, phân nhánh từ thân tế bào, có chức năng nhận tín hiệu từ các tế bào thần kinh khác. Các sợi nhánh có chứa các thụ thể đặc biệt để nhận diện và gắn kết với các chất dẫn truyền thần kinh.
• Sợi trục (axon): Là một sợi dài duy nhất xuất phát từ thân tế bào, có chức năng dẫn truyền tín hiệu điện hóa (gọi là điện thế hoạt động) đi xa đến các tế bào khác, có thể là tế bào thần kinh khác, tế bào cơ hoặc tế bào tuyến.

Một số tế bào thần kinh còn có thêm các cấu trúc đặc biệt khác:

• Bao myelin: Một lớp vỏ bọc bên ngoài sợi trục của nhiều tế bào thần kinh, được tạo thành từ các tế bào Schwann (ở hệ thần kinh ngoại biên) hoặc tế bào oligodendrocyte (ở hệ thần kinh trung ương). Bao myelin có vai trò cách điện và tăng tốc độ dẫn truyền xung thần kinh dọc theo sợi trục. Các đoạn ngắt quãng trên bao myelin được gọi là eo Ranvier, nơi tập trung các kênh ion natri và đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn truyền nhảy vọt của điện thế hoạt động.
• Cúc tận cùng (axon terminal): Là phần cuối của sợi trục, nơi tiếp giáp với tế bào đích (tế bào thần kinh khác, tế bào cơ, tế bào tuyến) để truyền tín hiệu. Tại cúc tận cùng, tín hiệu điện được chuyển đổi thành tín hiệu hóa học thông qua việc giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh vào khe synapse.
• Synapse (khớp thần kinh): Là cấu trúc chuyên biệt tại vị trí tiếp giáp giữa hai tế bào thần kinh hoặc giữa tế bào thần kinh và tế bào đích. Synapse bao gồm màng trước synapse (cúc tận cùng của tế bào thần kinh gửi tín hiệu), khe synapse (khoảng trống giữa hai tế bào) và màng sau synapse (màng tế bào của tế bào nhận tín hiệu).

Nguồn gốc

Tế bào thần kinh có nguồn gốc từ lớp ngoại bì (ectoderm) của phôi thai trong quá trình phát triển phôi thần kinh (neurulation). Quá trình này bắt đầu với sự hình thành tấm thần kinh (neural plate) từ ngoại bì lưng, sau đó tấm thần kinh gấp lại tạo thành ống thần kinh (neural tube). Ống thần kinh là tiền thân của hệ thần kinh trung ương (não và tủy sống), và các tế bào thần kinh được sinh ra từ các tế bào gốc thần kinh (neural stem cells) bên trong ống thần kinh. Quá trình sinh sản tế bào thần kinh (neurogenesis) diễn ra mạnh mẽ trong giai đoạn phát triển phôi thai và tiếp tục ở mức độ thấp hơn trong suốt cuộc đời, đặc biệt ở một số vùng não như hồi hải mã (hippocampus) và vùng dưới đồi (subventricular zone).

Cơ chế

Tế bào thần kinh hoạt động dựa trên cơ chế điện hóa phức tạp, bao gồm hai quá trình chính: tạo điện thế hoạt động và dẫn truyền synap.

• Điện thế hoạt động (action potential): Là sự thay đổi điện thế màng tế bào thần kinh một cách nhanh chóng và thoáng qua, tạo thành tín hiệu điện để truyền thông tin dọc theo sợi trục. Điện thế hoạt động được tạo ra do sự thay đổi tính thấm của màng tế bào đối với các ion natri (Na+) và kali (K+), được điều khiển bởi các kênh ion cổng điện thế. Khi có kích thích đủ mạnh, các kênh natri mở ra, cho phép ion Na+ tràn vào tế bào, làm khử cực màng tế bào. Sau đó, các kênh kali mở ra, cho phép ion K+ đi ra khỏi tế bào, tái phân cực màng tế bào trở lại trạng thái điện thế nghỉ.
• Dẫn truyền synap (synaptic transmission): Là quá trình truyền tín hiệu từ một tế bào thần kinh sang tế bào khác tại synapse. Khi điện thế hoạt động đến cúc tận cùng, nó kích hoạt các kênh canxi cổng điện thế mở ra, cho phép ion Ca2+ đi vào cúc tận cùng. Sự tăng nồng độ Ca2+ nội bào gây ra sự giải phóng các chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitters) từ các túi synap vào khe synapse. Các chất dẫn truyền thần kinh khuếch tán qua khe synapse và gắn vào các thụ thể đặc hiệu trên màng sau synapse của tế bào nhận tín hiệu. Sự gắn kết này gây ra các thay đổi điện thế màng sau synapse, có thể là khử cực (điện thế hưng phấn sau synap – EPSP) hoặc quá phân cực (điện thế ức chế sau synap – IPSP), tùy thuộc vào loại chất dẫn truyền thần kinh và thụ thể.

Chức năng của tế bào thần kinh

Chức năng chính của tế bào thần kinh là thu thập, xử lý và truyền tải thông tin trong hệ thần kinh, cho phép cơ thể thực hiện các hoạt động sống đa dạng và phức tạp. Chúng đóng vai trò thiết yếu trong mọi khía cạnh của cuộc sống, từ những phản xạ đơn giản đến các chức năng nhận thức cao cấp.

Truyền đạt thông tin

Tế bào thần kinh tạo thành mạng lưới giao tiếp phức tạp, truyền thông tin dưới dạng tín hiệu điện hóa. Thông tin này có thể là cảm giác từ các giác quan, lệnh vận động từ não bộ đến cơ bắp, hoặc các tín hiệu điều hòa giữa các cơ quan trong cơ thể. Khả năng truyền đạt thông tin nhanh chóng và chính xác của tế bào thần kinh là nền tảng cho mọi hoạt động của hệ thần kinh.

Xử lý thông tin

Mạng lưới tế bào thần kinh không chỉ đơn thuần truyền tải thông tin mà còn có khả năng xử lý thông tin phức tạp. Các synapse đóng vai trò quan trọng trong việc tích hợp và điều chỉnh tín hiệu. Một tế bào thần kinh có thể nhận hàng ngàn tín hiệu đầu vào từ các tế bào khác, và nó sẽ tổng hợp các tín hiệu này để quyết định có tạo ra điện thế hoạt động và truyền tín hiệu đi tiếp hay không. Quá trình xử lý thông tin này cho phép hệ thần kinh thực hiện các chức năng như học tập, ghi nhớ, ra quyết định và giải quyết vấn đề.

Điều khiển hoạt động cơ thể

Tế bào thần kinh vận động (motor neurons) đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển hoạt động của cơ bắp và các tuyến. Chúng nhận tín hiệu từ não bộ và tủy sống, sau đó truyền tín hiệu đến cơ bắp để gây ra sự co cơ, hoặc đến các tuyến để kích thích bài tiết. Sự phối hợp hoạt động của hệ thần kinh và hệ cơ xương khớp cho phép chúng ta thực hiện các vận động từ đơn giản đến phức tạp.

Ảnh hưởng đến sức khỏe

Hoạt động bình thường của tế bào thần kinh là nền tảng cho sức khỏe thể chất và tinh thần. Số lượng tế bào thần kinh trong não người là tương đối ổn định sau khi sinh, tuy nhiên, chức năng và kết nối của chúng có thể bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tuổi tác, bệnh tật, chấn thương và lối sống. Duy trì sức khỏe tế bào thần kinh là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động tối ưu của hệ thần kinh.

Bình thường với bất thường

Các bệnh lý liên quan

• Alzheimer: Bệnh thoái hóa thần kinh tiến triển, đặc trưng bởi sự tích tụ các protein bất thường trong não, gây tổn thương và chết tế bào thần kinh, dẫn đến suy giảm trí nhớ và các chức năng nhận thức khác.
• Parkinson: Bệnh thoái hóa thần kinh ảnh hưởng đến các tế bào thần kinh sản xuất dopamine ở vùng chất đen của não, gây ra các triệu chứng vận động như run, cứng đờ, chậm vận động và mất thăng bằng. Nguyên nhân chính xác của bệnh Parkinson vẫn chưa được biết rõ, nhưng yếu tố di truyền và môi trường có thể đóng vai trò.
• Động kinh (Epilepsy): Rối loạn thần kinh do sự phóng điện bất thường và đồng bộ của một nhóm lớn tế bào thần kinh trong não, gây ra các cơn co giật, mất ý thức hoặc các triệu chứng thần kinh khác. Động kinh có thể do nhiều nguyên nhân, bao gồm tổn thương não, di truyền hoặc rối loạn phát triển não.
• Đa xơ cứng (Multiple Sclerosis – MS): Bệnh tự miễn dịch ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, trong đó hệ miễn dịch tấn công và phá hủy bao myelin của tế bào thần kinh, gây ra các triệu chứng thần kinh đa dạng như yếu cơ, tê bì, rối loạn thị giác và mệt mỏi. Nguyên nhân của MS chưa được xác định rõ, nhưng yếu tố di truyền và môi trường được cho là có liên quan.
• Đột quỵ (Stroke): Xảy ra khi nguồn cung cấp máu lên não bị gián đoạn, dẫn đến thiếu oxy và dinh dưỡng cho tế bào thần kinh, gây tổn thương và chết tế bào não. Đột quỵ có thể do tắc nghẽn mạch máu (đột quỵ thiếu máu cục bộ) hoặc vỡ mạch máu (đột quỵ xuất huyết).

Chẩn đoán và điều trị khi bất thường

Các phương pháp chẩn đoán

• Khám thần kinh: Đây là bước đầu tiên và quan trọng trong chẩn đoán các bệnh lý liên quan đến tế bào thần kinh. Bác sĩ sẽ đánh giá các chức năng thần kinh như ý thức, trí nhớ, ngôn ngữ, vận động, cảm giác, phản xạ và thăng bằng.
• Điện não đồ (EEG): Phương pháp ghi lại hoạt động điện của não thông qua các điện cực đặt trên da đầu. EEG được sử dụng để phát hiện các hoạt động điện bất thường của não, đặc biệt trong chẩn đoán động kinh và các rối loạn não khác.
• Chụp cộng hưởng từ (MRI): Kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh sử dụng từ trường mạnh và sóng radio để tạo ra hình ảnh chi tiết về cấu trúc não và tủy sống. MRI giúp phát hiện các tổn thương cấu trúc não như khối u, xuất huyết, nhồi máu não, thoái hóa myelin và các bất thường khác.
• Chụp cắt lớp vi tính (CT scan): Kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh sử dụng tia X để tạo ra hình ảnh cắt lớp của não. CT scan thường được sử dụng trong các trường hợp cấp cứu để nhanh chóng phát hiện xuất huyết não hoặc tổn thương xương sọ.
• Chụp cắt lớp phát xạ positron (PET scan): Kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh chức năng, sử dụng chất phóng xạ để đo lường hoạt động chuyển hóa của não. PET scan có thể giúp phát hiện các vùng não hoạt động bất thường trong các bệnh lý như Alzheimer, Parkinson và động kinh.

Các phương pháp điều trị

• Thuốc: Nhiều loại thuốc được sử dụng để điều trị các bệnh lý liên quan đến tế bào thần kinh, tùy thuộc vào từng bệnh cụ thể. Ví dụ, thuốc có thể được sử dụng để kiểm soát cơn động kinh, làm chậm tiến triển của Alzheimer, giảm triệu chứng Parkinson, hoặc điều trị đa xơ cứng.
• Vật lý trị liệu: Đóng vai trò quan trọng trong phục hồi chức năng vận động và cảm giác cho bệnh nhân bị tổn thương tế bào thần kinh do đột quỵ, chấn thương hoặc các bệnh thoái hóa thần kinh.
• Liệu pháp nghề nghiệp: Giúp bệnh nhân thích nghi với các hạn chế chức năng do tổn thương thần kinh, tập trung vào việc cải thiện khả năng thực hiện các hoạt động hàng ngày và nâng cao chất lượng cuộc sống.
• Liệu pháp ngôn ngữ: Dành cho bệnh nhân gặp các vấn đề về ngôn ngữ và giao tiếp do tổn thương não, giúp cải thiện khả năng nói, đọc, viết và hiểu ngôn ngữ.
• Phẫu thuật: Trong một số trường hợp, phẫu thuật có thể được chỉ định để điều trị các bệnh lý liên quan đến tế bào thần kinh, ví dụ như phẫu thuật loại bỏ khối u não, phẫu thuật điều trị động kinh kháng thuốc, hoặc phẫu thuật ghép tế bào thần kinh trong bệnh Parkinson (đang trong giai đoạn nghiên cứu).
• Thay đổi lối sống: Lối sống lành mạnh đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe tế bào thần kinh và phòng ngừa các bệnh lý thần kinh. Chế độ ăn uống cân bằng, tập thể dục thường xuyên, ngủ đủ giấc, kiểm soát căng thẳng và tránh các chất kích thích (như rượu, thuốc lá) đều có lợi cho sức khỏe não bộ.

Liên kết với các bộ phận khác trong cơ thể

Hệ thần kinh trung ương

Tế bào thần kinh là thành phần cấu tạo chính của hệ thần kinh trung ương (CNS), bao gồm não và tủy sống. Chúng tạo thành mạng lưới phức tạp trong não bộ, điều khiển mọi chức năng nhận thức, cảm xúc và hành vi. Trong tủy sống, tế bào thần kinh đóng vai trò trung gian trong các phản xạ và truyền tín hiệu giữa não bộ và hệ thần kinh ngoại biên.

Hệ thần kinh ngoại biên

Hệ thần kinh ngoại biên (PNS) bao gồm các dây thần kinh và hạch thần kinh nằm bên ngoài não và tủy sống. Tế bào thần kinh ngoại biên bao gồm tế bào thần kinh cảm giác (sensory neurons) nhận thông tin từ các thụ quan cảm giác khắp cơ thể và tế bào thần kinh vận động (motor neurons) truyền lệnh vận động từ CNS đến cơ bắp và tuyến. Sự liên kết giữa CNS và PNS thông qua tế bào thần kinh cho phép cơ thể tương tác và phản ứng với môi trường.

Hệ nội tiết

Hệ thần kinh và hệ nội tiết phối hợp chặt chẽ để điều hòa các chức năng của cơ thể. Một số tế bào thần kinh trong vùng dưới đồi (hypothalamus) có chức năng nội tiết, sản xuất các hormone điều khiển tuyến yên, tuyến nội tiết trung tâm. Ngược lại, hormone từ hệ nội tiết cũng có thể ảnh hưởng đến hoạt động của tế bào thần kinh. Ví dụ, hormone cortisol (hormone căng thẳng) có thể ảnh hưởng đến chức năng synapse và trí nhớ.

Hệ miễn dịch

Hệ thần kinh và hệ miễn dịch có sự tương tác hai chiều phức tạp. Tế bào thần kinh có thể bị ảnh hưởng bởi các chất trung gian gây viêm từ hệ miễn dịch trong các bệnh lý viêm não hoặc bệnh tự miễn dịch như đa xơ cứng. Ngược lại, hệ thần kinh cũng có thể điều chỉnh hoạt động của hệ miễn dịch thông qua các chất dẫn truyền thần kinh và hormone. Ví dụ, căng thẳng kéo dài có thể làm suy yếu hệ miễn dịch thông qua các tác động của hệ thần kinh.

Hệ tim mạch

Hệ thần kinh đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa hoạt động của hệ tim mạch, bao gồm nhịp tim, huyết áp và lưu lượng máu. Tế bào thần kinh trong hệ thần kinh tự chủ (autonomic nervous system) kiểm soát các chức năng này một cách vô thức. Ví dụ, hệ thần kinh giao cảm (sympathetic nervous system) làm tăng nhịp tim và huyết áp trong các tình huống căng thẳng, trong khi hệ thần kinh phó giao cảm (parasympathetic nervous system) làm chậm nhịp tim và hạ huyết áp khi cơ thể nghỉ ngơi.

Mọi người cũng hỏi

Tế bào thần kinh có tái tạo được không?

Trong nhiều năm, người ta tin rằng tế bào thần kinh không có khả năng tái tạo sau khi trưởng thành. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng quá trình sinh sản tế bào thần kinh (neurogenesis) vẫn diễn ra ở một số vùng não nhất định, đặc biệt là hồi hải mã (hippocampus) và vùng dưới đồi (subventricular zone). Mặc dù vậy, khả năng tái tạo của tế bào thần kinh ở người trưởng thành vẫn còn hạn chế so với các loại tế bào khác trong cơ thể. Nghiên cứu về cách kích thích và tăng cường quá trình tái tạo tế bào thần kinh đang được tiến hành để tìm ra phương pháp điều trị các bệnh lý thoái hóa thần kinh.

Tế bào thần kinh giao tiếp với nhau như thế nào?

Tế bào thần kinh giao tiếp với nhau thông qua các synapse, là các cấu trúc chuyên biệt tại vị trí tiếp giáp giữa hai tế bào. Khi một tế bào thần kinh (tế bào tiền synap) phát ra tín hiệu điện (điện thế hoạt động), tín hiệu này sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu hóa học tại synapse. Chất dẫn truyền thần kinh được giải phóng từ tế bào tiền synap, khuếch tán qua khe synapse và gắn vào thụ thể trên tế bào sau synap. Sự gắn kết này gây ra sự thay đổi điện thế màng tế bào sau synap, từ đó truyền tín hiệu tiếp tục trong mạng lưới thần kinh. Có hai loại synapse chính: synapse hóa học (sử dụng chất dẫn truyền thần kinh) và synapse điện (truyền tín hiệu trực tiếp thông qua các kênh ion).

Có bao nhiêu loại tế bào thần kinh?

Có rất nhiều loại tế bào thần kinh khác nhau trong hệ thần kinh, được phân loại dựa trên hình dạng, chức năng, vị trí và chất dẫn truyền thần kinh sử dụng. Một cách phân loại phổ biến là dựa trên chức năng, bao gồm: tế bào thần kinh cảm giác (nhận thông tin từ các giác quan), tế bào thần kinh vận động (điều khiển cơ bắp và tuyến), và tế bào thần kinh trung gian (interneurons) (kết nối các tế bào thần kinh khác trong hệ thần kinh trung ương). Ngoài ra, còn có nhiều loại tế bào thần kinh chuyên biệt khác, ví dụ như tế bào Purkinje trong tiểu não, tế bào tháp trong vỏ não, và tế bào dopamine trong chất đen.

Điều gì gây hại cho tế bào thần kinh?

Nhiều yếu tố có thể gây hại cho tế bào thần kinh, bao gồm:

• Chấn thương: Chấn thương đầu hoặc tủy sống có thể gây tổn thương trực tiếp đến tế bào thần kinh, dẫn đến chết tế bào hoặc rối loạn chức năng.
• Đột quỵ: Sự gián đoạn nguồn cung cấp máu lên não do tắc nghẽn hoặc vỡ mạch máu có thể gây thiếu oxy và dinh dưỡng, dẫn đến chết tế bào thần kinh.
• Bệnh thoái hóa thần kinh: Các bệnh như Alzheimer, Parkinson và Huntington gây thoái hóa và chết dần tế bào thần kinh theo thời gian.
• Viêm nhiễm: Viêm não hoặc viêm màng não do vi khuẩn, virus hoặc nấm có thể gây tổn thương tế bào thần kinh.
• Chất độc: Tiếp xúc với các chất độc hại như rượu, ma túy, kim loại nặng và một số hóa chất có thể gây độc cho tế bào thần kinh.
• Căng thẳng kéo dài: Căng thẳng mãn tính có thể gây ra các thay đổi tiêu cực trong não bộ, ảnh hưởng đến chức năng và sức khỏe của tế bào thần kinh.

Làm thế nào để bảo vệ tế bào thần kinh?

Để bảo vệ sức khỏe tế bào thần kinh, bạn có thể thực hiện các biện pháp sau:

• Duy trì lối sống lành mạnh: Chế độ ăn uống cân bằng, giàu chất chống oxy hóa, tập thể dục thường xuyên, ngủ đủ giấc và kiểm soát căng thẳng.
• Tránh các chất độc hại: Hạn chế hoặc tránh sử dụng rượu, thuốc lá, ma túy và tiếp xúc với các hóa chất độc hại.
• Bảo vệ đầu khỏi chấn thương: Đội mũ bảo hiểm khi tham gia giao thông hoặc các hoạt động có nguy cơ chấn thương đầu.
• Khám sức khỏe định kỳ: Phát hiện sớm và điều trị kịp thời các bệnh lý có thể ảnh hưởng đến hệ thần kinh.
• Kích thích não bộ: Tham gia các hoạt động trí tuệ như đọc sách, học ngoại ngữ, chơi trò chơi trí tuệ để duy trì sự hoạt động và kết nối của tế bào thần kinh.

Tài liệu tham khảo về tế bào thần kinh

• Neil R. Carlson. Physiology of Behavior. Pearson Education, 2013.
• Eric Kandel, James Schwartz, Thomas Jessell, Steven Siegelbaum, A. J. Hudspeth, and Sarah Mack. Principles of Neural Science. McGraw-Hill Education, 2012.
• Dale Purves, George J. Augustine, David Fitzpatrick, William C. Hall, Anthony-Samuel LaMantia, James O. McNamara, and Leonard E. White. Neuroscience. Sinauer Associates, 2018.
• Hiệp hội Thần kinh học Việt Nam.
• Tổ chức Y tế Thế giới (WHO).
• Trung tâm Kiểm soát và Phòng ngừa Dịch bệnh Hoa Kỳ (CDC).
• Viện Y tế Quốc gia Hoa Kỳ (NIH).