Ghi chú hệ thần kinh (tổng quan, mô học, phôi thai và bệnh lý)
Giới thiệu tổng quan
Hệ thần kinh gồm hai loại tế bào chính: Neuron (tế bào thần kinh) chuyên dẫn truyền xung động và tế bào đệm (glia) nâng đỡ, bảo vệ cho neuron.
Neuron là đơn vị chức năng cơ bản, có tính hưng động và dẫn truyền xung điện; neuron không phân chia ( biệt hóa cao ) ở người trưởng thành, nên tổn thương neuron thường khó hồi phục. Tuy nhiên, sợi trục của neuron ở hệ PNS có thể tái sinh trong một số điều kiện.
Glia cơ bản: CNS có oligodendrocyte, astrocyte, ependymal, microglia; PNS có Schwann và satellite cells.
Mô học CNS: Chất xám chứa thân neuron, sợi nhánh, đầu tận cùng, và tế bào đệm; chất trắng chủ yếu là sợi trục có myelin và các tế bào đệm (không chứa thân neuron). Vì lipid myelin nên chất trắng có màu sáng; chất xám có màu sẫm hơn trên lát cắt nhuộm chuẩn. Màu sắc phản ánh phân bổ neuron và myelin.
Phân tích tổng quan: Hiểu sự khác biệt giữa CNS và PNS, vai trò các tế bào đệm, và quy trình phát triển phôi thai của hệ thần kinh.
Cấu tạo tế bào thần kinh (Neuron)
Cấu tạo chung gồm 3 phần chính:
Thân neuron (nằm ở giữa) chứa nhân và bào quan.
Dendrites (sợi nhánh) là tua ngắn phân nhánh nhận tín hiệu hướng về thân.
Axon (sợi trục) dài dẫn truyền xung động thần kinh ra khỏi neuron.
Bao myelin phủ lên sợi trục, do tế bào Schwann (PNS) hoặc oligodendrocyte (CNS) tạo nên; bao myelin tăng tốc độ dẫn truyền, dẫn truyền saltatory tại các nút Ranvier.
Neuron NOT phân chia ở người trưởng thành; neuron có tính hưng động và truyền tín hiệu tới neuron khác hoặc tế bào cơ, tuyến.
Tái sinh: Sợi trục của neuron ở PNS có khả năng tái sinh dưới sự hỗ trợ của Schwann và các cấu trúc mô liên kết; neuron CNS ít khả năng tái sinh do sẹo và môi trường khó khăn.
Neuron theo chức năng
Neuron cảm giác (afferent): truyền xung động từ thụ thể cảm giác về CNS. Thân nằm trong hạch cảm giác (ví dụ hạch gai ở rễ sau tủy sống).
Neuron vận động (efferent): truyền xung động từ CNS đến cơ quan đáp ứng (cơ vân, cơ tim, cơ trơn, tuyến). Thân nằm ở sừng trước tủy hoặc trong hạch tự chủ.
Neuron liên hợp (interneurons): nằm hoàn toàn trong CNS, liên kết các neuron với nhau để xử lý thông tin. Chiếm ~ ext{đa cực} ext{hai cực} ext{một cực}$$.
Hệ thần kinh ngoại biên (PNS)
Hạch thần kinh (ganglion): tập trung thân neuron nằm ngoài CNS. Hai loại chính:
Hạch cảm giác (ví dụ hạch gai sau): chứa thân neuron cảm giác; synapse tại CNS, không có synapse trong hạch.
Hạch tự chủ: chứa thân neuron vận động tự chủ hậu hạch; synapse giữa neuron tiền hạch và hậu hạch xảy ra tại hạch tự chủ.
Các tế bào vệ tinh (satellite cells) bao quanh thân neuron trong hạch, cung cấp hỗ trợ cơ học và điều hòa vi môi trường (trao đổi chất, ion).
Đa số hạch cảm giác có synapse tại CNS; hạch tự chủ là nơi có synapse giữa neuron tiền hạch và hậu hạch.
Dây thần kinh ngoại biên (Peripheral nerve)
Dây thần kinh là bó gồm nhiều axon ngoài CNS, được bao bởi các lớp mô liên kết tạo thành bó sợi; có sợi myelin và không myelin; Schwann bao quanh sợi.
Cấu trúc mô học ngang: mỗi sợi trục có bao nội thần kinh (endoneurium) quanh nó; bó sợi được bao quanh bởi perineurium; toàn bộ bó sợi được bao bởi epineurium giàu collagen và mạch nuôi.
Đa số dây là dây hỗn hợp chứa cả sợi cảm giác và vận động; khi đứt, cả cảm giác lẫn vận động vùng chi phối đều mất.
Quan sát lát cắt: sợi trục nằm giữa vòng myelin; nhân của tế bào Schwann hoặc nguyên bào sợi quanh sợi trục.
Tế bào Schwann và bao myelin (PNS)
Tế bào Schwann quấn quanh sợi trục để tạo thành bao myelin – cách điện cho sợi trục. Mỗi Schwann myelin hóa một đoạn ngắn, nhiều tế bào cần để bao phủ toàn bộ chiều dài sợi.
Nút Ranvier là đoạn giữa hai tế bào Schwann nơi không có bao myelin, xung thần kinh nhảy cóc từ đoạn này sang đoạn kế tiếp để tăng tốc độ dẫn truyền.
Schwann tế bào tiết ra màng đáy (basal lamina) quanh sợi trục.
Khi sợi trục bị tổn thương, màng đáy và endoneurium cung cấp đường dẫn cho sợi trục mọc lại và hướng đến đích dưới sự hỗ trợ của Schwann.
Hình ảnh minh họa cho myelin chủ yếu là lipid, dễ tan trong nhuộm H&E dẫn đến khoảng sáng quanh sợi trục.
Tái tạo dây thần kinh ngoại vi
Khi dây ngoại biên đứt, đoạn xa mất liên hệ với thân neuron và thoái hóa (Wallerian degeneration).
Myelin quanh đoạn xa cũng thoái hóa và được đại thực bào dọn dẹp.
Đoạn gần còn sống có thể mọc chồi sợi trục mới; Schwann dọc đường phân giải myelin cũ và tạo đường dẫn ống từ mào đáy và endoneurium; tiết ra yếu tố tăng trưởng kích thích mọc sợi.
Sợi trục có thể mọc dài và kết nối lại với cơ quan đích (cơ, da, tuyến).
Phục hồi chức năng phụ thuộc vào khoảng cách tổn thương, cấu trúc mô, thời gian và can thiệp (ví dụ nối vi phẫu thần kinh).
Đầu tận thần kinh và khớp thần kinh–cơ
Khớp thần kinh–cơ (motor end-plate) là synapse đặc biệt giữa neuron vận động và sợi cơ vân.
Khi xung động đến đầu tận cùng, nó giải phóng acetylcholine vào khe synapse, làm khử cực màng cơ và gây co cơ.
Đây là synapse cholinergic ( acetylcholine làm chất dẫn truyền).
Nhuộm H&E khó thấy rõ; các kỹ thuật đặc hiệu như acetylcholinesterase hoặc kính hiển vi điện tử cần để quan sát rõ vùng bản vận động.
Các đầu tận cùng cảm giác
Các đầu tận cùng cảm giác là nơi chuyển đổi kích thích thành xung động: cơ học, nhiệt, hóa học, rồi truyền qua sợi cảm giác về hạch gai và tủy sống.
Đầu dây thần kinh trần (free nerve endings): không có bao myelin hoặc vỏ bọc đặc biệt; nhận cảm giác sờ chạm thô, đau, nóng lạnh; ví dụ đầu tận cảm giác quanh nang lông và nociceptor gây đau.
Đầu dây thần kinh có bao (encapsulated endings): được bao bởi tiểu thể cảm giác, nhận cảm giác tinh vi như áp lực, rung, căng giãn, vị trí khớp. Ví dụ:
Tiểu thể Pacini: ở sâu da và mạc, cảm nhận rung động và áp lực mạnh.
Tiểu thể Meissner: ở nhú da, cảm nhận chạm tinh tế ở đầu ngón tay.
Tiểu thể Golgi (từ suốt cơ trong gân) cảm nhận lực căng để điều chỉnh trương lực cơ.
Hệ thần kinh tự chủ (Autonomic Nervous System - ANS)
ANS điều hòa hoạt động nội tạng và tuyến một cách tự động; điều hòa nhịp tim, huyết áp, tiêu hóa, tiết dịch, v.v.
Gồm hai hệ đối lập: hệ giao cảm (sympathetic) và hệ phó giao cảm (parasympathetic).
Đường dẫn truyền ANS có hai neuron nối tiếp qua một hạch tự chủ:
Neuron tiền hạch nằm trong CNS, sợi trục sang synapse với neuron hậu hạch tại hạch tự chủ
Sợi trục neuron hậu hạch đi từ hạch tới cơ quan đích
Cơ quan đích nhận chỉ đạo từ cả hai hệ, với tác dụng đối lập nhằm duy trì cân bằng (ví dụ: tim, phổi, dạ dày, đồng tử, tuyến mồ hôi).
Hệ giao cảm: chuẩn bị cơ thể đối phó tình huống căng thẳng – nguy hiểm (fight or flight) với tăng nhịp tim, huyết áp, giãn phế quản, đồng tử…
Hệ phó giao cảm: hoạt động khi nghỉ ngơi – tiêu hóa, tiết dịch tiêu hóa, làm chậm nhịp tim, co đồng tử, tăng nhu động ruột.
Hệ thần kinh trung ương (CNS)
Chất xám (gray matter): chủ yếu gồm thân neuron, sợi nhánh, đầu tận cùng và tế bào đệm trong CNS; ở tủy sống hình cánh bướm, sừng trước chứa neuron vận động soma lớn, sừng sau chứa neuron cảm giác liên hợp, sừng bên chứa nhóm neuron tự chủ ở đoạn tủy ngực.
Chất trắng (white matter): chủ yếu là sợi trục có myelin chạy thành bó; không chứa thân neuron; bao quanh chất xám ở tủy. Màu trắng do lipid myelin, quan sát mẫu tươi thấy sáng trắng.
Mạng mao mạch nuôi dưỡng cả hai chất xám và chất trắng, đặc biệt dồi dào ở chất xám để cung cấp oxy và glucose cho tế bào neuron hoạt động liên tục.
Vi mô học: Nissl staining nổi bật thân neuron; myelin staining (ví dụ luxol fast blue) để nhuộm bó myelin trong chất trắng.
Tế bào đệm trung ương (CNS)
Oligodendrocytes: tạo bao myelin cho sợi trục trong CNS; mỗi oligodendrocyte có thể myelin hóa nhiều sợi trục (có thể lên đến ~50 sợi). Tổn thương oligodendrocyte gây gián đoạn dẫn truyền; MS là ví dụ điển hình của phá hủy myelin và tổn thương CNS.
Astrocytes: tế bào hình sao nhiều nhánh, kết nối neuron với mao mạch (BBB). Duy trì dịch ngoại bào, ion K+, tái hấp thu chất dẫn truyền thần kinh thừa; GFAP là marker mô học cho astrocytoma. Astrocyte tăng sinh khi tổn thương gây gliosis (sẹo xơ đệm), cản trở tái sinh sợi trục; u não từ astrocyte có thể là astrocytoma (nhẹ đến GBM).
Ependymal cells: lót khoang dịch não (ventricles) và ống tủy, tạo thành lớp biểu mô vuông đơn có lông chuyển và vi nhung mao; tại đám rối mạch mạc, ependymal biệt hóa thành tế bào tiết sản xuất CSF của choroid plexus.
Microglia: đại thực bào cư trú của CNS; có nguồn gốc từ trung bì (khác với các tế bào đệm nguồn từ ống thần kinh). Giám sát môi trường, thực bào các mảnh vỡ, tiết cytokine điều hòa viêm; số lượng tăng lên sau tổn thương như nhồi máu não; có thể gây tổn thương thứ phát nếu hoạt động quá mức.
Phát triển phôi thai hệ thần kinh
Ống thần kinh hình thành từ tấm thần kinh (neural plate) của ngoại bì thần kinh ở mặt lưng phôi thai; tấm lõm xuống giữa thành rãnh thần kinh, hai bờ bên nổi lên (mào thần kinh) và gặp nhau để đóng thành ống thần kinh.
Quá trình khép ống thần kinh: bắt đầu từ giữa phôi và lan dần về hai đầu. Neuropores trọng yếu:
Neuropore trước đóng vào khoảng ngày 25
Neuropore sau đóng vào ngày 27
Một số dị tật (ở khiếm khuyết đóng ống thần kinh): thai vô sọ nếu neuropore trước không đóng; nứt đốt sống nếu neuropore sau không đóng.
Song song với đóng ống thần kinh, mào thần kinh sẽ tách ra khỏi ống thần kinh và di chuyển vào phôi (mào thần kinh đóng vai trò như “tấm thứ tư” của phôi thai).
Các cấu trúc phát sinh từ ống thần kinh và từ mào thần kinh
Ống thần kinh nguồn gốc của phần lớn CNS (não bộ, tủy sống). Ngoại lệ: microglia có nguồn gốc trung bì từ monocyte.
Võng mạc và thùy sau tuyến yên phát triển từ ống thần kinh (màng não và mô thần kinh), trong khi thùy trước tuyến yên có nguồn gốc ngoại bì bề mặt.
Mào thần kinh phát sinh từ mép ống thần kinh; phân bổ và biệt hóa mạnh để hình thành các thành phần của hệ thần kinh ngoại biên và một số mô liên quan:
Hệ thần kinh ngoại biên: neuron cảm giác trong hạch cảm giác và neuron hậu hạch trong hạch giao cảm/phó giao cảm; Schwann và tế bào vệ tinh của hạch
Màng não: màng não (cứng, nhện, mềm) có nguồn gốc từ mào thần kinh; tế bào màng não di cư để hình thành lớp bảo vệ não và tủy sống.
Tuyến tủy thượng thận: tế bào ưa chrom (chromaffin cells) của tủy tuyến thượng thận (neuron giao cảm biệt hóa, tiết hormone vào máu).
Tế bào melanocyte trong lớp đáy da có nguồn gốc từ mào thần kinh.
Mô xương và liên kết vùng đầu mặt: mào thần kinh di cư tới vùng đầu– cổ để hình thành xương sọ, sụn khí quản, và một phần mô liên kết vùng đầu mặt; tế bào tạo ngà răng (odontoblast) cũng từ mào thần kinh.
Ghi nhớ: Nguồn gốc phôi của tế bào thần kinh
Thân tế bào nằm trong CNS ( não/tủy ) → nguồn gốc từ ống thần kinh (ngoại bì thần kinh) cho hầu hết neuron và tế bào đệm; ngoại lệ: microglia từ trung bì.
Thân tế bào nằm trong PNS (ví dụ neuron trong các hạch gai, hạch tự chủ) → neuron có nguồn gốc từ mào thần kinh; tất cả tế bào đệm ngoại vi (Schwann, tế bào vệ tinh) cũng từ mào thần kinh.
Ghi nhớ ngắn gọn: CNS → ống, PNS → mào; ngoại lệ microglia từ trung bì.
Màng não do mào thần kinh tham gia phát triển (ngoại trừ màng cứng có thể góp phần từ trung bì cạnh trục).
Võng mạc và thùy sau tuyến yên là mô thần kinh có nguồn gốc ống thần kinh.
Liên hệ lâm sàng và ví dụ bệnh lý
Multiple Sclerosis (MS): bệnh tự miễn gây mất myelin ở CNS do tấn công oligodendrocyte; xuất hiện đợt, vùng trắng não/tủy mất màu; triệu chứng đa dạng (giảm thị lực, yếu liệt, rối loạn cảm giác, mất phối hợp, rối loạn thăng bằng, tiểu không tự chủ). Mô bệnh học cho thấy vùng chất trắng mất myelin với các ổ viêm và thoái hóa; sợi trục có thể tồn tại nhưng dẫn truyền bị chậm hoặc block. Điều trị bằng thuốc ức chế miễn dịch để giảm các đợt tấn công.
Gliomas (u thần kinh đệm): u nguyên phát của não từ tế bào đệm CNS; astrocytoma phổ biến, GBM (glioblastoma multiforme) là dạng ác tính cao, xâm lấn nhanh, tiên lượng rất xấu; các u đệm khác: oligodendroglioma, ependymoma. Marker GFAP dương tính ở astrocytoma; MRI và giải phẫu bệnh (sinh thiết) dùng để chẩn đoán; điều trị gồm phẫu thuật, xạ trị, hóa trị tùy loại.
Cerebrum và Cerebellum (vỏ não và não nhỏ)
Cerebrum (Bấu não): Cortex não - vỏ não chất xám, mỏng; phân loại 3-6 lớp tế bào. Tế bào pyramidal là cell lớn nhất của cortex.
Cerebellum (Tiểu não): Cortex tiểu não - lớp vỏ mỏng 3 lớp; tế bào Purkinje là tế bào lớn nhất trong cortex tiểu não; axon Purkinje có vai trò quan trọng trong điều hòa vận động.
Các hình ảnh tương ứng: pyramidal cell và Purkinje cell được mô tả ở các slide minh họa.
Ghi chú tổng kết phát triển và nguồn gốc mô thần kinh
CNS: ống thần kinh là nguồn gốc của hầu hết neuron và tế bào đệm; microglia là ngoại lệ có nguồn gốc từ trung bì.
PNS: mào thần kinh là nguồn gốc của neuron cảm giác trong hạch, neuron hậu hạch và nhiều tế bào đệm (Schwann, tế bào vệ tinh); mào thần kinh còn đóng góp vào cấu trúc như màng não, tuyến thượng thận, melanocytes, và một phần mô đầu mặt.
Sự phân biệt nguồn gốc giúp giải thích nguồn gốc một số u: u màng não (meningioma) có nguồn gốc từ mào thần kinh, còn glioma từ ống thần kinh.
Các yếu tố thực hành và công cụ tham khảo thực tế
Nhiều hình ảnh vi thể và kính hiển vi cho thấy tổ chức của CNS và PNS: Nissl staining làm nổi bật thân neuron; nhuộm myelin (ví dụ Luxol fast blue) để đánh dấu chất trắng; immunohistochemistry GFAP cho astrocyte; marker S-100 cho tế bào đệm; còn microglia có nguồn gốc từ trung bì và có vai trò miễn dịch và dọn dẹp sau tổn thương.
Nơi phân bố: chất xám ở sừng trước tủy chứa neuron vận động; chất trắng xung quanh chất xám ở tủy; và hai vùng não có đặc trưng riêng biệt với mật độ myelin khác nhau.
Tỷ lệ và thời gian: khả năng tái sinh ở PNS khoảng $1 ext{ mm/day}$ khi điều kiện thuận lợi; CNS hầu như không tái sinh do sẹo và thiếu đường dẫn hướng.
Ghi chú bổ sung về các thuật ngữ và khái niệm chính (nhắc lại)
Saltatory conduction: dẫn truyền nhảy cóc qua các nút Ranvier giúp tăng tốc độ dẫn truyền trên sợi có myelin.
Gliosis: sự tăng sinh astrocyte và hình thành sẹo ở vùng tổn thương CNS, làm cản trở tái sinh sợi trục.
Blood-brain barrier (BBB): hàng rào trao đổi chất giữa máu và não do astrocyte và mao mạch não điều hòa.
Choroid plexus và CSF: ependymal cells tại choroid plexus sản xuất dịch não tủy, CSF luân chuyển qua não thất và hệ thống màng nhện.
Tóm lược nhanh (điểm mốc quan trọng)
CNS gồm não và tủy; PNS gồm dây thần kinh và hạch ngoại vi.
Neuron là tế bào dẫn truyền; glia là tế bào hỗ trợ; bao myelin do oligodendrocyte (CNS) hoặc Schwann (PNS) tạo nên.
Hệ tự chủ gồm hai nhánh đối lập (giao cảm vs phó giao cảm) với hai neuron liên tiếp và hạch tự chủ.
Phát triển phôi: ống thần kinh cho CNS; mào thần kinh cho PNS và nhiều thành phần liên quan khác.
MS và glioma là hai ví dụ nổi bật của bệnh liên quan tới mô thần kinh; hiểu được nguồn gốc phôi giúp giải thích cơ chế và hướng điều trị.