Vai trò của hạch nền trong kiểm soát vận động ở người bình thường và bệnh nhân Parkinson

(Tác giả: Hoàng Mai Phương, Lê Thị Mỹ, Nguyễn Thanh Bình – Đại học Y Hà Nội)

Đại cương

Bệnh Parkinson là một trong những bệnh lý thoái hóa thần kinh. Được James Parkinson mô tả lần đầu tiên vào năm 1817 và được gọi là “liệt rung”. Bệnh này xuất phát từ thoái hóa con đường liềm đen-thể vân, dẫn đến sự giảm dopamine trong hệ thần kinh trung ương. Triệu chứng của bệnh Parkinson thường bao gồm cả triệu chứng vận động và ngoài vận động, trong đó các triệu chứng vận động điển hình bao gồm run khi nghỉ, giảm động, cứng cơ kiểu ngoại tháp (đơ cứng) và mất ổn định tư thế.

Hạch nền đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chức năng vận động. Các bất thường về cấu trúc và chức năng của hạch nền là nguyên nhân chính gây ra các rối loạn vận động, bao gồm cả bệnh Parkinson.

Giải phẫu và sinh lý của hạch nền ở người bình thường

2.1. Cấu tạo của hạch nền

Hạch nền là một nhóm các nhân xám nằm sâu trong mỗi bán cầu đại não. Nó bao gồm 4 thành phần chính:

• Thể vân: gồm thể vân lưng và thể vân bụng, trong đó thể vân lưng gồm nhân đuôi và bèo sẫm, thể vân bụng gồm nhân nằm (nucleus accumbens) và củ khứu (olfactory tubercle).
• Cầu nhạt (globus pallidus-GP): gồm cầu nhạt trong (GPi) và cầu nhạt ngoài (GPe).
• Liềm đen (substantia nigra): gồm phần đặc (pars compacta-SNc) và phần lưới (pars reticulata-SNr).
• Nhân dưới đồi (subthalamic nuclei – STN).

Hình 1: Các cấu trúc hạch nền (James Knierim, Chapter 4: Basal Ganglia, Neuroscience online)

Dựa vào chức năng của các nhân của hạch nền, nó có thể được chia thành các nhóm chính:

• Các nhân nhận thông tin đến: thể vân (nhân đuôi, bèo sẫm và nhân nằm) nhận tín hiệu chủ yếu từ vỏ não, đồi thị và liềm đen.
• Các nhân truyền thông tin đi: cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen chuyển tín hiệu đi đến đồi thị và thân não.
• Các nhân trung gian: kết nối giữa nhóm nhân đầu vào và đầu ra, bao gồm cầu nhạt ngoài, nhân dưới đồi và phần đặc liềm đen.

2.2. Các đường tâm đến hạch nền

Hạch nền nhận tín hiệu từ các nguồn sau:

• Từ vỏ não: thông qua đường phóng chiếu vỏ não – thể vân. Đây là đường tối quan trọng đi đến hạch nền và có tác dụng kích thích các nơron của hạch nền thông qua chất dẫn truyền thần kinh là glutamate.
• Từ liềm đen: tín hiệu từ phần đặc của liềm đen đến thể vân tạo nên đường phóng chiếu liềm đen-thể vân. Con đường này rất quan trọng trong việc đảm bảo cung cấp liên tục dopamine cho thể vân, tham gia điều hòa các con đường trực tiếp và gián tiếp. Dopamine có tác dụng kích thích các nơron chứa thụ thể D1 tại thể vân và ức chế nơron chứa thụ thể D2.
• Từ đồi thị: các thông tin từ các nhân gian tấm của đồi thị đi đến thể vân, đặc biệt là từ nhân trung tâm và nhân cạnh bó, tạo đường kết nối đồi thị-thể vân thông qua chất dẫn truyền glutamate có tác dụng kích thích.
• Từ nhân raphe của thân não: con đường serotonergic đi qua nhân raphe có tác dụng điều hòa hoạt động của thể vân qua chất trung gian serotonin.
• Ngoài ra, các thông tin đến còn từ các tế bào thần kinh nội tại thể vân qua các chất truyền đạt thần kinh là cholinergic, GABA, chất P.

2.3. Các đường ly tâm

Các đường ly tâm đi từ cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen đến đồi thị và thân não. Đây là các tín hiệu ức chế thông qua chất dẫn truyền GABA.

Trong việc kiểm soát vận động, phần lưới liềm đen tham gia vào việc truyền đạt tín hiệu vận động của đầu và cổ, trong khi cầu nhạt trong có vai trò truyền đạt tín hiệu của các phần còn lại của cơ thể.

Tín hiệu ly tâm chính đi từ cầu nhạt trong và phần lưới liềm đến nhân bụng trước và nhân bụng bên đồi thị. Từ đồi thị, tín hiệu được chuyển đến vỏ não vận động, kiểm soát và điều chỉnh các hoạt động vận động, đặc biệt là các hoạt động phức tạp. Ngoài ra, cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen còn gửi tín hiệu đến cấu tạo lưới thân não và củ não sinh tư trên, ảnh hưởng đến bó lưới tủy và mái tủy (các bó tham gia vào vận động phản xạ).

Hình 2: Các con đường hướng tâm và ly tâm của hạch nền (tín hiệu kích thích: đường màu cam, tín hiệu ức chế: đường màu xanh) (Hal Blumenfeld, Neuroanatomy through clinical cases)

Các đường nội tại của hạch nền

Hạch nền tham gia vào việc kiểm soát vận động thông qua các con đường trực tiếp và gián tiếp.

Ở người bình thường, thể vân chuyển thông tin từ vỏ não đến nhóm nhân đầu ra thông qua con đường trực tiếp (kích thích) và gián tiếp (ức chế). Hai con đường này hoạt động độc lập và cân bằng với nhau, giúp hạch nền tham gia vào quá trình bắt đầu, kết thúc hoặc điều chỉnh mức độ vận động.

• Đường trực tiếp: chuyển tín hiệu kích thích để khởi đầu vận động. Thể vân gửi tín hiệu ức chế qua GABA đến cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen; việc ức chế cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen sẽ không thể gửi tín hiệu ức chế đến đồi thị. Kết quả là đồi thị ở trạng thái tự do và sẽ gửi tín hiệu kích thích vỏ não vận động, giúp bắt đầu hoặc tăng cường các hoạt động vận động có chủ ý.
• Đường gián tiếp: chuyển tín hiệu giúp kết thúc vận động. Ở con đường gián tiếp, thể vân gửi tín hiệu ức chế đến cầu nhạt ngoài, khiến cầu nhạt ngoài không thể gửi tín hiệu ức chế đến vùng dưới đồi. Kết quả là vùng dưới đồi được thả ức chế, dẫn đến hoạt động tăng của cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen, và ức chế lên đồi thị. Tín hiệu kích thích sau đó được gửi từ đồi thị đến vỏ não, giúp kiểm soát và điều hòa hoạt động vận động, đặc biệt là các hoạt động phức tạp.

Ngoài tín hiệu từ vỏ não, thể vân còn nhận tín hiệu từ liềm đen thông qua dopamine. Dopamine tác động lên thụ thể D1 để kích thích con đường trực tiếp và tác động qua thụ thể D2 để ức chế con đường gián tiếp. Kết quả là dopamine gửi tín hiệu kích thích đến vỏ não, giúp tăng cường hoạt động vận động.

Ngược lại, tại thể vân cũng có các nơron cholinergic mà sợi trục của chúng chỉ ở bên trong thể vân (các nơron trung gian – interneuron). Các nơron này tiếp nối synapse với các nơron của thể vân, ức chế con đường trực tiếp và kích thích con đường gián tiếp, qua đó làm giảm hoạt động vận động. Ở người bình thường, hai hệ dopamin và cholinergic hoạt động cân bằng và tạo ra sự cân bằng của con đường trực tiếp và gián tiếp của hạch nền.

Hình 4: Tác động của hệ dopaminergic và cholinergic lên con đường trực tiếp và gián tiếp (Eman Al-Khateeb, Department of Physiology and biochemistry neurophysiology, Handout of basal ganglia)

Các biến đổi sinh lý của hạch nền ở bệnh nhân Parkinson

Trong bệnh Parkinson, phần đặc của liềm đen bị thoái hóa (mất nơron và sắc tố), khiến giảm số lượng tế bào dopaminergic và giảm dopamine trong thể vân. Điều này dẫn đến giảm hoạt động của cả con đường trực tiếp và gián tiếp.

Ở con đường trực tiếp, việc giảm kích thích thụ thể D1 làm giảm ức chế cầu nhạt và phần lưới liềm đen, dẫn đến tăng ức chế từ vùng cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen lên đồi thị. Kết quả là sự hoạt hóa từ đồi thị đến vỏ não giảm.

Ở con đường gián tiếp, việc giảm ức chế thụ thể D2 làm tăng ức chế của thể vân lên cầu nhạt ngoài, dẫn đến giảm ức chế của vùng cầu nhạt ngoài lên nhân dưới đồi. Khi nhân dưới đồi được giảm ức chế, sẽ tăng hoạt động của cầu nhạt trong và phần lưới liềm đen, từ đó tăng ức chế lên đồi thị. Và kết quả cuối cùng là tín hiệu kích thích từ đồi thị đến vỏ não giảm.

Do việc giảm dopamine tác động lên cả con đường trực tiếp và gián tiếp, dẫn đến giảm kích thích lên vỏ não. Kết quả là bệnh nhân gặp khó khăn trong việc khởi đầu và kết thúc các hoạt động vận động. Điều này biểu hiện bằng việc chậm và giảm biên độ vận động, còn được gọi là triệu chứng chậm vận động (bradykinesia) hay giảm vận động (hypokinesia) ở bệnh nhân Parkinson. Tuy nhiên, cơ chế của hai triệu chứng run khi nghỉ và cứng cơ kiểu ngoại tháp không thể giải thích bằng cơ chế truyền thống, và hiện vẫn đang được nghiên cứu. Sự thay đổi của con đường vỏ não – đồi thị, hạch nền – vỏ não và sự tham gia của tiểu não được cho là có liên quan đến triệu chứng run và tăng trương lực cơ ngoại tháp.

Ngoài ra, do giảm dopamine tại thể vân, cân bằng giữa hệ dopaminergic và cholinergic cũng bị ảnh hưởng, dẫn đến gia tăng hệ cholinergic. Đây cũng là lý do sử dụng thuốc kháng cholinergic trong việc điều trị bệnh Parkinson.

Hình 5: Con đường hạch nền ở người bình thường và bệnh nhân Parkinson (https://parkinsonsprj.weebly.com/pathophysiology.html)

Kết luận

Hạch nền đóng vai trò quan trọng trong cơ chế bệnh sinh của bệnh Parkinson. Hiểu rõ về giải phẫu và con đường sinh lý của hạch nền ở người bình thường và những thay đổi của con đường này ở bệnh nhân Parkinson sẽ giúp bác sĩ lâm sàng giải thích được các triệu chứng bệnh và chọn phương pháp điều trị phù hợp cho bệnh nhân.

HEFC đã chỉnh sửa bởi: HEFC

Thông tin chi tiết về hạch nền và các bệnh lý liên quan có thể được tìm thấy tại trang web của HEFC.