[Sinh lý] Trục ruột-não (gut-brain axis) và bệnh Parkinson (Parkinson’s diseases-PD)

Tác giả: Bs Nguyễn Duy Khương

Vài hôm trước mình đọc một bài báo rất hay với tiêu đề “Parkinson’s Could Begin in the Gut and Travel Via the Vagus Nerve” (Parkinson có thể khởi phát ở ruột và di chuyển lên não thông qua dây phế vị). Bài viết này đề cập đến 2 vấn đề mà mình rất quan tâm: trục ruột-não (gut-brain axis) và bệnh Parkinson (Parkinson’s diseases-PD).

PD thường hay gặp ở người lớn tuổi. Tuy vậy, vì cơ chế bệnh sinh và các triệu chứng của nó rất phức tạp và liên quan đến các cấu trúc khác nhau, nên sự hiểu biết tường tận vẫn là thách thức đối với những người không chuyên về thần kinh. Qua bài viết này, mình muốn giới thiệu sơ lược nhất về Hạch nền não (basal ganglia) và làm thế nào mà những tổn thương của nó có thể gây nên PD và cũng như các bệnh khác (bệnh Huntington, v.v.).
Trục ruột-não cũng là một vấn đề khá hay khác và sẽ được mình đề cập ở một bài viết gần nhất.

Hình 1:
Hạch nền não (Basal ganglia):
-Hạch nền não liên quan nhiều đến các chức năng như: tham gia kiểm soát các vận động có ý thức, học tập qua kĩ năng và thói quen (skills and habitual learning), các vận động mắt và các chức năng nhận thức khác.
-Các thành phần của Hạch nền trải dài từ đoan não (Telencephalon), gian não (Diencephalon) và não giữa (Mesencephalon).
-Các cấu trúc thuộc Hạch nền
+Thuộc não trước (Forebrain): nhân accumbens (nucleus accumbens), nhân đuôi (caudate nucleus), nhân bèo sẫm (Putamen-Put) và nhân cầu nhạt (globus pallidus-GP). Cả 4 cấu trúc này tạo thành thể vân (Corpus striatum), riêng nhân đuôi và bèo sẫm được gọi là tân thể vân (Striatum). Ngoài ra còn có các nhân hạ đồi (Subthalamic nuclei-STN).
+Thuộc não giữa có thể đen (substantia nigra-SN), bao gồm: phần đặc (the pars compacta-SNc) và phần lưới (the pars reticulata-SNr).
+Ngoài ra còn có sự tham gia của vùng VTA (ventral tegmental area).

Hình 2
Các con đường đi vào và đi ra Hạch nền:
1.Sợi hướng tâm (afferent):
-Tân thể vân (bèo sẫm và nhân đuôi) là vùng chủ yếu nhận các sợi hướng tâm.
-Các sợi hướng tâm đều mang tín hiệu kích thích (chất dẫn truyền là glutamate) từ toàn bộ vỏ não (cerebral cortex) và từ nhân intralaminar của tủy đồi thị.
+Các vùng khác nhau của vỏ não truyền tín hiệu đến hạch một cách riêng biệt: thùy trán chủ yếu đến phần đầu của nhân đuôi và bèo sẫm, thùy đỉnh và thùy chẩm đến thân nhân đuôi và thùy thái dương đến đuôi nhân đuôi. Vùng vỏ não vận động chính (primary motor cortex-M1) và vùng cảm giác chính (somatosensory cortex-S1) đến bèo sẫm. Vùng tiền vận động (premotor cortex) và vận động phụ (supplementary motor cortex) đến đầu nhân đuôi. Các vùng khác của vỏ não phần lớn đến nhân đuôi (dọc theo cấu trúc chữ “C” của nhân).
+Nhân accumbens nhận tín hiệu từ vỏ não limbic (limbic cortex).
-Như vậy, các sắp xếp các vùng chức năng của basal ganglia theo kiểu homunculus như
vùng vỏ não vận động chính.
2.Sợi ly tâm (efferent):
-Các vùng chính đưa các tín hiệu ly tâm ra khỏi hạch: phần trong của cầu nhạt (internal globus pallidus- GPi) và phần lưới chất đen (SNr).
+Các tín hiệu này đều là ức chế (chất dẫn truyền là GABA)
+Các vùng nhận tín hiệu: GPi truyền chủ yếu đến các nhân đồi thị (thalamic nuclei); SNr
đến 2 củ não sinh tư trên (superior colliculus).

Hình 3
Các con đường tín hiệu trong hạch nền:
1. Phân theo các chất trung gian dẫn truyền (neurotransmitter):
-Các con đường ức chế dùng GABA (the GABAergic pathway):Từ tân thể vân-striatum đến
cầu nhạt (the striatopallidal pathway), từ tân thể vân đến vùng lưới chất đen-SNr (the
striatonigral pathway), và từ phần ngoài của cầu nhạt-GPe đến các nhân hạ đồi-STN.
-Con đường kích thích dùng glutamate (the glutamatergic pathway): từ STN đến phần trong của cầu nhạt-GPi và SNr.
-Con đường dùng dopamine (the dopaminergic pathway): từ vùng lưới chất đen-SNc đến
tân thể vân-striatum (the nigrostriatal pathway), và tùy vào loại receptor mà có tác dụng khác nhau:
+Nếu receptor là D1R: tác dụng kích thích
+Nếu receptor là D2R: tác dụng ức chế
2. 3 con đường tín hiệu ở Hạch nền:
-Con đường trực tiếp (direct pathway), con đường gián tiếp (indirect pathway) và con đường
siêu trực tiếp (hyperdirect pathway)

Hình 4
Con đường trực tiếp:
-Bình thường đồi thị tự động phát các xung kích thích đến hoạt hóa vỏ não vận động.
-Theo tác dụng chuỗi liên tiếp (từ vỏ não-Cortex đến đồi thị-Thalamus): (-1)*(+1)*(-1)=+1 => thì chức năng sau
cùng của con đường trực tiếp là kích thích đồi thị.
-Như vậy con đường trực tiếp có vai trò kích thích đồi thị nhằm lựa chọn các mẫu hình vận động (motor patterns) phụ hợp ở vỏ não vận động. Ví dụ: khi ngồi viết bài, các mãu hình vận động về hoạt động viết (cử động các ngón tay và bàn tay) phải được kích thích, đồng thời, các mẫu hình vận động về việc sử dụng chân (đi lại, chạy nhảy) phải bị ức chế bởi con đường gián tiếp.

Hình 5
Con đường gián tiếp:
-Qua tác dụng chuỗi: (+1)*(-1)*(-1)*(+1)*(-1)= -1, vậy chức năng sau cùng là ức chế đồi thị.
-Như vậy con đường gián tiếp có vai trò ức chế đồi thị nhằm loại bỏ tất cả mẫu hình vận động không phù hợp cho 1 hành động nhất định.
-Cả 2 con đường trực và gián tiếp phối hợp với nhau, giúp cho một hành động được diễn ra
nhanh chóng và chính xác nhất. Chức năng chủ yếu của hạch nền là kiểm soát sự cân bằng
giữa 2 con đường.

Hình 6
Con đường siêu trực tiếp:
-Tác dụng như một tác nhân triệt tiêu ngay lập tức các vận động nhanh và vô thức, nhằm tạo điều kiện cho các vận động chậm và có ý thức có thể được khởi động ngay.
-Tổn thương STN có thể dẫn đến tổn thương nghiêm trọng các vận động có ý thức (Con
đường này mình sẽ dừng ở đây và không đi sâu hơn nữa).

Hình 7
Con đường dopaminergic (The dopaminergic pathway):
-The Nigrostriatal pathway (từ SNc đến tân thể vân) đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong phối hợp vận động, cùng với 3con đường đã đề cập.
-Con đường trực tiếp sử dụng D1R, nên The Nigrostriatal pathway có tác dụng kích thích. Trong khi con đường gián tiếp sử dụng D2R, nên tác dụng là ức chế (xem lại hình 3).
-Như vậy tác dụng chính là: kích hoạt con đường trực tiếp phù hợp và đồng thời ức chế con đường gián tiếp không phù hợp (ở mức độ dưới vỏ não – không ý thức)

Hình 8
Thống nhất mô hình vận động:
-Hạch nền não tồn tại nhằm giúp vỏ não sắp xếp các tín hiệu vận động sao cho phù hợp và
sau đó gửi các tín hiệu này đi xuống các cấu trúc vận động thấp hơn (nhân vận động ở thân não, tủy sống, v.v):
+Khi tín hiệu cảm giác truyền đến các vùng khác nhau của vỏ não, vỏ não sẽ truyền các tín
hiệu tương ứng đến các vùng của tân thể vân.
+Con đường trực tiếp đưa tín hiệu kích thích đến đồi thị và hoạt hóa cácvùng thích hợp của vỏ não vận động, để lựa chon mẫu hình vận động thích hợp; xảy ra đồng thời, con đườnggián tiếp lại ức chế các vùng còn lại của vỏ não vận động, để loại bỏ mẫu hình vận độngkhông phù hợp.
+Ví dụ trong hoạt động ăn: khi nhìn thấy bát cơm, một chuỗi các tín hiệu được xử lý và sau đó là chuỗi các hành động nhịp nhàng: tay đưa thức ăn lên trước, tiếp miệng sẽ mở và sau cùng là động tác nhai. Trong khi đó các vận động của chân hay các vận động không phù hợp với hoạt động ăn phải bị loại bỏ.
-Con đường dopaminergic xử lí tín hiệu về các phần thưởng không mong (unexpected rewards)
đợi và sự biến mất không mong muốn của các phần thưởng (unexpected absence of rewards).
Nói chung tín hiệu được xử lý dưới mức vỏ não.
+Nếu một phần thưởng xuất hiện bất ngờ (con khỉ đi lại, vô tình nhấn nút đưa thức ăn vào chuồng): SNc sẽ nhận tín hiệu trên và phát ung ngay lập tức nhằmtăng cường sự phát xung của vùng vỏ não vận động (qua 2 con đường trực tiếp và gián tiếp) dẫn đến sự đạt được phần thưởng (chạy ngay đến, không do dự, để ăn).
+Nếu việc phần thưởng xuất hiện quá nhiều lần (sau nhiều lần thử, con khỉ tự biết khi đói là nhấn nút): dự đoán được sự xuất hiện của phần thưởng, vai trò của SNc dần bị vỏ não thay thế.
+Nếu phần thưởng biến mất không lường trước (một ngày nhấn nút không còn thức ăn):
SNc sẽ phát tín hiệu ức chế thông báo kiềm chế vận động ăn lại. Sự ức chế này lặp lại liên tiếp sẽ làm suy yếu dần vỏ não vận động, để rồi chấm dứt hoàn toàn hành động nhấn nút.
=> Hạch nền có vai trò to lớn trong việc học tập về thói quen (habitual) và kỹ năng (skills).

Advertisement

Các bệnh do tổn thương Hạch nền:
1.Bệnh Parkinson và con đường dopaminergic ( the Nigrostriatal pathway):
-Triệu chứng điển hình nhất là: sự chậm chạp hoặc mất đi các vận động (bradykinesia hoặc akinesia), sự cứng đờ (rigidity) và chứng rung khi nghỉ (resting tremor).
-Nguyên nhân: sự mất đi các dopaminergic neuron ở vùng đặc chất đen-SNc.
+Bởi vì the Nigrostriatal pathway kích thích hoạt direct pathway và ức chế indirect pathway, nên khi tổn thương sự cân bằng của 2 con đường bị phá vỡ, cán cân nghiêng về phía indirect pathway, thalamus bị ức chế và mất đi sự lựa chọn chính xác mẫu hình vận động.
+Bệnh nhân PD thường có các cơn run không kiểm soát, mất phối hợp vận động (lấy lại ví dụ vận động ăn, bệnh nhân lúc này phải thực hiện từng cử động riêng lẻ và theo tuần tự. Đặc biệt, phải có sự kiểm soát chặt chẽ bởi vỏ não – tập trung cao độ), v.v.
-Bệnh nhân PD thường gặp khó khăn trong việc học các kỹ năng (đòi hỏi sự thuần thục), nếu học được thì các kĩ năng này cũng không duy trì lâu, ngược lại với bệnh Alzheimer.

2. Bệnh Huntington và con đường gián tiếp:
-Triệu chứng điển hình: chứng múa vờn (choreiform movements), các vận động vô ý thức
lặp lại của cơ thể (chủ yếu là các vùng xa cơ thể và mặt).
-Bệnh sinh của Huntington ngược lại so với Parkinson’s disease: gây ra bởi bất kì tổn thương xảy đến với các neuron thuộc con đường gián tiếp.
+Lúc này cán cân nghiêng về phía con đường trực tiếp, cho nên thalamus mất sự điều phối của Hạch nền não và phát xungmột cách ngẫu nhiên, tạo ra các vận động vô thức, không thể kiểm soát.