Chất dẫn truyền thần kinh là các chất hóa học đi qua các khớp thần kinh để truyền xung động từ một tế bào thần kinh đến một tế bào thần kinh khác, tế bào tuyến hoặc tế bào cơ. Nói cách khác, chất dẫn truyền thần kinh được sử dụng để gửi tín hiệu từ bộ phận này đến bộ phận khác của cơ thể. Hơn 100 chất dẫn truyền thần kinh đã được biết đến. Nhiều loại được cấu tạo đơn giản từ các axit amin. Những loại khác là những phân tử phức tạp hơn.
Các chất dẫn truyền thần kinh thực hiện nhiều chức năng quan trọng trong cơ thể. Ví dụ, chúng điều chỉnh nhịp tim, cho phổi biết khi nào cần thở, xác định điểm đặt trọng lượng, kích thích cơn khát, ảnh hưởng đến tâm trạng và kiểm soát tiêu hóa.
Khe hở khớp thần kinh được phát hiện bởi nhà bệnh lý học người Tây Ban Nha Santiago Ramón y Cajal vào đầu thế kỷ 20. Năm 1921, nhà dược lý học người Đức Otto Loewi đã xác minh rằng giao tiếp giữa các tế bào thần kinh là kết quả của các chất hóa học được giải phóng. Loewi đã phát hiện ra chất dẫn truyền thần kinh đầu tiên được biết đến, acetylcholine.
Cách thức hoạt động của chất dẫn truyền thần kinh
Đầu cuối sợi trục của khớp thần kinh lưu trữ chất dẫn truyền thần kinh trong các túi nang. Khi được kích thích bởi một điện thế hoạt động, các túi tiếp hợp của một khớp thần kinh giải phóng chất dẫn truyền thần kinh, vượt qua khoảng cách nhỏ (khe hở khớp thần kinh) giữa một đầu cuối sợi trục và một đuôi gai thông qua sự khuếch tán. Khi chất dẫn truyền thần kinh liên kết với một thụ thể tại đuôi gai, tín hiệu sẽ được truyền đạt. Chất dẫn truyền thần kinh vẫn còn trong khe tiếp hợp trong một thời gian ngắn. Sau đó, nó hoặc được quay trở lại tế bào thần kinh tiền synap thông qua quá trình tái hấp thu, chuyển hóa bởi các enzym, hoặc liên kết với thụ thể.
Khi một chất dẫn truyền thần kinh liên kết với một tế bào thần kinh sau synap, nó có thể kích thích hoặc ức chế nó. Các tế bào thần kinh thường được kết nối với các tế bào thần kinh khác, vì vậy tại bất kỳ thời điểm nào, một tế bào thần kinh có thể phải chịu nhiều chất dẫn truyền thần kinh. Nếu tác dụng gây hưng phấn lớn hơn tác dụng ức chế thì nơron sẽ “khai hỏa” và tạo ra điện thế hoạt động giải phóng chất dẫn truyền thần kinh cho nơron khác. Do đó, một tín hiệu được dẫn từ tế bào này sang tế bào tiếp theo.
Các loại chất dẫn truyền thần kinh
Một phương pháp phân loại chất dẫn truyền thần kinh là dựa trên thành phần hóa học của chúng. Các danh mục bao gồm:
- Axit amin: axit γ-aminobutyric (GABA), aspartate, glutamate, glycine, D-serine
- Khí: carbon monoxide (CO), hydrogen sulfide (H2S), oxit nitric (NO)
- Monoamine: dopamine, epinephrine, histamine, norepinephrine, serotonin
- Peptide: β-endorphin, amphetamine, somatostatin, enkephalin
- Purine: adenosine, adenosine triphosphate (ATP)
- Trace amin: octopamine, phenethylamine, trypramine
- Các phân tử khác: acetylcholine, anandamide
- Các ion đơn: kẽm
Phương pháp chính khác để phân loại các chất dẫn truyền thần kinh là dựa vào việc chúng là kích thích hay ức chế. Tuy nhiên, chất dẫn truyền thần kinh có kích thích hay ức chế hay không còn phụ thuộc vào thụ thể của nó. Ví dụ, acetylcholine ức chế tim (làm chậm nhịp tim), nhưng lại kích thích cơ xương (khiến nó co lại).
Chất dẫn truyền thần kinh quan trọng
- Glutamate là chất dẫn truyền thần kinh phong phú nhất ở người, được sử dụng bởi khoảng một nửa số tế bào thần kinh trong não người. Nó là chất dẫn truyền kích thích chính trong hệ thần kinh trung ương. Một trong những chức năng của nó là giúp hình thành ký ức. Điều thú vị là glutamate rất độc đối với tế bào thần kinh. Tổn thương não hoặc đột quỵ có thể dẫn đến dư thừa glutamate, giết chết các tế bào thần kinh.
- GABA là chất dẫn truyền ức chế chính trong não động vật có xương sống. Nó giúp kiểm soát lo lắng. Thiếu GABA có thể dẫn đến co giật.
- Glycine là chất dẫn truyền thần kinh ức chế chính trong tủy sống của động vật có xương sống.
- Acetylcholine kích thích cơ bắp, các chức năng trong hệ thống thần kinh tự trị và tế bào thần kinh cảm giác, và có liên quan đến giấc ngủ REM. Nhiều chất độc hoạt động bằng cách ngăn chặn các thụ thể acetylcholine. Ví dụ bao gồm botulin, curare và hemlock. Bệnh Alzheimer có liên quan đến sự sụt giảm đáng kể mức acetylcholine.
- Norepinephrine (noradrenaline) làm tăng nhịp tim và huyết áp. Nó là một phần của hệ thống “chiến đấu hoặc bay” của cơ thể. Norepinephrine cũng cần thiết để hình thành ký ức. Căng thẳng làm cạn kiệt nguồn dự trữ chất dẫn truyền thần kinh này.
- Dopamine là một chất dẫn truyền ức chế liên quan đến trung tâm phần thưởng của não. Mức dopamine thấp có liên quan đến chứng lo âu xã hội và bệnh Parkinson, trong khi dopamine dư thừa có liên quan đến bệnh tâm thần phân liệt.
- Serotonin là một chất dẫn truyền thần kinh ức chế liên quan đến tâm trạng, cảm xúc và nhận thức. Mức serotonin thấp có thể dẫn đến trầm cảm, xu hướng tự tử, các vấn đề về quản lý cơn tức giận, khó ngủ, chứng đau nửa đầu và tăng cảm giác thèm ăn carbohydrate. Cơ thể có thể tổng hợp serotonin từ axit amin tryptophan, được tìm thấy trong thực phẩm như sữa ấm và gà tây.
- Endorphin là một loại phân tử tương tự như opioid (ví dụ, morphin, heroin) về cấu trúc và chức năng. Từ “endorphin” là viết tắt của “morphin nội sinh”. Endorphin là chất dẫn truyền ức chế liên quan đến khoái cảm và giảm đau. Ở các loài động vật khác, những hóa chất này làm chậm quá trình trao đổi chất và cho phép ngủ đông.
