Não và hệ thần kinh cấu tạo thế nào? Có chức năng gì?

Cấu tạo hệ thống thần kinh

Hệ thống thần kinh có hai loại tế bào chính: tế bào thần kinh và Glia [1]

Các nơ-ron (giống như dây dẫn) dẫn tín hiệu điện và được tổ chức thành các mạch để thực hiện các chức năng cụ thể. Chúng có cấu trúc tế bào độc đáo: phần mở rộng tế bào nhỏ (đuôi gai) nhận tín hiệu hóa học và điện từ các tế bào thần kinh khác; một phần mở rộng dài hơn (sợi trục, có thể dài đến một mét) gửi tín hiệu điện xuống chiều dài của nó đến một hoặc nhiều đầu dây thần kinh. Các đầu dây thần kinh chứa các chất dẫn truyền thần kinh, các phân tử được giải phóng bằng cách đến các tín hiệu điện làm thay đổi hoạt động điện của các tế bào thần kinh lân cận. Tế bào thần kinh có nhu cầu năng lượng đáng kể; Thật vậy, bộ não chiếm 2% trọng lượng cơ thể, tiêu thụ 15 20% lượng năng lượng cơ thể hàng ngày. Các tế bào thần kinh đệm, chiếm khoảng 60% khối lượng tế bào não, cung cấp hỗ trợ vật lý và trao đổi chất cho tế bào thần kinh, và cách ly sợi trục và các đầu dây thần kinh, để đảm bảo sự riêng tư trong tín hiệu điện. Các tế bào thần kinh đệm(glia) được tìm thấy trong các dây thần kinh ngoại biên phục vụ các chức năng tương tự. Hệ thống thần kinh được chia thành hai phần: hệ thống thần kinh trung ương và ngoại biên. Hệ thống thần kinh trung ương (CNS- The central nervous system) bao gồm não, võng mạc và tủy sống và chứa các mạch thần kinh phức tạp kiểm soát các chức năng của cơ thể (ví dụ: huyết áp, hơi thở, đói, vận động). Hệ thần kinh ngoại biên bao gồm các nhóm tế bào thần kinh chủ yếu nằm bên ngoài CNS và cung cấp thông tin cảm giác cho CNS hoặc gửi lệnh CNS đến các tế bào tác nhân, như tế bào cơ và tuyến(gland cells) [2].

Xem thêm: 

• Kiến thức thể hình cơ bản
• Cách tăng chiều cao
• Hệ nội tiết và ảnh hưởng của tập luyện lên hệ nội tiết

[1] Glia, còn được gọi là tế bào thần kinh đệm hoặc tế bào thần kinh, là các tế bào không phải nơ-ron trong hệ thống thần kinh trung ương (não và tủy sống) và hệ thần kinh ngoại biên không tạo ra các xung điện. Họ duy trì cân bằng nội môi, hình thành myelin và cung cấp hỗ trợ và bảo vệ cho các tế bào thần kinh.).

[2]gland cells (Tuyến):  là một nhóm các tế bào trong cơ thể động vật tổng hợp các chất (như hormone) để giải phóng vào máu (tuyến nội tiết) hoặc vào các hốc bên trong cơ thể hoặc bề mặt ngoài của nó (tuyến ngoại tiết).

Hàng rào máu não

Hàng rào máu não (tạm dịch từ The Blood–Brain Barrier)
Mỗi phần của hệ thống thần kinh được tách ra khỏi máu (và do đó là phần còn lại của cơ thể) bằng hàng rào trao đổi chất, điều chỉnh sự tiếp cận các chất dinh dưỡng và loại bỏ các chất chuyển hóa từ các tế bào thần kinh và glia bên trong nó. Đối với não và tủy sống, hàng rào này được gọi là hàng rào não  (BBB); cũng có hàng rào dịch não tủy máu (cerebrospinal fluid – CSF); CSF được tạo ra từ máu); đối với võng mạc, nó được gọi là hàng rào võng mạc ‘máu, đối với các tế bào thần kinh ngoại biên, hàng rào thần kinh‘ máu. Những rào cản này rất giống nhau. Trọng tâm của các cuộc thảo luận sau đây sẽ là BBB, bởi vì nó đã được nghiên cứu nhiều nhất. BBB nằm trong các tế bào nội mô tạo nên các mao mạch não. Không giống như các mao mạch ở nơi khác trong cơ thể, các tế bào nội mô của mao mạch não được liên kết chặt chẽ, sao cho không có gì đi vào (hoặc ra khỏi) não mà không đi qua các tế bào này. Do đó BBB trình bày một hàng rào lipid liên tục cho các phân tử. Một hàm ý là việc các phân tử trong máu tiếp cận với não dễ dàng phụ thuộc vào khả năng hòa tan lipid của chúng: càng hòa tan lipid, khả năng tiếp cận não càng lớn nhờ khuếch tán. Tuy nhiên, hầu hết các phân tử có tầm quan trọng sinh học đối với não không hòa tan được lipid và do đó không dễ dàng khuếch tán qua màng lipid vào não. Ví dụ bao gồm glucose, axit amin và vitamin tan trong nước. Do đó, màng tế bào nội mô phải nhiều hơn chỉ là hàng rào lipid; thật vậy, được nhúng trong chúng là các chất vận chuyển cụ thể làm trung gian cho sự hấp thu của hầu hết các chất dinh dưỡng.

Chất nền năng lượng

Não sử dụng glucose làm chất nền năng lượng chính của nó. Glucose không tan trong lipid và do đó cần có chất vận chuyển BBB. Chất vận chuyển glucose có khả năng vận chuyển tối đa đối với glucose là 1,4mmol perminpergram não, hoặc khoảng 1200gday 1 cho toàn bộ não (một bộ não của con người nặng 1400g). Bộ não con người tiêu thụ 15 oxy20% cơ thể oxy oxy; Do đó sử dụng glucose não là khoảng 100g ngày 1. Do đó, chất vận chuyển BBB có khả năng vận chuyển glucose tốt nhất vượt quá mức mà não yêu cầu hàng ngày. Bên trong não, glucose nhanh chóng được đưa vào tế bào thần kinh bởi một chất vận chuyển glucose tế bào. Trong tế bào thần kinh, glucose đi vào con đường glycolytic. Enzyme ban đầu, hexokinase, có ái lực rất cao với glucose và được bão hòa hoàn toàn ở nồng độ glucose não bình thường. Do đó, về tổng thể, mỗi bước trong đường ống glucose từ máu đến tế bào thần kinh não được thiết kế để tối đa hóa việc cung cấp glucose để sản xuất năng lượng tế bào thần kinh. Nó chỉ thất bại khi nguồn cung cấp glucose trong máu bị cắt đột ngột, chẳng hạn như khi một bệnh nhân tiểu đường tiêm quá nhiều insulin và lượng đường trong máu giảm nhanh chóng (chất vận chuyển không thể bù cho lượng glucose trong máu đột ngột giảm). Hiệu quả rất đáng kinh ngạc: lú lẫn, mê sảng, co giật, hôn mê và cuối cùng là tử vong xảy ra khi đường huyết giảm xuống mức rất thấp. Những tác dụng như vậy được đảo ngược nhanh nhất bằng cách truyền glucose, cho thấy rằng không có hợp chất nào khác trong máu dễ dàng  thay thế cho glucose như chất nền năng lượng chính của não. Thông thường, cơ thể cẩn thận duy trì nồng độ glucose trong máu. Tuy nhiên, trong lúc đói, đường huyết giảm đủ để khiến não tuyển dụng một nguồn năng lượng bổ sung, tức là, ketone body.  Ketone body là sản phẩm phụ được sản xuất từ ​​gan của sự phân hủy chất béo được lưu trữ (axit béo) và cung cấp nguồn năng lượng mở rộng khi đầu vào của năng lượng có nguồn gốc thực phẩm thấp. Não sử dụng ketone body bất cứ khi nào nồng độ trong máu tăng lên; nồng độ cơ thể ketone trong máu tăng lên trong đói. Chất vận chuyển cơ thể ketone BBB (cơ thể ketone không tan trong lipid) được gây ra trong tình trạng đói, tăng cường dòng chảy của cơ thể ketone vào não. Trong thời gian đói kéo dài, hơn một nửa năng lượng mà não sử dụng có nguồn gốc từ cơ thể ketone. Tuy nhiên, việc tiếp tục sử dụng một số glucose dường như bắt buộc và được cung cấp thông qua quá trình tạo glucone gan. Chế độ ăn nhiều chất béo cũng làm tăng nồng độ ketone body trong máu, thúc đẩy việc sử dụng chúng của não để sản xuất năng lượng. Tuy nhiên, mức độ chất béo cực kỳ cao phải được tiêu thụ, và chế độ ăn như vậy là không tốt. Do đó, chế độ ăn uống không được cho là bình thường ảnh hưởng đến việc sản xuất năng lượng não thông qua chế độ ăn kiêng chất béo của việc cung cấp cơ thể ketone cho não. Chế độ ăn rất giàu chất béo đôi khi được sử dụng lâm sàng để điều trị co giật khó điều trị. Mặc dù tác dụng có lợi được liên kết với mức độ lưu hành của cơ thể ketone, cơ chế hiện chưa rõ.

Vai trò của acid amin và protein đối với não

Tế bào thần kinh và tế bào thần kinh đệm trong não sử dụng axit amin để sản xuất protein. Ngoài ra, một số axit amin được sử dụng để tạo ra các phân tử chức năng nhỏ như chất dẫn truyền thần kinh. Có phải chế độ ăn uống ảnh hưởng đến dòng axit amin vào não, và việc sử dụng chúng trong việc tạo ra protein và chất dẫn truyền? Con đường từ chế độ ăn uống đến não tiến hành từ sự hấp thụ axit amin từ đường tiêu hóa, đưa vào tuần hoàn và trích xuất bằng não. Quá trình chiết xuất này liên quan đến BBB, trong đó có chứa một số chất vận chuyển axit amin. Các thuộc tính của các phương tiện vận chuyển này cho biết bao nhiêu axit amin đi vào (và thoát ra) não. Hiện nay, sáu hãng vận tải đã được xác định. Quan tâm đặc biệt là hai chất mang: (1) chất mang axit amin trung tính lớn (LNAA), được chia sẻ bởi một số axit amin (một số tiền chất cho dẫn truyền thần kinh: phenylalanine, tyrosine, tryptophan, histidine). Chất mang có khả năng cạnh tranh, cho phép thay đổi nồng độ trong huyết tương của bất kỳ một LNAA nào ảnh hưởng đến không chỉ vận chuyển axit amin BBB mà còn của từng đối thủ vận chuyển. Glutamine, một LNAA có trong não ở nồng độ cao, thúc đẩy sự hấp thu não của LNAA khác, bằng cách đóng vai trò là axit amin chính được vận chuyển từ não sang máu mỗi khi LNAA được đưa vào não; và (2) chất mang axit amin có tính axit, vận chuyển axit glutamic và aspartic. Người vận chuyển này chủ yếu vận chuyển glutamate và aspartate từ não đến lưu thông. Các chất vận chuyển khác bao gồm một loại chọn lọc cho các axit amin cơ bản, hai loại chọn lọc cho các nhóm axit amin trung tính nhỏ và một loại chọn lọc cho taurine. Các chất mang axit amin vào não là những chất vận chuyển chủ yếu các axit amin thiết yếu (các axit amin lớn, trung tính và cơ bản), trong khi các chất di chuyển axit amin ra khỏi não là những chất vận chuyển axit amin không cần thiết (axit amin trung tính có tính axit và nhỏ axit). Một dòng nhỏ, ròng vào não của các axit amin thiết yếu chắc chắn phản ánh sự tiêu thụ của chúng trong não bằng con đường sinh tổng hợp và trao đổi chất. Dòng chảy ròng của các axit amin không cần thiết, đáng chú ý là aspartate, glutamate, glycine và cysteine ​​có thể phục vụ để loại bỏ khỏi các axit amin não hoạt động trực tiếp như chất dẫn truyền hoặc chất dẫn truyền kích thích. Bộ não cẩn thận ngăn chặn các axit amin này một cách trao đổi chất, bởi vì chúng kích thích các tế bào thần kinh, và một cơ chế để loại bỏ chúng khỏi não có thể là một thành phần của thiết kế ngăn cách này. Những thay đổi trong lượng protein trong chế độ ăn uống không có tác dụng lên sự tổng hợp protein của não ở người trưởng thành. Thật vậy, việc tiêu hóa mãn tính hàm lượng protein rất thấp không làm giảm tổng hợp protein não; Do đó, các tế bào não có thể có hiệu quả trong việc giữ lại và tái sử dụng các axit amin được giải phóng trong quá trình phân hủy protein nội bào. Tuy nhiên, ở động vật sơ sinh và trẻ sơ sinh, mức độ hấp thụ protein thấp có liên quan đến tỷ lệ tổng hợp protein dưới mức bình thường trong não. Nhưng, cơ chế được cho là của mối liên hệ này, làm giảm sự hấp thu các axit amin thiết yếu vào não và nồng độ não thấp của các axit amin này, đã không được chứng minh. Do đó, hiện nay, không có bằng chứng thuyết phục nào liên quan đến lượng protein trong chế độ ăn uống và tổng hợp protein não thông qua việc giới hạn lượng axit amin có sẵn trong não. Đối với các chất dẫn truyền thần kinh, bằng chứng của liên kết não ăn kiêng này chắc chắn hơn, và cung cấp các ví dụ thú vị về cách thức cơ bản khác nhau trong đó não sử dụng các chất vận chuyển để xử lý các axit amin là tiền chất dẫn truyền thần kinh và chính chúng là chất dẫn truyền thần kinh. Ví dụ điển hình là tryptophan (một LNAA) và glutamate (một axit amin axit), đã được nghiên cứu rộng rãi nhất. Tryptophan (TRP) là tiền chất của chất dẫn truyền thần kinh serotonin (5HT). Nồng độ TRP trong não ảnh hưởng nhanh đến tốc độ tổng hợp 5HT: tăng nồng độ TRP não làm tăng tổng hợp, trong khi hạ TRP não làm giảm tổng hợp. Sự hấp thu và nồng độ TRP của não bị ảnh hưởng trực tiếp bởi nồng độ TRP trong huyết tương và các đối thủ vận chuyển BBB LNAA của nó. Nồng độ TRP trong huyết tương và LNAA khác dễ dàng được điều chỉnh bằng cách ăn, do đó liên kết chế độ ăn uống với tổng hợp 5HT của não. Protein và carbohydrate trong chế độ ăn uống là thành phần thực phẩm làm thay đổi TRP và 5HT của não: việc ăn carbohydrate làm tăng TRP huyết tương, đồng thời làm giảm nồng độ trong huyết tương của các đối thủ LNAA, khiến sự hấp thu BBB TRP, nồng độ TRP của não và tổng hợp 5HT tăng lên. Việc ăn một bữa ăn có chứa protein làm tăng nồng độ trong huyết tương của cả TRP và các đối thủ LNAA của nó. Kết quả là, TRP không có sự thay đổi trong cạnh tranh về vận chuyển BBB (và đôi khi là giảm, khi sử dụng highprotein), và nồng độ TRP não và sản xuất 5HT không thay đổi (hoặc có thể giảm). Do đó, một tính năng chính của chất vận chuyển LNAA, tính chất cạnh tranh của nó, giải thích tác động của các bữa ăn có chứa hoặc thiếu protein

The neuron

Nơ ron là một trong những đơn vị chức năng của hệ thần kinh. Hang tỉ nơ ron kết nối lại với nhau tạo thành một cấu trúc phức tạp trong hệ thần kinh và cung cấp khả năng có thể tương tác giữa các nơ ron với nhau, cũng như là bên ngoài với môi trường bên ngoài. Nơ ron là một tế bào đặc trưng vận chuyển thông tin thông qua cả các tín hiệu điện và hóa học. cấu trúc cuar nở ron là trung tâm của hệ thần kinh, bao gồm não, tủy sống, và các hạch một cách đúng đăn, sự sát nhập của các nơ ron cùng nhau tạo hình cho dây thần kinh cho cơ thể. Nơ ron bao gồm có 3 phần: cell body, axon, dendrities.

Hệ thần kinh trung ương và ngoại biên

Hệ thần kinh bao gồm 2 phần phụ thuộc lẫn nhau, CNS và PNS.

CNS là gì

bao gồm não và tủy sống, chức năng chính là điều phối các hoạt  động của toàn bộ cơ thể:

PNS là gì

bao gồm các dây thần kinh kết nối các CNS tới toàn bộ cơ thể và môi trường bên ngoài. Các dây thần kinh của BNS là cách mà CNS nhận cảm giác bên ngoài và phản hồi trở lại. PNS bao gồm 12 dây thần kinh sọ, 31 cặp dây thần kinh tủy sống,  và các thụ thể giác quan. Những dây thần kinh ngoại biên này có 2 chức năng chính :

• Chúng cung cấp khả năng kết nổi tới hệt thần kinh để kishc hoạt các cơ quan phản ứng lại kích thích, vi dụ như hệ cơ bắp.
• Các tế bào ngoại bien chuyển tiếp thông tint ừ các cơ quan phản ứng về trở lại não thông qua các thụ thể cảm giác ( chức năng giác quan), vì thế cung cấp khả năng thích ứng kịp thời giữa cơ thể và môi trường

PNS bao gồm somatic(SNS) và autonomic (ANS) (tức hệ thần kinh thân thể và hệ thần kinh tự chủ .

hệ thần kinh thân thể gồm các dây thần kinh nằm ở ngoài cơ thể và hệ cơ bắp, và phần lớn chịu trách nhiệm cho việc kiểm soát các chuyển động.

hệ thần kinh tự chủ thực hiện các công việc bên trong có ảnh hưởng tới hệ thống cơ thể ( ví dụ tim mạch, hệ thống tiêu hóa, các tuyến nội tiết….)

Hệ thần kinh tự chủ (autonomic system) được chia làm 2 phần gồm hệ thần kinh giao cảm và hệ thần kinh phó giao cảm ( sympathetic= giao cảm, parasympathetic = phó giao cảm).. trog quá trình tập luyện, cả 2 hệ thống được làm việc để tang khả năng kích hoạt trong việc chuản bị cho các hoạt động( giao cảm) hoặc làm việc để giảm khả năng kích hoạt trong quá trình nghỉ ngoiw và hồi phục

Các thụ thể cảm giác là các cấu trúc đặc trưng được đặt ở các vị trí trong cơ thể có khả năng tiếp nhận, chuyển đổi các kích thích từ môi trường bên ngoài( nhiệt độ, ánh sang, âm thanh, mùi vị, chuyển động…)thành các thông tin giác quan mà não và tủy sống sửu dụng để cung cấp phản hồi(46). Những thụ thể này bao gồm 4 dạng: mechanoreceptor, nociceptor, chemoreceptors, photoreceptors.

Mechanoreceptor phản hồi lai những lực vật lý ( chạm và áp lực), nociceptors phản hồi lại đau đớn ( thụ thể đau), chemoreceptor phản hồi lại các tương tác hóa học ( ngửi và nếm ), photoreceptors phản hồi tới ánh sangs ( tầm nhìn).

Mechanoreceptors là các cấu trúc đặc trưng phản hồi lại các áp lực vật lí trong mô và sau đó chuyển tín hiệu thông qua các dây thần kinh cảm giác. Mechano-receptors phản hồi với các lực bên ngoài như chạm, áp lực, giãn, song âm, chuyển động, và sau đó huyển các tín hiệu thông qua các dây thần kinh cảm giác, sau đó, sẽ cho chúng ta khả năng cảm nhận chạm, âm thanh, chuyển động cơ thể và vận động của các cơ bắp, xương, và sợi cơ. Mechanoreceptor nằm trong cơ bắp, dây chằng, gân,

Muscle spindles (thoi cơ) là những thụ thể cảm giác nằm trong cơ bắp, chạy song song với các sợi cơ, nhạy cảm với sự thay đổi độ dài cơ bắp. Khi 1 nhóm cơ co, thoi coi trong nhóm cơ đó cũng co, từ đó truyền tải thông tin về chiều dài của nó tới CNS thông qua các tế bào thần kinh cảm giác. Một khi thông tin từ thoi cơ đi tới não, nó có thể quyết định vị trí của các phần cơ thể khác sau đó.

Golgi tendon organs (GTOs) hay còn gọi là Thể golgi: là những thụ thể cảm giác đặc trưng được đặt tại điểm tiếp giáp giữa cơ và gân. GTOs rất nhạy cảm về sức căng cơ bắp và tốc độ thay đổi sức căng. Kích hoạt được thể golgi sẽ giúp cho cơ bắp được thả lỏng, từ đó ngăn chặn cơ bắp khỏi stress hoặc nguy cơ chấn thương.

Joint receptors (thụ thể khớp) được đặt bên trong và xung quanh bao khớp, phản hồi lại áp lực, sự tăng tốc, sử giảm tốc lên khớp. Những thụ thể này hoạt động để báo hiệu các dấu hiệu bất thường của khớp từ đó giúp ngăn ngừa chấn thương. No cũng hoạt động để phản ứng ức chế phản xạ ở các cơ xung quanh nếu có quá nhiều áp lực tác động lên khớp đó

Các hoạt động tập luyện và hệ thần kinh

Trong tập luyện, phần lớn sự cải tiến về hiệu suất (chất lượng tập luyện) đến từ sự thay đổi từ cái cách hệ thần kinh kiểm soát và điều phối những chuyển động. Điều này thường xuyên xảy ra với những người tập luyện kháng lực (resistance training). Khi chúng ta thực hiện 1 chuyển động, các giác quan của chúng ta sẽ cung cấp thông tin phản hồi liên tục về vị trí các chi, lực, kết quả của chuyển động (performance outcome). Những buổi tập luyện thông thường sẽ tạo ra sự thích nghi trong CNS, từ đó cho phép kiểm soát những chuyển động mượt mà hơn, chính xác hơn, làm tăng hiệu suất tập luyện .

tham khảo: https://en.wikipedia.org/wiki/Nervous_system