Cấu trúc và chức năng

Các tế bào của hệ thần kinh trung ương được nằm trong một môi trường đặc biệt khác với các cơ quan khác, nó được che trở bởi hàng loạt các ngăn cách về mặt cấu trúc giải phẫu và có chức năng điêu hoà sự đi vào tổ chức não của các thể dịch, các chất điện giải, các chất có phân tử lượng nhỏ và protein. Do đó, các tế bàọ hệ thần kinh trung ương được tắm mình trong một loại thể dịch gọi là dịch não tuỷ. Thành phần của dịch não tuỷ khác biệt rõ rệt so với các dịch ngoại mạch khác. Trên quan điểm miễn dịch, sự khác biệt quan trọng nhất là nồng độ protein thấp hơn rất nhiều so với các nồng độ protein trong huyết tương và đặc biệt là các globulin miễn dịch.

Năm 1976, Rapoport có là một thí nghiệm sau: tiêm xanh Evans vào động mạch chuột (xanh Evans là một loại thuốc nhuộm có tác dụng bám vào các phân tử protein của huyết tương, làm cho các protein này bị đánh dấu rồi hoà lẫn vào trong vòng tuần hoàn). Sau một thời gian ông ta thấy các tổ chức khác nhau trong cơ thể chuột bị nhuộm màu của xanh Evans. Do vậy, ông ta đi đến kết luận rằng có một hàng rào ngăn cách hệ thần kinh trung ương với vòng tuần hoàn, nó có chức năng điều hoà sự xâm nhập của các chất từ máu đi vào não. Hàng rào này gọi là hàng rào máu – não.

Hàng rào máu não không nên hiểu là một hàng rào đơn thuần về mặt cấu trúc giải phẫu mà thực tế nó rất phức tạp; bao gồm hàng loạt các biên giới điều hoà cho phép các chất đi vào não với các tốc độ khác nhau, thông qua quá trình khuếch tán, quá trình vận chuyển tích cực và tốc độ đi qua hàng rào máu não được điều hoà nhờ vào hoạt động của các tế bào thần kinh đệm. Riêng về thành phần protein trong dịch não tuỷ có nguồn gốc từmáu đi ra nhờ quá trình khuếch tán giữa các tế bào là chủ yếu. Các protein chịu sự kiểm soát của bề mặt: biểu mô của mao mạch não và lớp tế bào lót của màng nhện. Đó là các bề mặt mà huyết tương được thâm lọc qua để tạo nên dịch ngoại mạch trong não.

Trong não, dịch ngoại bào bao gồm ba thành phần: máu, dịch gian bào và dịch não tuỷ. Dịch gian bào và dịch não tuỷ được gọi chung là dịch ngoại mạch. Protein được khuếch tán từ huyết tương mà ra với nồng độ là 200 – 400mg/l bằng 0,4% so với nồng độ protein trong huyết tương, tức là bằng 1/250 của huyết tương (Keremuns, 1966).

Dịch não tuỷ

Dịch não tuỷ bao xung quanh não và tuỷ sống, chứa đầy trong các não thất. Dịch não tuỷ có nguồn gốc từ huyết tương mà ra, trong đó 70% được sinh ra từ các đám rối mạch mạc ở các não thất, 18% là từ các mao mạch ở não và màng não, 12% là sản phẩm của quá trình chuyển hoá nước của các tế bào não. Dịch não tuỷ từ các não thất ra khoảng dưới nhện qua các lỗ não thất IV, rồi được hấp thụ trở lại máu qua các hạt màng nhện dọc theo xoang tĩnh mạch dọc trên.

Theo Davson (1967) và Bradbury (năm 1979) thì tổng số thể tích dịch não tuỷ ở người lớn có trung bình là 140ml. Dịch não tuỷ được sinh ra với tốc độ là 0,25ml/phút. Điều đó có nghĩa là toàn bộ dịch não tuỷ được thay đổi 3 – 4 lần/ngày. Dịch não tuỷ được sinh ra từ các đám rối
mạch mạc, trước tiên nó được thấm lọc qua thành của mao mạch mạch mạc, trên các thành này có các lỗ hổng có thể thấy được trên kính hiển vi điện tử. Protein bị ngăn cản không cho ra dịch não tuỷ bằng bề mặt của các tế bào có dạng hình khối, tạo nên biểu mô của mạch mạc, chúng ngăn cản sự đi qua của protein, vì vậy, mà nồng độ protein thấp ở dịch não tuỷ. Chỉ khoảng 1/200 phân tử protein qua được hàng rào này. Protein qua được thành phần của các mao mạch của đám rôi mạch mạc một cách dễ dàng như chúng bị giữ lại ở các nút liên kết nếu không ra được tới dịch não tuỷ.

Khoảng gian bào

Khoảng gian bào là những khe kẽ giữa các tế bào não, rộng khoảng 2mm. Tổng số thể tích này chiêm từ 5% đến 20% thể tích của não (Kuffler và Nicholis 1977). Các khe kẽ này được gọi là khoảng gian bào chứa dịch gian bào. Dịch não tuỷ và dịch gian bào thông thương với nhau có thể coi nhự một thành phần đơn giản là thể dịch ngoại mạch của não. Dịch aian bào được sinh ra chủ yếu từ các mao mạch của nhu mô não, các tế bào nội mô ở đây được liên kết nên protein khuếch tán ra dịch gian bào rất ít. Ngoài ra, các chất từ máu đi ra còn bị ngăn cản do các rễ của tế bào hình sao bám trên bề mặt ngoài của mao mạch nhu mô não (che phủ tới 70% bề mặt của mao mạch não). Biểu mô của đám rối mạch mạc và lớp nội mô của mao mạch não lậ hai hàng rào ngăn cản sự đi ra khoang dưới nhện của phân tử protein, hàng rào thứ ba là lớp tế bào mạng nhện ở lớp ngoài cùng. Ba bề mặt này đánh dấu phạm vi chức năng của khoang thể dịch ngoại bào.

Protein trong não tuỷ

Protein trong dịch não tuỷ có thể được phân tính bằng phương pháp điện di. Tuy có nồng độ thấp hơn rất nhiều so với nồng độ protein trong máu, nhưng kết quả điện di cũng cũng tương tự như trong huyết thanh.

Theo kết quả công bố của Lowenthal năm 1965 thì một nửa protein trong dịch não tuỷ là albumin, thành phần albumin hội tụ về phía anod; theo sau là a1, a2 và ß – globumin và một lượng nhỏ nằm ở vùng y. Ngoài ra còn một thành phần nữa chạy lên phía trước albumin, đó là 1 protein tương tự như tiền albumin. Hiện nay người ta chưa biết vai trò của nó trong dịch não tuỷ.

Globumin miễn dịch chạy trên một dải nhỏ ở vùng y. Thành phần IgG và IgA nằm ở vị trí tương tự như nó trong huyết thanh. Nhiều globulin miễn dịch quan trọng đã được tìm thấy trong dịch não tuỷ, ß2 – micro – globulin và thành phần bổ thể chủ yếu là C3 và C4.

Globumin miễn dịch

Protein đi vào dịch não tuỷ bằng con đường khuếch tán từ máu ra. Tốc độ mà nó khuếch tán qua hàng rào máu – não tỷ lệ thuận với nồng độ protein trong huyết tương và tỷ lệ nghịch với kích thước phân tử của nó. Do đó mà anbumin là protein chủ yếu của huyết thanh cũng như có nồng độ cao nhất trong dịch não tuỷ. Albumin có trọng lượng phân tử là 6.700, nên khuếch tán dễ hơn so với IgG có trọng lượng phân tử là 190. Điều này được biểu hiện bằng tỷ số dịch não tuỷ/huyết thanh có nghĩa là abumin dịch não tuỷ/albumin huyết thanh = 1/200 còn đối với IgG là 1/250 – 1/500; thành phần IgM có trọng lượng phân tử là lớn nhất (900.000) và khó khuếch tán qua khoảng gian bào nên chỉ thấy dấu vết ở trong dịch não tuỷ.

Nồng độ có ý nghĩa của IgG trong dịch não tuỷ là 20mg – 60mg/l và nó tăng nhẹ theo tuổi; IgA là 0 – 4g/l; còn lại IgM, IgO, IgE chỉ thấy vết mà không định lượng được. Như vậy, não bình thường chứa rất ít kháng thể, chỉ có IgG và IgA có thể đo được trong dịch não tuỷ.

Bổ thể trong dịch não tuỷ

Thành phần bổ thể chủ yếu trong dịch não tuỷ là các phần tử protein có trọng lượng phân tử từ 79.000 đến 400.000. Thành phần bổ thể C3 có khoảng 4,5 – 14mg/l và C4 có khoảng 0,9 – 4mg/l ở trong dịch não tuỷ (Muller Eberhord, Yam và cs – 1980), còn lại các thành phần bổ thể khác có rất ít trong dịch não tuỷ.

Đại thực bào và tế bào thần kinh đệm nhỏ: người ta không thấy có sự có mặt của đại thực bào trong não và tuỷ sống. Chính tế bào thần kinh đệm nhỏ giữ vai trò đó. Theo Rio Hortẹga mô tả thì tế bào thần kinh đệm nhỏ hình thon dài, nhân bắt màụ sẫm khi đựợc nhuộm bằng phương pháp cacbonat bạc. Có nhiều ý kiến giải thích về nguồn gốc của các tế bào này. Một số người cho rằng chúng là từ ngoại bì thần kinh, một số khác cho rằng chúng di trú vào não từ tổ chức trong bì.

Năm 1979, Oemichen và cs cho rằng các tế bào thần kinh đệm nhỏ là thuộc một dòng của đại thực bào của hệ thống lưới nội mô. Mặt khác khi tế bào thần kinh đệm nhỏ phát triển trong môi trường nuôi cấy, người ta thấy chúng có tính chất thực bào và có thụ thể bê mặt đối với thành phần sắt của phân tử IgG.

Như vậy, hàng rào máu – não có vai trò rất quan trọng đối với hệ thần kinh trung ương, làm nhiệm vụ bảo vệ tổ chức thần kinh trung ương. Bình thường, trong tổ chức não không có các tê bào có thẩm quyền miễn dịch, không cộ kích thích kháng nguyên nên không có sự tổng hợp kháng thể. Nồng độ globulin trong não rất thấp và nó có nguồn gốc từ máu mà ra dịch não tuỷ. Nhưng dưới tác dụng của tác nhân gây bệnh, hàng rào máu não bị phá vỡ, các tê bào có chức năng miễn dịch tràn ngập vào tổ chức thần kinh trung ương, một quá trình không bình thường tồng hợp nên kháng thể được thực hiện ngay tại tổ chức thần kinh trung ương đồng thời miễn dịch tế bào cũng được thực hiện. Hệ thống thần kinh trung ương lúc này sinh ra một đáp ứng miễn dịch. Kết quả của đáp ứng miễn dịch của hệ thống thần kinh trung ương có thể là nguyên nhân gây nên sự phá huỷ tổ chức não tuỷ và bệnh lý miễn dịch thần kinh hình thành.

Phương thức vận chuyển vật chất qua hàng rào máu – não

Hàng rào máu – não thực chất là rào chắn sinh học giữa máu và dịch não tuỷ, giữa dịch não tuỷ và mô não.

Tuần hoàn mao mạch là nơi thực hiện hữu hiệu nhất, mục tiêu cuối cùng là đem chất dinh dưỡng đến cho mô và lấy đi các chất thải của tế bào. Các thành mỏng của mao mạch là nơi trực tiếp trao đổi các chất giữa máu và dịch não tuỷ.

Thành mao mạch rất mỏng, chỉ khoảng 0,5pm, gồm một lớp tế bào nội mô, phía ngoài bọc bởi màng nền. Đường kính mao mạch từ 4 – 9μm vừa đủ cho một hồng cầu ép mình kéo dài đi qua.

Lỗ mao mạch: từ lâu người ta vẫn giả định là thành mao mạch có những cái lỗ để các chất qua lại giữa lòng mạch và bên ngoài. Nghiên cứu gần đây cho thấy đó là hai loại lối đi gọi là khe và kênh. Loại lỗ thứ nhất là khe liên bào, đó là một khe hẹp giữa hai tế bào nội mô tiếp giáp nhau, khe hẹp chỉ chừng 6 – 7nm, đường kính khe nhỏ hơn đường kính phân tử albumin. Loại kênh, thực chát như sau: ở tế bào nội mô có những bọc bào tương, bọc hình thành do thấm huyết tương và dịch ngoại bào, nó di chuyển từ từ trong tế bào nội mô và người ta cho rằng nó vận chuyển vật chất qua thành mao mạch và những bọc này hoà vào nhau tạo thành kênh xuyên qua thành mao mạch đề dịch và các phân tử to đi qua. ở não, khe giữa hai tế bào nội mô rất hẹp nên chỉ để lọt những phân tử rất nhỏ đi qua. Đây là đặc điểm riêng của hàng rào máu – não. Phương thức vận chuyển vật chất qua hàng rào máu não là hình thức khuếch tán. Đó là hiện tượng nước, các phân tử chất tan có vận động nhiệt làm cho di chuyển ngẫu nhiên theo hướng này rồi lại đổi hướng khác (cả hai chiều ra và vào qua thành mao mạch).

Các chất tan trong trong mỡ có thể khuếch tán trực tiếp qua màng tế bào không cần qua lỗ: oxy, carbon dioxid, nước và các chất hoà tan trong lipid có tốc độ khuếch tán rất cao. Nhiều chất rất cần cho cơ thể và tan trong nước nhưng không qua được màng lipid của tế bào nội mô đỏ là các ion Na⁺, K+, H+, glucose… có tốc độ khuếch tán rất chậm và hàng rào máu não hầu như không thấm protein và các chất hữu cơ có phân tử lượng cao. Như vậy hàng rào máu – não có tính thấm chọn lọc cao với một số chất, từ đó đảm nhiệm hai chức năng chính là bảo vệ mô thần kinh không bị các chất độc, chất lạ xâm nhập và điều hoà duy trì tính hằng định của môi trường cho tê bào não hoạt động. Các chất đi từ máu vào dịch não tuỷ rồi vào mô não có hệ sô thâm < 1, các sản phẩm chuyển hoá đi từ mô não đến dịch não tuỷ rồi vào máu có hệ số thấm > 1. Để đánh giá chức năng bảo vệ người ta đưa ra hệ số thấm. Hệ số thấm là tỷ số giữa nồng độ chất ở trong mô/nồng đọ chất đó ở trong máu.