Điều hòa vận động: vai trò của phản xạ gân

Để điều hòa vận động một cách thích hợp không chỉ cần sự kích thích cơ vân đến từ các neuron vận động, mà còn cần sự phản hồi liên tục thông tin cảm giác từ cơ vân lên tủy sống, từ đó ngay lập tức điều chỉnh trạng thái của mỗi sợi cơ một cách phù hợp. Điều này phụ thuộc vào chiều dài và trương lực tức thời của cơ vân cũng như tốc độ thay đổi của chúng. Để thực hiện chức năng này, trên cơ vân có rất nhiều receptor được chia làm 2 loại: (1) suốt cơ được phân bố ở phần bụng cơ và gửi các thông tin về chiều dài hoặc mức độ thay đổi chiều dài của cơ lên tủy sống. (2) thụ cảm thể golgi được phân bố ở vùng gân cơ, dẫn truyền thông tin về trương lực hoặc mức độ thay đổi trương lực.

Hình. Các sợi cảm giác ngoại vi và tế bào thần kinh vận động phía trước kích hoạt cơ xương.

Các thông tin từ 2 loại receptor này hầu như được phân tích một cách không ý thức (dưới vỏ), dùng để điều hòa độ dài và trương lực cơ. Ngay cả khi như thế, chúng cũng truyền một lượng lớn thông tin không chỉ tới tủy sống mà còn tới tiểu não và ngay cả vỏ não, để mỗi cơ quan này lại góp phần điều hòa sự co cơ.

Thụ cảm thể Golgi giúp điều hòa trương lực cơ

Thụ cảm thể Golgi, nằm ở đầu gân, là receptor cảm giác. Trung bình có khoảng 10-15 sợi cơ được nối với một thụ cảm thể Gogi, được kích thích khi các bó sợi cơ này căng lên khi co lại hay giãn ra khi nghỉ ngơi. Như vậy, sự khác biệt giữa thụ cảm thể Golgi và suốt cơ đó là suốt cơ thì xác định chiều dài sợi cơ và mức độ thay đổi chiều dài đó, còn thụ cảm thế Golgi thì xác định trương lực cơ phản ánh qua trương lực của chính nó.

Hình. Phản xạ gân Golgi. Sự căng cơ quá mức sẽ kích thích các thụ thể cảm giác trong cơ quan gân Golgi. Tín hiệu từ các thụ thể được truyền qua sợi thần kinh hướng cảm giác kích thích interneuron ức chế trong tủy sống, ức chế hoạt động của neuron vận động phía trước, gây giãn cơ và bảo vệ cơ chống lại sự căng thẳng quá mức.

Các thụ thể ở gân cũng có đáp ứng động và đáp ứng tĩnh giống như suốt cơ, đáp ứng mạnh mẽ với sự thay đổi đột ngột trương lực cơ (đáp ứng động) rồi ngay sau đó giảm xuống, đáp ứng một cách yếu hơn nhưng bền vững hơn để duy trì trạng thái trương lực cơ mới (đáp ứng động). Như vậy, thụ cảm thể Golgi cung cấp cho hệ thần kinh trung ương những thông tin tức thời về trạng thái trương lực cơ của từng đoạn cơ.

Quá trình truyền xung động từ thụ cảm thể Golgi đến thần kinh trung ương

Các tín hiệu thần kinh từ các thụ cảm thể ở gần được truyền đi nhanh chóng thông qua các sợi thần kinh lớn type Ib (đường kính 16µm), chỉ nhỏ hơn một chút so với sơ cấp ở suốt cơ. Cũng giống như ở sợi sơ cấp, các tín hiệu được truyền đến neuron sừng sau tủy sống, rồi từ đây theo bó tủy tiểu não lên đến tiểu não hoặc theo các bó chêm và bó thon lên vỏ não. Các neuron ở sừng sau tủy sống sau khi được kích thích, sẽ gửi tín hiệu kích thích các neuron liên hợp, các neuron này lại ức chế các neuron vận động sừng trước tủy. Liên kết cục bộ này chỉ ức chế trực tiếp từng sợi cơ riêng lẻ mà không ảnh hưởng đến các sợi xung quanh.

Phản xạ gân xương giúp phòng ngừa sợi cơ tăng trương lực quá mức

Khi cơ tăng trương lực, các thụ thể Golgi ở cơ đó bị kích thích sẽ truyền tín hiệu về tủy sống và gây ra phản xạ gân xương. Phản xạ này hoàn toàn là ức chế, có nghĩa là, phản xạ này đã gây ra một feedback âm tính để ngăn chặn việc tăng trương lực cơ quá mức.

Khi trương lực gân cơ tăng quá cao, các thụ thể ở gần sẽ hoạt động rất mạnh, gửi thông tin lên tủy sống và gây ra một phản xạ ngay lập tức làm giãn toàn bộ cơ. Hiệu ứng này được gọi là phản ứng kéo giãn (lengthening reaction), có thể đóng vai trò là một cơ chế bảo vệ tránh làm rách cơ hoặc bong gân.

Vai trò phản xạ gân trong việc cân bằng lực co cơ giữa các sợi cơ

Phản xạ gân xương dường như còn có vai trò trong việc cân bằng lực co cơ giữa các sợi cơ. Các sợi cơ căng quá mức sẽ bị phản này xạ ức chế lại làm cho trùng xuống, trong khi các sợi quá trùng lại căng ra do không bị ức chế. Điều này giúp phân bố đều các lực tác động lên tất cả sợi cơ, tránh một phần nào đó phải làm việc quá tải dẫn đến chấn thương.

Vai trò của suốt cơ và thụ cảm thể Golgi trong điều hòa hoạt động bởi các trung tâm cao hơn ở não

Mặc dù có thể coi như hoạt động của suốt cơ và thụ cảm thể Golgi chịu sự chi phối chủ yếu từ tủy sống, 2 cơ quan này cũng đồng thời gửi tín hiệu về tư thế tức của cơ về các trung tâm cao hơn. Ví dụ, các thông tin từ suốt cơ và thụ thể Golgi được truyền qua dải tủy tiểu não sau đến thẳng tiểu não với với tốc độ 120m/s, tốc độ nhanh nhất so với bất cứ đâu ở não và tủy sống. Thêm vào đó, các thông tin này cũng được truyền đến cấu tạo lưới ở thân não, rồi sau đó truyền lên vùng vận động vỏ não. Các thông tin này là vô cùng thiết yếu cho quá trình feedback điều hòa thông tin vận động ở tất cả các vùng.