Điều hòa vận động: vai trò của phản xạ căng cơ

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.

Chức năng quan trọng nhất của suốt cơ là tham gia phản xạ căng cơ. Bất cứ khi nào các sợi cơ bị căng ra một cách đột ngột, các suốt cơ được kích thích sẽ sinh ra phản xạ co lại của các sợi cơ vân lớn không chỉ của cơ đó mà đồng thời trên cả các cơ đồng vận.

Cung phản xạ căng cơ

Thành phần cơ bản của cung phản xạ căng cơ. Các sợi thần kinh nhóm Ia xuất phát từ suốt cơ đi đến rễ sau thần kinh sống. Một nhánh của sợi này đi trực tiếp vào sừng trước tủy sống và synape với neuron vận động sừng trước tủy sống, neuron này lại gửi tín hiệu trở lại chính sợi cơ đó. Như vậy, cung phản xạ đơn synape này cho phép các tín hiệu phản xạ quay trở lại trong thời gian ngắn nhất. Phần lớn các sợi thần kinh Type II (sợi thứ cấp) xuất phát từ suốt cơ và tận cùng các neuron liên hợp, sau đó các neuron này lại truyền tín hiệu lên neuron vận động sừng trước tủy sống hoặc các cơ quan chức năng khác.

Hình. Mạch thần kinh của phản xạ duỗi.

Phản xạ căng cơ động và phản xạ căng cơ tĩnh

Phản xạ căng cơ có thể chia làm 2 loại: động và tĩnh. Phản xạ động là phản xạ sinh ra từ đáp ứng động của suốt cơ, gây ra bởi sự căng ra hay co lại một cách nhanh chóng. Khi cơ đột ngột kéo dài ra hay co lại, một tín hiệu mạnh mẽ được truyền đến tủy sống gây ra một phản xạ ngay lập tức làm co chính cơ đó lại (hay giãn ra). Như vậy, phản xạ có tác dụng ngăn cản các thay đổi đột ngột chiều dài sợi cơ.

Các phản xạ động kết thúc gần như ngay lập tức khi các sợi cơ đạt được trạng thái mới, trong khi đó một phản xạ yếu hơn, phản xạ tĩnh, tiếp tục được duy trì trong thời gian dài. Phản xạ này được kích thích liên tục bởi các xung động thần kinh tĩnh bởi cả sợi cảm giác sơ cấp và thứ cấp. Như vậy phản xạ tĩnh góp một vai trò quan trọng trong việc duy trì trạng thái của sợi cơ, trừ khi có sự điều hòa theo ý muốn từ các trung tâm thần kinh khác cao hơn.

Chức năng “giảm xóc” của phản xạ căng cơ động và tĩnh trong điều hòa co cơ Nhờ có phản xạ căng cơ mà các động tác không bị dao động, giật cục, chức năng này được gọi “giảm xóc” (dumping) hay mềm mại hóa (smoothing).

Hình. Sự co cơ do tín hiệu của tủy sống gây ra trong hai điều kiện: đường cong A, ở cơ bình thường và đường cong B, ở cơ có các trục cơ bị dày lên bởi phần rễ sau của dây 82 ngày trước đó. Lưu ý tác dụng làm trơn của phản xạ trục cơ trong đường cong A.

Các xung động từ tủy sống thường được truyền đến cơ một cách không liên tục, không thống nhất, tăng cường độ trong vài mili giây, sau đó giảm ngay lập tức, sau đó chuyển sang một mức cường độ khác và cứ thế... do đó sẽ sinh ra các động tác giật cục, run rẩy nếu như các suốt cơ không hoạt động. Ở đường A, các suốt cơ còn nguyên vẹn chức năng. Có thể thấy sự co bóp khá mềm mại và liên tục, mặc dù các tín hiệu từ sợi thần kinh vận động đến cơ có tần số khá thấp (8 xung/s). Đường B mô tả quá trình tương tự, nhưng ở đây suốt cơ đã bị phẫu thuật lấy bỏ trước đó 3 tháng. Có thể thấy rằng sợi cơ co bóp giật cục, không liên tục. Như vậy, đường A đã mô tả khả năng giảm xóc nhằm thực hiện động tác mềm mại và liên tục, mặc cho các xung động thần kinh đến từ sợi vận động là dao động.

Chức năng này của phản xạ căng cơ còn có thể gọi là “trung hòa tín hiệu” (signal averaging).