Sinh lý điều hòa lưu lượng máu não

Chức năng của bộ não độc lập với sự cấp máu, chuyển hóa của nó cũng như dịch não tủy. Tuy nhiên điều này không hoàn toàn đúng bởi sự bất thường của bất cứ một trong ba yếu tố trên đều có thể ảnh hưởng sâu sắc đến chức năng não bộ. Ví dụ, ngừng hoàn toàn cấp máu não gây mất ý thức trong 5 đến 10 giây bởi thiếu oxy cung cấp cho tế bào não sẽ gần như dừng chuyển hóa của tế bào. Hay trong dài hạn, bất thường của dịch não tủy, trong thành phần hay áp suất, có thể gây tác động nghiêm trọng lên chức năng não bộ.

Não bộ được cấp máu bởi 4 động mạch lớn - hai động mạch cảnh và hai động mạch đốt sống - nối với nhau thành đa giác Willis ở mặt dưới não. Các động mạch từ đa giác Willis chạy trên bề mặt não và cho các nhánh động mạch màng mềm rồi chia nhánh nhỏ hơn cho các động mạch xuyên và tiểu động mạch. Các mạch xuyên được ngăn cách với mô não bởi phần mở rộng của khoang dưới nhện gọi là khoảng Virchow-Robin. Các động mạch xuyên đâm sâu vào mô não rồi chia ra các tiểu động mạch trong não, thứ cuối cùng phân nhánh thành các mao mạch nơi diễn ra sự trao đổi oxy, khí carbonic, các chất dinh dưỡng giữa máu và mô não.

Hình. Cấu trúc của mạch máu não và cơ chế điều hòa lưu lượng máu của tế bào hình sao. Các động mạch màng mềm nằm trên giới hạn đệm, và các động mạch xuyên thấu được bao quanh bởi các quá trình chân tế bào hình sao. Lưu ý rằng các tế bào hình sao cũng có các quá trình tốt liên kết chặt chẽ với các khớp thần kinh.

Bình thường lưu lượng máu não của một người trưởng thành trung bình là 50 đến 65 ml/100 gam nhu mô não mỗi phút. Với toàn bộ não là từ 750 đến 900 ml/ phút. Theo đó, não bộ chỉ chiếm 2% trọng lượng cơ thể nhưng nhận 15% cung lượng tim lúc nghỉ.

Giống như phần lớn các mô khác, lưu lượng máu não liên quan mật thiết đến mức chuyển hóa của mô não. Nhiều yếu tố liên quan đến chuyển hóa được cho là đóng góp vào sự điều hòa lưu lượng máu não: (1) nồng độ CO2, (2) nồng độ ion H+, (3) nồng độ oxy và (4) chất tiết từ tế bào hình sao, tế bào thần kinh đệm đặc biệt kết nối hoạt động thần kinh với điều hòa lưu lượng máu tại chỗ.

Tăng nồng độ CO2 hoặc ion H+ gây tăng lưu lượng máu não

Sự gia tăng nồng độ CO2 trong động mạch câp máu cho não làm tăng rõ rệt lưu lượng máu não. Khi áp lực riêng phần khí CO2 (PCO2) tăng 70% thì lưu lượng máu não tăng gần gấp đôi.

Hình. Mối liên quan giữa PCO2 động mạch và lưu lượng máu não.

CO2 được cho rằng gây tăng lưu lượng máu não bằng cách kết hợp với nước trong thể dịch để tạo thành acid carbonic, acid này sau đó phân ly thành ion H+. Ion H+ gây giãn mạch não, mức độ giãn mạch tỉ lệ thuận với nồng độ ion H+ đến một mức lưu lượng giới hạn khoảng gấp đôi bình thường.

Các chất khác làm tăng độ acid của mô não và theo đó làm tăng nồng độ ion H+ đều làm tăng lưu lượng máu não, bao gồm acid lactic, acid pyruvic và những acid được hình thành trong quá trình chuyển hóa ở não.

Tầm quan trọng của điều hòa lưu lượng máu não qua nồng độ khí CO2 và ion H+

Gia tăng nồng độ H+ ức chế mạnh hoạt động thần kinh. Theo đó, may mắn là tăng nồng độ H+ cũng làm tăng lưu lượng máu não, qua đó mang ion H+, CO2 và các chất dạng acid ra khỏi mô não. Loại bỏ CO2 ra khỏi mô não cùng với loại bỏ các acid làm giảm nồng độ ion H+ về mức bình thường. Theo đó, cơ chế này giúp duy trì một nồng độ hằng định của ion H+ trong mô não và duy trì hoạt động thần kinh ở mức bình thường và hằng định.

Điều hòa lưu lượng máu não khi thiếu Oxy

Trừ giai đoạn hoạt động trí não căng thẳng, mức độ sử dụng oxy của mô não duy trì trong một giới hạn hẹp - gần đúng bằng 3.5 (±0.2) ml oxy/ 100 gam mô não mỗi phút. Nếu lưu lượng máu não không cung cấp đủ lượng oxy cần thiết này, tình trạng thiếu hụt oxy gần như lập tức gây giãn mạch, đưa lưu lượng máu não và lượng oxy vận chuyển tới mô não về mức gần bình thường. Theo đó, cơ chế điều hòa lưu lượng tại chỗ này gần như giống nhau hoàn toàn giữa não với hệ mạch vành, cơ vân và hầu hết các tuần hoàn địa phương khác trong cơ thể.

Thực nghiệm đã cho thấy, giảm áp lực riêng phần của oxy (PO2) trong mô não dưới 30mmHg (giá trị bình thường là 35 đến 40mmHg) ngay lập tức bắt đầu làm tăng lưu lượng máu não. Tình cờ là chức năng não bộ bị xáo trộn khi giá trị PO2 giảm, đặc biệt ở mức PO2 dưới 20mmHg có thể dẫn đến hôn mê. Theo đó cơ chế điều hòa lưu lượng máu não bởi oxy là cơ chế quan trọng bảo vệ não bộ khỏi giảm hoạt động thần kinh và rối loạn năng lực trí tuệ.