Bí mật 'bộ não thứ hai' ẩn sâu trong trái tim

Mới đây, qua nghiên cứu trên chuột, các nhà khoa học phát hiện mỗi nhịp đập của tim không chỉ chịu sự điều khiển từ bộ não trên đầu, mà còn được phối hợp nhịp nhàng bởi một hệ thần kinh đầy bí ẩn nằm ngay bên trong chính nó. Đây là một hệ thống phức tạp, được vận hành để giữ cho nhịp tim luôn ổn định, ngay cả trong những thời điểm căng thẳng tột độ.

Nghiên cứu trên được công bố trên tạp chí Cell, không chỉthách thức quan điểm truyền thống vốn cho rằng mọi tế bào thần kinh ở tim đều giống hệt nhau, mà có thể mở ra hướng đi mới, giúp nâng cao hiệu quả điều trị các bệnh lý tim mạch trong tương lai

"Mấu chốt nằm ở chỗ: phải giữ cho tim tiếp tục hoạt động dù có bất kỳ chuyện gì xảy ra. Bởi lẽ một khi 'máy bơm' này ngừng chạy, bạn sẽ cầm chắc cái chết", Tiến sĩ Rui Chang, nhà thần kinh học tại Trường Y Đại học Yale (Mỹ), đồng tác giả nghiên cứu chia sẻ.

"Chiếc phanh” sinh tử của trái tim

Tương tự như đường ruột - nơi từ lâu đã được công nhận là sở hữu "bộ não thứ hai", bản thân trái tim cũng mang trong mình một "bộ não thu nhỏ" nằm gọn trong lớp đệm mỡ bao bọc quanh tim, mà giới chuyên môn gọi bằng thuật ngữ hệ thần kinh nội tại của tim.

Mỗi nhịp đập của tim không chỉ chịu sự điều khiển từ não bộ, mà còn được phối hợp nhịp nhàng bởi một hệ thần kinh đầy bí ẩn nằm ngay bên trong chính nó. Hình minh họa: SciTechDaily

Dù đóng vai trò là mắt xích cuối cùng trong một chuỗi dây chuyền thần kinh dài điều khiển mọi hoạt động của tim, đồng thời liên tục trao đổi thông tin với bộ não và giữa các tế bào với nhau, chức năng cụ thể của chúng trước đây lại vô cùng khó nắm bắt. Lý do là bởi các tế bào thần kinh nội tại này cực kỳ hiếm, chỉ chiếm khoảng 0,01% tổng số tế bào trong một mẫu mô tim.

Để khỏa lấp khoảng trống tri thức đó, nhóm nghiên cứu của Tiến sĩ Chang đã can thiệp di truyền trên chuột nhằm đánh dấu toàn bộ các tế bào thần kinh tim của chúng. Tiếp đó, họ tiến hành giải trình tự gen từ các tế bào này và xác định được các dấu chỉ sinh học cho hai phân nhóm tế bào thần kinh biệt lập.

Bằng việc kết hợp các kỹ thuật hiện đại như ghi hình độ phân giải cao, nhóm tác giả đã xác định được chức năng cốt lõi cũng như phác họa bản đồ vị trí của từng phân nhóm.

Kết quả cho thấy, khi kích thích nhóm tế bào thần kinh thứ nhất — gọi là nhóm Npy+, nhịp tim của chuột ngay lập tức hạ xuống; ngược lại, nếu tiêu diệt nhóm này, chuột sẽ bị suy tim rồi tử vong.

Điều này chứng tỏ tế bào thần kinh Npy+ vừa đóng vai trò như một chiếc "phanh" hãm lại những cử động dồn dập của một trái tim đang đập nhanh, vừa là yếu tố bắt buộc phải có để duy trì sự sống cho trái tim.

Tấm "lá chắn" trước áp lực stress

Phân nhóm thứ hai - các tế bào thần kinh Ddah1+ - ban đầu lại mang đến nhiều bí ẩn hơn. Dù kích thích hay loại bỏ chúng, các nhà khoa học dường như chẳng ghi nhận bất kỳ thay đổi nào ở lũ chuột.

"Chúng dường như chẳng hề bận tâm. Chúng vẫn sống thọ như bình thường. Điều đó khiến chúng tôi cực kỳ đau đầu", Tiến sĩ Chang kể lại.

Thế nhưng một ngày nọ, Qian Xu, nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm và là đồng tác giả nghiên cứu, đang tiến hành đo huyết áp cho một con chuột đã bị loại bỏ tế bào Ddah1+. Ngay trước mắt cô, con chuột đột ngột trút hơi thở cuối cùng khi ca đo còn chưa hoàn tất.

Đi sâu vào tìm hiểu, nhóm nghiên cứu bàng hoàng nhận ra có tới 2/3 số chuột thiếu hụt tế bào Ddah1+ đã tử vong ngay trong quá trình đo huyết áp, trong khi nhóm chuột đối chứng hoàn toàn bình tĩnh và không hề gặp vấn đề gì.

Có tới 2/3 số chuột thiếu hụt tế bào Ddah1+ đã tử vong ngay trong quá trình đo huyết áp. Ảnh minh họa: Understanding Animal Research

"Ngay trước thời điểm con vật tử vong, nhịp tim của nó đột ngột tụt dốc không phanh và không bao giờ có thể phục hồi được nữa", Tiến sĩ Chang cho biết.

Nhóm nghiên cứu nghi ngờ chính trạng thái căng thẳng là ngòi nổ kích hoạt hiện tượng này. Bởi lẽ trong lúc đo huyết áp, mỗi con chuột đều bị giữ chặt bên trong một ống hẹp với chiếc vòng kẹp đặt ở đuôi. Họ thử tạo áp lực cho lũ chuột bằng nhiều hình thức stress khác nhau, và kết quả lặp lại: phần lớn chúng đều không thể qua khỏi.

Việc mất đi các tế bào Ddah1+ rõ ràng đã khiến trái tim trở nên vô cùng yếu ớt và dễ tổn thương trước stress. Trái lại, khi tiến hành kích thích các tế bào thần kinh này, tỷ lệ sống sót ở những con chuột chịu căng thẳng được cải thiện rõ rệt.

Triển vọng cho các liệu pháp điều trị mới

Những phát hiện trên một lần nữa nhấn mạnh sự gắn kết khăng khít và phụ thuộc lẫn nhau giữa mạng lưới thần kinh ở não bộ với các cơ quan khác, đặc biệt là tim.

"Mọi thứ phức tạp hơn chúng ta tưởng rất nhiều," Giáo sư Beth Habecker, chuyên gia sinh lý hóa học và sinh hóa tại Đại học Khoa học & Sức khỏe Oregon (Mỹ), nhận định. "Trong vài năm trở lại đây, chúng ta mới thực sự nhận thức rõ - và nghiên cứu này đã đẩy nhận thức đó lên một tầm cao mới - rằng các trạm thần kinh ngoại vi này làm được nhiều việc hơn rất nhiều so với việc chỉ đơn thuần tiếp nhận tín hiệu từ não rồi truyền đi tiếp".

Việc liệu những kết quả này có thể áp dụng tương tự trên cơ thể người hay không vẫn cần thêm thời gian để kiểm chứng. Tuy nhiên, các gen đánh dấu đại diện cho hai nhóm tế bào thần kinh tim vừa tìm thấy ở chuột cũng đã được ghi nhận có xuất hiện ở tế bào thần kinh tim người.

"Chắc chắn rằng sẽ có những điểm tương đồng nhất định giữa hai hệ thống này," Giáo sư Kalyanam Shivkumar, bác sĩ chuyên khoa tim mạch tại Đại học California cơ sở Los Angeles (Mỹ), người phản biện độc lập cho bài báo khoa học này, khẳng định.

Tiến sĩ Chang cho rằng, việc thấu hiểu cơ chế vận hành của các tế bào thần kinh này là điều tối quan trọng, nhất là khi hệ thần kinh nội tại của tim có liên quan mật thiết đến hàng loạt bệnh lý nguy hiểm như nhồi máu cơ tim, suy tim hay rối loạn nhịp tim.

Các gen đánh dấu đại diện cho hai nhóm tế bào thần kinh tim vừa tìm thấy ở chuột cũng đã được ghi nhận có xuất hiện ở tế bào thần kinh tim người. Hình minh họa: CPG

Hiện nay đã có một phương pháp điều trị can thiệp trực tiếp vào hệ thống này, dù còn khá thô sơ. Đó là thủ thuật triệt phá qua đường ống cather (atrial ablation) - phương pháp tạo sẹo hoặc đốt bỏ các vùng mô tim phát ra xung điện bất thường gây rối loạn nhịp.

Tuy nhiên, do bản chất sinh học nền tảng trước đây chưa được khai phá tường tận, kỹ thuật này vẫn còn thiếu độ chính xác. Những phát hiện mới hứa hẹn sẽ trở thành kim chỉ nam cho các thủ thuật can thiệp chuẩn xác hơn, đồng thời mở đường cho các liệu pháp phi dược lý cũng như các dòng thuốc điều trị tiềm năng trong tương lai.

"Một thế hệ liệu pháp hoàn toàn mới sẽ ra đời dựa trên nền tảng của các phương pháp điều trị can thiệp thần kinh", Giáo sư Shivkumar nhấn mạnh, "Nghiên cứu này chính là viên gạch nền móng quan trọng giúp chúng ta xây dựng kho tàng tri thức đó".