Hạch nền não giống như tiểu não là một hệ thống vận động phụ, không hoạt động riêng lẻ một mình, mà có liên hệ chặt chẽ với vỏ não và hệ thống vận động vỏ tủy.

1.Giải phẫu sinh lý

Hạch nền não gồm có nhân đuôi, nhân bèo sẫm, nhân cầu nhạt, chất đen và nhân dưới đồi. Hạch nền não nằm ngoài đồi thị, chiếm phần lớn vùng sâu hơn của đại não. Hầu như tất cả những sợi thần kinh vận động và cảm giác nối vỏ não và tủy sống đều đi qua phần giữa những nhân lớn nhất của hạch nền não là nhân đuôi và nhân bèo sẫm, tạo thành bao trong của não.

2.Chức năng sinh lý của hạch nền não

2.1.Nhiệm vụ của hạch nền não trong việc thực hiện những kiểu mẫu vận động phức tạp: vòng nhân bèo sẫm

Một trong những vai trò chính yếu của hạch nền trong việc điều hòa vận động là làm nhiệm vụ kết hợp với hệ thống vỏ sống, để điều khiển những mẫu vận động phức tạp. Khi có tổn thương nặng ở hạch nền não, hệ thống vỏ sống sẽ không làm được những mẫu vận động phức tạp này nữa: chữ viết của bệnh nhân trở nên thô như là đang học viết lần đầu. Những mẫu vận động khác cần tới hạch nền là: cắt giấy bằng kéo, đóng đinh, ném bóng vào rổ, đá bóng, cử động, xúc đất bằng xẻng, phát âm, cử động điều khiển được của mắt, và hầu như tất cả những cử động khéo léo của chúng ta.

2.1.1.Vòng thần kinh của nhân bèo sẫm

Được trình bày trong hình 58.3 để thực hiện những mẫu vận động phải học. Sợi thần kinh khởi đầu từ vỏ não, các vùng tiền vận động, vùng vận động bổ túc, vùng cảm giác I đi tới nhân bèo sẫm, sau đó tới phần trong của nhân cầu nhạt, kế tới nhân bụng trước và nhân bụng bên của đồi thị, sợi ly tâm từ hai nhân này đến vùng vận động chính của vỏ não, và một phần của vùng tiền vận động và vùng vận động bổ túc có liên hệ mật thiết với vùng vận động chính, đó là vòng nhân bèo sẫm chính.

Ngoài ra còn có ba vòng bèo phụ:

2.1.1.1.Từ nhân bèo sẫm tới phần ngoài nhân cầu nhạt, sau đó tới nhân dưới đồi, rồi tới phần trong nhân cầu nhạt và chất đen, tiếp tới nhân tiếp hợp ở đồi thị, trở lên vỏ não vận động.

2.1.1.2. Từ nhân bèo sẫm tới phần trong của nhân cầu nhạt, sau đó tới chất đen, tiếp tới nhân tiếp hợp ở đồi thị, và cuối cùng trở lại vỏ não vận động.

2.1.1.3. Một vòng phản hồi từ phần ngoài của nhân cầu nhạt tới dưới đồi và quay trở về phần ngoài của nhân cầu nhạt.

2.1.2.Những cử động bất thường xảy ra khi có tổn thương trong vòng nhân bèo sẫm.

Người ta chưa biết rõ bằng cách nào vòng nhân bèo sẫm thực hiện những kiểu mẫu vận động phức tạp trên. Nhưng bất cứ bộ phận nào của vòng nhân bèo bị tổn thương, hay bị ức chê, thì vài kiểu mẫu vận động sẽ bất thường trầm trọng.

• Khi có chấn thương ỗ nhân cầu nhạt, thường xảy ra những cử động tự phát liên tục như vòi bạch tuộc của một bàn tay, một cánh tay, cổ hay mặt, mà ta gọi là múa vờn (athe- tosis). Khi có chấn thương ở nhân dưới đồi (subthalamus) thường đưa tới tình trạng múa vung nửa thân (hemiballismus), có cường độ rất mạnh của nguyên một chi.
• Nhiều chấn thương nhỏ ở nhân bèo sẫm đưa tới tình trạng múa giật (chorea) xuất hiện ở hai bàn tay, mặt và những phần khác của cơ thể. Đó là những cử động ngoài ý muốn, phức tạp, xuất hiện một cách nhanh chóng, nhìn giống như những cử động hữu ý.
• Chấn thương ở chất đen gây bệnh Parkinson.

2.2.Nhiệm vụ của hạch nền não trong việc điều khiển có nhận thức trình tự theo thời gian của các kiểu mẫu vận động: vòng thần kinh nhân đuôi

Đóng vai trò quan trọng trong việc điều hòa có nhận thức các hoạt động vận động. Vòng nhân đuôi có những điểm khác biệt so với vòng nhân bèo ở chỗ nhân đuôi trải dài khắp các thùy của vỏ não. Hơn nữa nhân đuôi nhận thêm tín hiệu thần kinh từ những vùng vỏ não liên hợp, có nhiệm vụ tích hợp các loại thông tin cảm giác và thông tin vận động khác nhau thành những kiểu suy nghĩ thích hợp.

Vòng nhân đuôi: Tín hiệu thần kinh từ vỏ não tới nhân đuôi, sau đó tới phần trong của nhân cầu nhạt, rồi tới nhân bụng trước và nhân bụng bên của đồi thị, cuối cùng trở về vùng vỏ não trước trán, vùng tiền vận động, vùng vận động bổ túc, hầu như không có tín hiệu trở lại đi trực tiếp vào vùng vận động chính. Các tín hiệu đi vào các vùng vận động phụ của vỏ não có liên quan tới việc sắp xếp theo trình tự thời gian những kiểu mẫu vận động, thay vì chi kích thích cử động của từng bắp cơ riêng biệt. Thí dụ như khi một người nhìn thấy con sư tử đang đi tới gần, ngay lập tức sẽ có phản ứng tự vệ hay chạy trốn. Nếu không có hoạt động nhận thức, thì người ta không thể có kiến thức bản năng, để không cần nghĩ ngợi lâu quá, mà đáp ứng nhanh chóng và thích hợp được. Như vậy sự điều khiển có nhận thức của vận động xác định một cách vô ý thức các mẫu cử động sẽ phối hợp với nhau, và trình tự để đạt được một mục đích phức tạp nào đó.

2.3.Nhiệm vụ của hạch nền trong việc thay đối thời gian và ước tính cường độ của những cử động

Hai khả năng quan trọng của não để điều khiển các cử động là: Xác định phải thực hiện cử động nhanh ở mức độ nào và điều hòa cường độ của cử động.

Thí dụ: người ta có thể viết chữ “a” nhanh hay chậm. Hoặc viết chữ a nhỏ trên giấy và chữ a to trên bảng với cùng ti lệ của chữ. Ớ bệnh nhân bị tổn thương nặng vùng hạch nền, thì chức năng này kém, hoặc không còn. Hạch nền làm việc cùng với vỏ não, một vùng vỏ não đặc biệt quan trọng là hồi đinh sau, là nơi phối hợp trong không gian của tất cả các phần của cơ thể và mối liên hệ với môi trường xung quanh. Hình 58.5 cho thấy một người nếu bị mất hồi đinh sau phía trái sẽ vẽ khuôn mặt của người khác như vậy: vẽ đúng ti lệ phần phía bên phải của khuôn mặt, nhưng hầu như không để ý tới phía bên trái của người được vẽ. Bệnh nhân này cũng tránh sử dụng cánh tay mặt, bàn tay mặt và những phần khác của cơ thể ở phía bên mặt để hoạt động, hầu như không biết tới phần bên mặt của cơ thể còn hiện diện.

Vòng nhân đuôi của hạch nền đã phối hợp với vùng vỏ não liên hợp như là hồi đinh sau, nên đã đảm nhiệm việc tính toán thời gian và ước tính qui mô lớn nhỏ của cử động.

3.Các chất dẫn truyền thần kinh đặc hiệu của hệ thống hạch nền não

Hình 58.6 cho thấy tác động qua lại giữa các chất dẫn truyền thần kinh đặc hiệu có tác dụng ở hạch nền như sau:

3.1.Dopamin

Do chất đen tiết ra, tới tác dụng ở nhân đuôi và nhân bèo sẫm, có tác dụng kích thích thụ thể Dị và ức chế thụ thể D₂ (Hình 58.6)

3.2.Gamma aminobutyric acid (GABA)

Là chất dẫn truyền thần kinh của:

• Từ nhân đuôi và nhân bèo sẫm tới nhân cầu nhạt (phần trong và phần ngoài) và chất đen.
• Từ nhân cầu nhạt (phần trong) và chất đen tới đồi thị.
• Từ nhân cầu nhạt (phần ngoài) tới nhân dưới đồi.

GABA luôn luôn là chất ức chế.

3.3.Glutamate

• Từ vỏ não tới nhân đuôi và nhân bèo sẫm.
• Từ nhân dưới đồi đến phần ngoài nhân cầu nhạt.
• Từ đồi thị đến vỏ não.

Glutamate là chất kích thích.

4.Những hội chứng lâm sàng là hậu quả của tổn thương hạch

4.1. Bệnh Parkinson

4.1.1.Nguyên nhân

Tổn thương lan rộng ở phần đặc của chất đen, nơi phát xuất của những sợi thần kinh đi tới nhân đuôi và nhân bèo sẫm, đồng thời tiết ra dopamin, ngoài ra còn có sự mất tế bào ở nhân xanh.

4.1.2.Triệu chứng lâm sàng

Có các đặc điểm sau:

• Cơ co cứng: có sự co cứng hầu hết các cơ trong cơ thể.
• Run không tự ý: xuất hiện lúc nghi ngơi và có tần số từ 3 đến 6 chu kỳ một giây.
• Sự khó khăn trầm trọng lúc khởi đầu vận động gọi là chậm vận động (bradykine-sia).

4.1.3.Bệnh nguyên (của những vận động không bình thường)

• Nếu bình thường dopamin có vai trò kích thích thụ thể D1 và ức chế thụ thể vân, thì khi phá hủy tế bào tiết dopamin ở chất đen, về phương diện lý thuyết sẽ cho phép các nơrôn trung gian của nhân đuôi và nhân bèo sẫm trở nên hoạt động quá độ, tiết ra nhiều acetylcholin tác dụng giống như dopamin trong trường hợp bình thường, và đưa ra những tín hiệu kích thích liên tục tới hệ thống điều khiển vận động vỏ sống, kích thích quá độ cơ vân trong cơ thể, đưa tới co cứng cơ, làm tăng trương lực cơ và gây ra triệu chứng run trong bệnh Parkinson, xảy ra trong suốt thời gian tinh táo, và được gọi là run không tự ý, khác với run của tiểu não là run lúc cử động tự ý, xảy ra lúc nghi ngơi . và giảm hay biến mất lúc có cử động tự ý.
• Sự chậm vận động gây khó chịu nhất cho bệnh nhân hơn cả triệu chứng co cứng và run, vì để thực hiện một động tác đơn giản, nhất là ở bệnh Parkinson nặng, bệnh nhân cũng phải tập trung cao độ mới làm được. Khi thực hiện được cử động thì thường cứng nhắc và ngắt quãng, thay vì mềm dẻo như khi bình thường.

Nguyên nhân của tình trạng chậm vận động còn đang nghiên cứu. Tuy vậy sự tiết dopamin thường giảm ở hệ viền, đặc biệt là ở nhân nằm (accumbent) và hạch nền. Người ta cho rằng điều này có thể làm giảm động cơ tâm lý cho hoạt động vận động dẫn đến sự chậm vận động.  • A Ngoài ra khi thiếu dopamin kích thích thụ thể DI và D2 ở thể vân sẽ làm giảm hoạt động của đường trực tiếp và tăng hoạt động của đường gián tiếp từ thể vân lên phần trong nhân cầu nhạt và chất đen (phần lưới) khiến cho giảm tác dụng kích hoạt của đồi thị lên vỏ não vận động nên có hiện tượng giảm vận động.

4.1.4.Điều trị

• Điều trị bằng L. DOPA: Cho L.DOPA cho bệnh nhân bị bệnh Parkinson thường làm mất nhiều triệu chứng, đặc biệt là sự co cứng cơ và tình trạng mất vận động. Lý do là vì L.DOPA được biến đổi trong não thành dopamin, và dopamin duy trì sự cân bằng giữa ức chế và kích thích ở nhân đuôi và nhân bèo sẫm. Cho chính dopamin vào thì không có hiệu quả, vì dopamin có cấu trúc hóa học không qua được hàng rào mạch máu – não.
• Điều trị bằng L. Deprenyl: Thuốc này ức chế enzym monoamin-oxidaz (có nhiệm vụ phá hủy phần lớn dopamin sau khi được tiết ra), do đó dopamin có thể tồn tại ở hạch nền trong một thời gian lâu hơn. Ngoài ra L. Deprenyl làm chậm sự hủy hoại các tế bào thần kinh tiết dopamin ở chất đen.

Như vậy kết hợp đúng hai thứ thuôc nầy thì hiệu quả sẽ tốt hơn là dùng một thứ thuốc nào đó một mình.

• Điều trị bằng cách cấy tế bào tiết dopamin của thai: Việc cấy các tế bào tiết dopamín vào nhân đuôi và nhân bèo sẫm (tế bào lấy từ não của thai đã bị sẩy) đã được sử dụng thành công để chữa bệnh Parkinson, tuy nhiên tế bào cấy này không thể tồn tại hơn vài ba tháng. Nếu duy trì được tế bào cấy lâu thì đây là cách chữa bệnh Parkinson trong tương lai.
• Điều trị bằng cách phá hủy một phần của vòng điều hòa ngược ở hạch nền não: Vì những tín hiệu bất thường từ hạch nền não tới vỏ não gây ra phần lớn bất thường của bệnh Parkinson, nên nhiều cố gắng thử nghiệm đã được thực hiện để ức chế những tín hiệu này. Trong vòng vài năm, người ta đã gây ra chấn thương ở nhân bụng bên và nhân bụng trước của đồi thị, để ức chế vòng điều hòa ngược từ hạch nền lên vỏ não, và đã đạt được những thành công nhất định.

Ở khỉ bị bệnh Parkinson, gây chấn thương ở nhân dưới đồi đã có kết quả tốt.

4.2.Bệnh Huntington

Là bệnh có tính di truyền, bắt đầu gây triệu chứng vào khoảng 40 – 50 tuổi.

4.2.1.Triệu chứng

Lúc đầu có những cử động múa giật ở những khớp đơn lẻ, và sau đó tiến triển tới những cử động vặn vẹo trầm trọng của toàn cơ thể. Thêm vào đó là sự mất trí nặng kèm với những rối loạn vận động.

4.2.2.Nguyên nhân  

• Những cử động bất thường là do mất các thân tế bào tiết GABA ở nhân đuôi và nhần bèo sẫm tác dụng theo đường gián tiếp trên nhân cầu nhạt (phần trong) và chất đen (phần lưới) nên làm giảm sự ức chế của hai nhân này trên đồi thị nên đường phản hồi đồi thị – vỏ não được tăng cường nên gây ra tăng cử động bất thường. Bình thường GABA ức chế nhân cầu nhạt và chất đen.
• Chứng mất trí ở bệnh Huntington không phải là hậu quả của sự mất tế bào tiết GABA, mà do sự mất các tế bào thần kinh tiết acetylcholine ở nhiều phần của não bộ, đặc biệt ở vùng nghĩ của vỏ não.

Người ta đã tìm thấy sự bất thường của gen gây ra bệnh này. Có nhiều codon CAG lập đi lập lại nhiều lần, làm mã hóa cho nhiều acit amin glutamin có trong protein bất thường của tế bào thần kinh, nên gây ra bệnh Huntington.