CÁC NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA Y HỌC GIẤC NGỦ, ẤN BẢN THỨ 2 (2026)
(Fundamentals of Sleep Medicine, 2nd Edition)
Tác giả: Richard B. Berry, Mary H. Wagner và Scott M. Ryals.
Dịch & chú giải: THS.BS. LÊ ĐÌNH SÁNG. Xuất bản trực tuyến bởi THƯ VIỆN Y HỌC MEDIPHARM vì mục đích lan toả tri thức, hoàn toàn phi lợi nhuận. NGHIÊM CẤM thương mại hoá bản dịch này dưới bất kỳ hình thức nào.

Chương 8. Sinh học Thần kinh của Giấc ngủ và Sự thức tỉnh

Neurobiology of sleep and wakefulness 
Richard B. Berry, MD, FAASM; Mary H. Wagner, MD, FAASM; Scott M. Ryals, MD, FAASM

Fundamentals of Sleep Medicine, Chapter 8, 105-125

GIỚI THIỆU

Năm 1930, Constantin von-Economo đã công bố các phát hiện từ một nghiên cứu tử thiết trên não của những bệnh nhân tử vong do viêm não ngủ lịm (encephalitis lethargica), một chứng rối loạn đôi khi có biểu hiện lâm sàng là bệnh nhân ngủ hơn 20 giờ mỗi ngày trong nhiều tháng liền. Ông phát hiện ra rằng những bệnh nhân bị tổn thương ở vùng dưới đồi sau (posterior hypothalamus) và cuống não trước thường gặp tình trạng buồn ngủ quá mức, trong khi những người bị tổn thương ở vùng dưới đồi trước (anterior hypothalamus) lại bị mất ngủ triền miên. Dựa trên những quan sát này, ông đưa ra giả thuyết rằng vùng dưới đồi trước chứa các tế bào thần kinh thúc đẩy giấc ngủ, trong khi các tế bào thần kinh gần điểm giao giữa vùng dưới đồi và cuống não lại giúp duy trì sự thức tỉnh. Nhiều thập kỷ sau, giới khoa học ngày càng hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của những vùng não này đối với giấc ngủ và sự thức tỉnh. Bảng 8-1 liệt kê các vùng não chính tham gia vào quá trình kiểm soát giấc ngủ và sự thức tỉnh, các tên viết tắt, cùng các chất dẫn truyền thần kinh (neurotransmitters) hoặc chất điều hòa thần kinh (neuromodulators) chủ yếu của chúng.

Thuật ngữ chất dẫn truyền thần kinh hiện nay được áp dụng cho các tình huống mà một tế bào thần kinh trước synap tác động trực tiếp lên một tế bào thần kinh sau synap khác. Trong cơ chế điều hòa thần kinh (neuromodulation), một chất dẫn truyền thần kinh nhất định sẽ điều chỉnh hoạt động của nhiều quần thể tế bào thần kinh đa dạng trong hệ thần kinh trung ương (central nervous system – CNS). Các ví dụ về chất dẫn truyền thần kinh đồng thời đóng vai trò là chất điều hòa thần kinh bao gồm acetylcholine (ACh), serotonin (5HT), dopamine (DA), norepinephrine (NE) và histamine (HA). Để đơn giản hóa, chương sách này sẽ sử dụng chung thuật ngữ “chất dẫn truyền thần kinh” cho mọi biểu hiện của các chất dẫn truyền/điều hòa thần kinh này. Tế bào thần kinh thường được phân loại dựa trên mối liên hệ với giấc ngủ, thông qua các giai đoạn giấc ngủ mà chúng hoạt động mạnh nhất. Một số tế bào thần kinh chỉ hoạt động trong lúc thức, một số chỉ hoạt động trong giai đoạn ngủ có chuyển động mắt nhanh (rapid eye movement – REM) (gọi là REM-on), một số hoạt động cả khi thức và trong kỳ REM (wakefulness/REM-on), một số chỉ hoạt động trong giai đoạn ngủ không có chuyển động mắt nhanh (non-rapid eye movement – NREM) (NREM-on), hoặc hoạt động trong cả giấc ngủ NREM và REM (NREM/REM-on). Bảng 8-2 liệt kê các vùng não và chất dẫn truyền thần kinh quan trọng trong việc kiểm soát sự thức tỉnh và giấc ngủ, cùng với mức độ hoạt động của chúng trong lúc thức, giấc ngủ NREM và giấc ngủ REM. Cần lưu ý rằng một vùng não nhất định có thể chứa nhiều nhóm tế bào thần kinh (với các chất dẫn truyền thần kinh khác nhau) có vai trò quan trọng đối với giấc ngủ. Các Hình từ 8-1 đến 8-3 minh họa một số vùng não chính đóng vai trò thiết yếu đối với sự thức tỉnh và giấc ngủ. Hình 8-1 mang lại cái nhìn tổng quan về một số vị trí chính. Hình 8-2 trình bày chi tiết về khu vực vùng dưới đồi, và Hình 8-3 là sơ đồ cho thấy vị trí của một số vùng quan trọng trên mặt cắt ngang của cuống não và cầu não. Sau phần tóm tắt ngắn gọn về các chất dẫn truyền thần kinh quan trọng, chương này sẽ đi sâu thảo luận về các vùng não chính đóng vai trò thiết yếu đối với giấc ngủ.

Bảng 8-1: Các Vùng Não Quan Trọng Đối Với Sự Thức Tỉnh Và Giấc Ngủ

Bảng 8-2: Hoạt Động Của Các Vùng Não Quan Trọng Đối Với Sự Thức Tỉnh Và Giấc Ngủ

Chú thích: ↑↑↑ (Hoạt động rất mạnh), ↑ (Hoạt động), ↓ (Giảm hoạt động hoặc không hoạt động), ? (Chưa rõ). (Nguồn: Phỏng theo Saper CB, Chou TC, Scammell TE. The sleep switch: hypothalamic control of sleep and wakefulness. Trends Neurosci. 2001;24:726-731, và Lim MM, Szymusiak R. Neurobiology of arousal and sleep: updates and insights. Curr Sleep Medicine Resp. 2015;1:91-100.)

Hình 8-1: Các vùng não chính quan trọng đối với sự thức tỉnh và giấc ngủ. (Thể chai (Corpus callosum), Đồi thị (Thalamus), Não trước nền (Basal forebrain), Vùng dưới đồi (Hypothalamus), Tuyến yên (Pituitary), Thể vú (Mamillary body), Cầu não (Pons), Hành não (Medulla), Lớp trần (Tegmentum), Não thất IV (Fourth ventricle), Tiểu não (Cerebellum)).

Hình 8-2: Sơ đồ các nhân chính trong vùng dưới đồi. Vùng trước thị (Preoptic area) cũng được thể hiện trong hình, vì nhiều nhân quan trọng đối với sự thức tỉnh và giấc ngủ nằm ở đó. OC = Giao thoa thị giác (Optic chiasm).

Hình 8-3: Sơ đồ các lát cắt thân não ở mức cuống não, phần trên cầu não, và phần giữa cầu não. Vị trí của một số nhân/vùng não quan trọng đối với trạng thái thức và ngủ được minh họa. KF = Nhân Kölliker-Fuse.

Phần tiếp theo sẽ thảo luận về cơ chế kiểm soát sự thức tỉnh, giấc ngủ NREM và giấc ngủ REM. Cần hiểu rằng lĩnh vực sinh học thần kinh đang phát triển nhanh chóng và có một số mô hình được đề xuất (đôi khi chồng chéo lên nhau) để giải thích quá trình kiểm soát giấc ngủ và sự thức tỉnh.

CÁC CHẤT DẪN TRUYỀN THẦN KINH / CHẤT ĐIỀU HÒA THẦN KINH

Các Monoamine

Các nhóm tế bào sản xuất norepinephrine (NE), serotonin (5HT), hoặc histamine (HA) có nhiệm vụ thúc đẩy sự thức tỉnh, sự hưng phấn và phân nhánh thần kinh đến vỏ não, não trước nền (basal forebrain – BF), vùng dưới đồi bên (lateral hypothalamus – LH), cùng các khu vực quan trọng khác chịu trách nhiệm cho sự thức tỉnh (Hộp 8-1 đến 8-3). Các nhóm tế bào này có chung một số đặc tính cơ bản. Chúng có tốc độ phát xung thần kinh cao hơn trong lúc thức (đặc biệt là khi tỉnh táo chủ động), phát xung chậm lại trong giấc ngủ NREM, và gần như ngừng phát xung hoàn toàn trong giấc ngủ REM. Nói cách khác, chúng là các nơ-ron “hoạt động khi thức” (wake-on neurons). Sau khi được giải phóng vào khe synap, 5HT và NE được vận chuyển trở lại vào tế bào thần kinh thông qua cơ chế tái hấp thu (chất vận chuyển serotonin [SERT], chất vận chuyển norepinephrine [NET]). Ngược lại, không có cơ chế tái hấp thu đối với histamine (HA). Các monoamine sau đó được chuyển hóa bởi enzyme monoamine oxidase hoặc được đóng gói lại vào các túi màng (thông qua các chất vận chuyển monoamine dạng nang VMAT1 và VMAT2).

Nhân xanh (locus coeruleus – LC) là vùng não chứa các tế bào thần kinh tiết norepinephrine (NE) và các tế bào thần kinh serotonergic ở nhân Raphe lưng. Các tế bào thần kinh tiết histamine chỉ giới hạn ở vùng dưới đồi sau đuôi, trong một khu vực được gọi là nhân củ vú (tuberomammillary nucleus – TMN) (Hình 8-2). Các nơ-ron TMN phóng chiếu đến vỏ não, hạch hạnh nhân (amygdala), chất đen (substantia nigra – SN), nhân Raphe lưng (dorsal raphe nucleus – DRN), nhân xanh (LC) và nhân của bó đơn độc (nucleus of the solitary tract). Histamine (HA) tác động lên các thụ thể H1 có liên quan mật thiết đến sự thức tỉnh. Sẽ có thêm các thảo luận chi tiết về vai trò của HA trong phần viết về nhân củ vú (TMN). Mặc dù HA không phải là yếu tố bắt buộc để duy trì sự thức tỉnh, nhưng nó rất quan trọng trong việc duy trì trạng thái thức kéo dài. Các loại thuốc kháng histamine (đặc biệt là thế hệ thứ nhất) gây ra tác dụng an thần.

Dopamine

Nồng độ dopamine (DA) tăng cao ở nhiều vị trí trong não bộ thời kỳ thức tỉnh. Trước đây, giới nghiên cứu cho rằng tốc độ phát xung của các tế bào thần kinh tiết DA không thay đổi theo trạng thái giấc ngủ (Hộp 8-4). Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây đã chứng minh nồng độ monoamine DA cao hơn trong lúc thức và thấp hơn trong giấc ngủ NREM ở vùng trần bụng (ventral tegmental area – VTA) và vùng chất xám quanh cống não bụng (ventral periaqueductal gray – vPAG). Sự thay đổi trong cách phát xung (phát xung dạng chùm – burst firing) hoặc hoạt động biến thiên của chất vận chuyển DA (dopamine transporter – DAT) có thể giải thích lý do tại sao nồng độ DA lại cao hơn trong trạng thái thức. Sau khi được giải phóng vào khe synap, các phân tử DA được vận chuyển trở lại vào tế bào thần kinh thông qua cơ chế tái hấp thu (DAT). DA sau đó được chuyển hóa bởi enzyme monoamine oxidase hoặc được đóng gói lại vào các túi màng (VMAT1, VMAT2). Các loại thuốc thúc đẩy sự thức tỉnh (modafinil, nhóm thuốc amphetamine, solriamfetol) đều làm tăng tín hiệu DA (Hộp 8-5).