Một ca sinh nở thành công phụ thuộc vào việc tử cung tạo ra các cơn co bóp đều đặn, có tổ chức, giúp em bé di chuyển an toàn qua đường sinh. Các hormone như progesterone và oxytocin đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát quá trình này. Tuy nhiên, trong nhiều năm qua, các nhà khoa học cũng nghi ngờ rằng những lực vật lý trong thai kỳ và khi sinh, như sự kéo giãn và áp lực, cũng góp phần quan trọng.

Nghiên cứu mới từ Viện Nghiên cứu Scripps ở Hoa Kỳ, công bố trên tạp chí Science, đã chỉ ra cách tử cung phát hiện và phản ứng với các lực vật lý này ở cấp độ phân tử. Phát hiện giúp làm sáng tỏ nguyên nhân vì sao chuyển dạ đôi khi diễn ra chậm hoặc bắt đầu quá sớm, đồng thời mở ra hướng cải thiện các biện pháp điều trị biến chứng trong thai kỳ và sinh nở.

Tác giả nghiên cứu Ardem Patapoutian cho biết: “Khi thai nhi phát triển, tử cung giãn nở rất mạnh, và các lực vật lý này đạt đỉnh trong quá trình sinh. Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy cơ thể dựa vào các cảm biến áp lực đặc biệt để diễn giải những tín hiệu này và chuyển chúng thành hoạt động co bóp phối hợp”. 

Patapoutian từng được trao Giải Nobel Y sinh năm 2021 nhờ phát hiện các cảm biến tế bào cho phép sinh vật cảm nhận xúc giác và áp lực. Các cảm biến này là những kênh ion được tạo thành từ các protein có tên PIEZO1 và PIEZO2, giúp tế bào phản ứng với lực cơ học.

Trong nghiên cứu mới, nhóm tác giả phát hiện PIEZO1 và PIEZO2 đảm nhiệm những chức năng riêng biệt nhưng bổ trợ cho nhau trong quá trình chuyển dạ. PIEZO1 chủ yếu hoạt động trong cơ trơn của tử cung, nơi nó phát hiện áp lực gia tăng khi các cơn co trở nên mạnh hơn. Ngược lại, PIEZO2 nằm trong các dây thần kinh cảm giác ở cổ tử cung và âm đạo. Khi em bé gây kéo giãn các mô này, PIEZO2 được kích hoạt, tạo ra phản xạ thần kinh giúp tăng cường các cơn co tử cung.

Hai hệ cảm biến này cùng nhau chuyển đổi sự kéo giãn và áp lực thành các tín hiệu điện và hóa học, giúp các cơn co diễn ra đồng bộ. Nếu một con đường tín hiệu bị gián đoạn, con đường còn lại có thể bù đắp phần nào, giúp quá trình sinh vẫn tiếp tục.

Để kiểm tra mức độ quan trọng của các cảm biến này, nhóm nghiên cứu sử dụng mô hình chuột, trong đó PIEZO1 và PIEZO2 được loại bỏ có chọn lọc khỏi cơ tử cung hoặc các dây thần kinh cảm giác xung quanh. Các cảm biến áp lực siêu nhỏ được dùng để đo cường độ và nhịp điệu co bóp trong quá trình sinh tự nhiên.

Kết quả cho thấy những con chuột thiếu cả hai protein PIEZO có áp lực tử cung yếu hơn và sinh con chậm hơn, cho thấy cơ chế cảm nhận lực ở cơ và thần kinh thường phối hợp chặt chẽ. Khi cả hai hệ thống này đều bị mất, quá trình chuyển dạ bị suy giảm nghiêm trọng.

Phân tích sâu hơn cho thấy hoạt động của PIEZO giúp điều hòa mức connexin 43 - một protein tạo nên các mối nối khe (gap junction) giữa các tế bào cơ trơn. Những kênh vi mô này cho phép các tế bào cơ co bóp đồng thời thay vì hoạt động rời rạc. Khi tín hiệu PIEZO suy giảm, mức connexin 43 giảm theo, khiến các cơn co trở nên kém phối hợp.

Tác giả Yunxiao Zhang, giải thích: “Connexin 43 giống như hệ thống dây dẫn giúp tất cả các tế bào cơ hoạt động cùng nhau. Khi sự kết nối này yếu đi, các cơn co cũng mất lực”.

Các mẫu mô tử cung người cho thấy mô hình biểu hiện PIEZO1 và PIEZO2 tương tự như ở chuột, cho thấy một hệ thống cảm nhận lực tương đương nhiều khả năng cũng tồn tại ở người. Phát hiện này có thể giúp giải thích các rối loạn chuyển dạ đặc trưng bởi những cơn co yếu hoặc không đều, làm kéo dài thời gian sinh.

Kết quả nghiên cứu cũng phù hợp với quan sát lâm sàng rằng việc ngăn chặn hoàn toàn các dây thần kinh cảm giác có thể khiến quá trình sinh kéo dài hơn.

Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ Yunxiao Zhang cho biết: “Trong thực hành lâm sàng, gây tê ngoài màng cứng được sử dụng với liều lượng rất kiểm soát, vì nếu chặn hoàn toàn dây thần kinh cảm giác, chuyển dạ có thể kéo dài đáng kể. Dữ liệu của chúng tôi phản ánh hiện tượng này; khi loại bỏ con đường PIEZO2 ở thần kinh cảm giác, các cơn co yếu đi, cho thấy phản hồi thần kinh đóng vai trò thúc đẩy sinh nở”. 

Nghiên cứu mở ra khả năng phát triển các phương pháp can thiệp chính xác hơn trong kiểm soát chuyển dạ và giảm đau. Nếu có thể điều chỉnh hoạt động của PIEZO một cách an toàn, trong tương lai, các bác sĩ có thể làm chậm hoặc tăng cường cơn co khi cần thiết. Với những trường hợp có nguy cơ sinh non, chất ức chế PIEZO1, nếu được phát triển, có thể phối hợp với các thuốc hiện nay vốn làm giãn cơ tử cung bằng cách hạn chế dòng canxi vào tế bào. Ngược lại, việc kích hoạt các kênh PIEZO có thể giúp khôi phục cơn co trong những ca chuyển dạ đình trệ.

Dù các ứng dụng này vẫn còn ở phía trước, cơ chế sinh học nền tảng đã trở nên rõ ràng hơn.

Nhóm nghiên cứu hiện đang xem xét cách cơ chế cảm nhận lực tương tác với sự điều hòa bằng hormone trong thai kỳ. Các nghiên cứu trước cho thấy progesterone; hormone giúp tử cung duy trì trạng thái thư giãn; có thể ức chế biểu hiện connexin 43 ngay cả khi các kênh PIEZO hoạt động, từ đó ngăn các cơn co khởi phát quá sớm. Khi mức progesterone giảm vào cuối thai kỳ, các tín hiệu canxi do PIEZO kích hoạt có thể góp phần khởi động chuyển dạ.

Zhang nhận định: “Kênh PIEZO và tín hiệu hormone là hai mặt của cùng một hệ thống. Hormone tạo điều kiện, còn các cảm biến lực quyết định thời điểm và cường độ co bóp của tử cung”.

Trong thời gian tới, các nghiên cứu sẽ tập trung vào mạng lưới dây thần kinh cảm giác tham gia vào quá trình sinh, bởi không phải tất cả các dây thần kinh quanh tử cung đều chứa PIEZO2. Một số dây thần kinh có thể phản ứng với những tín hiệu khác và đóng vai trò dự phòng. Việc phân biệt các dây thần kinh thúc đẩy co bóp với các dây thần kinh truyền cảm giác đau có thể giúp phát triển phương pháp giảm đau chính xác hơn mà không làm chậm chuyển dạ.

Những phát hiện này cho thấy khả năng cảm nhận lực của cơ thể không chỉ liên quan đến xúc giác hay thăng bằng, mà còn giữ vai trò trung tâm trong một trong những quá trình sinh học quan trọng nhất.