Tiểu luận Sinh học cơ thể Động vật CÁC CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA ÁP SUẤT THẨM THẤU HAY CÂN BẰNG NỘI MÔI Ở ĐỘNG VẬT

Khái niệm cân bằng nội môi Trong quá trình tiến hóa ở động vật đã xuất hiện nhiều thích nghi khác nhau đểduy trì thành phần nhất định của môi trường bên trong cơ thể khi các điều kiện ng

ĐẠI HỌC HUẾ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

Giảng viên hướng dẫn: GS.TS Ngô Đắc Chứng

Học viên thực hiện : Nguyễn Thị Thanh Vinh

Lớp : LL&PPDH bộ môn Sinh học K22

Huế - 2014

Tuy đã có nhiều cố gắng, nhưng chắc chắn tiểu luận của tôi còn có rất nhiều thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của thầy giáo và các bạn trong lớp.

Xin chân thành cám ơn!

MỤC LỤC

Trang

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

NỘI DUNG 2

1 Khái niệm nội môi 2

2 Khái niệm cân bằng nội môi 2

3 Cơ chế điều hòa cân bằng nội môi 3

3.1 Phân loại động vật theo khả năng điều hòa cân bằng nội môi (điều hòa áp suất thẩm thấu) 3

3.1.1 Động vật thích nghi thẩm thấu: 3

3.1.2 Động vật điều hòa thẩm thấu 4

3.2 Sơ đồ khái quát cơ chế duy trì cân bằng nội môi 5

3.3 Vai trò của các hệ cơ quan trong cân bằng nội môi 6

3.3.1 Hệ tiêu hóa 6

3.3.2 Hệ hô hấp 7

3.3.3 Hệ tuần hoàn 7

3.3.4 Hệ cơ xương 7

3.5.5 Hệ thần kinh 8

3.5.6 Hệ nội tiết 8

3.3.7 Hệ bài tiết 8

3.3.7.1 Da 8

3.3.7.2 Thận 8

*Thận điều hòa cân bằng acid-base của máu 8

*Thận điều hòa cân bằng nước – các chất điện giải của máu 11

*Thận điều hòa huyết áp 15

*Thận điều hòa sinh sản hồng cầu 15

3.4 Vai trò của hệ đệm trong cân bằng pH nội môi 16

3.5 Sự thích nghi của các động vât 17

3.5.1 Động vật biển 17

3.5.2 Động vật nước ngọt 18

3.5.3 Động vật chịu hạn 19

3.5.4 Động vật ở cạn 19

4 Ý nghĩa của cân bằng nội môi 20

KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

Rất nhiều bệnh tật ở người và động vật là hậu quả của việc mất cân bàng nộimôi Ví dụ, nồng độ NaCl trong máu cao do chế độ ăn nhiều muối gây ra huyết áp cao.

Môi trường trong duy trì được sự ổn định nhờ cơ thể có các cơ chế duy trì cânbằng nội môi Cơ chế này đã diễn ra như thế nào? Kết quả ra sao? Bộ phận nào thamgia thực hiện?

Để có câu trả lời xác đáng cho vấn đề trên, tôi đã chon đề tài nghiên cứu:

“CÁC CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA ÁP SUẤT THẨM THẤU HAY CÂN BẰNG NỘI MÔI Ở ĐỘNG VẬT”

NỘI DUNG

2 Khái niệm nội môi

Khoảng 56% trọng lượng cơ thể người trưởng thành là dịch Hầu hết dịch của

cơ thể nằm trong tế bào, lượng dịch này gọi là dịch nội bào Số còn lại chiếm khoảng1/3 tổng lượng dịch cơ thể nằm ở ngoài tế bào và được gọi là dịch ngoại bào Dịchngoại bào luôn luôn được vận chuyển khắp cơ thể nhờ hệ thống tuần hoàn mà chủ yếu

là tuần hoàn máu Máu và dịch nằm trong tế bào được trao đổi qua lại nhờ sự khuếchtán dịch và vật qua thành mao mạch Dịch ngoại bào cung cấp chất dinh dưỡng cầnthiết cho sự tồn tại và phát triển của các tế bào Như vạy về căn bản các tế bào trong cơthể đều được sống trong cùng một môi trường đó là dịch ngoại bào và vì vậy dịchngoại bào gọi là môi trường bên trong của cơ thể Thuật ngữ này đã được nhà sinh lýhọc Claude Bernard đề ra từ thế kỉ XIX Các tế bào chỉ có thể tồn tại, phát triển vàthực hiện chức năng của nó khi sống trong môi trường thích hợp và ổn định về nồng

độ các chất như oxygen, glucose, các ion, cá acid amin, các acid béo và các thànhphầm khác Khái niệm về sự ổn định nồng độ các chất dịch ngoại bào đượcCannon(1871-1945) gọi là “homestasis”

Sự khác nhau cơ bản giữa dịch ngoại bào với dịch nội bào đó là dịch ngoại bàochứa nhiều chất dinh dưỡng như oxygen, acid amin, acid béo, chứa một lượng lớn ion

Na, Cl, HCO3 trong khi đó dịch nội bào lại chứa nhiều ion K, Mg, PO4

2 Khái niệm cân bằng nội môi

Trong quá trình tiến hóa ở động vật đã xuất hiện nhiều thích nghi khác nhau đểduy trì thành phần nhất định của môi trường bên trong cơ thể khi các điều kiện ngoạicảnh thay đổi Quá trình này được gọi là sự cân bằng nội môi hay điều hòa áp suấtthẩm thấu (điều hòa lượng nước và muối của cơ thể)

Cơ thể động vật luôn phải điều hòa, điều hòa thành phần các chất dịch của cơthể Sự điều hòa chất dịch trong cơ thể phụ thuộc vào sự cân bằng giữa sự thu nhận và

sự bài xuất nước và các chất hòa tan Sự điều hòa áp suất thẩm thấu phụ thuộc vào cơchế kiểm tra sự vận chuyển của các chất hòa tan giữa dịch nội môi với môi trườngngoài, đồng thời với sự điều hòa lượng nước thẩm thấu kèm với các chất hòa tan Cơthể động vật cũng cần bài xuất các sản phẩm dư thừa độc hại của quá trình trao đổichất

Tất cả các động vật đều phải thực hiện đều hòa thẩm thấu: theo thời gian, lượngnước thu nhận vào và bài xuất phải được điều hòa cân bằng Nếu lượng nước vào quá

Tùy thuộc vào áp suất thẩm thấu của dung dịch, trong đó tế bào sống người taphân biệt:

- Dung dịch đẳng trương: Là dung dịch có áp suất thẩm thấu cân bằng áp suấtthẩm thấu của tế bào Lượng nước đi vào và ra khỏi tế bào cân bằng nên tế bào khôngthay đổi trạng thái

- Dung dịch ưu trương: Là dung dịch có áp suất thẩm thấu lớn hơn áp suất thẩmthấu của tế bào Nước sẽ từ tế bào thoát ra dung dịch, khiến tế bào teo lại vì mất nước

- Dung dịch nhược trương: Là dung dịch có áp suất thẩm thấu bé hơn áp suấtthẩm của tế bào Nước sẽ từ dung dịch đi vào tế bào làm cho tế bào trương phồng và

có thể vỡ ra

Thân nhiệt ổn định của rái cá và nồng độ chất tan không đổi của cá vược nướcngọt là những ví dụ về cân bằng nội môi, tức là “trạng thái ổn định” hay cân bằng môitrường cơ thể Để đạt được cân bằng nội môi, con vật duy trì tương đối cố định môitrường bên trong thậm chí cả khi môi trường bên ngoài biến động lớn

Như các con vật khác, con người giữ cân bằng đối với nhiều tính chất hóa học

và lý học Ví dụ, thân nhiệt người giữ ổn định ở nhiệt độ khoảng 37oC (98.6oF) và pHcủa máu và dịch mô trong khoảng 0.1-7.4 Cơ thể cũng điều chỉnh nồng độ glucosetrong máu ổn định khoảng 90mg/100ml máu

3 Cơ chế điều hòa cân bằng nội môi

3.1 Phân loại động vật theo khả năng điều hòa cân bằng nội môi (điều hòa áp suất thẩm thấu)

3.1.1 Động vật thích nghi thẩm thấu:

Là những động vật mà cơ thể của chúng không thể điều hòa được áp suất thẩmthấu nội môi, bởi vì áp suất thẩm thấu nội môi của chúng như áp suất thẩm thấu nộimôi của chúng giống như áp suất áp suất thẩm thấu của môi trường Vì vậy, nước đivào và ra khỏi cơ thể chúng cân bằng Những động vật này thường sống trong môitrường nước có thành phần hóa học ổn định, do đó áp suất nội môi của cơ thể chúngrất là ổn định

3.1.2 Động vật điều hòa thẩm thấu

Là những động vật luôn phải điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội môi trong cơ thể,

vì chất dịch cơ thể của chúng không đẳng trương với với chất dịch của môi trường.Như vậy, động vật điều hòa thẩm thấu cần phải thải bớt lượng nước thừa nếu chúngsống trong môi trường nhược trương, hoặc phải thu nhận thêm nước nếu chúng sốngtrong môi trường ưu trương

Động vật điều hòa áp suất thẩm thấu có thể sống trong môi trường mà động vậtthích nghi thẩm thấu không thể tồn tại được, chẳng hạn như môi trường nước ngọt vàmôi trường trên cạn

Khả năng điều hòa áp suất thẩm thấu giúp cho các động vật ở biển duy trì ápsuất thẩm thấu nội môi tuy áp suất này chênh lệch với áp suất thẩm thấu của nướcbiển Để điều hòa áp suất thẩm thấu nội môi thì cơ thể cần tiêu phí năng lượng

Tuy nhiên đa số động vật thích nghi thẩm thấu cũng như động vật điều hòathẩm thấu không chịu được sự biến động môi trường ngoài quá lớn được gọi là “độngvật hẹp muối”, trái lại, đọng vật rộng muối là những động vật có thể sống được trongmôi trường có áp suất thẩm thấu biến động lớn

Ví dụ,con rái cá trong hình 40.7 là con vật điều chỉnh nhiệt, luôn giữ thân nhiệt

không phụ thuộc vào nhiệt độ nước mà nó bơi lặn

Những con vật gọi là động vật thích ứng đối với sự biến đổi môi trường nhất

định nếu chúng cho phép các điều kiện bên trong cũng biến đổi phù hợp với các biến

đổi bên ngoài Ví dụ, cá vược trong Hình 40.7 có nhiệt độ cơ thể thích ứng theo với

nhiệt độ của hồ nước Khi nước ấm lên hay lạnh đi, các tế bào con cá cũng biến đổitheo như thế Một số động vật phù hợp theo môi trường ổn định hơn Ví dụ, nhiều

động vật không xương sống ở biển, như cua nhện của giống Libinia, cho phép nồng độ

chất tan bên trong phù hợp với nồng độ chất tan tương đối ổn định của nước biển

Điều chỉnh và thích ứng là hai thái cực của một chuỗi liên tục Con vật có thểđiều chỉnh một số điều kiện bên trong khi lại cho các điều kiện khác thích ứng theomôi trường Ví dụ, cá vược cho thân nhiệt phù hợp theo nhiệt độ của nước, nồng độchất tan trong máu và trong dịch mô khác nhiều so với trong nước hồ mà nó sống

3.2 Sơ đồ khái quát cơ chế duy trì cân bằng nội môi

S đ c ch duy trì cân b ng n i môi ơ đồ cơ chế duy trì cân bằng nội môi ồ cơ chế duy trì cân bằng nội môi ơ đồ cơ chế duy trì cân bằng nội môi ế duy trì cân bằng nội môi ằng nội môi ội môi

- B ph n ti p nh n kích thích: là th th ho c c quan th c m B ph nếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ơ quan thụ cảm Bộ phận ụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ảm Bộ phậnnày ti p nh n kích thích t môi trếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ừ môi trường (trong, ngoài) và hình thành xung thần ường (trong, ngoài) và hình thành xung thầnng (trong, ngoài) và hình thành xung th nầnkinh truy n v b ph n đi u khi nền về bộ phận điều khiển ền về bộ phận điều khiển ền về bộ phận điều khiển ể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận

- B ph n đi u khi n: là trung ền về bộ phận điều khiển ể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ươ quan thụ cảm Bộ phậnng th n kinh ho c tuy n n i ti t Bần ặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận

ph n này có ch c năng đi u khi n các ho t đ ng c a các c quan b ng cách g iức năng điều khiển các hoạt động của các cơ quan bằng cách gửi ền về bộ phận điều khiển ể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ạt động của các cơ quan bằng cách gửi ủa các cơ quan bằng cách gửi ơ quan thụ cảm Bộ phận ằng cách gửi ửi

đi các tín hi u th n kinh ho c hoocmônệu thần kinh hoặc hoocmôn ần ặc cơ quan thụ cảm Bộ phận

- B ph n th c hi n: là các c quan nh th n, gan, ph i, tim, m ch máu…ực hiện: là các cơ quan như thận, gan, phổi, tim, mạch máu… ệu thần kinh hoặc hoocmôn ơ quan thụ cảm Bộ phận ư ổi, tim, mạch máu… ạt động của các cơ quan bằng cách gửi

d a trên tín hi u th n kinh ho c hoocmôn t b ph n đi u khi n đ tăng ho cực hiện: là các cơ quan như thận, gan, phổi, tim, mạch máu… ệu thần kinh hoặc hoocmôn ần ặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ừ môi trường (trong, ngoài) và hình thành xung thần ền về bộ phận điều khiển ể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ặc cơ quan thụ cảm Bộ phận

gi m ho t đ ng nh m đ a môi trảm Bộ phận ạt động của các cơ quan bằng cách gửi ằng cách gửi ư ường (trong, ngoài) và hình thành xung thầnng tr v tr ng thái cân b ng, n đ nhở về trạng thái cân bằng, ổn định ền về bộ phận điều khiển ạt động của các cơ quan bằng cách gửi ằng cách gửi ổi, tim, mạch máu… ịnh

- Nh ng tr l i c a b ph n th c hi n tác đ ng ngảm Bộ phận ờng (trong, ngoài) và hình thành xung thần ủa các cơ quan bằng cách gửi ực hiện: là các cơ quan như thận, gan, phổi, tim, mạch máu… ệu thần kinh hoặc hoocmôn ược lại đối với bộ phận ạt động của các cơ quan bằng cách gửi ối với bộ phận ới bộ phậnc l i đ i v i b ph n

ti p nh n kích thích g i là liên h ngếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ọi là liên hệ ngược ệu thần kinh hoặc hoocmôn ược lại đối với bộ phậnc

3.3 Vai trò của các hệ cơ quan trong cân bằng nội môi

3.3.1 Hệ tiêu hóa

Thức ăn được cung cấp từ bên ngoài vào cơ thể vận chuyển qua ống tiêu hóa di

từ miệng đến thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già Trong quá trình vận chuyển thức ănđược nghiền nhỏ và vận chuyển nhờ cơ chế học và được tiêu hóa thành sản phẩm cókhả năng hấp thu nhờ men tiêu hóa mà cơ thể có thể tiếp nhận đầy đủ chất dinhdưỡng :glucose, acid béo, acid amin, các ion, các vitamin …

Gan: không phải tất cả các chất dinh dưỡng được hấp thu qua hệ thống tiêu hóađều có thể sử dụng ngay cho tế bào Gan có nhiệm vụ thay đổi thành phần hóa học củanhiều chất thành những dạng thích hợp hơn cho tế bào khi các tế bào sử dụng khônghết trở thành dạng dự trữ cho cơ thể và ngược lại nó có khả năng phân giải chúng đểcung cấp cho tế bào khi cần thiết.

3.3.2 Hệ hô hấp

Máu l y Oấy O 2 t các ừ môi trường (trong, ngoài) và hình thành xung thần ph nangếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận đ cung c p cho các t bào L p màng ngănể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ấy O ếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ới bộ phận

gi a ph nang và lòng mao m ch ph i ch dày 0,2 - 0,4 micromét nên Oếp nhận kích thích: là thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ạt động của các cơ quan bằng cách gửi ổi, tim, mạch máu… ỉ dày 0,2 - 0,4 micromét nên O 2 có th điể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phậnqua các l trên màng này đ vào máu cũng b ng v i cách mà nể hoặc cơ quan thụ cảm Bộ phận ằng cách gửi ới bộ phận ưới bộ phậnc và các ion

th m qua mao m ch các mô.ấy O ạt động của các cơ quan bằng cách gửi

3.3.3 Hệ tuần hoàn

Dịch ngoại bào được vận tải khắp cơ thể qua hai giai đoạn Thứ nhất là sựchuyển động của máu trong các động, tĩnh và mao mạch Thứ hai là sự di chuyển qualại của các chất giữa các mao mạch và khoảng gian bào

Khi nghỉ ngơi, toàn bộ lượng máu trong người được lưu thông khắp cơ thể chỉtrong 1 phút, khi hoạt động cật lực, tốc độ này có thể nhanh hơn gấp 6 lần

Khi máu lưu thông qua các mao mạch, sự pha trộn giữa huyết tương và dịch kẽdiễn ra liên tục Vì vách mao mạch có tính thấm đối với hầu hết các chất trong huyếttương, chỉ trừ các đại phân tử protein, nên dịch ngoại bào và các chất hòa tan trong đóqua lại dễ dàng giữa mô và máu Hiếm có tế bào nào nằm cách xa mao mạch trên 50micromét, nên mọi tế bào đều có thể tiếp cận với các chất đến từ mao mạch chỉ trongvài giây

Như vậy, dịch ngoại bào ở bất cứ nơi nào trong cơ thể - dù huyết tương hay mô

kẽ - cũng được pha trộn liên tục, nên hầu như có tính đồng nhất hoàn toàn

3.3.4 Hệ cơ xương

Hệ thống cơ giúp cơ thể vận động để tìm kiếm, chế biến thức ăn Hệ thống cơtrơn giúp cho việc tiếp nhận, vận chuyển khí và chất dinh dưỡng từ ngoài vào trong cơthể và từ cơ thể thải ra ngoài

3.5.6 Hệ nội tiết

8 tuyến nội tiết tiết ra các hooc-môn để điều hòa hoạt động của các tế bào, nhưhooc-môn tuyến giáp làm tăng các phản ứng sinh hóa trong mọi tế bào, insulin điềuhòa chuyển hóa glucozơ, hooc-môn vỏ tuyến thượng thận điều hòa Na+, K+ cũng nhưchuyển hóa protein, hooc-môn tuyến cận giáp điều hòa canxi và phosphat v.v

3.3.7 Hệ bài tiết

3.3.7.1 Da

Hệ thống da vừa là cơ quan bảo vệ cơ thể vừa là cơ quan bài tiết Da đóng vaitrò quan trọng trong cơ chế điều nhiệt Cân bằng thân nhiệt cũng là một yếu tố quantrọng của hằng tính nội môi Thông qua việc bài tiết mồ hôi mà da có thể tham gia điềuhòa thân nhiệt, ngoài ra còn một số Ion như Na hoặc chì cũng được bài tiết qua da vàniêm mạc

3.3.7.2 Thận

Thận có một vai trò vô cùng quan trọng là bằng chức năng bài tiết nước tiểu đãtrực tiếp tham gia vào điều hoà tính hằng định nội môi

*Thận điều hòa cân bằng acid-base của máu

Trong quá trình sống cơ thể luôn tạo ra các sản phẩm làm biến đổi tính hằngđịnh của nội môi Trong đó có cân bằng acid-base Người ta nhận thấy rằng phản ứngđiều chỉnh pH máu của thận có muộn hơn nhưng lại rất có hiệu qủa Sự điều hoà đượcthực hiện một cách hoàn hảo ở vai trò của thận trong sự bài tiết H+, tái hấp thu HCO3-,tổng hợp và bài tiết NH3

- Bài tiết H +

Trong điều kiện sinh lý, thận đào thải khỏi cơ thể phần thừa các acid do chính

cơ thể tạo ra trong quá trình chuyển hoá mà phổi không thể đảm nhiệm được.Thôngthường nước tiểu thải ra ngoài có phản ứng acid, pH của nó bằng 4,5 và nồng độ H+ tự

Như đã trình bày ở trên, H+ được tạo ra do quá trình CO2 + H2O để tạo thành

H2CO3 (có enzym carboanhydrase xúc tác) Sau đó H2CO3 phân ly thành H+ và HCO3-

H+ được vận chuyển qua màng tế bào, có một phần nhỏ H+ khuếch tán qua màng tếbào vào lòng ống lượn, có sự trao đổi với Na+ để cho Na+ tái hấp thu cùng HCO3- vàodịch gian bào

Sự bài tiết H+ có liên quan chặt chẽ với các hệ đệm của ống thận: hệ đệmphosphat, hệ đệm các acid hữu cơ yếu (creatin, acid citric, acid lactic, các b oxy acidbéo) Trong đó hệ đệm phosphat là quan trọng nhất Với hệ đệm phosphat khi pH máubằng 7,36 trong máu có 80% phosphat tồn tại ở dạng HPO4 và 20% ở dạng HPO4-.Trong nước tiểu, khi pH nước tiểu =6,8 thì nồng độ các ion này ngang nhau, còn khi

pH nước tiểu=4,5 thì trên 99% phosphat tồn tại ở dạng H2PO4- Như vậy trong quátrình tạo thành nước tiểu acid đã xảy ra hiện tượng: HPO4 + H+ ® H2PO4- (H2PO4 bịsiêu lọc ở cầu thận Một phân tử gam phosphat bị đào thải sẽ kéo theo là 0,8mEq H+ ranước tiểu

Với hệ đệm các acid hữu cơ yếu thì b oxy acid béo là chiếm ưu thế Trong máuchúng chủ yếu tồn tại ở dạng anion (A-) Trong nước tiểu khi pH=4,5 thì 80% b oxyacid béo ở dạng tự do là một phân tử trung tính (AH) Khi đào thải 1 phân tử gam boxy acid béo sẽ kéo theo 0,45 mEq H+ ra nước tiểu Phản ứng này diễn ra như sau: A-

+H+ ® AH (A- bị siêu lọc ở tiểu cầu)

Như vậy trong quá trình tạo thành acid có sự kết hợp của H+ với các hệ đệm củaống thận, hoặc làm giảm hoá trị của các anion, hoặc chuyển anion thành phân tử trungtính Phần thừa cation tương đối bị tái hấp thu vào máu (thường là Na+) Sự tạo thành

H+ trong tế bào ống lượn đã làm xuất hiện HCO3- và nó sẽ hấp thu vào máu cùng với

Na+

- Tái hấp thu HCO3 -

HCO3- là chất kiềm chủ yếu của huyết tương Nó cần được tái hấp thu khi đàothải acid và bị đào thải khi pH máu kiềm Bình thường khi pH nước tiểu=4,5 thì HCO3-

có hàm lượng quá thấp (chỉ có vết) Trong 24h có khoảng 400mEq HCO3- bị siêu lọc,

mà chỉ có 1-2mEq HCO3- bị thải ra ngoài Nghĩa là 99,9% HCO3- đã được tái hấp thu

Sự tái hấp thu HCO3- có liên quan rất chặt chẽ với enzym carboanhydrase