Giáo trình sinh lý 1 (FULL 2014) đh y dược cần thơ

Sinh lý học y học nghiên cứu về các hoạt động chức năng của từng tế bào, từng cơ quan, hệ thống cơ quan trong mối quan hệ giữa chúng với nhau và giữa cơ thể với môi trường, nghiên cứu về

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ Y TẾ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC Y DƯỢC CẦN THƠ

MỤC LỤC

SỐ TRANG

Chương 3 Sinh lý điều hòa hoạt động cơ thể bằng cơ chế thần kinh 103

NHẬP MÔN SINH LÝ HỌC

Mục tiêu:

1 Trình bày được định nghĩa, đối tượng của sinh lý học

2 Phân tích được mối liên quan giữa sinh lý học với các ngành khoa học tự nhiên và các chuyên ngành Y học khác

3 Xác định được phương pháp nghiên cứu và học tập sinh lý học

1 ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐỐI TƯỢNG CỦA SINH LÝ HỌC

1.1 Định nghĩa

Sinh lý học là ngành khoa học nghiên cứu về các hoạt động chức năng của cơ thể sống, tìm cách giải thích vai trò của các yếu tố vật lý, hóa học, về nguồn gốc, sự phát triển và sự tiến hóa của sự sống ở sinh vật

Sinh lý học y học nghiên cứu về các hoạt động chức năng của từng tế bào, từng cơ quan, hệ thống cơ quan trong mối quan hệ giữa chúng với nhau

và giữa cơ thể với môi trường, nghiên cứu về sự điều hòa chức năng để đảm bảo cho cơ thể tồn tại, phát triển một cách bình thường và thích ứng được với

sự biến đổi của môi trường sống

Đặc biệt, sinh lý học y học xác định được các chỉ số biểu hiện các hoạt động chức năng của các cơ quan, hệ thống cơ quan và có thể đo lường được chúng trong trạng thái hoạt động bình thường, nhằm giúp các nhà lâm sàng học có tiêu chuẩn so sánh và đánh giá tình trạng bệnh lý, đồng thời có thể đề xuất những biện pháp nhằm đảm bảo và nâng cao sức khỏe cho con người

- Trong y học, sinh lý học liên quan chặt chẽ với các ngành khoa học hình thái như giải phẫu học, mô học, liên quan đến các ngành hóa sinh học, lý sinh học

- Sinh lý học y học là môn học cơ sở rất quan trọng đặc biệt gắn liền với sinh lý bệnh và dược lý Sinh lý học góp phần cho dự phòng, chẩn đoán, điều trị và theo dõi bệnh

3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN MÔN SINH LÝ HỌC

Lịch sử phát triển sinh lý học đi song song với lịch sử phát triển của các ngành khoa học tự nhiên và luôn gắn liền với sự thay đổi về quan niệm triết học Có thể chia lịch sử phát triển sinh lý học thành 3 giai đoạn khác nhau

3.1 Giai đoạn hình thành

Ngay từ thuở khai sinh, nhân loại đã luôn đứng trước câu hỏi lớn về sự tồn tại của chính bản thân Những quan niệm triết học ban đầu là những luận thuyết huyền bí của tôn giáo về linh hồn và thể xác Cùng với việc ghi nhận các hiện tượng xảy ra bên trong và bên ngoài bản thân mình, các nhà triết học

đã bắt đầu giải thích một số hiện tượng của cơ thể sống Trước Công nguyên

5 thế kỷ, một thầy thuốc người Hy lạp là Hippocrate đã đề xướng “Thuyết hoạt khí”, thuyết này cho rằng hoạt khí trong phổi, chuyển sang máu rồi lưu thông khắp cơ thể, làm cơ thể hoạt động, tắt thở là chết Đến thế kỷ thứ II, Galien đã phát triển thuyết này để giải thích một số hiện tượng khác Đó là những nền móng đầu tiên của sự ra đời sinh lý học

3.2 Giai đoạn hoàn thiện

Vào khoảng thế kỷ XVI đến nửa đầu thế kỷ XX, nền kinh tế các nước châu Âu phát triển, chế độ tư bản ra đời, khoa học tự nhiên có những tiến bộ quan trọng, đặc biệt là cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ nhất đã tạo điều kiện cho sinh lý học định hình rõ nét Các phát minh khoa học hoàn thiện dần những hiểu biết về cấu tạo, chức năng của các cơ quan trong cơ thể Một

số nghiên cứu điển hình như Luigi Galvani phát hiện điện sinh vật, Schwann tìm ra tế bào động vật, Claude Bernard đưa ra quan niệm hằng tính nội môi, Pavlov với thuyết phản xạ có điều kiện…

3.3 Giai đoạn phát triển

Từ khoảng giữa thế kỷ XX trở lại đây, những bước nhảy vọt trong nghiên cứu sinh học phân tử đã đem lại một diện mạo mới cho sinh lý học Phát minh về cấu trúc xoắn kép của acid nucleic của Watson và Crick (1953); phát minh về ARN thông tin của Jacob và Monod (1965); phát minh về mã di truyền của Nirenberg, Holdey, Khorana; phát minh về cơ chế tác dụng của hormon của Sutherland… đã giải thích các hiện tượng sinh lý học dưới góc độ

phân tử Không dừng lại ở đó, một số nghiên cứu đã bắt đầu đề cập đến vai trò của điện tử trong các quá trình sinh lý Thế kỷ XXI, với những kỳ vọng về thế kỷ của công nghệ sinh học sẽ tiếp tục đưa sinh lý học tiến xa hơn nữa

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ HỌC TẬP SINH LÝ HỌC

4.1 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp chủ yếu được sử dụng để nghiên cứu sinh lý học là quan sát và thực nghiệm ở các mức độ khác nhau:

- Trên cơ thể toàn vẹn (in vivo)

- Trên cơ quan nào đó đã cắt sự chi phối của hệ thần kinh nhưng vẫn giữ nguyên sự nuôi dưỡng bằng đường mạch máu (insitu)

- Trên một cơ quan hoặc tế bào đã tách rời ra khỏi cơ thể và nuôi dưỡng trong môi trường thích hợp giống môi trường trong cơ thể (in vitro)

Và gần đây là thực hiện việc tách chiết các phân tử sinh học … các nhà sinh lý học có thể ghi nhận được những hoạt động chức năng , những thay đổi chức năng của tế bào, cơ quan của cơ thể bằng những phương tiện đo lường chính xác Từ những quan sát đó, các nhà khoa học có thể tìm hiểu hoạt động và cơ chế điều hòa hoạt động của cơ thể

Nghiên cứu, học tập sinh lý học chúng ta phải luôn luôn trả lời 3 câu hỏi:

- Cái gì, hiện tượng gì đã xảy ra?

- Nó đã diễn ra như thế nào?

- Tại sao nó xảy ra và diễn biến như thế?

4.2 Phương pháp học tập

Trước hết phải có kiến thức cơ bản về hình thái học (giải phẫu và mô học) vì cấu trúc và chức năng có mối liên quan chặt chẽ với nhau, trong đó chức năng quyết định cấu trúc Đồng thời phải có kiến thức về sinh học, hóa học, lý học, đặc biệt hóa sinh học và lý sinh học vì nhờ đó ta có thể hiểu biết căn kẽ và giải thích được bản chất các hoạt động chức năng và điều hòa chức năng của cơ thể

Để học tốt môn sinh lý học cũng cần có sự so sánh, liên hệ chức năng của các cơ quan, hệ thống cơ quan với nhau và đặt chúng trong mối liên hệ giữa cơ thể với môi trường Các hiểu biết về sinh lý học sẽ càng sáng tỏ hơn khi áp dụng kiến thức sinh lý học để giải thích các hiện tượng, các biểu hiện

trong trường hợp bệnh lý, cơ chế tác dụng của thuốc và thực hành thăm dò chức năng

Câu hỏi lượng giá:

1 Sinh lý học tập trung nghiên cứu:

a Cấu trúc đại thể và vi thể của cơ

thể

b Cơ chế và điều hòa hoạt động

chức năng của cơ thể

c Diễn tiến bệnh lý của cơ thể

d Cơ chế tác dụng của thuốc

2 Sinh lý học không thể tách rời

Chương 1

SINH LÝ ĐẠI CƯƠNG

Con người là một sinh vật đa bào mà mỗi tế bào vừa là đơn vị cấu tạo vừa là đơn vị chức năng của cơ thể Một cơ thể sống có những đặc điểm riêng của nó, để có thể hiểu về hoạt động chức năng của từng cơ quan và hệ thống

cơ quan, trước hết cần nắm những điểm chung nhất của một cơ thể sống

ĐẠI CƯƠNG VỀ CƠ THỂ SỐNG

Mục tiêu:

1 Trình bày ba đặc điểm chính của sự sống

2 Trình bày được các dạng năng lượng, quá trình tổng hợp năng lượng và các hình thức tiêu hao năng lượng trong cơ thể

3 Trình bày được các nguyên tắc chung trong điều hòa hoạt động cơ thể

1 ĐẶC ĐIỂM CỦA CƠ THỂ SỐNG

Cơ thể sống có 3 đặc điểm chính:

1.1 Khả năng thay cũ đổi mới

Khả năng thay cũ đổi mới là hoạt động chuyển hóa, gồm 2 quá trình:

- Quá trình đồng hóa: thu nhận vật chất biến thành chất dinh dưỡng để

cơ thể xây dựng hình thể, tồn tại và phát triển

- Quá trình dị hóa: phân giải vật chất, tạo ra năng lượng để cơ thể hoạt động và đào thải các sản phẩm chuyển quá ra khỏi cơ thể

Hai quá trình này là 2 mặt thống nhất của chuyển hóa Chuyển hóa ngừng là cơ thể chết Hoạt động chuyển hóa cần những hợp chất giàu năng lượng như ATP và các men sinh học

Khả năng chịu kích thích vừa là biểu hiện của sự sống vừa là điều kiện tồn tại của sự sống

1.3 Khả năng sinh tồn nòi giống

Khả năng sinh tồn nòi giống là khả năng sinh sản giống mình, do mã di truyền quyết định

2 NĂNG LƯỢNG CHO SỰ SỐNG

2.1 Các dạng năng lượng của cơ thể

Trong cơ thể có 5 dạng năng lượng, 4 dạng năng lượng sinh công là hóa năng, cơ năng, thẩm thấu năng, điện năng và 1 dạng năng lượng không sinh công là nhiệt năng

- Hóa năng:

+ Nguồn gốc: tồn tại trong liên kết của các phân tử hóa học cấu tạo nên

cơ thể đặc biệt là dạng hợp chất giàu năng lượng ATP

+ Ý nghĩa: giữ các phân tử có hình dạng cố định trong không gian Năng lượng sẽ được giải phóng khi phân tử bị phá vỡ để sinh công hóa học,

số năng lượng giải phóng khác nhau tuỳ loại liên kết

- Động năng hay cơ năng:

+ Nguồn gốc: sinh ra do sự trượt lên nhau của các sợi actin và myosin trong tế bào cơ

+ Ý nghĩa: năng lượng được dùng để sinh công cơ học tạo ra sự co cơ dẫn đến một hình thái chuyển động như: vận chuyển máu trong bộ máy tuần hoàn, vận chuyển khí trong bộ máy hô hấp, vận chuyển thức ăn trong bộ máy tiêu hóa…

+ Nguồn gốc: sinh ra từ các phản ứng chuyển hóa trong cơ thể Trung bình khoảng 80% năng lượng sinh ra từ các phản ứng chuyển hóa này trở thành nhiệt năng

+ Ý nghĩa: để đảm bảo duy trì thân nhiệt ổn định Ngoài ra, tế bào sống không có bộ máy sử dụng nhiệt để sinh công nên đây còn là dạng năng lượng thoái hóa cần thường xuyên thải ra ngoài cơ thể

2.2 Chuyển hóa năng lượng

Chuyển hóa năng lượng là sự biến đổi các dạng năng lượng trong cơ thể từ dạng này sang dạng kia theo định luật bảo toàn năng lượng

2.2.1 Tổng hợp năng lượng

Cơ thể không tự sinh ra năng lượng mà phải lấy cơ sở từ hóa năng thức

ăn chuyển thành các dạng năng lượng cần cho sự sống

Thức ăn là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể Ba chất sinh năng chính trong thức ăn là: protid, glucid, lipid

Quá trình tổng hợp năng lượng diễn ra qua 2 giai đoạn:

- Quá trình phosphoryl-oxy hóa khử: là quá trình chuyển từ hóa năng thức ăn thành dạng năng lượng dự trữ ATP Quá trình này gồm hai giai đoạn: + Oxy hóa khử: xảy ra ở bào tương và ty thể của tế bào Đây là giai đoạn đốt cháy hay thoái hóa các chất sinh năng tạo ra năng lượng tự do, CO2

và H2O CO2 và H2O sau đó sẽ được đào thải ra khỏi cơ thể,

+ Phosphoryl hóa: năng lượng tự do từ giai đoạn oxy hóa khử được sử

dụng để phosphoryl hóa ADP tạo ra hợp chất giàu năng lượng ATP

- Quá trình hình thành các dạng năng lượng cơ thể: ATP là dạng năng lượng trung gian được tế bào tích trữ và sử dụng để tạo thành các dạng năng lượng của cơ thể:

+ Hóa năng: ở mạng lưới nội bào tương của tế bào ATP cung cấp năng lượng cho các phản ứng tổng hợp các chất tạo hình, dự trữ, thực hiện chức năng và bài tiết Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành hóa năng của các chất đó

+ Động năng hay cơ năng: ở màng tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào; ở các sợi co rút của tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự co cơ tạo nên sự chuyển động trong tuần hoàn,

hô hấp, tiêu hóa, cơ… Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành động năng của sự vận động trong cơ thể

+ Thẩm thấu năng: ở màng tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào và duy trì sự chênh lệch nồng độ chất hai bên màng tạo nên hiện tượng thẩm thấu Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành thẩm thấu năng của sự thẩm thấu

+ Điện năng: ở màng tế bào ATP cung cấp năng lượng cho sự vận chuyển ion qua màng tế bào tạo nên điện thế nghỉ, điện thế hoạt động của màng Như vậy hóa năng của ATP đã chuyển thành điện năng của các dòng điện sinh học

+ Nhiệt năng: trong tất cả các phản ứng chuyển hóa trên bao giờ cũng

có trung bình khoảng 80% năng lượng của các chất tham gia phản ứng biến đổi thành nhiệt năng, hiệu suất sử dụng còn lại khoảng 20% để tạo ra các công hóa học, cơ học, thẩm thấu hay điện

2.2.2 Tiêu hao năng lượng trong cơ thể

Năng lượng dù tiêu hao ở bất cứ dạng nào cuối cùng đều thải ra ngoài

dưới dạng nhiệt Các dạng năng lượng tiêu hao bao gồm:

- Năng lượng tiêu hao cho duy trì cơ thể: đây là năng lượng cần cho sự tồn tại bình thường của cơ thể, không thay đổi thể trọng, không sinh sản Năng lượng tiêu hao cho duy trì cơ thể bao gồm các dạng:

+ Năng lượng tiêu hao cho chuyển hóa cơ sở: chuyển hóa cơ sở là các hoạt động cần thiết cho cơ thể tồn tại trong điều kiện cơ sở: không vận cơ, không tiêu hóa, không điều nhiệt Như vậy đây là sự chuyển hóa năng lượng cho các hoạt động như thần kinh, hô hấp, tim mạch, bài tiết… khi cơ thể ở trạng thái hoàn toàn bình thường Đơn vị đo chuyển hóa cơ sở: Kcal/m2

da/giờ hoặc KJ/m2 da/giờ Các yếu tố ảnh hưởng đến chuyển hóa cơ sở:

Tuổi: tuổi càng cao thì chuyển hóa cơ sở càng giảm Riêng ở tuổi dậy thì và trước dậy thì chuyển hóa cơ sở giảm ít hơn

Giới: chuyển hóa cơ sở ở nam cao hơn nữ cùng độ tuổi

Nhịp ngày đêm: chuyển hóa cơ sở cao nhất vào lúc 13-16 giờ chiều và thấp nhất vào lúc 1-4 giờ sáng

Chu kỳ kinh nguyệt và thai nghén: nửa sau chu kỳ kinh nguyệt và khi

có thai chuyển hóa cơ sở cao hơn bình thường

Trạng thái tình cảm: lo lắng và căng thẳng làm tăng chuyển hóa cơ sở; ngược lại khi ngủ, bệnh nhân trầm cảm chuyển hóa cơ sở lại giảm

Các yếu tố bệnh lý: ưu năng tuyến giáp làm tăng chuyển hóa cơ sở và ngược lại; sốt làm chuyển hóa cơ sở tăng, suy dinh dưỡng làm chuyển hóa cơ

sở giảm

+ Năng lượng tiêu hao cho vận cơ: trong vận cơ, hóa năng tích luỹ trong cơ bị tiêu hao: 25% chuyển thành công cơ học, 75% tỏa ra dưới dạng nhiệt Mức tiêu hao năng lượng trong vận cơ được dùng làm cơ sở để xác định khẩu phần ăn theo nghề nghiệp Đơn vị đo năng lượng tiêu hao trong vận cơ: Kcal/kg thể trọng/phút Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao năng lượng trong vận cơ:

Cường độ vận cơ: cường độ vận cơ càng lớn thì tiêu hao năng lượng càng cao Đây là cơ sở để phân loại lao động thể lực thành loại nhẹ, trung bình, nặng, cực nặng

Tư thế vận cơ: năng lượng tiêu hao không chỉ do tạo ra công mà còn

do các cơ phải co để giữ cho cơ thể ở những tư thế nhất định trong lúc vận cơ

Số cơ co càng nhiều thì tiêu hao năng lượng càng lớn Tư thế càng dễ chịu thoải mái số cơ co càng ít, năng lượng tiêu hao càng ít Đây là cơ sở cho việc chế tạo công cụ phương tiện lao động phù hợp với người lao động và công việc

Mức độ thông thạo: càng thông thạo công việc thì mức độ tiêu hao năng lượng cho vận cơ càng ít do giảm bớt số cơ co không cần thiết

+ Năng lượng tiêu hao cho điều nhiệt: để giữ cho thân nhiệt được hằng định đảm bảo tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra bình thường, cơ thể phải tiêu hao năng lượng cho điều nhiệt gồm sinh nhiệt và thải nhiệt

+ Năng lượng tiêu hao cho tiêu hóa: tiêu hóa có vai trò cung cấp năng lượng cho cơ thể nhưng bản thân tiêu hóa cũng làm tiêu hao năng lượng của

cơ thể cho các hoạt động: cơ học, bài tiết, hóa học, hấp thu Tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn (SDA: specific dynamic action) là phần trăm của mức tiêu hao năng lượng do tiêu hóa tăng lên so với mức tiêu hao trước khi ăn:

SDA của protid là 30

SDA của glucid là 6

SDA của lipid là 14

SDA của chế độ ăn hỗn hợp là 10

- Năng lượng tiêu hao cho sự phát triển cơ thể: năng lượng tiêu hao cho

sự phát triển cơ thể là năng lượng dùng cho việc tổng hợp các thành phần tạo hình, dự trữ của cơ thể để:

+ Tăng chiều cao, tăng trọng lượng cơ thể đặc biệt ở tuổi đang trưởng thành

+ Rèn luyện cơ thể, thể dục thể thao

+ Thay thế các mô già, chết

+ Hồi phục cơ thể sau khi bị bệnh

Năng lượng tiêu hao để tăng thêm 1g thể trọng là 5Kcal

- Năng lượng tiêu hao cho sinh sản: năng lượng tiêu hao cho các hoạt động sinh sản như:

+ Trong thời kỳ mang thai: năng lượng tiêu hao khoảng 60.000-80.000 Kcal cho việc tạo thai, nuôi và phát triển thai, dự trữ cho việc nuôi con sau khi sanh

+ Trong thời kỳ nuôi con: năng lượng tiêu hao khoảng 500 Kcal cho việc tổng hợp và bài tiết sữa

2.3 Điều hòa chuyển hóa năng lượng

2.3.1 Điều hòa chuyển hóa năng lượng ở mức tế bào

Điều hòa theo cơ chế feedback âm tính: phản ứng sinh năng → ATP → ADP + P

- Khi tế bào không hoạt động: hàm lượng ADP trong tế bào thấp, tất cả các phản ứng sinh năng lượng trong tế bào giảm đi

- Khi tế bào hoạt động: hàm lượng ADP trong tế bào tăng, các phản ứng sinh năng lượng sẽ tăng lên

Như vậy hàm lượng ATP trong tế bào luôn được duy trì ổn định

2.3.2 Điều hòa chuyển hóa năng lượng ở mức cơ thể

2.3.2.1 Điều hòa chuyển hóa năng lượng bằng cơ chế thần kinh

- Kích thích thần kinh giao cảm làm tăng chuyển hóa năng lượng

- Vùng hạ đồi có các trung tâm điều nhiệt nên cũng ảnh hưởng đến chuyển hóa năng lượng

Ngoài ra các phần khác của hệ thần kinh cũng đều ảnh hưởng đến chuyển hóa năng lượng

2.3.2.2 Điều hòa chuyển hóa năng lượng bằng cơ chế thể dịch

Các hormon sau làm tăng chuyển hóa năng lượng:

- Hormon T3, T4 của tuyến giáp: tăng chuyển hóa năng lượng của hầu hết các mô trong cơ thể

- Hormon catecholamin của tủy thượng thận; cortisol của vỏ thượng thận; insulin, glucagon của tuyến tụy: tăng huy động năng lượng từ glucid

- Hormon GH của tuyến yên: tăng huy động năng lượng từ lipid

- Hormon sinh dục: làm tăng đồng hoá protid tích lũy năng lượng hormon sinh dục nam làm tăng mạnh hơn hormon sinh dục nữ

3 CÁC NGUYÊN TẮC CHUNG ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG CƠ THỂ

Con người luôn chịu sự tác động của môi trường sống, cả môi trường

tự nhiên và môi trường xã hội trong điều kiện các môi trường này biến động không ngừng Do đó, để có thể tồn tại và phát triển, con người cần luôn thích ứng với những biến động của môi trường Nhờ các hệ thống điều hòa chức năng nhanh nhạy, cơ thể sống đã duy trì hằng định nội môi, tạo những điều kiện cần thiết cho các tế bào trong cơ thể hoạt động, giữ vững sự thống nhất hoạt động giữa các tế bào, giữa các cơ quan, hệ thống cơ quan trong cơ thể và giữa cơ thể với môi trường

Quá trình điều hòa hoạt động cơ thể được thực hiện theo một số nguyên tắc chung như sau:

3.1 Điều hòa theo ba cấp

Điều hòa chức năng được tiến hành theo ba cấp là:

- Điều hòa chức năng ở cấp tế bào: điều hòa hoạt động của gen, điều hòa quá trình tổng hợp năng lượng…

- Điều hòa chức năng ở cấp cơ quan và hệ thống cơ quan: điều hòa hoạt động của tim, gan, thận…

- Điều hòa chức năng ở cấp cơ thể: phối hợp hoạt động của các cơ quan tạo sự thích nghi của cơ thể với môi trường sống

3.2 Điều hòa bằng hai cơ chế

Điều hòa chức năng được thực hiện nhờ hai cơ chế là cơ chế thần kinh thông qua hệ thần kinh và cơ chế thể dịch thông qua các dịch cơ thể

- Điều hòa bằng cơ chế thần kinh: thực hiện thông qua các phản xạ Có hai loại phản xạ là phản xạ có điều khiện và phản xạ không điều kiện

- Điều hòa bằng cơ chế thể dịch: thực hiện thông qua các tính chất của các dịch cơ thể Có hai loại dịch cơ thể là dịch nội bào và dịch ngoại bào

3.3 Điều hòa theo phương thức ngược

Hầu hết các cơ chế điều hòa chức năng trong cơ thể được diễn ra theo phương thức điều hòa ngược (feedback) Điều hòa ngược là kiểu điều hòa mà mỗi khi có một sự thay đổi hoạt động chức năng nào đó, chính sự thay đổi đó

sẽ có tác dụng ngược trở lại để tạo ra một loạt các phản ứng liên hoàn nhằm điều chỉnh hoạt động chức năng đó Có 2 kiểu điều hòa ngược:

- Điều hòa ngược âm tính: có tác dụng làm tăng nồng độ của một chất hoặc tăng hoạt động của một cơ quan khi nồng độ chất đó hoặc hoạt động của

cơ quan đó giảm và ngược lại Về bản chất, điều hòa ngược âm tính tạo sự ổn định nên là kiểu điều hòa chính thường xảy ra ở tất cả các tế bào cũng như cơ quan Nhờ phương thức điều hòa này hằng tính nội môi luôn được duy trì Thí dụ: khi huyết áp tăng sẽ có một loạt các phản ứng làm giảm nhịp tim và sức

co bóp của cơ tim để điều chỉnh huyết áp trở lại bình thường và ngược lại

- Điều hòa ngược dương tính: khi một yếu tố nào đó hay hoạt động của

một cơ quan nào đó đang tăng thì một loạt các phản ứng xảy ra, kết quả làm tăng yếu tố đó hoặc tăng hoạt động của một cơ quan đó Ngược lại, khi giảm lại càng giảm thêm Như vậy, về bản chất, điều hòa ngược dương tính làm mất sự ổn định nhưng cần thiết cho cơ thể Đây là kiểu điều hòa ít gặp, chỉ xảy ra ở một thời điểm nhất định sau đó sẽ quay về kiểu điều hòa ngược âm tính Ví dụ: khi một sản phụ chuyển dạ sinh, cơn co tử cung sẽ bắt đầu từ đáy lan xuống cổ tử cung Từ đây có một tín hiệu quay ngược trở lại đáy tử cung làm cơn co càng mạnh thêm và cứ như thế cho đến khi sổ thai ra bên ngoài

3.4 Điều hòa theo hai tiến trình

Thông thường quá trình điều hòa sẽ tiến hành theo hai tiến trình:

- Điều hòa cấp thời: xảy ra nhanh nhưng thường chưa triệt để

- Điều hòa lâu dài: xảy ra chậm sau đó nhưng thường triệt để

Câu hỏi lượng giá:

1 Tính chất sau không phải là đặc

điểm của cơ thể sống:

a Khả năng thay cũ đổi mới

b Khả năng chịu kích thích

c Khả năng tăng trưởng

d Khả năng sinh tồn nòi giống

2 Dạng năng lượng sau đây không sinh công trong cơ thể:

a Cơ năng

b Thẩm thấu năng

c Điện năng

d Nhiệt năng

3 Oxy hóa khử là quá trình:

a Thoái hóa các chất sinh năng tạo

ra năng lượng tự do, CO2, H2O

b Đào thải CO2 và nước ra khỏi cơ

thể

c Tổng hợp ATP để dự trữ năng

lượng cho cơ thể

d Chuyển hóa ATP thành các dạng

năng lượng của cơ thể

4 Tiêu hao năng lượng cho duy trì cơ

thể là tiêu hao năng lượng trong điều

kiện:

a Không vận cơ, không tiêu hóa,

không điều nhiệt

b Không sinh sản, không phát triển

c Không có ích cho cơ thể

d Được tiếp nối bằng điều hòa ngược âm tính

SINH LÝ THÂN NHIỆT

Mục tiêu:

1 Trình bày được các loại thân nhiệt và các yếu tố ảnh hưởng đến thân nhiệt

2 Trình bày được quá trình sinh nhiệt

3 Trình bày được các hình thức thải nhiệt của cơ thể

4 Phân tích được các cơ chế điều hòa thân nhiệt

1 THÂN NHIỆT

- Định nghĩa: thân nhiệt là nhiệt độ của cơ thể 2 loại thân nhiệt:

+ Thân nhiệt trung tâm: là nhiệt độ các phần sâu trong cơ thể như gan, não, các tạng…Thân nhiệt trung tâm thường được giữ ổn định quanh trị số

370C Đây là nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp tới tốc độ các phản ứng hóa học xảy ra trong cơ thể, là mục đích của hoạt động điều nhiệt Thân nhiệt trung tâm thường được đo ở 3 nơi: ở trực tràng là hằng định nhất, ở miệng thấp hơn

ở trực tràng 0,2-0,50C và dao động nhiều hơn, ở nách thấp hơn ở trực tràng 0,5-10C và dao động nhiều hơn nữa

+ Thân nhiệt ngoại vi: là nhiệt độ da, chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường và thường thấp hơn thân nhiệt trung tâm Thân nhiệt ngoại vi có thể dùng để đánh giá hiệu quả hoạt động điều nhiệt Thân nhiệt ngoại vi thay đổi tuỳ theo vị trí đo trên da

- Các yếu tố ảnh hưởng đến thân nhiệt:

+ Tuổi: tuổi càng cao thân nhiệt càng giảm, tuy nhiên càng về sau mức giảm càng ít hơn

+ Nhịp ngày đêm: thân nhiệt thấp nhất vào lúc 1-4 giờ sáng và cao nhất vào lúc 14-17 giờ chiều

+ Chu kỳ kinh nguyệt và thai nghén: nửa sau chu kỳ kinh nguyệt thân nhiệt tăng 0,3-0,50C, trong tháng cuối thai kỳ thân nhiệt có thể tăng thêm 0,5-0,80C

+ Vận cơ: cường độ vận cơ càng lớn thân nhiệt càng cao

+ Nhiệt độ môi trường: trong môi trường quá nóng hoặc quá lạnh thân nhiệt ngoại vi cũng tăng lên hoặc giảm đi tuy không nhiều

+ Tình trạng bệnh: nhìn chung các bệnh nhiễm khuẩn làm tăng thân nhiệt, bệnh tả làm giảm thân nhiệt Thân nhiệt cũng thay đổi theo hoạt động của tuyến giáp

2 QUÁ TRÌNH SINH NHIỆT

2 nguồn gốc sinh nhiệt của cơ thể:

- Phản ứng chuyển hóa: sự sinh nhiệt này diễn ra thường xuyên, cung cấp một lượng nhiệt lớn đóng vai trò quan trọng trong cơ thể Các hoạt động chuyển hóa sinh nhiệt gồm:

+ Chuyển hoá cơ sở: các yếu tố làm tăng chuyển hoá cơ sở đều làm tăng sinh nhiệt, mức tăng này có lên đến 150%

+ Vận cơ: trong co cơ 75% năng lượng tiêu hao dưới dạng nhiệt Đặc biệt cóng và run là những nguyên nhân sinh nhiệt quan trọng bởi vì trong hình thức co cơ này có đến 80% năng lượng mất đi dưới dạng nhiệt

+ Tiêu hóa: sinh nhiệt do tác dụng động lực đặc hiệu của thức ăn (SDA)

Trong các hoạt động sinh nhiệt trên thì chuyển hóa cơ sở, cóng và run

là những hình thức sinh nhiệt tự nhiên, còn lại là sinh nhiệt bằng hành vi

- Môi trường: nhiệt năng truyền từ những vật có nhiệt độ cao hơn thân nhiệt vào cơ thể như không khí nóng, vật nóng, mặt trời Tuy nhiên sự sinh nhiệt này không thường xuyên và lượng nhiệt do nó cung cấp không lớn Nguồn nhiệt năng này ảnh hưởng chủ yếu đến thân nhiệt ngoại vi

3 QUÁ TRÌNH THẢI NHIỆT

Nhiệt sinh ra trong cơ thể đến đâu sẽ được truyền ra bề mặt ngoài da hoặc niêm mạc đường hô hấp để thải ra ngoài đến đấy nhờ hệ thống mạch máu 2 cơ chế thải nhiệt là truyền nhiệt và bốc hơi nước

3.1 Thải nhiệt bằng cách truyền nhiệt

Truyền nhiệt là phương thức trong đó nhiệt năng được truyền từ vật nóng sang vật lạnh Như vậy muốn thải nhiệt ra bên ngoài bằng cách truyền nhiệt thì cơ thể phải có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh

Có 3 hình thức truyền nhiệt: bức xạ, trực tiếp và đối lưu

3.1.1 Truyền nhiệt bức xạ

- Định nghĩa: truyền nhiệt bức xạ là sự truyền nhiệt giữa các vật không tiếp xúc với nhau Nhiệt được truyền dưới dạng tia bức xạ điện từ (tia hồng ngoại)

- Khối lượng nhiệt truyền tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ giữa hai vật, không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ khoảng không ở giữa Nhưng khối lượng nhiệt mà vật lạnh nhận được phụ thuộc vào màu sắc của nó: màu đen hấp thu toàn bộ, màu trắng phản chiếu toàn bộ

3.1.2 Truyền nhiệt trực tiếp

- Định nghĩa: truyền nhiệt trực tiếp là sự truyền nhiệt giữa các vật tiếp xúc nhau

- Khối lượng nhiệt truyền tỷ lệ thuận với diện tích tiếp xúc, mức chênh lệch nhiệt độ và thời gian tiếp xúc giữa hai vật

3.1.3 Truyền nhiệt đối lưu

- Định nghĩa: truyền nhiệt đối lưu là sự truyền nhiệt giữa các vật tiếp xúc với nhau, nhưng trong đó vật lạnh luôn luôn chuyển động, khiến cho ở điểm tiếp xúc chênh lệch nhiệt độ được duy trì

- Khối lượng nhiệt truyền tỷ lệ thuận với căn bậc hai của tốc độ chuyển động của vật lạnh

3.2 Thải nhiệt bằng cách bốc hơi nước

Thải nhiệt bằng cách bốc hơi nước dựa trên cơ sở là nước trong lúc chuyển từ thể lỏng sang thể khí phải hút nhiệt vào Một lít nước bốc hơi sẽ lấy

đi một nhiệt lượng bằng 580Kcal Nhiệt độ môi trường càng cao thì sự thải nhiệt bằng bốc hơi nước càng tăng với điều kiện nước thoát ra được bề mặt và

bề mặt thoáng gió

Có 2 hình thức bốc hơi nước: qua da và qua đường hô hấp

3.2.1 Bốc hơi nước qua đường hô hấp

- Nước bay hơi ở đường hô hấp là nước do các tuyến ở niêm mạc đường hô hấp bài tiết ra để làm ẩm không khí vào phổi

- Lượng nhiệt toả ra bằng phương thức bốc hơi nước qua đường hô hấp phụ thuộc vào thể tích thông khí phổi Trong môi trường nóng thông khí phổi

có tăng lên nhưng bốc hơi nước qua đường hô hấp không có ý nghĩa quan trọng trong phản ứng chống nóng của loài người

3.2.2 Bốc hơi nước qua da

Bốc hơi nước qua da dưới hai hình thức:

- Thấm nước qua da: lượng nước thấm qua da trung bình một ngày đêm

là 0,5 lít Lượng nước này cùng với lượng nước bốc hơi qua đường hô hấp tổng cộng khoảng 0,6lít/ngày giúp thải một nhiệt lượng khoảng 12-

16Kcal/giờ Đây là lượng nước mất thường xuyên, không cảm thấy và không thay đổi theo nhiệt độ của cơ thể và không khí

- Bài tiết mồ hôi: lượng mồ hôi bài tiết trong một giờ thay đổi từ 0 lít trong môi trường lạnh lên đến tối đa 1,5-2 lít trong môi trường nóng Mồ hôi chỉ giúp thải nhiệt khi bốc hơi được trên da nên bề mặt da cần thoáng Lượng

mồ hôi bốc hơi trên da cũng thay đổi tùy thuộc vào độ ẩm của không khí và tốc độ gió

4 ĐIỀU HÒA THÂN NHIỆT

Điều hòa thân nhiệt gọi tắt là điều nhiệt Đây là một hoạt động chức năng nhằm giữ cho thân nhiệt hằng định trong khi nhiệt độ của môi trường sống luôn thay đổi Nhờ đó sẽ giữ tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra trong

cơ thể tương đối hằng định Do vậy có thể coi điều nhiệt như một mặt của sự đảm bảo hằng định nội môi

Thân nhiệt được điều hòa trên nguyên tắc: lượng nhiệt sinh ra trong cơ thể bằng lượng nhiệt toả ra khỏi cơ thể cùng trong một khoảng thời gian Nguyên tắc này được thực hiện nhờ hoạt động của một cung phản xạ phức tạp với trung tâm là vùng hạ đồi và đường truyền ra vừa là đường thần kinh vừa

là đường thể dịch Trung tâm điều nhiệt bình thường luôn giữ một mức “điểm chuẩn” (set point) =370C để đảm bảo cho thân nhiệt ổn định

4.1 Cơ chế chống nóng của cơ thể

Những kích thích của môi trường nóng, thông qua phản xạ điều nhiệt, gây giảm quá trình sinh nhiệt và tăng quá trình thải nhiệt

- Giảm quá trình sinh nhiệt: giảm các phản ứng chuyển hoá trong cơ thể Đây là nguyên nhân gây cảm giác mệt mỏi trong môi trường nóng Nhưng chuyển hoá cũng là cơ sở của các hoạt động sống nên không thể giảm nhiều được Do đó giảm sinh nhiệt không quan trọng bằng tăng thải nhiệt trong cơ chế chóng nóng

- Tăng quá trình thải nhiệt: là cơ chế chống nóng chủ yếu nên chống nóng còn gọi là điều nhiệt vật lý Cơ chế như sau: dãn mạch máu dưới da, tăng lượng máu đến da khiến da đỏ lên trong môi trường nóng Máu đến da tăng sẽ dẫn đến:

+ Tăng truyền nhiệt: do máu làm tăng nhiệt độ da

+ Tăng bài tiết mồ hôi: có thể dẫn đến mất nước và muối

4.2 Cơ chế chống lạnh của cơ thể

Những kích thích của môi trường lạnh, thông qua phản xạ điều nhiệt, gây giảm quá trình thải nhiệt và tăng quá trình sinh nhiệt

- Giảm quá trình thải nhiệt: co mạch máu dưới da, giảm lượng máu đến

da khiến da tái đi trong môi trường lạnh Máu đến da giảm sẽ dẫn đến giảm truyền nhiệt và bài tiết mồ hôi Nhưng máu đến da ít cũng ảnh hưởng xấu tới việc nuôi da làm cho da bị dầy lên, nổi mẩn ngứa, nốt phỏng và hoạt tử nếu môi trường quá lạnh Do đó giảm quá trình thải nhiệt không quan trọng bằng tăng sinh nhiệt trong cơ chế chống lạnh Đồng thời với phản xạ co mạch da còn có phản xạ dựng lông do co cơ chân lông gây hiện tượng sởn da gà Phản

xạ này là di tích của phản xạ chống lạnh của động vật, ở loài người nó không

có giá trị chống lạnh

- Tăng sinh nhiệt: là cơ chế chống lạnh chủ yếu nên chống lạnh còn gọi

là điều nhiệt hoá học Cơ chế như sau:

+ Tăng chuyển hoá tế bào do:

Thần kinh giao cảm và catecholamin của tủy thượng thận: có tác dụng làm tăng tốc độ chuyển hoá năng lượng của tế bào để sinh ra nhiệt mà không

dự trữ dưới dạng ATP gọi là nhiệt hoá học Lượng nhiệt hoá học sinh ra tỷ lệ thuận với lượng mỡ nâu Ở người, mỡ nâu có nhiều ở trẻ em tập trung chủ yếu xung quanh xương bả vai, đây là nguồn tạo nhiệt quan trọng của trẻ

T3-T4 của tuyến giáp: có tác dụng làm tăng tốc độ chuyển hoá năng lượng trong tất cả các tế bào sinh ra nhiệt Tác dụng của T3-T4 chậm nhưng kéo dài hơn catecholamin

+ Tăng trương lực cơ: xảy ra sau tăng chuyển hoá tế bào Tăng trương lực cơ gây ra hiện tượng “cóng”

+ Run cơ: xảy ra sau cùng Đây là một phản xạ có trung tâm nằm ở vùng dưới đồi Khi cơ thể bị nhiễm lạnh, các tín hiệu lạnh từ da sẽ được truyền về kích thích trung tâm gây phản xạ run cơ Khi run cơ tối đa có thể giúp cơ thể sinh nhiệt cao hơn bình thường 4-5 lần

4.3 Điều hòa thân nhiệt bởi hành vi

Loài người ngoài các cơ chế điều nhiệt sinh học của cơ thể còn có các

cơ chế điều nhiệt do hành vi tích luỹ từ cuộc sống:

- Cải tạo vi khí hậu: mùa hè mở cửa đón gió, dùng quạt, ngăn các nguồn bức xạ, đội mũ, trồng cây lấy bóng mát, dùng máy điều hòa… Mùa đông: đóng cửa, dùng lò sưởi…

- Chọn quần áo thích hợp: mùa hè mặc quần áo màu sáng để phản chiếu tia bức xạ, quần áo mỏng, rộng và chất liệu vải dễ thấm mồ hôi (cotton) để dễ thải nhiệt Mùa đông mặc quần áo màu thẫm, vải dầy, xốp tạo một lớp không khí dầy không di động bao quanh để chống thải nhiệt, hoặc quần áo bằng lông thú, lông nhân tạo

- Chọn chế độ ăn thích hợp: mùa hè nên ăn ít thức ăn giàu năng lượng như lipid hoặc thức ăn có SDA cao như protid để giảm sinh năng, uống nhiều nước Chế độ ăn mùa đông thì ngược lại Ngoài ra còn có một số loại thức ăn

có thể giúp giải nhiệt hoặc gây nóng

- Rèn luyện: rèn luyện để quen chịu nóng hay chịu lạnh là một biện pháp chủ động mang lại hiệu quả lớn

Câu hỏi lượng giá:

1 Vị trí đo sau không được dùng để

đánh giá thân nhiệt trung tâm:

d Trong mọi điều kiện

4 Trong điều kiện bình thường, lượng nước mất hàng ngày không nhìn thấy và không ý thức được là:

a 0,1 lít/ngày

b 0,5 lít/ngày

c 0,6 lít/ngày

d 0-2 lít/ngày

5 Cơ chế chống nóng của cơ thể:

a Giảm sinh nhiệt, giảm thải nhiệt

b Giảm sinh nhiệt, tăng thải nhiệt

c Tăng sinh nhiệt, giảm thải nhiệt

d Tăng sinh nhiệt, tăng thải nhiệt

SINH LÝ TẾ BÀO

Mục tiêu:

1 Xác định được các thành phần chính của một tế bào và cấu trúc màng tế bào

2 Trình bày được các chức năng của màng tế bào

3 Trình bày được chức năng của các bào quan trong tế bào

1 ĐẠI CƯƠNG

Cơ thể con người được cấu tạo bởi hàng triệu triệu tế bào Tế bào là đơn vị cấu tạo và cũng là đơn vị chức năng của cơ thể Muốn hiểu chức năng sinh lý của các cơ quan trong cơ thể, trước hết cần tìm hiểu cấu trúc và chức năng của tế bào Mọi hoạt động chức năng của cơ thể đều có cơ sở tại tế bào

và các rối loạn chức năng cũng có cơ sở ở tế bào

Các tế bào được biệt hóa thành từng hệ: hệ tiêu hóa, hệ tuần hoàn, hệ

hô hấp, hệ thần kinh, nhưng hoạt động của chúng vẫn mang những nét chung

- Số lượng tế bào: cơ thể người có khoảng 100.000 tỉ tế bào, trong đó: + Hồng cầu: khoảng 3.800.00-4.200.000 tế bào

+ Bạch cầu: khoảng 6.000-7.000 tế bào

+ Tế bào não: khoảng 14 tỉ tế bào

- Thành phần tế bào: tế bào được cấu tạo bởi những chất khác nhau gọi

là nguyên sinh chất (protoplasm) gồm 5 thành phần cơ bản:

+ Nước: chiếm 70 - 85% khối lượng tế bào (trừ tế bào mỡ) và là môi trường dịch chính trong tế bào

+ Các chất điện giải: K+, Mg++, P, SO4 , HCO3-, Ca++, Cl-, Na+ Các chất này cung cấp chất vô cơ cho các phản ứng nội bào và vận hành một số cơ chế của tế bào, ví dụ: co cơ cần Ca++

+ Protein: chiếm 10-20% khối lượng tế bào Protein tham gia vào nhiều thành phần cấu trúc và chức năng của tế bào

+ Lipid: chiếm khoảng 2% khối lượng tế bào, riêng tế bào mỡ chứa đến 95% triglycerid và là kho dự trữ năng lượng của cơ thể Lipid không hòa tan trong nước vì vậy được sử dụng để tạo màng bào tương tế bào và các bào quan

+ Carbohydrat: ít, chiếm khoảng 1% khối lượng tế bào nói chung, 3% ở tế bào cơ, 6% ở tế bào gan Carbohydrat đóng nhiều vai trò quan trọng

- Cấu trúc tế bào: tế bào chứa dịch bên trong gọi là dịch nội bào và được cấu trúc thành 2 phần chính:

+ Màng tế bào: màng bào tương bao quanh tế bào và màng các bào quan

+ Các bào quan: các thể nằm trong tế bào như nhân, ty thể, tiêu thể

Hình 1: Cấu trúc tế bào

2 SINH LÝ MÀNG TẾ BÀO

2.1 Cấu trúc chức năng của màng tế bào

Trong tế bào, màng đóng vai trò chủ yếu vì nó chiếm khoảng 80% khối lượng tế bào Màng tế bào dày khoảng 7,5-10nm và gồm các loại: màng bào tương (màng bề mặt tế bào) và màng các bào quan (màng lưới nội nguyên sinh, màng ty thể, màng Golgi, màng nhân )

2.1.1 Thành phần lipid của màng tế bào

Lipid chiếm khoảng 42% thành phần màng tế bào, trong đó: 25% là phospholipid, 13% là cholesterol và 4% là các lipid khác Lớp lipid giúp màng

tế bào mềm mại, có thể uốn khúc và trượt qua lại dễ dàng, đồng thời tạo khả năng hòa màng Thành phần lipid gồm chủ yếu là:

- Phospholipid:

+ Cấu hình: các phân tử phospholipid tạo thành lớp lipid kép mỏng + Chức năng: lớp phospholipid kép là đơn vị cấu trúc cơ bản của màng sinh học, các thành phần khác sẽ khảm vào trong đó Bên cạnh đó lớp phospholipid cũng tham gia vận chuyển các chất qua màng bằng khoảng kẽ giữa các phân tử phospholipid hoặc bằng cơ chế hòa màng

- Cholesterol:

+ Cấu hình: cholesterol phần nhiều ở dạng este hóa

+ Chức năng: quyết định tính lỏng của màng

Hình 2 Cấu trúc màng bào tương tế bào

2.1.2 Thành phần protein của màng tế bào

Protein chiếm khoảng 55% thành phần màng tế bào Các phân tử protein được khảm vào trong lớp phospholipid kép thành những khối cầu Dựa vào liên kết trong cấu trúc màng, protein được chia làm hai loại:

- Protein xuyên màng:

+ Cấu hình: protein này nằm xuyên qua màng

+ Chức năng: protein xuyên màng chủ yếu là các protein vận chuyển (gồm 3 loại là protein kênh, protein mang có tính chất enzym và protein mang không có tính chất enzym), protein kháng nguyên và các protein nhận diện

- Protein ngoại vi:

+ Cấu hình: protein này bám vào một bên màng, thường là mặt trong + Chức năng: protein ngoại vi là các protein enzym, ngoài ra cũng có thể là các cấu trúc sợi và ống siêu vi nằm dưới màng tạo bộ khung cho màng

và thực hiện chức năng co rút

2.1.3 Thành phần glucid của màng tế bào

Glucid chiếm khoảng 3% thành phần của màng tế bào và bao phủ bề mặt ngoài của tế bào thành một lớp áo lỏng lẻo, được gọi là glycocalyx

- Cấu hình: các glucid màng được chia thành hai loại:

+ Các glycoprotein và glycolipid: là những phân tử oligosaccharid gắn thành nhánh với bề mặt ngoài của 100% protein xuyên màng tạo thành glycoprotein hoặc với 1/10 lipid màng tạo thành glycolipid

+ Proteoglycan: là những đại phân tử tạo bởi các carbohydrat bao quanh lõi protein nhỏ gắn lỏng lẻo bên ngoài tế bào

- Chức năng: lớp áo glycocalyx có 4 chức năng chính là đẩy các phân

tử tích điện âm do tính tích điện âm, làm các tế bào dính vào nhau, hoạt động như những receptor của hormon và tham gia vào các phản ứng miễn dịch

2.2 Chức năng của màng tế bào

Màng tế bào thực hiện một số chức năng chính như phân cách với môi trường xung quanh, vận chuyển chọn lọc các chất qua màng tế bào, tác nhân tạo ra điện thế màng, kết dính tế bào, tương tác tế bào, trao đổi thông tin giữa các tế bào

2.2.1 Phân cách với môi trường xung quanh

Màng tế bào phân cách các thành phần bên trong tế bào, trong các bào quan với môi trường xung quanh do đó tạo cho tế bào thành một tổ chức sống độc lập tương đối với môi trường xung quanh

2.2.2 Vận chuyển chọn lọc các chất qua màng tế bào

Tuy tế bào là một tổ chức sống độc lập nhưng nó vẫn có mối liên hệ với môi trường xung quanh thông qua hoạt động vận chuyển các chất qua màng tế bào Đây là sự vận chuyển có chọn lọc qua lại màng tùy theo nhu cầu của tế bào Có hai cách thức vận chuyển: vận chuyển qua các phân tử cấu tạo lên màng tế bào và vận chuyển bằng một đoạn màng tế bào Sự vận chuyển cũng

có thể đơn giản xảy ra theo hai chiều ở bất kỹ màng tế bào nào hoặc cũng có

thể phức tạp hơn xảy ra qua một lớp tế bào tại biểu mô ruột, biểu mô ống

thận, biểu mô các tuyến ngoại tiết, đám rối mạch mạc ở não

2.2.3 Tác nhân tạo ra điện thế màng

Giữa mặt trong và mặt ngoài màng tế bào luôn tồn tại một hiệu điện thế

do sự khác biệt về nồng độ các ion tạo ra mà chủ yếu là ion Na+ và K+ Đồng thời sự vận chuyển các ion qua lại màng góp phần tạo ra sự biến đổi về điện thế màng theo 3 trạng thái: trạng thái phân cực (điện thế nghỉ), trạng thái khử cực (điện thế hoạt động) và trạng thái hồi cực

2.2.4 Kết dính tế bào

Màng bào tương tế bào với hệ thống các phân tử kết dính trong lớp áo glycocalyx cho phép kết dính tế bào với tế bào hoặc tế bào với các đại phân tử collagen, fibrinogen, heparin Với sự kết dính này các tế bào được cố định, đây là cơ sở để xây dựng nên các mô, các cơ quan và cơ thể toàn vẹn Không chỉ có ý nghĩa hình thái, sự kết dính này còn giúp các tế bào trao đổi với nhau

về vật chất cũng như các tín hiệu trong quá trình sống và hơn thế nữa nó còn

có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình biệt hóa và phát triển tế bào Sự kết dính được thực hiện theo các cơ chế: tác dụng tương hỗ giữa các nhóm chức hóa học, cầu nối trung gian của các ion hóa trị 2+, lực tĩnh điện giữa hai

tế bào

2.2.5 Tương tác tế bào

Tương tác tế bào là sự phản ứng giữa các thành phần của màng tế bào

mà chủ yếu là các protein với các phân tử chất bên ngoài một cách đặc hiệu Với tương tác này tế bào sẽ thực hiện các hoạt động chức năng của nó Các

mô hình tương tác chủ yếu là:

- Tương tác kiểu kháng nguyên-kháng thể: tương tác kiểu kháng nguyên-kháng thể là cơ sở để tế bào thực hiện các chức năng miễn dịch Màng bào tương tế bào vừa có các nhóm kháng nguyên như kháng nguyên màng hồng cầu tạo thành nhóm máu, vừa có thể có kháng thể bám dính như IgE, IgG, IgM

- Tương tác kiểu enzym-cơ chất: hiện nay người ta đã biết trên 30 enzym liên kết màng như các cyclase, ATPase (Mg++-ATPase, Na+-K+-ATPase…), hoặc các enzym khác (phosphatase kiềm, nucleotidase và phosphodiesterase ) Phần lớn các enzym này có bản chất hóa học là

glycoprotein, vị trí để liên kết với cơ chất là phần hydratcarbon được hướng trực tiếp ra phía bên ngoài màng

- Tương tác kiểu tín hiệu hóa học-receptor: thực hiện chức năng trao

đổi thông tin giữa các tế bào ở xa nhau

2.2.6 Tham gia trao đổi thông tin giữa các tế bào

Trong cơ thể động vật đa bào, sự phối hợp giữa các tế bào trong cùng một mô để hoàn thành một chức năng hoặc giữa các tế bào trong các loại mô khác nhau để hoàn thành nhiều chức năng khác nhau được thực hiện thông qua các hệ thống thông tin giữa các tế bào Sự thông tin có thể được thực hiện thông qua các mối liên kết hở (gap junction) giữa các tế bào nằm sát nhau hoặc qua các tín hiệu hóa học (chemical signal) giữa các tế bào xa nhau

- Trao đổi thông tin giữa các tế bào sát nhau: giữa các tế bào kế nhau như các tế bào biểu mô, thần kinh, cơ trơn, cơ tim thường có các cấu trúc

được gọi là các liên kết hở giúp các tế bào trao đổi nhanh thông tin với nhau

Hình 3: Liên kết hở giữa hai tế bào sát nhau

+ Cấu trúc: liên kết hở được cấu tạo gồm 6 phân tử protein gọi là connexin ở mỗi bên màng bào tương tạo thành 1 kênh ở giữa hình lục giác gọi

là connexon Kênh có đường kính khoảng 1,5nm nối thông giữa hai tế bào + Hoạt động: kênh cho phép các phân tử nhỏ hòa tan trong nước có trọng lượng phân tử nhỏ hơn 1.000 đi trực tiếp từ bào tương tế bào này tới tế bào khác sát cạnh nó

+ Ý nghĩa: kiểu tác động này cho phép các tế bào cạnh nhau có thể nhanh chóng chia sẻ các sản phẩm chuyển hóa Điều này đặc biệt có vai trò quan trọng ở các tế bào thần kinh cho phép xung động đi nhanh hơn nhiều so với sự dẫn truyền qua synap; ở các tế bào cơ tim giúp chúng co lại hầu như

cùng một lúc, đảm bảo cho việc bơm máu diễn ra một cách hiệu quả

- Trao đổi thông tin giữa các tế bào xa nhau: cách thức truyền tin được thực hiện theo phương thức các tín hiệu hóa học dưới dạng các phân tử đặc hiệu giải phóng ra từ một tế bào sẽ tác động lên một tế bào khác ở xa gọi là tế bào đích 3 thành tố chính tham gia vào hoạt động này là:

+ Các tín hiệu ngoại bào hay còn gọi là chất truyền tin thứ nhất: về mặt

cơ chế, có thể là hormon (cơ chế thể dịch) hoặc chất truyền đạt thần kinh (cơ chế thần kinh) Về mặt hóa học, có thể hòa tan trong nước hoặc trong lipid + Các receptor ở tế bào đích: là những phân tử protein có mặt ở tế bào đích, đóng vai trò tiếp nhận các tín hiệu hóa học ngoại bào với tính đặc hiệu

và ái lực cao, qua đó sẽ khởi phát các hoạt động chức năng nhất định của tế bào Receptor có thể nằm trên màng bào tương tế bào nhưng cũng có thể nằm trong bào tương, thậm chí nằm trong nhân tế bào Bất cứ một phân tử tín hiệu nào có khả năng gắn vào receptor với độ đặc hiệu cao đều được gọi là ligand

và khi đó xảy ra một trong hai trường hợp: nếu phân tử sau khi gắn với receptor dẫn đến một đáp ứng sinh lý của tế bào thì được gọi là chất chủ vận (agonist); nếu phân tử sau khi gắn với receptor mà không gây ra một đáp ứng nào cả sẽ được gọi là chất đối vận (antagonist), chúng làm cản trở tác động của agonist bằng cách chiếm lấy receptor của nó

+ Các tín hiệu nội bào hay còn gọi là chất truyền tin thứ hai: tín hiệu ngoại bào khi gắn vào receptor nằm trên màng bào tương tế bào sẽ làm cấu hình của receptor thay đổi, sự thay đổi này dẫn đến xuất hiện một phân tử tín hiệu bên trong tế bào, được gọi là tín hiệu nội bào (intracellular) Quá trình này được xem là cơ sở khởi đầu của hiện tượng khuếch đại tín hiệu vì sẽ có nhiều tín hiệu nội bào được hình thành từ một phân tử tín hiệu ngoại bào Các tín hiệu nội bào sau đó sẽ tạo ra một loạt phản ứng bên trong tế bào dẫn đến xuất hiện các đáp ứng sinh lý đặc trưng Có 3 loại tín hiệu nội bào phổ biến: AMPc, Ca++-protein, inositol triphosphat và diacylglycerol

3 SINH LÝ CÁC BÀO QUAN

3.1 Ty thể (Mitochondria)

- Cấu tạo chức năng: ty thể có ở tất cả các tế bào, hình cầu hoặc sợi dài

có hai màng Màng trong tạo thành các vách ngăn, trên có có các enzym của chuỗi hô hấp tế bào Trong lòng ty thể chứa chất gel với nhiều enzym hòa tan

là những enzym của chu trình Krebs Ty thể có khả năng tự phân chia vì trong

ty thể cũng có ADN giống trong nhân Một ty thể có thể tạo ra 2, 3 ty thể hoặc nhiều hơn khi tế bào cần ATP

- Chức năng của ty thể: sản sinh và tích trữ năng lượng cho tế bào dưới dạng ATP qua chu trình Krebs và chuỗi hô hấp tế bào ATP được tạo thành 5% trong bào tương tế bào và 95% trong ty thể, do vậy ty thể được mệnh

danh là trạm năng lượng tế bào

3.2 Nhân

- Cấu tạo chức năng: nhân có cấu trúc màng đôi, bên trong chứa nhiễm sắc thể và hạch nhân Mỗi nhiễm sắc thể gồm protein nâng đỡ và ADN (acid deoxyribonucleic), trên nhiễm sắc thể có các gen mang mã di truyền Hạch nhân là một mảng hạt giàu chất ARN (acid ribonucleic) Khi tế bào phân chia

có thể thấy rõ những đôi nhiễm sắc thể, giữa thời kỳ tế bào phân chia chỉ thấy những đốm sẫm màu gọi là nhiễm sắc chất (chromatin)

- Chức năng:

+ Phân bào nguyên nhiễm: nhiễm sắc thể tự nhân đôi, phân chia cho mỗi tế bào con một bộ nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n

+ Phân bào giảm nhiễm: tế bào mầm phân chia cho mỗi tế bào con một

bộ nhiễm sắc thể đơn bội n Khi tinh trùng và trứng kết hợp nhau tạo hợp tử có đủ 2n nhiễm sắc thể

+ Sao mã tạo ARN để sinh tổng hợp protein cho tế bào

3.3 Trung thể

- Cấu tạo chức năng: trung thể là một trung tâm tổ chức các ống vi thể gồm hai trung tử nằm vuông góc với nhau Mỗi trung tử có 9 mặt, mỗi mặt có

3 ống vi thể

- Chức năng : là bào quan điều hòa tiến trình phân bào Khi thực hiện

nhiệm vụ, hai trung tử tách ra thành hai cực của thoi gián phân

3.4 Mạng lưới nội bào tương (endoplasmic reticulum) và ribosom

- Cấu tạo chức năng: mạng lưới nội bào tương có cấu trúc như là một

hệ thống ống dẫn chằng chịt và phát triển rộng khắp tế bào chất Các ống dẫn nối nối kết trực tiếp với lớp màng ngoài của nhân tế bào Trên bề mặt và bên trong mạng lưới nội bào tương có nhiều enzym Mạng lưới nội bào tương được chia thành 2 loại: lưới nội bào tương có hạt có các hạt ribosom đính trên

bề mặt và lưới nội bào tương trơn không có ribosom trên bề mặt Ribosom

cấu tạo gồm hai đơn vị lớn và nhỏ bám dính lên bề mặt mạng lưới nội bào tương hạt hoặc nằm tự do trong bào tương

- Chức năng:

+ Sinh tổng hợp protein và lipid: mạng lưới nội bào tương hạt là nơi tổng hợp protein theo qui trình ribosom tổng hợp tiền chất của protein, sau đó đưa vào mạng lưới nội bào tương hạt, tại đây phân tử tiền chất trải qua một số phản ứng hóa sinh hình thành protein rồi được đóng gói lại Riêng ribosom tự

do trong bào tương sẽ sinh tổng hợp protein cho bào tương Mạng lưới nội bào tương trơn là nơi sinh tổng hợp các lipid như steroid

+ Dự trữ ion Ca2+: mạng lưới nội bào tương là nơi dự trữ các ion Ca2+

dùng trong nhiều phản ứng đáp ứng quan trọng của tế bào

+ Không bào hoặc các bào quan bị hư hỏng trong tế bào sẽ hòa màng

với tiêu thể tạo thành túi tiêu hóa (Degestive vesicle)

+ Các enzym của tiêu thể sẽ thủy phân các chất trong túi tiêu hóa Sản phẩm thu được là những phân tử nhỏ (acid amin, glucose, phosphat ) sẽ được hấp thu vào bào tương tế bào

+ Những phần không bị tiêu hủy còn lại gọi là thể cặn (residual body)

được bài tiết ra ngoài tế bào bằng hiện tượng xuất bào

3.7 Peroxisom

- Cấu tạo chức năng: peroxisom là những túi màng đơn có nguồn gốc

từ mạng lưới nội nội bào tương chứa các enzym

- Chức năng: giải độc cho tế bào

3.8 Bộ xương của tế bào (Cytoskeleton)

- Cấu tạo chức năng: bộ xương tế bào gồm các sợi siêu vi

(microfilament) và các ống siêu vi (microtubule) nằm dưới màng tế bào

- Chức năng:

I + Tạo và duy trì hình dạng tế bào và vị trí của các bào quan bên trong

+ Tạo các cử động của tế bào và các chuyển động trong tế bào

3.9 Lông tế bào

- Cấu tạo chức năng: có ở các tế bào biểu mô thành ống, thực chất là những nhánh bào tương chứa một cấu trúc giống cấu trúc của tiểu thể trung tâm điển hình với 9 nhóm ống, mỗi nhóm có 3 ống

- Chức năng: tạo các chuyển động nhanh, bất ngờ 10-20 lần/giây, làm đẩy các chất dịch trong lòng ống theo một hướng nhất định:

+ Ở đường hô hấp: từ hốc mũi và đường hô hấp dưới về họng, cuốn theo các chất lạ

+ Ở vòi trứng: từ buồng trứng về tử cung, cuốn theo trứng

Câu hỏi lượng giá:

1 Đơn vị cấu trúc cơ bản của

d Tương tác kiểu enzym-cơ chất

3 CHỌN CÂU SAI về chức năng

sinh tổng hợp của các bào quan:

a Mạng lưới nội bào tương hạt tổng hợp protein

b Mạng lưới nội bào tương trơn tổng hợp lipid

VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO

Mục tiêu

1 Phân biệt được các hình thức vận chuyển thụ động và chủ động

2 Phân tích được đặc điểm của từng loại vận chuyển vật chất qua màng tế bào

1 ĐẠI CƯƠNG

Màng tế bào là một loại màng bán thấm sinh học Không chỉ phân cách

tế bào thành một tổ chức sống độc lập, màng tế bào còn giúp tế bào trao đổi vật chất với môi trường xung quanh Đây là một quá trình vận chuyển có chọn lọc theo nhu cầu của tế bào đồng thời cũng để điều hòa hằng tính nội môi Thành phần cơ bản của màng tế bào là lớp phospholipid kép được khảm bởi các phân tử protein và bao bọc bên ngoài là lớp áo glycocalyx Có hai dạng vận chuyển vật chất qua màng:

- Vận chuyển qua các phân tử cấu tạo lên màng:

+ Vận chuyển thụ động: qua lớp phospholipid kép, qua các kênh protein xuyên màng (khuếch tán đơn giản) hoặc qua các protein mang xuyên màng không có tính enzym (khuếch tán được gia tốc)

+ Vận chuyển chủ động: qua các protein mang xuyên màng có tính chất enzym (chủ động sơ cấp), hoặc kết hợp protein mang xuyên màng không có tính enzym và protein mang xuyên màng có tính enzyme (chủ động thứ cấp)

- Vận chuyển qua một đoạn màng: đây là hình thức vận chuyển bằng cơ chế hòa màng theo kiểu nhập và xuất bào

2 VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA CÁC PHÂN TỬ CẤU TẠO MÀNG

Vận chuyển thụ động còn gọi là khuếch tán có đặc điểm:

- Không cần tiêu thụ năng lượng ATP mà thực hiện nhờ năng lượng chuyển động nhiệt

- Hầu hết không cần chất chuyên chở (chất mang)

- Diễn ra theo hướng gradient từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp tiến tới làm thăng bằng bậc thang nồng độ

2.1.2 Các dạng khuếch tán

Có hai dạng là khuếch tán đơn giản và khuếch tán được gia tốc

2.1.2.1 Khuếch tán đơn giản (simple diffusion)

Khuếch tán đơn giản là hiện tượng khuếch tán không cần chất mang

* Hai hình thức khuếch tán đơn giản:

- Khuếch tán qua lớp lipid kép: là khuếch tán qua khoảng kẽ giữa các phân tử của lớp lipid kép Chất được vận chuyển là các chất hòa tan trong lipid như O2, CO2, nitơ, acid béo, vitamin tan trong dầu A, D, E, K, rượu Mặc dù nước không hòa tan trong lipid nhưng một phần nước vẫn có thể khuếch tán qua lớp lipid kép vì kích thước của chúng nhỏ nhưng động năng của chúng lại rất lớn nên chúng có thể xuyên qua lớp lipid kép như những “viên đạn” (bullets) Các ion không thể thấm qua lớp lipid kép

- Khuếch tán qua các kênh protein: là khuếch tán qua phân tử protein xuyên màng dạng kênh Chất được vận chuyển là nước và các chất hòa tan trong nước như các ion Các kênh protein này chọn lọc chất khuếch tán do đặc điểm về đường kính, hình dạng, điện tích Các kênh còn được đóng mở bằng cổng theo điện thế hoặc hóa học Các kênh quan trọng như kênh Na+ cho Na+

đi từ ngoài vào trong tế bào; kênh K+ cho K+ đi từ trong ra ngoài tế bào; kênh

Cl- cho Cl- đi từ ngoài vào trong tế bào; kênh Ca++ cho Ca++ và cả Na+ đi từ ngoài vào trong tế bào

* Các yếu tố ảnh hưởng lên sự khuếch tán đơn giản:

- Ảnh hưởng của tính thấm màng: tốc độ khuếch tán qua màng phụ thuộc vào:

+ Bản chất của chất khuếch tán: tỉ lệ thuận với độ hòa tan trong lipid, tỉ

lệ nghịch với trọng lượng phân tử

+ Nhiệt độ: tỉ lệ thuận với nhiệt độ

+ Trạng thái của màng: tỉ lệ nghịch với độ dày của màng và số kênh trên một đơn vị diện tích màng

+ Sự khuếch tán của 1 chất khác xảy ra đồng thời

- Ảnh hưởng của sự chênh lệch nồng độ các chất ở hai bên màng: chênh lệch nồng độ càng lớn tốc độ khuếch tán càng tăng tuyến tính

- Ảnh hưởng của sự chênh lệch điện thế (hiện tượng điện thẩm): khi có

sự chênh lệch về điện thế giữa hai bên màng thì sẽ tạo ra sự chuyển động của các ion: ion (+) di chuyển về phía bên màng tích điện (-), ion (-) di chuyển về phía bên màng tích điện (+) Sự chuyển động này tạo nên 1 chênh lệch về nồng độ tăng dần, đến mức xu thế khuếch tán do chênh lệch nồng độ bằng xu thế khuếch tán do chênh lệch điện thế, lúc này hệ thống ở vào trạng thái thăng bằng động (cân bằng Donnan) Ở nhiệt độ 370C, khi chênh lệch điện thế cân bằng với chênh lệch nồng độ của những ion hóa trị 1 thì ta có thể xác định điện thế đó theo phương trình Nernst như sau:

EMF = ±61 log

2

1

C C

Trong đó: EMF là điện thế (lực điện động 2 bên màng)

C2 là nồng độ ion bên 2 của màng

- Ảnh hưởng của chênh lệch các áp suất dung dịch (hiện tượng siêu lọc): một dung dịch gồm hai thành phần là dung môi (dung môi của dịch cơ thể là nước) và các chất hòa tan, mỗi thành phần sẽ tạo ra một loại áp suất có tác dụng khác nhau

+ Chênh lệch của áp suất thủy tĩnh: áp suất thủy tĩnh là áp suất của dung môi (nước) Áp suất thủy tĩnh có tác dụng đẩy nước và các chất hòa tan trong nước đi từ nơi có áp suất thủy tĩnh cao sang nơi có áp suất thủy tĩnh thấp Thí dụ ở màng mao mạch phía tiểu động mạch, áp suất thủy tĩnh trong mao mạch lớn hơn áp suất thủy tĩnh ngoài mao mạch nên nước và các chất hòa tan trong nước sẽ khuếch tán ra ngoài mao mạch

+ Ảnh hưởng của chênh lệch áp suất thẩm thấu: áp suất thẩm thấu là áp suất của các chất hòa tan như muối NaCl và protein (áp suất keo) Áp suất thẩm thấu có tác dụng giữ nước ở lại (ngăn cản không cho nước di chuyển sang phía bên đối diện), đồng thời lại có tác dụng hấp dẫn (kéo) nước từ nơi

có áp suất thẩm thấu thấp đến nơi có áp suất thẩm thấu cao gọi là hiện tượng thẩm thấu Như vậy, sự thẩm thấu thực chất là một quá trình khuếch tán của

các phân tử dung môi (nước)

Công thức tính áp suất thẩm thấu của một dung dịch theo luật Van’t Hoff:

P = RTC

2.1.2.2 Khuếch tán được gia tốc (facilitated diffusion)

Khuếch tán được gia tốc (khuếch tán được tăng cường, khuếch tán được thuận hóa, khuếch tán được hỗ trợ hay khuếch tán qua chất mang) là hiện tượng khuếch tán cần chất mang Chất mang này chính là protein xuyên màng loại mang không có tính chất enzym

- Chất được vận chuyển: chất hữu cơ có kích thước lớn như các monosaccharid và acid amin Ví dụ điển hình là sự hấp thu glucose vào tế bào, insulin làm tăng tốc độ khuếch tán lên 10-20 lần do làm tăng số lượng các protein mang glucose

- Cơ chế khuếch tán: chất được vận chuyển gắn vào protein mang làm cho protein mang thay đổi cấu hình và mở ra ở phía bên kia của màng Do lực liên kết giữa chất được vận chuyển và protein mang yếu nên chuyển động nhiệt của chất được vận chuyển sẽ tách nó ra khỏi protein mang và giải phóng vào phía đối diện

Hình 1 Cơ chế khuếch tán dược gia tốc

Khếch tán

- Tốc độ khuếch tán: tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiều yếu tố trong đó có số lượng protein mang trên một đơn vị diện tích màng do đó tốc

độ khuếch tán có giá trị tối đa (Vmax) chứ không phải tuyến tính như khuếch đơn giản

2.2 Vận chuyển chủ động

2.2.1 Khái niệm

Vận chuyển chủ động có đặc điểm:

- Cần tiêu thụ năng lượng ATP

- Cần chất chuyên chở (chất mang có tính enzym hay còn gọi là bơm)

- Diễn ra theo hướng ngược gradient từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao tiến tới làm bậc thang nồng độ ngày càng rộng hơn

2.2.2 Các dạng vận chuyển chủ động

Tùy theo nguồn gốc năng lượng sử dụng mà chia hai loại vận chuyển chủ động: vận chuyển chủ động sơ cấp và vận chuyển chủ động thứ cấp

2.2.2.1 Vận chuyển chủ động sơ cấp (Primary active transport)

- Năng lượng cung cấp cho vận chuyển trực tiếp từ sự thủy phân ATP

- Chất được vận chuyển: các ion như Na+, K+, Ca++, H+, Cl-

- Tính chất của protein mang (bơm): protein mang vừa đóng vai trò là chất chuyên chở để chất được vận chuyển gắn vào vừa đóng vai trò là một enzym thủy phân ATP để lấy năng lượng Năng lượng đó sẽ làm thay đổi cấu hình của protein mang giúp chúng bơm các chất được vận chuyển qua màng Một số bơm quan trọng như bơm Na+-K+-ATPase, bơm Ca++, bơm proton + Bơm Na+-K+-ATPase: bơm hiện diện ở tất cả tế bào trong cơ thể Khi hoạt động sẽ bơm 2 K+ từ ngoài vào trong tế bào và 3 Na+ từ trong ra ngoài Chức năng: bơm có vai trò duy trì nồng độ Na+ và K+ khác nhau hai bên màng: [Nao+] > [Nai+], [Ki+] > [Ko+] Do đó, giúp điều hòa thể tích tế bào và là tác nhân tạo ra điện thế màng nên còn gọi là bơm điện thế

- Bơm Ca++: hiện diện ở hầu hết tế bào trong cơ thể, khi bơm hoạt động

sẽ bơm Ca++ từ trong ra ngoài tế bào duy trì nồng độ Ca++ thấp trong tế bào

- Bơm proton: vận chuyển chủ động sơ cấp ion H+ ở 2 nơi trong cơ thể: + Tế bào thành của dạ dày: bài tiết H+ để tạo HCl trong dịch vị

+ Ống thận (đoạn cuối ống lượn xa, ống góp): Bài tiết H+ để điều hòa nồng độ H+ trong máu

2.2.2.2 Vận chuyển chủ động thứ cấp (Secondary active transport)

- Năng lượng cung cấp cho vận chuyển gián tiếp từ sự thủy phân ATP

- Chất được vận chuyển: chất hữu cơ như glucose, acid amin, các ion

- Tính chất của sự phối hợp các protein mang: protein mang thứ nhất có tính chất enzym (bơm) hoạt động theo cơ chế vận chuyển chủ động sơ cấp tạo

ra một bậc thang nồng độ của ion Năng lượng được giải phóng từ bậc thang nồng độ ion cho phép protein mang thứ hai không có tính chất enzym vận chuyển ion theo bậc thang nồng độ và chất cùng vận chuyển khác ngược bậc thang nồng độ Hai loại vận chuyển chủ động thứ cấp:

+ Đồng vận chuyển thuận: các chất được vận chuyển đi cùng một hướng Ví dụ: đồng vận chuyển thuận Na+ và glucose/acid amin ở tế bào biểu

mô ống tiêu hóa và ống thận để hấp thu các chất này vào máu

+ Đồng vận chuyển nghịch (các chất được vận chuyển đi ngược hướng) Ví dụ: đồng vận chuyển nghịch với Na+ của K+ hoặc H+ ở tế bào biểu mô ống lượn xa và ống góp để tái hấp thu Na+ và bài tiết K+ hoặc H+ trao đổi

3 VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT BẰNG MỘT ĐOẠN MÀNG TẾ BÀO

Vận chuyển vật chất bằng một đoạn màng được thực hiện thông qua cơ chế hòa màng Hòa màng là khả năng màng tế bào có thể cắt một đoạn màng tạo thành túi hoặc ngược lại bổ sung màng túi vào màng tế bào

3.1 Hiện tượng nhập bào (endocytosis)

- Nhập bào là hiện tượng tế bào nuốt các chất bên ngoài tế bào Có hai hình thức:

+ Thực bào (phagocytosis): là hiện tượng tế bào nuốt vi khuẩn, mô chết, bụi Chỉ một số tế bào có khả năng này đó là các đại thực bào ở mô hình thành từ các bạch cầu mono trong máu, bạch cầu đa nhân trung tính (tiểu thực bào) và và bạch cầu ưa acid

+ Ẩm bào (pinocytosis): là hiện tượng tế bào nuốt các dịch lỏng và các hòa chất tan có kích thước nhỏ Ẩm bào xảy ra liên tục ở hầu hết các tế bào

- Cơ chế nhập bào: màng bào tương tế bào kết dính với chất được nhập bào Phía trong màng bào tương tế bào sát với những chỗ kết dính này là một mạng lưới các sợi protein có cấu tạo bởi các sợi actin và myosin Các sợi này

sẽ co rút với năng lượng từ ATP làm cho màng bào tương lõm vào trong và dần dần hình thành túi nhập bào tách khỏi màng bào tương đi vào bên trong tế bào Phần màng bào tương còn lại kết hợp lại với nhau bằng cơ chế hòa màng

- Chức năng: hiện tượng nhập bào tạo hai chức năng:

+ Khởi đầu quá trình tiêu hóa của tế bào: khi nuốt các chất, màng tế

bào đóng gói lại thành túi đưa vào bào tương tế bào Tại đây, túi này sẽ hòa màng với lysosom (tiêu thể) thành túi tiêu hóa, các enzym thủy phân trong lysosom sẽ phân cắt các chất được hấp thu, các chất dinh dưỡng sẽ được đưa vào bào tương tế bào, các chất cặn bã được đào thải bằng cơ chế xuất bào

Hình 4: Quá trình tiêu hóa của tế bào

+ Tạo cử động dạng amib

3.2 Hiện tượng xuất bào (exocytosis)

- Xuất bào là hiện tượng tế bào bài tiết các chất được tổng hợp trong tế bào như hormon, chất truyền đạt thần kinh hoặc các chất cặn bã (residual body) sau quá trình tiêu hóa tế bào

- Cơ chế xuất bào: các chất bài tiết được đóng gói trong các túi và được vận chuyển đến màng bào tương tế bào nhờ năng lượng ATP Tại đây, bằng

cơ chế hòa màng các túi này mở thông ra bên ngoài giải phóng các chất bài tiết và trở thành một phần của màng bào tương tế bào

Câu hỏi lượng giá:

1 Trong khuếch tán đơn giản,

tương quan giữa tốc độ khuếch tán

d Đường cong tiệm cận ngang

2 Chất nào sau đây vận chuyển qua màng tế bào bằng hình thức

khuếch tán được gia tốc:

a CO2

b Nước

c NH3

d Acid amin

4 Nhờ cơ chế “hòa màng”, tế bào

có thể thực hiện được các hoạt động sau NGOẠI TRỪ:

a Tiêu hóa

b Bài tiết

c Tạo chuyển động dạng amib

d Khuếch tán các chất

ĐIỆN THẾ MÀNG TẾ BÀO

Mục tiêu:

1 Trình bày được các cơ sở vật lý của điện thế màng tế bào

2 Phân tích được các đặc điểm của điện thế nghỉ và điện thế hoạt động trên màng tế bào

3 Xác định được các trạng thái điện học của tế bào và ứng dụng

1 ĐẠI CƯƠNG VỀ ĐIỆN THẾ MÀNG

1.1 Điện thế khuếch tán

Điện thế khuếch tán là điện thế được tạo ra do sự khuếch tán ion qua màng Điện thế khuếch tán được xác định bằng các phương trình sau:

* Phương trình Nerst:

Giữa mặt trong và mặt ngoài màng tế bào luôn tồn tại một hiệu điện thế

do sự khác biệt về nồng độ các ion tạo ra Khi đó, sự khuếch tán của các ion qua màng sẽ chịu ảnh hưởng của hai lực đối lập nhau:

- Xu thế khuếch tán do chênh lệch về nồng độ: các ion sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Sự chuyển động này tạo nên 1 chênh lệch về điện tích tăng dần

- Xu thế khuếch tán do chênh lệch về điện thế: các ion (+) di chuyển về phía bên màng tích điện (-), ion (-) di chuyển về phía bên màng tích điện (+)

Sự chuyển động này tạo nên 1 chênh lệch về nồng độ tăng dần

Trong một hệ nhiệt động học, ở một thời điểm nhất định, 2 lực trên sẽ cân bằng nhau Lúc này hệ thống ở vào trạng thái thăng bằng động (cân bằng Donnan) Ở nhiệt độ 370C, khi chênh lệch điện thế cân bằng với chênh lệch nồng độ của một ion hóa trị 1 thì ta có thể xác định điện thế khuếch tán đó theo phương trình Nernst như sau:

EMF(mV) = ±61log

2

1

C C

Trong đó: EMF là điện thế (lực điện động 2 bên màng)

C2 là nồng độ ion bên 2 của màng

Ví dụ: xét sự phân bố của 3 ion chính ở hai bên màng tế bào thần kinh: