TRAO đổi CHẤT và NĂNG LƯỢNG ở ĐỘNG vật CHUYÊN đề SINH lí máu

Phần sinh lý động vật là nội dung khó, bao gồm các quá trình sinh lý phức tạp và có mối quan hệ mật thiết với nhau, trong đó “Chuyển hóa vật chất và nănglượng” là vấn đề trọng tâm có liê

CHUYÊN ĐỀ: SINH LÍ MÁU

A MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Chương trình chuyên sinh nói chung và phần Sinh lý động vật nói riêng được thiết

kế theo hướng tích hợp chương trình sinh học nâng cao và những nội dung bổ sungđược mở rộng đi sâu Vì vậy, việc dạy và học như thế nào để có hiệu quả là vấn đề thenchốt luôn đặt ra đối với các GV dạy chuyên

Phần sinh lý động vật là nội dung khó, bao gồm các quá trình sinh lý phức tạp

và có mối quan hệ mật thiết với nhau, trong đó “Chuyển hóa vật chất và nănglượng” là vấn đề trọng tâm có liên quan đến tất cả các quá trình sinh lý khác nhưsinh trưởng - phát triển, sinh sản… Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng ở độngvật được thực hiện nhờ hoạt động của các hệ cơ quan có quan hệ mật thiết với nhautrong đó hệ tuần hoàn là hoạt động trung tâm có mối quan hệ trực tiếp hoặc giántiếp đến tất cả các hệ cơ quan trong cơ thể (hình 1) Hệ tuần hoàn có 2 nội dungchính là máu và tuần hoàn máu, đây là những nội dung cần được nghiên cứu kỹnhưng trong các tài liệu giáo khoa dành cho HS chuyên chủ yếu quan tâm đếnchuyên đề tuần hoàn máu chứ chưa thực sự quan tâm đến chuyên đề về máu Vìvậy việc nghiên cứu làm rõ hơn và nâng cao các kiến thức về sinh lý máu là rất cần thiết

2 Mục tiêu

- Hệ thống được các KN trong “Sinh lý máu”

- Trình bày được các KN trong “Sinh lý máu”

- Vận dụng các kiến đã học để giải quyết được các câu hỏi và bài tập liên quanđến các KN trong “Sinh lý máu”

- Vận dụng được các kiến thức đã học trong việc phòng chữa các bệnh lienquan đến máu

- Rèn luyện được kĩ năng khai thác hình ảnh, kĩ năng sơ đồ hóa, kĩ năng làmbài tập, kĩ năng vận dụng…

B NỘI DUNG

I HỆ THỐNG HÓA CÁC KHÁI NIỆM TRONG CHUYÊN ĐỀ

Hệ thống là tập hợp nhiều yếu tố; đơn vị cùng loại hoặc cùng chức năng cóquan hệ với nhau chặt chẽ làm thành một thể thống nhất, hệ thống hóa là làm cholớp sự vật hiện tượng trở nên hệ thống, là biện pháp sắp xếp một cách logic cácyếu tố, các nội dung thông tin về các đối tượng, hiện tượng nghiên cứu được chỉnhthể hóa theo một quan điểm nhất định nhờ đó phản ánh được đầy đủ đặc điểm bảnchất về đối tượng đó

Hệ thống hóa kiến thức giúp HS chuyển các kiến thức từ tái hiện giáo khoathành tri thức mang tính hệ thống, chế biến theo một qui trình cá nhân nhận thứcphù hợp được chiết xuất từ năng lực của người học Việc hệ thống hóa kiến thứccòn giúp cho HS vừa chiếm lĩnh kiến thức, vừa hình thành phương pháp để đi tớichiếm lĩnh kiến thức cho bản thân, phát triển năng lực tiếp nhận và giải quyết vấn

đề, năng lực tự học và thói quen tự học, sáng tạo, giúp cho HS có thể tự học suốtđời Đây là một trong những yêu cầu căn bản của quá trình dạy học

Việc hệ thống hóa các KN trong “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở động

vật” nhằm xác định được hệ thống kiến thức của toàn phần trong mối quan hệ với

nhau và xác định được “sinh lý máu” thuộc ở vị trí nào của chương trình, nhờ đó

HS dễ dàng hơn trong việc theo dõi hoặc tự ôn luyện kiến thức Việc hệ thống hóacác KN của “Sinh lý máu” nhằm giúp HS hình dung được các KN sẽ được làm rõtrong chuyên đề với mối quan hệ mật thiết với nhau nhờ đó HS chủ động và thuậnlợi hơn trong việc ôn luyện và tự học

Việc hệ thống hóa có thể sử dụng nhiều phương pháp trong đó hiệu quả hơn là

sơ đồ hóa, bản đồ tư duy, bản đồ khái niệm (hình 1, hình 2)

Hình 1 Bản đồ khái niệm về “Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở động vật” trong mối quan hệ với các quá trình sinh lý khác trong cơ thể động vật

Hình 2 Bản đồ khái niệm về “Máu”

II LÀM RÕ CÁC KHÁI NIỆM

Để làm rõ các khái niệm,ngoài việc khai thác triệt để, có hiệu quả nội dung trongcác tài liệu giáo khoa dành cho HS chuyên còn cần phải thu nhận và tinh lọc các thôngtin bổ sung để làm rõ hơn, mở rộng hơn kiến thức cho HS theo hướng nâng cao vàthiết thực

1 Máu và vai trò của máu

Máu là một tổ chức liên kết đặc biệt gồm hai phần là huyết tương và các thànhphần hữu hình Huyết tương gồm nước và các chất hoà tan, trong đó chủyếu là các loại protein, ngoài ra còn có các chất điện giải, chất dinh dưỡng,enzym, hormon, khí và các chất thải Thành phần hữu hình gồm hồng cầu, bạchcầu và tiểu cầu

Máu lưu thông trong hệ mạch và có các chức năng chính như sau :

- Vận chuyển hormon từ tuyến nội tiết đến các tế bào đích

- Ngoài ra máu còn vận chuyển nhiệt ra khỏi tế bào đưa đến hệ thống mạchmáu dưới da để thải nhiệt ra môi trường

1.2 Chức năng bảo vệ

- Máu có khả năng bảo vệ cơ thể khỏi bị nhiễm trùng nhờ cơ chế thực bào,

ẩm bào và cơ chế miễn dịch dịch thể, miễn dịch tế bào

- Máu cũng có khả năng tham gia vào cơ chế tự cầm máu, tránh mất máu cho

cơ thể khi bị tổn thương mạch máu có chảy máu

1.3 Điều hòa sự ổn định của môi trường trong

- Điều hòa thân nhiệt, giữ thân nhiệt ổn định nhờ sự vận chuyển nhiệt và khảnăng làm nguội của lượng nước trong máu

- Điều hòa pH, nhờ hệ thống đệm có trong máu

- Hoocmôn (do các tuyến nội tiết tiết vào máu) tham gia điều hòa thể dịch cácquá trình sinh lí, như điều hòa áp suất thẩm thấu môi trường trong thông qua điềuchỉnh lượng nước và các chất hòa tan bằng hoocmôn aldosteron và ADH

2 Các thành phần của máu.

2.1 Huyết tương

Máu gồm hai thành phần chính, đó là huyết tương và tế bào máu (hình 3)

Hình 3 Thành phần chính của máu

Huyết tương là dịch lỏng có màu vàng nhạt, gồm có nước và chất tan Nướcchiếm 92 % tổng lượng huyết tương, còn các chất tan chiếm 8 % Các chất tan gồmnhiều thành phần (các ion, protein huyết tương…) với vai trò khác nhau (bảng 4)

Bảng 1 Thành phần và chức năng của huyết tương

HUYẾT TƯƠNG

Nước (chiếm 92 % tổng lượng

huyết tương)

Dung môi cho các chất khác

Các ion (cation và anion):Na+,

Ca2+, Mg2+ ,K+ ,Cl-, I-, HCO3-, PO4 3-

Cân bằng thẩm thấu, đệm pH,điều hòa tính thấm màng

Các protein huyết tương (chiếm 7

- 9 % khối lượng huyết tương):

- Albumin (chiếm 60 % tổng số protein

Vận chuyển một số chất

Bảo vệ cơ thể

Tham gia đông máu

Các chất được máu vận chuyển:

Chất dinh dưỡng (glucozơ, axit béo, vitamin…), Hoocmôn, Cholesteron,Các sản phẩm thải chuyển hóa, Các khí hô hấp (O2 và CO2 )

2.2 Tế bào máu

Tế bào máu (yếu tố hữu hình) gồm hồng cầu, bạch cầu và tiểu cầu (hình 4)

Hình 4 Các loại tế bào máu

2.2.1 Hồng cầu

a) Hình thái và cấu tạo

Hồng cầu (erythrocytes) của người và thú là tế bào mất nhân và ti thể, có hìnhđĩa lõm hai mặt, đường kính 7,5 μm, chiều dày 1 μm ở trung tâm và 2 μm ở ngoạim, chiều dày 1 μm, chiều dày 1 μm ở trung tâm và 2 μm ở ngoạim ở trung tâm và 2 μm, chiều dày 1 μm ở trung tâm và 2 μm ở ngoạim ở ngoại

vi (hình 5) Hình đĩa lõm làm tăng diện tích bề mặt, tăng cường độ khuếch tán củaôxi qua màng Hình đĩa lõm còn làm hồng cầu trở nên mềm dẻo dễ đi qua các maomạch nhỏ và khó bị vỡ Không có nhân và ty thể có tác dụng giảm tiêu thụ ôxi khivận chuyển

Hình 5 Hồng cầu người nhìn dưới kính hiển vi (a) và phóng to (b)

( a ) ( b )

Hồng cầu chim, bò sát, lưỡng cư và cá có hình bầu dục và có nhân Ở hầu hếtcác loài động vật có xương sống và nhiều loài động vật không xương sống, tronghồng cầu có chứa sắc tố hô hấp hemôglôbin Hemôglôbin (Hb) cấu tạo từ globin vàhem Globin là một loại protein được cấu tạo từ 4 chuỗi polipeptit, trong đó có 2chuỗi α (mỗi chuỗi có 141

axit amin) và 2 chuỗi β

(mỗi chuỗi có 146 axit

amin) Mỗi chuỗi polypeptit

gắn với một nhân hem tạo

thành một tiểu đơn vị Như

vậy, một phân tử

bốn tiểu đơn vị (hình 6)

Hì

nh 6 Cấu trúc của phân tử hemoglobin

Cấu trúc của hem giống nhau

ở các loài động vật Hem được

cấu tạo bởi bốn vòng pyrol nối

với nhau bằng các cầu nối metyl,

ở giữa có nguyên tử sắt hóa trị

hai (hình 7) Mỗi nguyên tử sắt

có thể tạo liên kết không bền

vững với một phân tử O2 Do

phân tử hemoglobin có chứa sắt

làm cho máu có màu đỏ

Hình 7 Cấu tạo hóa học của hem

b) Chức năng

Hồng cầu có chức năng vận chuyển O2 và CO2 Khoảng 98 % O2 là do hồngcầu vận chuyển từ phổi cung cấp cho tế bào, phần còn lại 2 % hòa tan trong huyếttương

Ở động vật vật có xương sống, vận chuyển O2 là nhờ sắc tố hemoglobin (Hb).

Dù kích thước nhỏ, nhưng mỗi hồng cầu chứa khoảng 250 triệu phân tửhemoglobin Một phân tử hemoglobin gắn tối đa với 4 phân tử ôxi, như vậy mộthồng cầu có thể vận chuyển được khoảng một tỉ phân tử ô xi

* Sự vận chuyển Oxy của Hb

Giống như tất cả các sắc tố hô hấp, Hb gắn với O2 một cách thuận nghịch, Hbgắn với O2 ở phổi tạo thành HbO2 và khi đến ở mô thì O2 tách ra khỏi Hb cung cấpcho quá trình ôxi hóa ở tế bào Phản ứng kết hợp và phân li giữa Hb và O2 có thểviết dưới dạng sau:

Hb + O2 HbO2

Sự kết hợp giữa oxy và Hb tỷ lệ thuận với áp suất riêng phần của O2 KhiPo2 tăng lên 100mmHg (ở phổi) thì tỉ lệ HbO2 tạo ra đạt đến 97% ở mức bảohoà, cho nên ở phổi gần như toàn bộ Hb kết hợp với oxy Ở mô Po2 giảm còn40mmHg, phản ứng phân ly theo chiều nghịch xảy ra, O2 được giải phóng đểcung cấp cho tế bào Sự kết hợp giữa Hb và O2 còn phụ thuộc vào pH và nhiệt độcủa máu, khi pH nghiêng về kiềm sự kết hợp tăng còn khi nhiệt độ tăng sự kếthợp đó bị giảm

Phản ứng giữa Hb với oxy thường được viết tổng quát như sau:

Hb + O2 HbO2Thực chất là phản ứng Hb kết hợp với 4 phân tử O2 như sau:

Hb4 + 4 O2 Hb4O8Oxy khi liên kết với nguyên tử sắt được gắn một cách lỏng lẻo để tạothành hợp chất oxyhemoglobin Mỗi gam Hb có khả năng gắn tối đa là 1,34mlO2, mà trong 100ml máu có khoảng 15g Hb, do đó thể tích O2 ở dạng liên kếtlà:

1,34ml 15 = 20  15 = 20 ml O2 /100ml máuNhư vậy khi áp suất riêng phần của oxy ở mức 100mmHg (ở phổi), sốlượng O2 kết hợp với Hb là 20ml,còn khi áp suất riêng phần của O2 là40mmHg (ở mô), số lượng O2 kết hợp là 15ml Nghĩa là lượng O2 được giải

phóng từ 100ml máu khi đến mô là 5ml ( 20 – 15 = 5ml).

Trong trường hợp khi hoạt động mạnh cơ thể cần nhiều oxy nên Po2 ở mô giảmcòn 15mmHg, vì vậy mà lượng O2 kết hợp với Hb là khoảng 5ml, và như vậy100ml máu động mạch cung cấp cho mô lượng O2 tăng gấp 3 lần (20 – 5 = 15mlO2) Mặc dù sự phân ly hợp chất HbO2 tăng lên do áp suất riêng phần của O2giảm nhưng O2 vẫn không đủ cho cơ thể, khi hoạt động mạnh và kéo dài nhu cầuO2 của cơ thể tăng lên 15 lần Trong trường hợp này nhờ lưu lượng tim tăng lên 5lần nên nhu cầu O2 cơ thể vẫn được đảm bảo (3  15 = 20 5 = 15 lần)

2) Sự vận chuyển cacbonic của Hb

- CO2 kết hợp với H2O trong hồng cầu, phản ứng xảy ra giống như ở huyết tương,

có điều lượng CO2 được vận

chuyển dưới dạng ion

Lượng HCO3- trong hồng

cầu tăng sẽ thấm huyết tương để

vận chuyển về phổi và lúc đó sẽ

có một lượng Cl- (do NaCl phân

ly) đi vào hồng cầu để lập lại cân

bằng điện tích cho hồng cầu Còn

lượng H+ sẽ kết hợp với Hb của

hồng cầu tạo một acid yếu – acid

hemoglobinic (HHb) Acid này là

hệ đệm quan trọng của máu để điều hoà độ pH cho máu.

- CO2 kết hợp trực tiếp với Hb tạo ra carbohemoglobin (HbCO2).Đây cũng là phản ứng thuận nghịch Phản ứng xảy ra cũng phụ thuộc vào ápsuất riêng phần của CO2 Sự kết hợp xảy ra ở máu mao mạch của mô và phân ly

ở mao mạch phổi

Tổng số khí CO2 vận chuyển theo dạng này chiếm khoảng 23%, tức

là khoảng 1,5mlCO2 trong 100ml máu Ngoài ra còn một lượng nhỏ CO2được vận chuyển dưới dạng kết hợp với protein của huyết tương

2 Bạch cầu

a) Hình thái, cấu tạo và số lượng

Bạch cầu là những tế bào không màu, có nhân, có hình dáng và kích thướckhác nhau tùy theo từng loại Bạch cầu không chỉ lưu thông trong máu mà còn cómặt ở nhiều nơi trong cơ thể như bạch huyết, dịch não tủy, hạch bạch huyết

Bạch cầu có hệ thống enzim rất phong phú (oxidaza, peroxydaza, catalaza,lipaza ) và một số chất diệt khuẩn

Số lượng bạch cầu là khoảng 6.000 – 9.000 bạch cầu /mm3 máu Số lượngbạch cầu có thể thay đổi, tăng lên khi nhiễm khuẩn, bị bệnh bạch cầu và giảm khi

bị lạnh, bị đói, suy nhược tủy xương, nhiễm độc, già yếu Số lượng bạch cầu củamột số động vật là khác nhau Xác định công thức bạch cầu và số lượng bạch cầu /mm3 máu là cần thiết trong chuẩn đoán bệnh Ví dụ:- Bạch cầu trung tính tăng hơn

70 % trong các trường hợp nhiễm khuẩn cấp, viêm, nhồi máu cơ tim và giảm khisuy nhược tủy, nhiễm độc, sốt rét ; Bạch cầu ưa axit tăng trong các bệnh giun sán,

dị ứng và giảm trong sốc, hội chứng Cushing; Bạch cầu ưa kiềm tăng trong cáctrường hợp viêm mãn tính; Bạch cầu đơn nhân tăng khi bị nhiễm trùng, bệnh bạchcầu và giảm trong một số trường hợp nhiễm độc; Bạch cầu limphô tăng trong nhiễmkhuẩn, nhiễm virut

Một số loại bạch cầu như bạch cầu trung tính và đơn nhân bị thu hút bởi một

số chất do mô bị viêm hoặc vi khuẩn sinh ra (hóa ứng động) Chúng có thể di

chuyển theo kiểu amip bằng các chân giả và có thể lách qua kẽ giữa các tế bào lótmao mạch tới nơi tổn thương

b) Các loại bạch cầu và chức năng của bạch cầu

Các tế bào bạch cầu và vai trò chính của các loại bạch cầu có thể được tóm tắttheo bản đồ khái niệm (hình 9):

Hình 9 Bản đồ khái niệm “Bạch cầu”

Mặc dù có nhiều loại nhưng chức năng chung của bạch cầu là bảo vệ cơ thểchủ yếu qua khả năng thực bào, sản sinh kháng thể và một số chất kháng khuẩn

3 Tiểu cầu

Tiểu cầu (platelets) là mảnh tế bào chất, không nhân, có màng sinh chất baobọc, đường kính khoảng 2 – 4 µm Trên bề mặt màng tiểu cầu có lớp glicoprotein,

có tác dụng ngăn cản tiểu cầu dính vào lớp tế bào lót thành mạch máu, nhưng lại

dễ dính vào nơi thành mạch tổn thương có sợi colagen lộ ra

Tiểu cầu có yếu tố đông máu và serotonin tham gia vào chống mất máu

Số lượng tiểu cầu: dao động trong khoảng 150.000 – 300.000 tiểu cầu/ mm3máu Số lượng tiểu cầu tăng lên khi lao động, khi ăn uống, khi bị chảy máu và giảmtrong nhiễm độc, nhiễm xạ, xuất huyết dưới da và niêm mạc, suy tủy

Sản sinh tiểu cầu: Tiểu cầu được tạo ra từ những tế bào có nhân khổng lồ (40 –

100 µm) trong tủy xương Các tế bào có nhân khổng lồ biệt hóa từ tế bào gốc toànnăng của tủy xương Các tế bào khổng lồ này hình thành các giả túc, tiếp đó cácgiả túc này đứt ra tạo thành các tiểu cầu lưu thông trong máu Mỗi tế bào có nhânkhổng lồ có thể tạo ra khoảng 6.000 tiểu cầu Sự phát triển của tế bào có nhânkhổng lồ được điều hòa bởi một số interleukin và thrombopoietin

Tiểu cầu tồn tại khoảng 1 – 2 tuần Nếu không tham gia vào quá trình đôngmáu tiểu cầu bị các đại thực bào, gan và lách tiêu hủy

4 Tế bào gốc và sự thay thế các thành phần tế bào

Hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu đều phát triển từ 1 nguồn chung: Các tế bào gốc

đa tiềm năng Các tế bào gốc sinh ra các tế bào máu nằm ở phần tủy đỏ cuả xương,đặc biệt là xương sườn , xương sống, xương ức và xương chậu Các tế bào gốc biệthóa thành hai dòng tế bào: Tế bào gốc lymphô và tế bào gốc tủy Các tế bào gốclymphô tạo thành lymphô B và limpho T Các tế bào gốc tủy tạo thành bạch cầuđơn nhân, bạch cầu trung tính, bạch cầu ưa axit và bạch cầu ưa kiềm, ngoài ra còntạo ra hồng cầu và tiểu cầu (hình 10)

Hình 10 Sơ đồ biệt hóa tế bào máu ở tủy xương

Số lượng hồng cầu sản sinh và lưu hành trong máu được kiểm soát chặt chẽnhằm cung cấp đủ ôxi cho tế bào

Yếu tố chính kiểm soát tốc độ sản sinh hồng cầu là lượng ôxi trong máu Bất

kì một nguyên nhân nào làm giảm lượng ôxi trong máu đều làm tăng quá trình sảnsinh hồng cầu và ngược lại, tăng lượng ôxi trong máu cung cấp cho các mô làmgiảm quá trình sản sinh hồng cầu

Erythropoietin là hoocmon điều hòa quá trình sản sinh hồng cầu Khoảng 90%erythropoietin do thận sản xuất, phần còn lại là do gan Chính vì vậy khi bị bệnhsuy thận sẽ ảnh hưởng đến sản sinh hồng cầu

Khi lượng ôxi trong máu đến các mô giảm (Ví dụ: suy tim, bị bệnh hô hấpmạn tính hoặc lên sống ở vùng núi cao, nơi có nồng độ ô xi trong không khí thấp)

sẽ kích thích thận sản sinh erythropoietin Hoocmôn này theo máu đến tủy xươngkích thích tủy xương tăng tốc độ sản sinh hồng cầu và tăng giải phóng hồng cầuvào máu (hình 11)