Tài liệu Đại cương về cơ thể sống và hằng tính nội môi

Bài 2. Đại cương về cơ thể sống và hằng tính nội môi Mục tiêu học tập: Sau khi học xong bài này, sinh viên có khả năng: 1. Nêu được ba đặc điểm của sự sống. 2. Trình bày được vai trò của hằng tính nội môi. 3. Trình bày được cơ chế điều hoà bằng thần kinh thông qua các phản xạ. 4. Trình bày được cơ chế điều hoà bằng đường thể dịch. Cơ thể sống là một hệ thống mở, liên quan mật thiết với môi trường. Cơ thể tồn tại được nhờ liên tục tiếp nhận không khí, thức ăn, nước uống từ môi trường bên ngoài đồng thời cũng đẩy các chất thải ra ngoài môi trường. Đơn vị sống cơ bản của cơ thể là tế bào. Mỗi cơ quan là một tập hợp gồm vô số các tế bào, những tế bào này liên kết với nhau nhờ các cấu trúc liên tế bào. Trong cơ thể có nhiều loại tế bào khác nhau, mỗi loại tế bào đều có những đặc trưng riêng của nó. Tuy vậy chúng đều có những đặc điểm chung, những đặc điểm đó được gọi là đặc điểm của sự sống. 1. Đặc điểm của sự sống 1.1. Đặc điểm thay cũ đổi mới Các tế bào trong cơ thể tồn tại và phát triển được nhờ quá trình luôn thay cũ đổi mới. Thực chất quá trình thay cũ đổi mới là quá trình chuyển hoá và gồm 2 quá trình: - Quá trình đồng hoá: Là quá trình thu nhận vật chất, chuyển vật chất thành chất dinh dưỡng, thành thành phần cấu tạo đặc trưng của tế bào để cho sinh vật tồn tại và phát triển. - Quá trình dị hoá: Là quá trình phân giải vật chất, giải phóng năng lượng cho cơ thể hoạt động và thải các sản phẩm chuyển hoá ra khỏi cơ thể. Hai quá trình này liên quan chặt chẽ với nhau, là hai mặt thống nhất của quá trình chuyển hoá và thường cân bằng với nhau để cơ thể có thể tồn tại và phát triển. Chuyển hoá ngừng là ngừng sự sống. Rối loạn chuyển hoá là rối loạn hoạt động chức năng của cơ thể. Chuyển hoá là một quá trình bao gồm nhiều giai đoạn từ tiêu hoá, hô hấp đến giai đoạn chuyển hoá chất xảy ra trong tế bào rồi giai đoạn bài tiết. Các hoạt động tiêu hoá, hô hấp, bài tiết là những hoạt động trao đổi giữa trong và ngoài cơ thể. Còn hoạt động chuyển hoá cơ bản được xảy ra trong tế bào. 1.2. Đặc điểm chịu kích thích Khả năng chịu kích thích là khả năng đáp ứng với các tác nhân kích thích vật lý như cơ học, điện học, quang học, nhiệt học; với các kích thích hoá học, tâm lý học... Ví dụ chạm vào vật nóng làm tay rụt lại, ánh sáng làm co đồng tử, thức ăn chua làm chảy nước bọt, sợ hãi làm tim đập nhanh, kích thích vào các tuyến gây bài tiết dịch và men, kích thích điện vào cơ làm cơ co... Khả năng chịu kích thích này có thể biểu hiện ở mức tế bào, cơ quan hoặc toàn bộ cơ thể. Cường độ tối thiểu tạo ra đáp ứng với mỗi tác nhân kích thích được gọi là ngưỡng kích thích. Ngưỡng kích thích thay đổi tuỳ thuộc đặc tính của từng loại tế bào, từng loại cơ quan, từng cơ thể, tuỳ thuộc vào tác nhân kích thích. Đặc tính chịu kích thích vừa là biểu hiện của sự sống vừa là điều kiện tồn tại của sự sống. 1.3. Đặc điểm sinh sản giống mình Đây là phương thức tồn tại của nòi giống. Hoạt động sinh sản là một hoạt động tổng hợp bao gồm nhiều chức năng và được thực hiện nhờ mã di truyền nằm trong phân tử DNA của các tế bào; nhờ đó mà nó tạo ra được các tế bào con giống hệt tế bào mẹ. Mỗi khi có tế bào già, chết hoặc bị huỷ hoại do quá trình bệnh lý, các tế bào còn lại có khả năng tái tạo ra các tế bào mới cho đến khi bổ sung được một số lượng phù hợp. Nhờ có đặc điểm sinh sản này mà cơ thể có thể tồn tại và phát triển. Đặc điểm sinh sản có thể thể hiện ở mức tế bào để tạo ra các tế bào mới thay thế các tế bào già hoặc chết có thể ở mức cơ thể đảm bảo duy trì nòi giống từ thế hệ này sang thế hệ khác. 2. Nội môi, hằng tính nội môi Claude Bernard (1813-1878) là người đầu tiên từ nghiên cứu trên thực nghiệm đã đưa ra quan niệm "nội môi". 2.1. 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 được gọi là dịch nội bào. Số còn lại chiếm khoảng 1/3 tổng lượng dịch cơ thể nằm ở ngoài tế bào và được gọi là dịch ngoại bào. Có nhiều loại dịch ngoại bào như máu, dịch kẽ, dịch bạch huyết, dịch não tuỷ, dịch nhãn cầu, dịch ổ khớp... Trong các loại dịch ngoại bào này thì máu và dịch kẽ đóng vai trò rất quan trọng vì hai loại dịch này luôn luôn được luân chuyển và thay đổi. Dịch ngoại bào được vận chuyển trong 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 khuếch tán dịch và vật chất qua thành mao mạch rồi qua dịch kẽ. Dịch ngoại bào cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết cho sự tồn tại và phát triển của các tế bào. Như vậy về căn bản các tế bào trong cơ thể đều được sống trong cùng một môi trường đó là dịch ngoại bào và dich ngoại bào được gọi là môi trường bên trong hay còn gọi là nội môi. Thuật ngữ này đã được nhà sinh lý học Claude Bernard đề ra từ thế kỷ XIX. Các tế bào chỉ có thể tồn tại, phát triển và thực hiện được chức năng của nó khi được sống trong môi trường thích hợp và ổn định về nồng độ các chất như oxygen, glucose, các ion, các acid amin, các acid béo và các thành phần khác. Khái niệm về sự ổn định nồng độ các chất trong dịch ngoại bào (nội môi) được Cannon (1871-1945) gọi là "homeostasis". Sự khác nhau cơ bản giữa dịch ngoại bào và dịch nội bào đó là dịch ngoại bào chứa 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 +, Mg2+, PO4 3-. Cơ chế đặc biệt này sẽ được đề cập đến trong những phần tiếp theo của chương trình sinh lý học. 2.2. Hằng tính nội môi Thuật ngữ hằng tính nội môi (homeostasis) được các nhà sinh lý học dùng với nghĩa là sự ổn định nồng độ các chất của nội môi, hay nói cách khác là duy trì hằng định của nội môi vì đây chính là điều kiện để các tế bào, các cơ quan và hệ thống cơ quan trong cơ thể đảm bảo được chức năng của chúng. Hằng tính nội môi được thực hiện nhờ ba hệ thống đó là hệ thống tiếp nhận chất dinh dưỡng, tiêu hoá và chuyển hoá chất dinh dưỡng; các chất dinh dưỡng sẽ được chuyển đến các tế bào nhờ hệ thống vận chuyển mà chủ yếu là tuần hoàn máu; trong quá trình chuyển hoá các tế bào sử dụng các chất dinh dưỡng và thải các sản phẩm chuyển hoá ra dịch ngoại bào và qua hệ thống bài tiết, các sản phẩm chuyển hoá không cần thiết cho cơ thể được thải ra ngoài. 2.2.1. Hệ thống tiếp nhận chất dinh dưỡng, tiêu hoá và chuyển hoá chất dinh dưỡng: Bao gồm hệ tiêu hoá, hệ hô hấp và hệ thống các tế bào trong cơ thể. - Hệ tiêu hoá: Thức ăn được cung cấp từ bên ngoài vào cơ thể được vận chuyển qua ống tiêu hoá đi từ miệng đến thực quản, dạ dày, ruột non, ruột già. Trong quá trình vận chuyển thức ăn được nghiền nhỏ ở miệng và được vận chuyển qua thực quản xuống dạ dày và ruột nhờ cơ chế cơ học và được tiêu hoá thành các sản phẩm có khả năng hấp thu được nhờ các men tiêu hoá và các thành phần khác trong các dịch tiêu hoá do các tuyến tiêu hoá bài tiết. Nhờ có hệ thống này mà cơ thể có thể tiếp nhận đủ các chất dinh dưỡng như glucose, acid béo, acid amin, các ion, các vitamin, nước... Rối loạn hoạt động của hệ thống này cơ thể sẽ không tiếp nhận đủ các chất dinh dưỡng để cung cấp và đảm bảo tính hằng định cho nội môi - một điều kịên để cơ thể tồn tại và phát triển. - Hệ hô hấp: Bao gồm từ mũi đến khí quản, phế quản, các phế nang, màng khuếch tán khí, màng phổi cho đến các cơ hô hấp và lồng ngực. Sự hoạt động của hệ thống này đảm bảo sự lưu thông khí từ ngoài vào cơ thể và từ cơ thể ra ngoài để cung cấp đủ lượng oxygen cho tế bào đồng thời thải CO2 ra ngoài. Tổn thương hoặc rối loạn hoạt động hệ thống hô hấp sẽ dẫn đến rối loạn hoạt động của cơ thể vì oxygen không chỉ là nhiên liệu cho quá trình thiêu đốt vật chất mà còn là một trong những yếu tố tham gia vào quá trình điều hoà hằng tính nội môi. - Gan: Không phải tất cả các chất dinh dưỡng được hấp thu qua hệ thống tiêu hoá đều có thể được sử dụng ngay cho tế bào. Gan có nhiệm vụ thay đổi thành phần hoá học của nhiều chất thành những dạng thích hợp hơn cho tế bào. Gan cũng là nơi tổng hợp một số chất khi các tế bào sử dụng không hết trở thành dạng dự trữ cho cơ thể và ngược lại nó lại có khả năng phân giải chúng để cung cấp cho tế bào khi cần thiết. - Hệ thống cơ: Hệ thống cơ vân giúp cơ thể vận động để tìm kiếm, chế biến thức ăn, nghiền thức ăn. Hệ thống cơ trơn giúp cho việc tiếp nhận, vận chuyển khí và chất dinh dưỡng từ ngoài vào cơ thể và từ cơ thể thải ra ngoài. 2.2.2. Hệ thống vận chuyển chất dinh dưỡng: Đó là hệ thống dịch ngoại bào như máu, dịch bạch huyết, dịch kẽ, dịch não tuỷ... đặc biệt máu và hệ thống tuần hoàn. - Máu: Là loại dịch ngoại bào đóng vai trò quan trọng nhất trong hệ thống vận chuyển chất dinh dưỡng đến các tế bào trong cơ thể. Tuần hoàn máu gồm hai giai đoạn: Giai đoạn thứ nhất là các chất dinh dưỡng được vận chuyển trong hệ tuần hoàn đến các mô và giai đoạn thứ hai là sự trao đổi dịch và chất dinh dưỡng giữa mao mạch và các tế bào. Tại mô liên tục có sự trao đổi dịch và chất dinh dưỡng giữa máu và dịch kẽ, dịch này chứa đầy trong các khoảng giữa tế bào. Thành của mao mạch có các lỗ nhỏ khiến cho dịch và phần lớn các chất có thể khuếch tán qua lại dễ dàng từ mao mạch ra dịch kẽ và ngược lại. Nhờ vậy ở bất cứ vị trí nào trong cơ thể, dịch ngoại bào cả trong máu và trong dịch kẽ luôn trộn vào nhau và duy trì được tính đồng nhất. - Hệ thống tuần hoàn: Để đảm bảo được sự vận chuyển liên tục của máu cơ thể có một hệ thống bơm bao gồm tim và hệ thống mạch. Rối loạn hoạt động hệ thống này sẽ rối loạn quá trình vận chuyển chất dinh dưỡng đến tế bào và ngược lại do vậy sẽ ảnh hưởng đến hoạt động chức năng của tế bào. 2.2.3. Hệ thống bài tiết các sản phẩm chuyển hoá: Đây là chặng cuối cùng trong quá trình tạo hằng tính nội môi. Các tế bào tiếp nhận và sử dụng các chất dinh dưỡng cho quá trình chuyển hoá trong tế bào. Trong quá trình chuyển hoá, năng lượng sẽ được sinh ra cho tế bào hoạt động, cho việc tổng hợp một số chất tham gia cấu tạo tế bào đồng thời cũng sinh ra một số sản phẩm chuyển hoá mà cơ thể cần phải thải ra ngoài. Tham gia vào hệ thống bài tiết này có nhiều cơ quan và hệ thống cơ quan như hệ thống hô hấp, tiêu hoá, tiết niệu và da. - Hệ thống hô hấp: Cùng lúc phổi lấy oxygen từ không khí bên ngoài vào cơ thể rồi trao oxy cho tế bào thì máu cũng nhận CO2 từ tế bào rồi chuyển đến phổi và thải ra ngoài. Rối loạn thông khí phổi không chỉ ảnh hưởng đến sự tiếp nhận oxygen cho cơ thể mà cũng ảnh hưởng đến quá trình thải CO2 và làm rối loạn hoạt động của cơ thể vì nồng độ CO2 cũng là một trong những yếu tố điều hoà hoạt động chức năng của nhiều cơ quan trong cơ thể. - Hệ thống tiết niệu: Gồm thận, niệu quản, bàng quang và niệu đạo. Máu qua thận sẽ được thận lấy đi các chất không cần thiết cho cơ thể hoặc các chất cần thiết nhưng có nồng độ vượt quá yêu cầu của cơ thể rồi thải ra ngoài, ngược lại thận lại tái hấp thu các chất cho cơ thể khi nồng độ của nó thấp dưới mức bình thường. Như vậy thận là cơ quan có nhiệm vụ lọc và thải bỏ các chất không cần thiết cho cơ thể như urê và một số sản phẩm chuyển hoá khác và tham gia điều chỉnh nồng độ các chất trong máu. - Hệ thống tiêu hoá: Sau khi tiếp nhận, tiêu hoá chất dinh dưỡng thành những sản phẩm cơ thể có thể hấp thu được, những sản phẩm còn lại mà cơ thể không sử dụng được như các chất xơ, xác các vi khuẩn đường ruột, dịch tiêu hoá... sẽ được thải ra ngoài dưới dạng phân. - Da: Hệ thống da vừa là cơ quan bảo vệ cơ thể vừa là cơ quan bài tiết. Da đóng vai trò quan trọng trong cơ chế điều nhiệt. Cân bằng thân nhiệt cũng là một trong những yếu tố quan trọng của hằng tính nội môi. Thông qua việc bài tiết mồ hôi mà da có thể tham gia điều hoà thân nhiệt, ngoài ra một số ion như natri hoặc chì cũng được bài tiết qua da và niêm mạc. Nhờ ba quá trình trên mà thành phần của nội môi được đổi mới không ngừng. Chức năng của từng cơ quan trong cơ thể sẽ được đề cập đến trong từng bài của chương trình sinh lý học. 3. Điều hoà chức năng Con người sống trong môi trường tự nhiên luôn luôn chịu mọi tác động của môi trường, ngược lại con người cũng luôn tác động trở lại nhằm cải thiện, nâng cao môi trường tự nhiên. Ngoài các yếu tố tự nhiên, con người ngay từ thời kỳ cổ xưa cho đến nay luôn cùng sống trong một cộng đồng, giữa từng cá thể và cộng đồng luôn có tác động qua lại với nhau và đó chính là môi trường xã hội. Cả môi trường tự nhiên và môi trường xã hội đều luôn biến động, đặc biệt trong thời đại ngày nay tốc độ phát triển của khoa học, kinh tế và xã hội ngày càng nhanh. Con người luôn chịu mọi tác động của môi trường xung quanh hàng ngày, hàng giờ, hàng phút. Để có thể tồn tại và phát triển con người luôn cần thích ứng được với những biến động của môi trường. Trong quá trình tiến hoá của sinh vật, con người đã có một cơ chế điều hoà chức năng, đây chính là cơ chế điều chỉnh để ổn định hằng tính nội môi nhằm đảm bảo điều kiện cần thiết cho các tế bào trong cơ thể hoạt động và nhằm tạo ra sự hoạt động thống nhất giữa các cơ quan, hệ thống cơ quan trong cơ thể và giữa cơ thể với môi trường. Điều hoà chức năng được thực hiện nhờ hai hệ thống là hệ thống thần kinh và hệ thống thể dịch. Hai hệ thống này phối hợp hoạt động và tạo ra các hệ điều khiển trong cơ thể. Trong cơ thể có vô số các hệ điều khiển khác nhau, có hệ điều khiển ở mức tế bào, mức cơ quan hoặc hệ thống cơ quan, có hệ điều khiển ở mức toàn bộ cơ thể. Nhìn chung bản chất của các hệ điều khiển này đều tuân theo cơ chế điều hoà ngược (feedback). 3.1. Điều hoà bằng đường thần kinh Hệ thống thần kinh bao gồm các cấu trúc thần kinh như vỏ não, các trung tâm dưới vỏ, hành não và tuỷ sống, các dây thần kinh vận động, các dây thần kinh cảm giác, các dây thần kinh sọ và hệ thần kinh tự chủ. Các cấu trúc thần kinh này tham gia điều hoà chức năng thông qua các phản xạ. Có hai loại phản xạ là phản xạ không điều kiện và phản xạ có điều kiện. Cả hai loại phản xạ này đều được thực hiện nhờ 5 thành phần cơ bản hợp thành cung phản xạ. 3.1.1. Cung phản xạ gồm 5 bộ phận: - Bộ phận cảm thụ: Các phân tử cảm thụ (receptor) thường nằm trên da, niêm mạc, bề mặt khớp, thành mạch, bề mặt các tạng, cơ quan trong cơ thể. - Đường truyền vào: Thường là dây thần kinh cảm giác hoặc dây thần kinh tự chủ. - Trung tâm thần kinh: Vỏ não, các cấu trúc dưới vỏ và tuỷ sống. - Đường truyền ra: Thường là dây thần kinh vận động và dây thần kinh tự chủ. - Bộ phận đáp ứng: Thường là cơ hoặc tuyến. 3.1.2. Phản xạ không điều kiện (PXKĐK): Đây là loại phản xạ cố định có tính bản năng, tồn tại vĩnh viễn suốt đời và có khả năng di truyền sang đời sau. Loại phản xạ này có một cung phản xạ cố định. Với một kích thích nhất định, tác động vào một bộ phận cảm thụ nhất định sẽ gây một đáp ứng nhất định. Ví dụ khi thức ăn vào miệng kích thích vào niêm mạc miệng sẽ gây bài tiết nước bọt. Khi tay đụng vào lửa sẽ có phản xạ rụt tay lại. Khi tim đập nhanh mạnh, máu tống qua động mạch chủ nhiều làm tăng áp suất ở quai động mạch chủ và xoang động mạch cảnh sẽ có phản xạ làm tim đập chậm lại và điều chỉnh huyết áp trở về bình thường. Ngược lại khi cơ thể mất máu lại có phản xạ làm tim đập nhanh, co mạch để nâng huyết áp trở lại mức bình thường... Tất cả các phản xạ như trên, ngay từ khi sinh ra con người đã có, không cần tập luyện và tồn tại vĩnh viễn. PXKĐK có tính chất loài, trung tâm của phản xạ nằm ở phần dưới của hệ thần kinh. Ví dụ trung tâm của phản xạ gân - xương, phản xạ trương lực cơ nằm ở tuỷ sống; trung tâm của phản xạ giảm áp, phản xạ hô hấp nằm ở hành não... PXKĐK phụ thuộc vào tính chất của tác nhân kích thích và bộ phận cảm thụ, ví dụ ánh sáng chiếu vào mắt gây co đồng tử nhưng tiếng động không gây co đồng tử, trong khi đó ánh sáng chiếu vào da không gây đáp ứng gì. Nhờ những phản xạ không điều kiện này mà cơ thể có thể đáp ứng nhanh, nhậy, tự động với các tác nhân kích thích bên trong và ngoài cơ thể nhằm đảm bảo được các hoạt động bình thường và thống nhất giữa các cơ quan trong cơ thể cũng như giữa cơ thể với môi trường bên ngoài. 3.1.3. Phản xạ có điều kiện (PXCĐK): Khác với PXKĐK, PXCĐK là phản xạ được thành lập trong đời sống, sau quá trình luyện tập và phải dựa trên cơ sở của PXKĐK, hay nói một cách khác muốn tạo ra PXCĐK cần có tác nhân kích thích không điều kiện. Ví dụ phản xạ tiết nước bọt khi nhìn thấy quả chanh chỉ có ở những người đã từng ăn chanh và đã biết được vị chua của chanh. Cung PXCĐK phức tạp hơn. Muốn thành lập được PXCĐK cần phải có sự kết hợp của hai kích thích không điều kiện và có điều kiện và tác nhân có điều kiện bao giờ cũng đi trước và trình tự này phải được lặp lại nhiều lần. Trung tâm của PXCĐK có sự tham gia của vỏ não. PXCĐK không phụ thuộc vào tính chất của tác nhân kích thích và bộ phận cảm thụ. Ví dụ ánh sáng chiếu vào mắt có thể gây bài tiết nước bọt. PXCĐK có tính chất cá thể và là phương thức thích ứng linh hoạt của cơ thể đối với môi trường. PXCĐK này có thể mất đi sau một thời gian nếu không củng cố và một phản xạ có điều kiện mới lại được hình thành trong một điều kiện mới. Nhờ có PXCĐK mà cơ thể có thể luôn luôn thích ứng được với sự thay đổi của môi trường sống. Người thích nghi với môi trường là người có khả năng dập tắt PXCĐK cũ và thành lập PXCĐK mới trong đời sống. Chính vì những đặc điểm đã trình bày về PXCĐK nên sau này các nhà sinh lý học đã đưa ra một khái niệm mới mang tính chất khái quát hơn đó là khái niệm "điều kiện hoá" (condictioning) và PXCĐK do Pavlov phát hiện ra chỉ là một loại của điều kiện hoá (sẽ được trình bày ở bài chức năng cấp cao của hệ thần kinh). "Điều kiện hoá" là cơ sở sinh lý học rất quan trọng để cơ thể có thể thiết lập những mối quan hệ mới nhằm thích ứng với môi trường tự nhiên và môi trường xã hội. "Điều kiện hoá" cũng chính là cơ sở quan trọng của quá trình học tập (learning). 3.2. Điều hoà bằng đường thể dịch Nhìn chung hệ thống thể dịch liên quan đến điều hoà chức năng chuyển hoá của cơ thể như là điều hoà tốc độ của các phản ứng hoá học trong tế bào, hoặc sự vận chuyển vật chất qua màng tế bào hoặc một số hoạt động chức năng khác của cơ thể như sự phát triển và bài tiết. Yếu tố điều hoà bằng đường thể dịch là các chất hoà tan trong máu và thể dịch như vai trò của nồng độ các chất khí, vai trò các ion, đặc biệt vai trò của các hormon. 3.2.1. Vai trò của nồng độ các chất khí trong máu: Duy trì nồng độ oxygen và CO2 là một trong những điều kiện quan trọng để đảm bảo hằng tính nội môi. - Oxygen là một trong những chất chủ yếu cần cho các phản ứng hoá học trong tế bào. Cơ thể có một cơ chế điều khiển để luôn giữ nồng độ oxygen ở mức ổn định. Cơ chế điều khiển này chủ yếu phụ thuộc vào các đặc tính hoá học của hemoglobin. Khi máu qua phổi, tại đó nồng độ oxygen rất cao nên hemoglobin đã kết hợp với oxygen và được vận chuyển đến mô. Tại mô nếu nồng độ oxygen cao, hemoglobin sẽ không giải phóng oxygen, nhưng nếu nồng độ oxygen thấp hemoglobin sẽ giải phóng oxygen cho dịch kẽ với một lượng đủ để lập lại sự cân bằng về nồng độ oxygen cho tế bào. Chức năng này được gọi là chức năng đệm oxygen của hemoglobin. - CO2 là một trong những sản phẩm cuối cùng chủ yếu của các phản ứng oxy hoá trong tế bào. Nếu tất cả CO2 sinh ra không được thải ra ngoài mà cứ tích tụ lại trong dịch kẽ thì tự nó sẽ có tác dụng làm ngừng tất cả các phản ứng cung cấp năng lượng cho tế bào. Khác với cơ chế điều hoà nồng độ oxygen, CO2 được điều hoà nhờ cơ chế thần kinh. Chính nồng độ CO2 tăng một mặt sẽ kích thích trực tiếp vào trung tâm hô hấp một mặt tác động thông qua các bộ phận cảm thụ hoá học tại quai động mạch chủ và xoang động mạch cảnh làm tăng thông khí để thải CO2 ra ngoài và duy trì nồng độ CO2 trong dịch ngoại bào ở mức ổn định. Khi nồng độ oxygen và CO2 thay đổi sẽ có tác dụng thay đổi hoạt động của tế bào và cơ quan như hoạt động thông khí phổi, hoạt động của tim và hệ thống tuần hoàn, hoạt động của hệ thần kinh-cơ... Sự thay đổi nồng độ oxygen và thải CO2 nhằm điều chỉnh nồng độ hai chất khí này trở lại mức bình thường. 3.2.2. Vai trò của các ion trong máu: Các ion K+, Na+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, Cl¯, HCO3# ... đều đóng vai trò quan trọng trong điều hoà chức năng. - Ion K+, Na+, Ca2+ , Mg2+ tham gia vào cơ chế tạo điện thế màng, dẫn truyền xung động thần kinh trong sợi thần kinh và qua synap. Rối loạn nồng độ các ion này sẽ làm mất tính ổn định của nội môi và dẫn đến rối loạn hoạt động ở các tế bào đặc biệt là tế bào thần kinh, tế bào cơ như cơ tim, cơ vân, cơ trơn. - Ion Ca2+ tham gia trong cơ chế co cơ, đông máu và ảnh hưởng đến tính hưng phấn của sợi thần kinh. Rối loạn nồng độ ion Ca2+ sẽ dẫn đến rối loạn đông máu và rối loạn hoạt động của hệ thần kinh - cơ. - Ion Fe2+ tham gia cấu tạo hemoglobin, thành phần chủ yếu của hồng cầu. Thiếu Fe2+ sẽ gây ra tình trạng thiếu máu và ảnh hưởng đến hoạt động chức năng của các cơ quan khác. Ngoài ra còn nhiều ion khác cũng có những vai trò của nó trong từng hoạt động chức năng của cơ thể. 3.2.3. Vai trò của hormon: Hormon là thành phần đóng vai trò chủ yếu trong cơ chế điều hoà thể dịch. Hormon có thể do các tuyến nội tiết bài tiết ra như vùng dưới đồi, tuyến yên, tuyến giáp, tuyến cận giáp, tuyến tụy, tuyến thượng thận và các tuyến sinh dục. Hormon cũng có thể được bài tiết từ các nhóm tế bào như histamin, prostaglandin, bradykinin... Các hormon do các tuyến nội tiết bài tiết sẽ được vào máu và được máu vận chuyển tới khắp cơ thể giúp cho việc điều hoà chức năng các tế bào. Ví dụ hormon tuyến giáp làm tăng hoạt động chuyển hoá của hầu hết các tế bào trong cơ thể và do đó nó có thể làm tăng tốc độ hoạt động của cơ thể, hormon insulin của tuyến tuỵ làm tăng thoái hoá glucose ở tế bào do đó nó có tác dụng điều hoà nồng độ glucose trong máu, hormon cận giáp điều hoà nồng độ ion Ca2+ trong máu... Nhìn chung hormon là thành phần chủ yếu tham gia điều hoà chức năng chuyển hoá và phát triển cơ thể. Đặc điểm của hormon là tác dụng với nồng độ rất thấp vì vậy chỉ cần một thay đổi nhỏ về nồng độ cũng có thể làm thay đổi hoạt động chức năng của cơ thể. 3.3. Cơ chế điều hoà ngược Trong cơ thể toàn vẹn, điều hoà chức năng dù bằng con đường thần kinh hay thể dịch thì phần lớn đều tuân theo cơ chế điều hoà ngược. Có hai kiểu điều hoà ngược là điều hoà ngược âm tính và điều hoà ngược dương tính. 3.3.1. Thế nào là điều hoà ngược? Điều hoà ngược là kiểu điều hoà mà mỗi khi có một sự thay đổi hoạt động chức năng nào đó, chính sự thay đổi này sẽ có tác dụng ngược trở lại trung tâm điều khiển để tạo ra một loạt các phản ứng liên hoàn nhằm điều chỉnh hoạt động chức năng đó trở lại bình thường. Ví dụ, có một chuỗi phản ứng từ A  B  C  D...  Z, nồng độ của chất Z có tác dụng ngược trở lại điều khiển nồng độ chất A ở đầu chuỗi phản ứng để cuối cùng quay trở lại điều chỉnh nồng độ chất Z. Đây là cơ chế điều hoà nhanh và nhạy để tạo ra trạng thái hoạt động ổn định của cơ thể. 3.3.2. Điều hoà ngược âm tính Hầu hết các hệ điều khiển của cơ thể đều hoạt động theo kiểu điều hoà ngược âm tính. Điều hoà ngược âm tính là kiểu điều hoà có tác dụng làm tăng nồng độ một chất hoặc tăng hoạt động của một cơ quan khi nồng độ chất đó hoặc hoạt động của cơ quan đó đang giảm và ngược lại sẽ giảm nếu nó đang tăng. Ví dụ, trong trường hợp điều chỉnh nồng độ CO2, nồng độ CO2 trong dịch ngoại bào tăng sẽ kích thích trung tâm hô hấp tăng hoạt động để làm tăng thông khí phổi, kết quả là nồng độ CO2 sẽ giảm trở lại bình thường vì phổi đã thải ra ngoài một lượng lớn CO2. Ngược lại nếu nồng độ CO2 qúa thấp sẽ ức chế thông khí phổi và lại làm tăng nồng độ CO2. Cơ chế điều chỉnh huyết áp động mạch cũng vậy, khi huyết áp tăng sẽ có một loạt các phản ứng như giảm nhịp, giảm sức co bóp của cơ tim và giãn mạch để điều chỉnh huyết áp trở về bình thường. Ngược lại khi mất máu, huyết áp giảm lại có phản xạ làm co mạch, tim đập nhanh để làm tăng huyết áp trở lại. Điều hoà ngược âm tính càng được thể hiện rõ trong điều hoà hoạt động chức năng nội tiết. Khi nồng độ hormon tuyến đích tăng sẽ có tác dụng ngược trở lại ức chế hoạt động của tuyến chỉ huy và kết quả là làm giảm hoạt động của tuyến đích và nồng độ hormon đang tăng được điều chỉnh trở lại bình thường. Ngược lại trong trường hợp hormon tuyến đích giảm lại có cơ chế điều hoà để tăng nồng độ trở lại bình thường. Như vậy nói chung khi một yếu tố nào đó qúa tăng hoặc giảm, hệ thống điều khiển sẽ thực hiện cơ chế điều hoà ngược âm tính, một loạt các biến đổi sẽ xảy ra nhằm đưa yếu tố đó trở lại giới hạn bình thường. Với phương thức điều hoà này thường không đạt được 100%. Ví dụ bình thường huyết áp động mạch là 100 mmHg, nếu chúng ta đưa thêm một lượng máu vào cơ thể đủ để huyết áp tăng lên 175 mmHg nhưng trong thực tế huyết áp chỉ tăng ở mức 125 mmHg. Nói một cách khác nhờ có cơ chế điều hoà ngược âm tính mà khi huyết áp tăng tới mức 175 mmHg, huyết áp đã được điều chỉnh theo xu hướng trở về bình thường nhưng chưa thực sự trở về mức bình thường là 100mmHg. Như vậy khi các tác nhân bên ngoài có khuynh hướng gây tăng hoặc giảm huyết áp, nhờ có hệ thống điều khiển mà mức thay đổi chỉ còn (tăng hoặc giảm) khoảng 1/3. Hiệu suất thay đổi cao hay thấp tuỳ thuộc vào đặc tính của từng loại hệ điều khiển. Ví dụ, hệ điều khiển nhiệt độ thường cao hơn hệ điều khiển áp suất. 3.3.3. Điều hoà ngược dương tính Khi một yếu tố nào đó hoặc hoạt động chức năng của một cơ quan nào đó tăng, một loạt các phản ứng xảy ra dẫn tới kết quả làm tăng yếu tố đó hoặc hoạt động chức năng của cơ quan đó. Ngược lại khi đã giảm lại càng giảm thêm. Cách điều hoà này được gọi là điều hoà ngược dương tính. Ví dụ một người bị mất đột ngột 2 lít máu, lượng máu trong cơ thể giảm xuống tới mức không đủ máu để tim bơm có hiệu quả, áp suất động mạch giảm và máu đến nuôi cơ tim cũng giảm. Kết quả này làm tim suy yếu và càng làm giảm hiệu suất bơm của tim vì lưu lượng máu đến mạch vành càng giảm và tim càng suy yếu. Chu trình này cứ tiếp diễn cho đến khi gây tử vong. Như vậy bản chất của điều hoà ngược dương tính không dẫn tới sự ổn định mà ngược lại càng tạo ra sự mất ổn định hoạt động chức năng và có thể dẫn tới cái chết. Tuy nhiên trong cơ thể bình thường, các trường hợp điều hoà ngược dương tính thường có ích cho cơ thể. Những trường hợp ngược lại thường ít xảy ra vì cơ chế điều hoà ngược dương tính chỉ tác động đến một giới hạn nào đó thì xuất hiện vai trò của cơ chế điều hoà ngược âm tính để tạo lại sự cân bằng nội môi. Ví dụ hiện tượng đông máu, khi thành mạch vỡ, một loạt các men được hoạt hoá theo kiểu dây chuyền, các phản ứng hoạt hoá men ngày càng tăng thêm để tạo cục máu đông. Quá trình này cứ tiếp diễn cho đến khi lỗ thủng của thành mạch được bít kín và sự chảy máu dừng lại. Sổ thai cũng là trường hợp có sự tham gia của cơ chế điều hoà ngược dương tính. Khi các cơn co bóp của tử cung trở nên đủ mạnh để đẩy đầu thai nhi từ thân tử cung đến cổ tử cung, sự căng của cổ tử cung truyền tín hiệu ngược đến thân tử cung và làm cho cơ tử cung càng co bóp mạnh hơn. Tử cung co bóp càng mạnh càng làm căng cổ tử cung, cổ tử cung càng căng lại tạo thêm các co bóp mạnh của thân tử cung cho đến khi lực co bóp đủ mạnh thì đứa trẻ sẽ ra đời. Từ những ví dụ trên chúng ta thấy cơ chế điều hoà ngược âm tính là cơ chế điều khiển cơ bản, nhờ nó mà cơ thể luôn tạo được tính ổn định và thích ứng với môi trường. Trong một số trường hợp điều hoà ngược dương tính tuy không tạo ra sự cân bằng mà ngược lại càng làm tăng sự bất ổn nhưng lại rất cần thiết cho cơ thể. Tuy vậy ngay trong những trường hợp này điều hoà ngược dương tính cũng chỉ xảy ra trong một thời gian ngắn và chỉ là một phần của toàn bộ quá trình điều hoà ngược. 4. Kết luận Cơ thể là một tập hợp bao gồm nhiều cơ quan và hệ thống cơ quan. Một cơ quan lại bao gồm hàng triệu tế bào. Nhiều cơ quan lại họp thành một hệ thống cơ quan. Như vậy đơn vị cấu tạo của cơ thể chính là tế bào. Mỗi tế bào, mỗi cơ quan đều có những đặc tính riêng biệt và chức năng riêng biệt nhưng chúng đều có liên quan chặt chẽ với nhau trong một cơ thể thống nhất để đảm bảo cho sự tồn tại và phát triển, Các hoạt động của cơ thể được thực hiện ở tế bào, nhưng các tế bào không tiếp xúc và trao đổi trực tiếp với môi trường bên ngoài mà thông qua môi trường trung gian là nội môi. Nhờ có nội môi mà các tế bào trong cơ thể được sống trong một môi trường đồng nhất. Để đảm bảo cho sự tồn tại và phát triển, các tế bào phải luôn thực hiện chuyển hoá. Tự thân sự hoạt động của các tế bào đã luôn làm thay đổi thành phần của nội môi. Hơn nữa sống trong môi trường cơ thể luôn chịu tác động của môi trường bên ngoài. Để thích ứng với sự thay đổi của môi trường bên ngoài, các hoạt động chức năng của các cơ quan, hệ thống cơ quan luôn phải thay đổi, những thay đổi này cũng góp phần làm thay đổi thành phần nội môi. Tuy nhiên cơ thể cần có một cơ chế điều hoà nhằm đảm bảo sự ổn định của nội môi. Mỗi tế bào, cơ quan, hệ thống cơ quan đều có một chức năng riêng nhưng thực chất đều tham gia vào quá trình duy trì hằng tính nội môi - điều kiện để tế bào tồn tại, hoạt động và phát triển. Chức năng và sự điều hoà chức năng của tế bào, của từng cơ quan, hệ thống cơ quan sẽ được đề cập đến trong toàn bộ chương trình sinh lý học. Câu hỏi tự lượng giá 1. Trình bày về ba đặc điểm của sự sống. 2. Định nghĩa nội môi và nêu tầm quan trọng của nội môi và hằng tính nội môi. 3. Trình bày vai trò của hệ thống tiếp nhận, tiêu hoá và chuyển hoá chất dinh dưỡng. 4. Trình bày về vai trò của hệ thống vận chuyển chất dinh dưỡng trong quá trình tạo hằng tính của nội môi. 5. Trình bày vai trò của hệ thống bài tiết các sản phẩm chuyển hoá trong quá trình tạo hằng tính nội môi. 6. Trình bày vai trò của PXKĐK và PXCĐK trong điều hoà chức năng. 7. Trình bày vai trò của nồng độ hormon và các ion trong điều hoà chức năng. 8. Trình bày vai trò của cơ chế điều hoà ngược âm tính trong điều hoà chức năng, cho ví dụ. 9. Trình bày vai trò của cơ chế điều hoà ngược dương tính trong điều hoà chức năng, cho ví dụ.