GIÁO TRÌNH SINH LÝ Y CHÍNH QUY ĐẦY ĐỦ

Sinh lý học y học nghiên cứu về các hoạt động chức năng của từng tếbào, 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

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 tựnhiên 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 năngcủa cơ thể sống, tìm cách giải thích vai trò của các yếu tố vật lý, hóa học, vềnguồn 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 tếbào, 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 đảmbảo 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 hoạtđộng chức năng của các cơ quan, hệ thống cơ quan và có thể đo lường đượcchúng trong trạng thái hoạt động bình thường, nhằm giúp các nhà lâm sànghọc có tiêu chuẩn so sánh và đánh giá tình trạng bệnh lý, đồng thời có thể đềxuất 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 họchình thái như giải phẫu học, mô học và 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 liềnvới 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 cácngành khoa học tự nhiên và luôn gắn liền với sự thay đổi về quan niệm triếthọc 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 sựtồn tại của chính bản thân Những quan niệm triết học ban đầu là những luậnthuyết huyền bí của tôn giáo về linh hồn và thể xác Cùng với việc ghi nhậncác 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 5thế kỷ, một thầy thuốc người Hy lạp là Hippocrate đã đề xướng “Thuyết hoạtkhí”, thuyết này cho rằng hoạt khí trong phổi, chuyển sang máu rồi lưu thôngkhắp cơ thể, làm cơ thể hoạt động, tắt thở là chết Đến thế kỷ thứ II, Galien đãphát triển thuyết này để giải thích một số hiện tượng khác Đó là những nềnmóng 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 nướcchâu Âu phát triển, chế độ tư bản ra đời, khoa học tự nhiên có những tiến bộquan trọng, đặc biệt là cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật lần thứ nhất đã tạođiều kiện cho sinh lý học định hình rõ nét Các phát minh khoa học hoàn thiệndần 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, Schwanntìm 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 trongnghiên 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 ditruyền của Nirenberg, Holdey, Khorana; phát minh về cơ chế tác dụng củahormon 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 vaitrò của điện tử trong các quá trình sinh lý Thế kỷ XXI, với những kỳ vọng vềthế 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 quansát 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 vẫngiữ nguyên sự nuôi dưỡng bằng đường mạch máu (in situ)

- Trên một cơ quan hoặc tế bào đã tách rời ra khỏi cơ thể và nuôi dưỡngtrong 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 … cácnhà sinh lý học có thể ghi nhận được những hoạt động chức năng , những thayđổi chức năng của tế bào, cơ quan của cơ thể bằng những phương tiện đolường chính xác Từ những quan sát đó, các nhà khoa học có thể tìm hiểu hoạtđộng 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 câuhỏi:

- 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 môhọc) vì cấu trúc và chức năng có mối liên quan chặt chẽ với nhau, trong đóchức năng quyết định cấu trúc Đồng thời phải có kiến thức về sinh học cơbản, vật lý học, hóa học, đặc biệt là hóa sinh học và lý sinh học vì nhờ đó ta

có thể hiểu biết cặn 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 năngcủa các cơ quan, hệ thống cơ quan với nhau và đặt chúng trong mối liên hệgiữa cơ thể với môi trường Các hiểu biết về sinh lý học sẽ càng sáng tỏ hơnkhi áp dụng kiến thức sinh lý học để giải thích các hiện tượng, các biểu hiệntrong 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 1SINH LÝ ĐẠI CƯƠNG

Con người là một sinh vật đa bào mà mỗi tế bào vừa là đơn vị cấu tạovừa là đơn vị chức năng của cơ thể Một cơ thể sống có những đặc điểm riêngcủa 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 được ba đặc điểm chính của sự sống

2 Trình bày được các dạng năng lượng, quá trình chuyển hóa năng lượngtrong cơ thể sống

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 hoạtđộng và đào thải các sản phẩm chuyển hóa ra khỏi cơ thể

Hai quá trình này là 2 mặt thống nhất của chuyển hóa Chuyển hóangừng là cơ thể chết Hoạt động chuyển hóa cần những hợp chất giàu nănglượng như ATP và các men sinh học (enzym)

nghỉ sang trạng thái hoạt động

- Ức chế là biểu hiện kìm hãm hoặc làm ngưng trệ hoàn toàn trạng tháihoạt động của tế bào, cơ quan trong cơ thể

Khả năng chịu kích thích vừa là biểu hiện của sự sống vừa là điều kiệntồn 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 ditruyền 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 hóanăng, cơ năng, thẩm thấu năng, điện năng và 1 dạng năng lượng không sinhcông 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 myosintrong tế bào cơ

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

+ Ý nghĩa: năng lượng được dùng để sinh công điện tạo ra dòng điệnsinh học.

- Nhiệt năng:

+ Nguồn gốc: sinh ra từ các phản ứng chuyển hóa trong cơ thể Trungbình khoảng 80% năng lượng sinh ra từ các phản ứng chuyển hóa này trởthành nhiệt năng

+ Ý nghĩa: để đảm bảo duy trì thân nhiệt ổn định Ngoài ra, tế bào sốngkhông có bộ máy sử dụng nhiệt để sinh công nên đây còn là dạng năng lượngthoái 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 cơthể 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 Như vậy, thức ăn lànguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho cơ thể Ba chất sinh năng chính trongthức 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 năngthức 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 giaiđoạn 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 sửdụng 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 nănglượng trung gian được tế bào tích trữ và sử dụng để tạo thành các dạng nănglượng của cơ thể:

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

+ Động năng hay cơ năng: ở màng tế bào, ATP cung cấp năng lượngcho sự vận chuyển vật chất qua màng; ở các sợi co rút của tế bào cơ, ATP

cung cấp năng lượng cho sự co cơ tạo nên sự chuyển động trong hệ tuần hoàn,

hô hấp, tiêu hóa, tiết niệu, vận động… Như vậy, hóa năng của ATP đã chuyểnthành động năng của sự vận động trong cơ thể

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

+ Điện năng: ở màng tế bào, ATP cung cấp năng lượng cho sự vậnchuyển ion qua màng tế bào góp phần tạo nên điện thế nghỉ, điện thế hoạtđộng của màng Như vậy, hóa năng của ATP đã chuyển thành điện năng củacác 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 biếnđổi thành nhiệt năng, hiệu suất sử dụng còn lại khoảng 20% để tạo ra cáccông 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 ngoàidưới 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 sựtồn 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 cáchoạt 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 tiêu hao năng lượng chocác hoạt động như thần kinh, hô hấp, tuần hoàn, tiết niệu… khi cơ thể ở trạngthái hoàn toàn bình thường Đơn vị đo chuyển hóa cơ sở: Kcal/m2 da/giờ hoặcKJ/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 dậythì 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 vàthấp 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 vàngược 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 luỹtrong cơ bị tiêu hao: 25% chuyển thành công cơ học, 75% tỏa ra dưới dạngnhiệt Mức tiêu hao năng lượng trong vận cơ được dùng làm cơ sở để xácđịnh khẩu phần ăn theo nghề nghiệp Đơn vị đo năng lượng tiêu hao trong vậncơ: Kcal/kg thể trọng/phút Các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao năng lượngtrong vận cơ:

Cường độ vận cơ: cường độ vận cơ càng lớn thì tiêu hao năng lượngcàng cao Đây là cơ sở để phân loại lao động thể lực thành loại nhẹ, trungbình, 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 chịuthoải mái số cơ co càng ít, năng lượng tiêu hao càng ít Đây là cơ sở cho việcchế tạo công cụ, phương tiện lao động phù hợp với người lao động và côngviệc

Mức độ thông thạo: càng thông thạo công việc thì mức độ tiêu haonăng 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 hằngđịnh đảm bảo tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra bình thường, cơ thể phảitiêu hao năng lượng cho điều hòa thân nhiệt gồm sinh nhiệt và thải nhiệt

+ Năng lượng tiêu hao cho tiêu hóa: tiêu hóa có vai trò cung cấp nănglượng 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 độnglực đặc hiệu của thức ăn (SDA: specific dynamic action) là phần trăm củamức tiêu hao năng lượng do tiêu hóa tăng lên so với mức tiêu hao trước khiăn:

SDA của glucid là 6

SDA của lipid là 14

SDA của protid là 30

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 tạohình, dự trữ của cơ thể để:

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

+ 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 hoạtđộng sinh sản như:

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

60.000-+ Trong thời kỳ nuôi con: năng lượng tiêu hao khoảng 500Kcal choviệc 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 cảcác phản ứng sinh năng lượng trong tế bào giảm đi

- Khi tế bào hoạt động: hàm lượng ADP trong tế bào tăng, các phản ứngsinh 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 đếnchuyển hóa năng lượng

Ngoài ra các phần khác của hệ thần kinh cũng đều ảnh hưởng đếnchuyển 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: làm tăng chuyển hóa năng lượng củahầu hết các mô trong cơ thể

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

- Hormon GH của tuyến yên: làm 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 độngkhông ngừng Do đó, để có thể tồn tại và phát triển, con người cần luôn thíchứng với những biến động của môi trường Nhờ các hệ thống điều hòa chứcnăng nhanh nhạy, cơ thể sống đã duy trì hằng tính nội môi, tạo những điềukiện cần thiết cho các tế bào trong cơ thể hoạt động, giữ vững sự thống nhấthoạt động giữa các tế bào, giữa các cơ quan, hệ thống cơ quan trong cơ thể vàgiữa cơ thể với môi trường

Quá trình điều hòa hoạt động cơ thể được thực hiện theo một số nguyêntắc 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, điềuhòa quá trình tổng hợp năng lượng…

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

- Điều hòa chức năng ở cấp cơ thể: phối hợp hoạt động của các cơ quantạo 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 kinhthông 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 Cóhai 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 theophương thức điều hòa ngược (feedback) Điều hòa ngược là kiểu điều hòa màmỗi 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 nhằmđiều 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 hoạt động của một cơ quan khi nồng độ chất đó hoặc hoạt động của cơ

quan đó đang giảm và ngược lại Như vậy, 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 tếbào cũng như cơ quan Nhờ phương thức điều hòa này, hằng tính nội môi luônđược duy trì Ví dụ: khi huyết áp tăng sẽ có một loạt các phản ứng làm giảmnhịp 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: có tác dụng làm tăng hơn nữa nồng độ

của một chất hoặc hoạt động của một cơ quan khi nồng độ chất đó hoặc hoạt

động của cơ quan đó đang tăng và ngược lại Như vậy, về bản chất, điều hòa

ngược dương tính làm mất sự ổn định nhưng cần thiết cho cơ thể Đây là kiểuđiều hòa ít gặp, chỉ xảy ra ở một thời điểm nhất định sau đó sẽ quay về kiểuđiều hòa ngược âm tính Ví dụ: khi một sản phụ chuyển dạ sinh, cơn co tửcung sẽ bắt đầu từ đáy lan xuống cổ tử cung Từ đây có một tín hiệu quayngược trở lại đáy tử cung làm cơn co càng mạnh thêm và cứ như thế cho đếnkhi 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

SINH LÝ THÂN NHIỆTMục 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 họcxảy ra trong cơ thể, là mục đích của hoạt động điều nhiệt Thân nhiệt trungtâm 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 tràng0,5-10C và dao động nhiều hơn nữa

+ Thân nhiệt ngoại vi: là nhiệt độ da, chịu ảnh hưởng của nhiệt độ môitrường và thường thấp hơn thân nhiệt trung tâm Thân nhiệt ngoại vi có thểdùng để đánh giá hiệu quả hoạt động điều nhiệt Thân nhiệt ngoại vi thay đổituỳ 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 mứcgiảm càng ít hơn

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

+ Chu kỳ kinh nguyệt và thai nghén: nửa sau chu kỳ kinh nguyệt thânnhiệt 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 thânnhiệt ngoại vi cũng tăng lên hoặc giảm đi tuy không nhiều

+ Tình trạng bệnh: nhìn chung các bệnh nhiễm khuẩn làm tăng thânnhiệt riêng bệnh tả làm giảm thân nhiệt Thân nhiệt cũng thay đổi theo hoạtđộng 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 độngchuyển hóa sinh nhiệt gồm:

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

+ Vận cơ: trong co cơ 75% năng lượng tiêu hao dưới dạng nhiệt Đặcbiệt cóng và run là những nguyên nhân sinh nhiệt quan trọng bởi vì trong hìnhthức 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 thânnhiệt vào cơ thể như không khí nóng, vật nóng, mặt trời Tuy nhiên sự sinhnhiệt 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 dahoặc niêm mạc đường hô hấp để thải ra ngoài đến đấy nhờ hệ thống mạchmáu 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 vậtnóng sang vật lạnh Như vậy, muốn thải nhiệt ra bên ngoài bằng cách truyềnnhiệt 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 khôngtiếp xúc với nhau Nhiệt được truyền dưới dạng tia bức xạ điện từ (tia hồngngoại)

- Khối lượng nhiệt truyền tỷ lệ thuận với chênh lệch nhiệt độ giữa haivật, không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ khoảng không ở giữa Nhưng khốilượng nhiệt mà vật lạnh nhận được lại phụ thuộc vào màu sắc của nó: màuđen 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 chênhlệch 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 tiếpxúc với nhau, nhưng trong đó vật lạnh luôn luôn chuyển động, khiến cho ởđiểm tiếp xúc chênh lệch nhiệt độ được duy trì

- Khối lượng nhiệt truyền tỷ lệ thuận với căn bậc hai tốc độ chuyểnđộng 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 lúcchuyển từ thể lỏng sang thể khí sẽ thu nhiệt vào Một lít nước bốc hơi sẽ lấy

đi một nhiệt lượng bằng 580Kcal Nhiệt độ môi trường càng cao thì sự thảinhiệt 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 mạcđường 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 hấpphụ 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 quantrọng 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 hấptổng cộng khoảng 0,6 lít/ngày giúp thải một nhiệt lượng khoảng 12-16Kcal/giờ Đây là lượng nước mất thường xuyên, không cảm thấy và khôngthay 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 líttrong môi trường lạnh lên đến tối đa 1,5-2 lít trong môi trường nóng Mồ hôichỉ 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 chứcnăng nhằm giữ cho thân nhiệt hằng định trong khi nhiệt độ của môi trườngsống luôn thay đổi Nhờ đó sẽ giữ tốc độ các phản ứng hóa học diễn ra trong

cơ thể tương đối hằng định Như vậy, có thể coi điều nhiệt như là một mặt của

sự đảm bảo hằng tính nội môi

Thân nhiệt được điều hòa trên nguyên tắc: lượng nhiệt sinh ra trong cơthể 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 tạpvới 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 “điểmchuẩn” (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 cơthể 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 giảmnhiều được Do đó, giảm sinh nhiệt không quan trọng bằng tăng thải nhiệttrong cơ chế chóng nóng

- Tăng quá trình thải nhiệt: là cơ chế chống nóng chủ yếu nên chốngnóng 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 datăng 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 giảmtruyền nhiệt và bài tiết mồ hôi Nhưng máu đến da ít cũng ảnh hưởng xấu tớiviệc 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 bằngtăng sinh nhiệt trong cơ chế chống lạnh Đồng thời với phản xạ co mạch dacòn 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 ở động vật, ở loài người nó không cógiá 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 dụnglàm 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 lệthuận với lượng mỡ nâu Ở người, mỡ nâu có nhiều ở trẻ em tập trung chủyếu xung quanh xương bả vai, ngấn cổ và dọc theo các mạch máu lớn ở ngực

và bụng Đây là nguồn sinh nhiệt quan trọng của trẻ

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

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

+ Run cơ: xảy ra sau cùng Đây là một phản xạ có trung tâm nằm ởvùng hạ 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 cơthể 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 cácnguồn bức xạ, đội mũ, trồng cây lấy bóng mát, dùng máy điều hòa… Mùađông: đóng cửa, dùng lò sưởi…

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

- Chọn chế độ ăn thích hợp: mùa hè nên ăn ít thức ăn giàu năng lượngnhư lipid hoặc thức ăn có SDA cao như protid để giảm sinh năng, uống nhiềunước 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 biệnpháp chủ động mang lại hiệu quả lớn

Các tế bào được biệt hóa thành từng hệ: hệ tuần hoàn, hệ hô hấp, hệtiêu hóa, hệ thần kinh nhưng hoạt động của chúng vẫn mang những nétchung

- 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 môitrường dịch chính trong tế bào gọi là dịch nội bào

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

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

+ Lipid: chiếm khoảng 2% khối lượng tế bào, riêng tế bào mỡ chứa đến95% triglycerid và là kho dự trữ năng lượng của cơ thể Lipid không hòa tantrong nước, vì vậy được sử dụng để tạo màng bào tương tế bào và các bàoquan

+ 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 được cấu trúc thành 2 phần chính:

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

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

Hình 1.1 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 bàotương (màng bề mặt tế bào) và màng các bào quan (màng lưới nội nguyênsinh, 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% làphospholipid, 13% là cholesterol và 4% là các lipid khác Lớp lipid giúpmàng tế bào mềm mại, có thể uốn khúc và trượt qua lại dễ dàng, đồngthời tạo khả năng hòa màng Thành phần lipid 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 màngsinh học, các thành phần khác sẽ khảm vào trong đó Bên cạnh đó lớpphospholipid cũng tham gia vận chuyển các chất qua màng bằng khoảng kẽgiữa 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 1.2 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 tửprotein 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 mangkhông có tính chất enzym), protein kháng nguyên và các protein nhận diện(receptor)

- 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 cóthể 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 bềmặt 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 gắnthành nhánh với bề mặt ngoài của 100% protein xuyên màng tạo thànhglycoprotein hoặc với 1/10 lipid màng tạo thành glycolipid

+ Proteoglycan: là những đại phân tử tạo bởi các carbohydrat baoquanh 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, kết dính, hoạt động như những receptorcủa 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 môitrường xung quanh, vận chuyển chọn lọc các chất qua màng tế bào, tác nhântạo ra điện thế màng, kết dính tế bào, tương tác tế bào, trao đổi thông tin giữacác 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 bàoquan với môi trường xung quanh do đó tạo cho tế bào thành một tổ chức sốngđộc 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 vớimôi trường xung quanh thông qua hoạt động vận chuyển các chất qua màng tếbào 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 lênmàng 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 kỳ màng tế bào nào hoặc cũng cóthể phức tạp hơn xảy ra qua một lớp tế bào tại biểu mô ruột, biểu mô ốngthận, 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+ Đồngthời sự vận chuyển các ion qua lại màng góp phần tạo ra sự biến đổi về điệnthế màng theo 3 trạng thái: trạng thái phân cực (điện thế nghỉ), trạng thái khửcực (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 áoglycocalyx cho phép kết dính tế bào với tế bào hoặc tế bào với các đại phân tửcollagen, 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 Khôngchỉ 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 Sựkết dính được thực hiện theo các cơ chế: tác dụng tương hỗ giữa các nhómchức 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 khángnguyên-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 nguyênmàng hồng cầu tạo thành nhóm máu, vừa có thể có kháng thể bám dính nhưIgE, IgG, IgM

- Tương tác kiểu enzym-cơ chất: hiện nay người ta đã biết trên 30enzym liên kết màng như các cyclase, ATPase (Mg++-ATPase, Na+-K+-

ATPase…), hoặc các enzym khác (phosphatase kiềm, nucleotidase vàphosphodiesterase ) Phần lớn các enzym này có bản chất hóa học làglycoprotein, vị trí để liên kết với cơ chất là phần carbohydrat được hướngtrực tiếp ra phía bên ngoài màng.

- Tương tác kiểu tín hiệu hóa học-receptor: thực hiện chức năng traođổi 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 cùngmột mô để hoàn thành một chức năng hoặc giữa các tế bào trong các loại môkhác nhau để hoàn thành nhiều chức năng khác nhau được thực hiện thôngqua các hệ thống thông tin giữa các tế bào Sự thông tin có thể được thực hiệnthông qua các mối liên kết hở (gap junction) giữa các tế bào nằm sát nhauhoặc 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 nhaunhư các tế bào biểu mô, thần kinh, cơ trơn, cơ tim thường có các cấu trúcđược gọi là các liên kết hở giúp các tế bào trao đổi nhanh thông tin với nhau

Hình 1.3 Liên kết hở giữa hai tế bào sát nhau

+ Cấu trúc: liên kết hở được cấu tạo gồm 6 phân tử protein gọi làconnexin 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 cótrọng lượng phân tử nhỏ hơn 1.000 đi trực tiếp từ bào tương tế bào này tới tếbào 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 tròquan trọng ở các tế bào thần kinh cho phép xung động đi nhanh hơn nhiều sovới sự dẫn truyền qua synap; ở các tế bào cơ tim giúp chúng co lại hầu nhưcùng 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 đượcthực hiện theo phương thức các tín hiệu hóa học dưới dạng các phân tử đặchiệu giải phóng ra từ một tế bào sẽ tác động lên một tế bào khác ở xa gọi là tếbào 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 (cơchế 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 bàođích, 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 tếbào Receptor có thể nằm trên màng bào tương tế bào nhưng cũng có thể nằmtrong bào tương, thậm chí nằm trong nhân tế bào Bất cứ một phân tử tín hiệunào 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 vớireceptor 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 ứngnào cả sẽ được gọi là chất đối vận (antagonist), chúng làm cản trở tác độngcủa agonist bằng cách chiếm lấy receptor của nó

+ Các tín hiệu nội bào hay còn gọi là chất truyền tin thứ hai: tín hiệungoại bào khi gắn vào receptor nằm trên màng bào tương tế bào sẽ làm cấuhình của receptor thay đổi, sự thay đổi này dẫn đến xuất hiện một phân tử tínhiệu bên trong tế bào, được gọi là tín hiệu nội bào (intracellular) Quá trìnhnày được xem là cơ sở khởi đầu của hiện tượng khuếch đại tín hiệu vì sẽ cónhiều tín hiệu nội bào được hình thành từ một phân tử tín hiệu ngoại bào Cáctín hiệu nội bào sau đó sẽ tạo ra một loạt phản ứng bên trong tế bào dẫn đếnxuất 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 củachuỗi 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 hoặcnhiều hơn khi tế bào cần ATP

- Chức năng của ty thể: sản sinh và tích trữ năng lượng cho tế bào dướidạng 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 làtrạm năng lượng tế bào

3.2 Nhân

- Cấu tạo chức năng: nhân có cấu trúc màng đôi, bên trong chứa nhiễmsắc thể và hạch nhân Mỗi nhiễm sắc thể gồm protein nâng đỡ và ADN (aciddeoxyribonucleic), trên nhiễm sắc thể có các gen mang mã di truyền Hạchnhân 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 thấynhững đốm sẫm màu gọi là nhiễm sắc chất (chromatin)

- Chức năng:

+ Phân bào nguyên nhiễm: nhiễm sắc thể tự nhân đôi, phân chia chomỗi 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

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 dẫnnối kết trực tiếp với lớp màng ngoài của nhân tế bào Trên bề mặt và bêntrong 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 Ribosomcấu tạo gồm hai đơn vị lớn và nhỏ bám dính lên bề mặt mạng lưới nội bàotương hạt hoặc nằm tự do trong bào tương

- Chức năng:

+ Sinh tổng hợp protein và lipid: mạng lưới nội bào tương hạt là nơitổng hợp protein theo qui trình ribosom tổng hợp tiền chất của protein, sau đóđưa vào mạng lưới nội bào tương hạt, tại đây phân tử tiền chất trải qua một sốphản 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 nộibào 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 cho nhiều phản ứng quan trọng của tế bào

3.5 Bộ Golgi

- Cấu tạo chức năng: bộ Golgi được tạo thành bởi các túi màng dẹt xếpchồng lên nhau, sinh ra từ đoạn chuyển tiếp không hạt của mạng lưới nội bàotương có hạt Mỗi bộ Golgi có khoảng từ 5 đến 8 túi

+ Hiện tượng nhập bào (thực bào, ẩm bào) tạo không 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 Sảnphẩm thu được là những phân tử nhỏ (acid amin, glucose, phosphat ) sẽ đượchấp 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 Peroxisom chứa nhiều enzym có khả năngtạo ra và phân hủy H2O2

- 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 lànhững nhánh bào tương chứa một cấu trúc giống cấu trúc của tiểu thể trungtâm điển hình với 9 nhóm ống, mỗi nhóm có 3 ống

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

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

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

4 ĐIỀU HÒA HOẠT ĐỘNG TẾ BÀO

4.1 Điều hòa sinh tổng hợp protein của tế bào

Monod và Jacob đã đưa ra giả thuyết về những operon trên ADN Mộtoperon gồm một số gen cấu trúc S (mã hóa việc tổng hợp các protein là nhữngenzym có liên quan với nhau về chức năng), một gen tác động O (đóng mởgen cấu trúc) và một gen khởi động P (nơi tiếp nhận ARN-polymerase dẫnđến sự tháo chuỗi xoắn kép của AND mở đầu cho hoạt động sao mã)

Những nghiên cứu về di truyền cũng đã phát hiện gen điều hòa, chỉ huyviệc tổng hợp protein điều hòa chi phối hoạt động của gen tác động Gen điềuhòa thường ở nơi khác trên AND, không nằm gần operon tương ứng

Gen điều hòa chỉ huy sự tổng hợp protein điều hòa Re (có thể là chấtkìm hãm R’ hoặc chất hoạt hóa A’)

Hình 1.4 Giả thiết về operon của ADN

- Khi protein kìm hãm R’ hoạt động có tác dụng đóng operon do nó gắnvào gen tác động O, ngăn cản ARN polymerase bám vào P

- Khi protein hoạt hóa A’ hoạt động có tác dụng mở operon do nó gắnvào gen tác động O, giúp cho ARN polymerase bám vào P

4.2 Điều hòa chu trình tế bào

Trong thời gian sống, mỗi tế bào được kiểm soát bởi một hệ thống ditruyền thông qua các gen ADN-PK, p53 và INK4:

- Gen ADN-PK có vai trò sửa chữa những gen bị tổn thương

- Gen p53 không cho các gen bị tổn thương tự nhân lên Khi có mộtbiến cố lớn trong tế bào, protein p53 còn gọi là “vệ sĩ của bộ gen” sẽ phát đimột hiệu lệnh để tế bào này tự hủy

- Gen INK4 mã hóa protein p16INK4a, còn được gọi là protein ức chếung thư Protein này có vai trò trong sự điều hòa chu trình tế bào thông quaviệc làm giảm tốc độ gián phân và làm bất hoạt các dạng CDK vòng (cyclindependent kinases) khác nhau sinh ra từ quá trình gián phân Sự biểu hiệnp16INK4a sẽ gia tăng theo tuổi tác và quá trình biểu hiện này liên quan đếntiến trình già hoá của tế bào

4.3 Điều hòa thời gian sống của tế bào

Đời sống của mỗi tế bào đã được mã hóa về mặt di truyền, do vậy các

tế bào sẽ “chết theo chương trình” (apoptosis) được lập trình từ trước nếu nhưkhông có bất kỳ một tác động bệnh lý nào từ bên ngoài Cơ thể có hai loại tếbào:

- Tế bào không đổi mới được (còn gọi là tế bào hậu gián phân), ví dụnhư tế bào thần kinh và cơ tim Các tế bào này không có khả năng sinh sản và

mất dần trong quá trình tích tuổi, không có gì thay thế được

- Tế bào đổi mới được (còn gọi là tế bào liên gián phân), ví dụ như các

tế bào biểu mô, tế bào soma Thông thường các tế bào này chết đi sau 40-60chu kì sao chép Thời gian sống của mỗi tế bào được quyết định về di truyềnhọc bởi hệ thống kiểm soát đời sống tế bào nhờ quá trình làm hao mòn cáctelomere ở các đầu tận cùng nhiễm sắc thể Telomere là các chuỗi TTAGGGlặp lại kế tiếp nhau Telomere có nhiệm vụ bảo đảm sự bền vững của nhiễmsắc thể, chống lại các tác nhân có hại và sự tái tổ hợp sai lạc, đồng thờitelomere còn có vai trò điều hòa gen Mỗi lần phân chia, các nhiễm sắc thểđều mất một số lượng nhỏ ADN của telomere Khi các telomere trở nên quángắn thì các nhiễm sắc thể sẽ kém bền vững, chúng không thể bám vào đượcmàng nhân tế bào, bị dính vào nhau và có hình dạng kì dị Hậu quả là các tếbào không thể phân chia được nữa

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 tếbào

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 đổivật chất với môi trường xung quanh Đây là một quá trình vận chuyển có chọnlọc 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 bởicác phân tử protein và bao bọc bên ngoài là lớp áo glycocalyx Có hai dạngvận 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 kênhprotein xuyên màng (khuếch tán đơn giản) hoặc qua các protein mang xuyênmàng không có tính enzym (khuếch tán được gia tốc)

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

- Vận chuyển qua một đoạn màng: đây là hình thức vận chuyển bằng cơchế 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 lượngchuyển 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 độthấp 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 cácphân tử của lớp lipid kép Chất được vận chuyển là các chất hòa tan tronglipid 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 thểkhuếch tán qua lớp lipid kép vì kích thước của chúng nhỏ nhưng động năngcủa chúng lại rất lớn nên chúng có thể xuyên qua lớp lipid kép nhưnhững “viên đạn” (bullets) Các ion không thể thấm qua lớp lipid kép

- Khuếch tán qua các kênh protein: là khuếch tán qua phân tử proteinxuyên màng dạng kênh Chất được vận chuyển là nước và các chất hòa tantrong nước như các ion Các kênh protein này chọn lọc chất khuếch tán do đặcđiểm về đường kính, hình dạng, điện tích Các kênh còn được đóng mở bằngcổng 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 từngoài 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 phụthuộc 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 tỉ lệ thuậnvới 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 củacác ion: ion (+) di chuyển về phía bên màng tích điện (-), ion (-) di chuyển vềphía bên màng tích điện (+) Sự chuyển động này tạo nên 1 chênh lệch vềnồng độ tăng dần, đến mức xu thế khuếch tán do chênh lệch nồng độ bằng xuthế khuếch tán do chênh lệch điện thế, lúc này hệ thống ở vào trạng thái thăngbằng động (cân bằng Donnan) Ở nhiệt độ 370C, khi chênh lệch điện thế cânbằng với chênh lệch nồng độ của những ion hóa trị 1 thì ta có thể xác địnhđiện 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)

C1 là nồng độ ion bên 1 của màng

C2 là nồng độ ion bên 2 của màng

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

+ Chênh lệch của áp suất thủy tĩnh: áp suất thủy tĩnh là áp suất củadung 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 tĩnhthấp Ví dụ ở màng mao mạch phía tiểu động mạch, áp suất thủy tĩnh trongmao mạch lớn hơn áp suất thủy tĩnh ngoài mao mạch nên nước và các chấthòa tan trong nước sẽ khuếch tán ra ngoài mao mạch.

+ Ảnh hưởng của chênh lệch áp suất thẩm thấu: áp suất thẩm thấu là ápsuất của các chất hòa tan như muối NaCl và protein (áp suất keo) Áp suấtthẩm thấu có tác dụng giữ nước ở lại (ngăn cản không cho nước di chuyểnsang 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’tHoff:

P = RTCTrong đó: R là hằng số khí lý tưởng

T là nhiệt độ tuyệt đối

C là nồng độ thẩm thấu

Nồng độ thẩm thấu: là nồng độ mol của của chất hòa tan và phụ thuộcvào số hạt chất tan trong 1 đơn vị thể tích do cứ mỗi hạt không thấm quamàng sẽ choán chỗ của 1 phân tử nước trên đường di chuyển qua màng Mỗihạt thẩm thấu là 1 phân tử của chất không phân ly hoặc 1 ion của phân tửphân ly thành ion Đơn vị nồng độ thẩm thấu là osmol(1osmol=1000mosmol), có hai loại: osmolality (osm/Kg dung dịch) vàosmolarity (osm/lít dung dịch) Trong thực hành y khoa, thường dùngosmolarity Như vậy, 1osmol là số phân tử có trong một phân tử gram chấtkhông phân ly hoặc là số ion có trong một phân tử gram chất phân ly thànhion hoàn toàn

2.1.2.2 Khuếch tán được gia tốc (facilitated diffusion)

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

- Chất được vận chuyển: chất hữu cơ có kích thước lớn như cácmonosaccharid 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 lượngcác protein mang glucose.

- Cơ chế khuếch tán: chất được vận chuyển gắn vào protein mang làmcho protein mang thay đổi cấu hình và mở ra ở phía bên kia của màng Do lựcliên kết giữa chất được vận chuyển và protein mang yếu nên chuyển độngnhiệt của chất được vận chuyển sẽ tách nó ra khỏi protein mang và giải phóngvào phía đối diện

Hình 1.5 Cơ chế khuếch tán được gia tốc

- Tốc độ khuếch tán: tốc độ khuếch tán phụ thuộc vào nhiều yếu tốtrong 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 khuếchtán 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 cónồng 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 chuyểnchủ 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 làchất chuyên chở để chất được vận chuyển gắn vào vừa đóng vai trò là mộtenzym thủy phân ATP để lấy năng lượng Năng lượng đó sẽ làm thay đổi cấu

Khếch tán được gia tốc

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 Khihoạt 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 bênmàng: [Nao+] > [Nai+], [Ki+] > [Ko+] Do đó, giúp điều hòa thể tích tế bào và làtác 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 bào tương ra ngoài tế bào hoặc vào các bào quan trong

tế bào duy trì nồng độ Ca++ thấp trong bào tương tế bào

- Bơm proton: vận chuyển chủ động sơ cấp ion H+ ở một số nơi trong

cơ thể như:

+ 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 hòanồng 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 cótính 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 thangnồng độ ion cho phép protein mang thứ hai không có tính chất enzym vậnchuyển ion theo bậc thang nồng độ và chất cùng vận chuyển khác ngược bậcthang nồng độ Hai loại vận chuyển chủ động thứ cấp:

+ Đồng vận chuyển thuận: các chất được vận chuyển đi cùng mộthướng 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 ngượchướng) Ví dụ: đồng vận chuyển nghịch với Na+ của K+ hoặc H+ ở tế bàobiểu mô ống lượn xa và ống góp để tái hấp thu Na+ và bài tiết K+ hoặc H+ traođổi

3 VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT BẰNG MỘT ĐOẠN MÀNG TẾ BÀO

Vận chuyển vật chất bằng một đoạn màng được thực hiện thông qua cơchế 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 haihình thức:

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

+ Ẩm bào (pinocytosis): là hiện tượng tế bào nuốt các dịch lỏng và cáchòa 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 nhậpbào Phía trong màng bào tương tế bào sát với những chỗ kết dính này là mộtmạng 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 vàdần dần hình thành túi nhập bào tách khỏi màng bào tương đi vào bên trong tếbào Phần màng bào tương còn lại sẽ hợp nhất với nhau bằng cơ chế hòamàng

- 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 hòamàng với lysosom (tiêu thể) thành túi tiêu hóa, các enzym thủy phân tronglysosom sẽ phân cắt các chất được hấp thu, các chất dinh dưỡng sẽ được đưavào bào tương tế bào, các chất cặn bã được đào thải bằng cơ chế xuất bào

Hình 1.6 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 (residualbody) sau quá trình tiêu hóa tế bào.

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

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 trênmàng 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 quamàng 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 ionqua 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 từnơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp Sự chuyển động này tạo nên 1chênh lệch về điện tích tăng dần

- Xu thế khuếch tán do chênh lệch về điện thế: các ion (+) di chuyển vềphía 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 sẽcân bằng nhau Lúc này hệ thống ở vào trạng thái thăng bằng động (cân bằngDonnan) Ở nhiệt độ 370C, khi chênh lệch điện thế cân bằng với chênh lệchnồng 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)

C1 là nồng độ ion bên 1 của 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:

- Ion K+: nồng độ ion phân bố như sau: C Ko+ là 4mEq/L, C Ki+ là140mEq/L, tỉ số C Ki+/C Ko+ = 35 Điện thế khuếch tán của ion K+ khi màng

tế bào không thấm với các ion khác tính được là khoảng 94mV, âm ở bêntrong màng

- Ion Na+: nồng độ ion phân bố như sau: C Nao+ là 142mEq/L, C Nai+

là 14mEq/L, tỉ số C Nao+/C Nai+ = 10 Điện thế khuếch tán của ion Na+ khimàng tế bào không thấm với các ion khác tính được là khoảng 61mV, dương

ở bên trong màng

- Ion Cl-: nồng độ ion phân bố như sau: C Clo+ là 103mEq/L, C Cli+ là4mEq/L, tỉ số C Clo+/C Cli+ = 26 Điện thế khuếch tán của ion Cl+ khi màng tếbào không thấm với các ion khác tính được là khoảng 90mV, âm ở bên trongmàng

* Phương trình Goldman-Hodgkin-Katz:

Khi màng tế bào thấm với nhiều ion khác nhau thì điện thế khuếch tánphụ thuộc vào 3 yếu tố:

- Dấu điện tích của ion

- Tính thấm P của màng tế bào đối với mỗi ion

- Chênh lệch nồng độ ion giữa hai bên màng

Khi đó điện thế màng được tính theo phương trình Katz gọi tắt là phương trình Goldman Phương trình này xác định điện thế

Goldman-Hodgkin-bên trong màng với sự thấm của ion Na+, K+ và Cl-:

EMF(mV)= -61log

−

− +

+ +

+

−

− +

+ +

+

++

++

Cl Cl K

K Na

Na

Cl Cl K

K Na

Na

P C P

C P

C

P C P

C P

C

i o

o

o i

i

Phương trình Goldman có 4 điểm đáng lưu ý:

- Các ion Na+, K+ và Cl- là những ion rất quan trọng trong việc tạo rađiện thế màng ở tế bào thần kinh và cơ

- Mức độ quan trọng của mỗi ion trong việc tạo điện thế tỷ lệ thuận vớitính thấm của màng đối với ion tương ứng.

- Nếu nồng độ ion dương bên trong màng cao hơn bên ngoài màng, thìbậc thang đó tạo điện thế âm trong màng vì ion dương khuếch tán ra ngoài đểlại các anion không lọt qua màng

- Tính thấm của kênh Na+ và kênh K+ biến đổi cực nhanh khi có xungđộng thần kinh, trong khi tính thấm của kênh Cl- biến đổi chậm hơn Hơn thếđiện thế khuếch tán của Cl- theo phương trình Nernst khoảng -90mV đúngbằng điện màng lúc nghỉ Do vậy, tính thấm của Na+ và K+ có ý nghĩa chủ yếuđối với sự tạo ra điện thế màng Trong khi tính thấm của Cl- ítảnh hưởng hơn

1.2 Khái niệm về điện thế màng

Điện thế màng là điện thế tồn tại trên màng của hầu như mọi tế bàotrong cơ thể Điện thế màng có cơ sở vật lý là điện thế khuếch tán

Theo qui ước, điện thế màng được xác định là điện thế bên trong so vớibên ngoài màng tế bào

Điện thế màng bao gồm điện thế nghỉ và điện thế hoạt động Các hoạtđộng điện này diễn ra đặc biệt trên tế bào thần kinh và tế bào cơ

2 ĐIỆN THẾ NGHỈ

2.1 Khái niệm về điện thế nghỉ

Điện thế nghỉ là điện thế màng khi tế bào không hoạt động Ở trạng tháinày, màng tế bào có tính phân cực (polarization), bên ngoài tế bào tích điệndương hơn so với bên trong tế bào

2.2 Nguồn gốc phát sinh điện thế nghỉ

Điện thế nghỉ được tạo ra do sự đóng góp của 3 yếu tố sau:

- Điện thế khuếch tán của K+: ion K+ phân bố ở bên trong nhiều hơnbên ngoài tế bào sẽ khuếch tán từ trong ra ngoài theo bậc thang nồng độ quakênh K+ Theo phương trình Nernst tính được điện thế khuếch tán của ion K+

là -94mV Bên cạnh đó tính thấm của màng tế bào ở trạng thái nghỉ đối với K+

rất cao, gấp 100 lần Na+ (nói cách khác, ở trạng thái nghỉ kênh K+ mở nhiềuhơn kênh Na+) Do vậy, điện thế khuếch tán của K+ đóng vai trò chính tạo rađiện thế nghỉ

- Điện thế khuếch tán của Na+: ion Na+ phân bố ở bên ngoài nhiều hơnbên trong tế bào sẽ khuếch tán từ ngoài vào trong theo bậc thang nồng độ quakênh Na+ Theo phương trình Nernst tính được điện thế khuếch tán của ion

Na+ là +61mV Tuy nhiên do tính thấm của màng tế bào ở trạng thái nghỉ đốivới Na+ kém hơn K+, nên theo phương trình Goldman điện thế màng của 2 ionnày là -86mV.

- Hoạt động của bơm Na+-K+-ATPase: mọi tế bào trong cơ thể đều cóbơm Na+-K+-ATPase Cứ mỗi vòng, bơm này sẽ bơm 3 Na+ ra và 2 K+ vàotrong tế bào Sự chênh lệch này sẽ liên tục làm mất điện tích dương ở bêntrong tế bào, đóng góp thêm một điện thế khoảng -4mV vào điện thế nghỉ.Ngoài ra, bơm này cũng tạo ra sự chênh lệch nồng độ ion Na+ và K+ ở 2 bênmàng, sự phân cực này sẽ làm tiền đề cho sự xuất hiện điện thế hoạt động saunày

Tóm lại, cuối cùng điện thế nghỉ được tạo ra có trị số khoảng -90mV ởcác tế bào thần kinh và cơ có kích thước lớn Tuy nhiên, điện thế nghỉ cũng cóthể giao động từ -90mV đến -40mV tùy theo loại mô

3 ĐIỆN THẾ HOẠT ĐỘNG

3.1 Khái niệm về điện thế hoạt động

Điện thế hoạt động là điện thế màng khi tế bào bị kích thích và chuyểnsang trạng thái hoạt động Ở trạng thái này, tế bào sẽ khử cực (depolarization),bên ngoài tế bào tích điện âm hơn so với bên trong tế bào

3.2 Nguồn gốc phát sinh điện thế hoạt động

Điện thế hoạt động phát sinh khi có các điều kiện sau:

- Tác nhân kích thích: tế bào đang ở trạng thái nghỉ, nếu có một tácnhân kích thích nào đó thích hợp, tế bào sẽ chuyển sang trạng thái khử cực.Tác nhân kích thích thường đến từ bên ngoài thông qua sự trao đổi thông tingiữa các tế bào Cơ tim là một trường hợp đặc biệt, các tế bào cơ tim loại đápứng chậm có khả năng tự khởi phát điện thế hoạt động (tự phát xung) khôngthông qua tác nhân kích thích từ bên ngoài

- Feedback dương mở kênh Na+: tác nhân kích thích làm điện thế nghỉcủa màng tăng đôi chút lên Điện thế tăng đó đã làm mở một số kênh Na+ cócổng điện thế Kênh mở tạo điều kiện cho ion Na+ chạy vào trong tế bào mangtheo điện tích dương, dẫn đến điện thế màng tiếp tục tăng thêm đạt đếnngưỡng Điện thế tăng thêm này lại tiếp tục làm mở thêm các kênh Na+ khác

Cứ như thế, trong khoảnh khắc rất ngắn tất cả các kênh Na+ đều mở hoàntoàn, Na+ “ồ ạt” vào trong tế bào khởi đầu cho điện thế hoạt động

- Ngưỡng tạo điện thế hoạt động: sự tăng điện thế màng phải đạt đến

một mức nào đó mới làm phát sinh điện thế hoạt động Thường sự tăng độtngột này khoảng 15-30mV, tức là từ trị số -90mV tăng lên -75mV đến -60mVmới bùng nổ điện thế hoạt động Người ta thường lấy mức -65mV gọi làngưỡng kích thích.

- Sự gia tăng điện thế đột ngột: kênh Na+ là kênh đóng mở cổng theođiện thế Kênh có hai cổng, cổng phía đầu ngoài tế bào gọi là cổng hoạt hóa

và cổng phía đầu trong tế bào gọi là cổng khử hoạt Ở trạng thái nghỉ, cổnghoạt hóa đóng, cổng khử hoạt mở Khi điện thế màng tăng lên đột ngột trongvài phần vạn giây đến ngưỡng thì điện thế đó làm mở tất cả cổng hoạt hóa,tính thấm màng đối với Na+ tăng lên gấp 500-5000 lần, khởi phát điện thếhoạt động Đáng chú ý là cổng khử hoạt sẽ bắt đầu đóng ngay sau khi mởcổng hoạt hóa, tuy nhiên cổng khử hoạt đóng từ từ, trong khi cổng hoạt hóalại mở rất nhanh nên phải đến một lúc nào đó mới đủ để ngăn dòng Na+ vàotrong tế bào Như vậy, nếu vì lý do nào đó, điện thế màng lúc nghỉ tăng lênrất từ từ trong vòng nhiều miligiây, đủ thời gian để cổng khử hoạt đóng lại thì

dù điện thế có đạt ngưỡng cũng không tạo được điện thế hoạt động Hiệntượng này gọi là sự thích nghi của màng đối với kích thích

3.3 Các giai đoạn của điện thế hoạt động

Điện thế hoạt động là quá trình biến đổi rất nhanh của điện thế màngtrong khoảng vài phần vạn giây từ điện thế âm lúc nghỉ sang điện thế dương

rồi quay lại điện thế âm Trường hợp điển hình, điện thế hoạt động diễn ra qua

các giai đoạn sau:

- Pha 0: pha khử cực nhanh

+ Hiện tượng: màng tế bào tăng tính thấm đối với Na+ đột ngột đạt đếnđiện thế ngưỡng làm mở tất cả các kênh Na+ còn gọi là kênh nhanh (fastchannel) Na+ di chuyển ồ ạt từ ngoài vào trong tế bào

+ Kết quả: điện thế bên trong tế bào tăng lên Ở một số tế bào, điện thế

có thể vượt quá trị số 0mV gọi là hiện tượng quá đà (overshoot)

- Pha 1: pha tái cực sớm

+ Hiện tượng: kênh nhanh đóng lại, kênh K+ mở làm K+ từ trong đi rangoài tế bào

+ Kết quả: điện thế màng hơi giảm

- Pha 2: pha bình nguyên

+ Hiện tượng: mở các kênh Ca++ còn gọi là kênh chậm (slow channel)