Chương 1 CƠ THỂ SỐNG VÀ HOẠT ĐỘNG SINH LÝ 1. ĐẠI CƯƠNG VỀ CƠ THỂ SỐNG 1. Đặc trưng của cơ thể sống Đơn vị sống cơ bản của cơ thể là tế bào. Các tế bào này liên kết với nhau nhờ các cấu trúc liên tế bào để tạo thành mô, nhiều mô kết hợp với nhau để tạo thành cơ quan, từ đó hình thành nên hệ thống cơ quan trong cơ thể.
Chính vì vậy, những đặc điểm chung cơ bản của tế bào cũng chính là đặc trưng của một cơ thể sống. Đặc tính thay cũ đổi mới: Các tế bào trong cơ thể tồn tại và phát triển được là nhờ quá trình thay cũ đổi mới. Bản chất của quá trình này là sự chuyển hóa và trao đổi chất thông qua cơ chế đồng hóa và dị hóa. Đồng hóa là quá trình thu nhận vật chất, chuyển vật chất thành chất dinh dưỡng, là thành phần cấu tạo tế bào để cơ thể sống sinh trưởng và phát triển.
Ngược lại, dị hóa là quá trình phân giải vật chất, cung cấp năng lượng cho cơ thể hoạt động và đào thải chất cặn bã ra ngoài cơ thể. Hai quá trình này luôn có sự thống nhất với nhau và thường cân bằng với nhau, nếu ngừng chuyển hóa hoặc rối loạn chuyển hóa sẽ dẫn đến rối loạn hoạt động chức năng của cơ thể. Tính hưng phấn: là khả năng đáp ứng của tổ chức sống khi chịu tác động của các yếu tố tâm lý, vật lý, hóa học, v. Kết quả của sự tác động này làm hưng phấn tế bào, cơ quan hoặc toàn bộ cơ thể.
Yếu tố tác động gây ra sự chuyển hóa trong cơ thể và sinh ra dòng điện sinh học. Các loại tế bào, các loại cơ quan hay cơ thể khác nhau đều có đặc tính riêng, mức độ nhận cảm khác nhau nên đáp ứng với kích thích cũng ở các cường độ khác nhau. Cường độ tối thiểu gây ra kích thích ở một bộ phận đó gọi là ngưỡng kích thích. Tính thích ứng: Cơ thể sống sẽ thay đổi chức năng một cách tương đối khi ngoại cảnh thay đổi để duy trì trạng thái cân bằng động giữa cơ thể và môi trường, khả năng này gọi là tính thích ứng.
Tính thích ứng được điều tiết bởi cơ chế thần kinh và thể dịch thông qua hoạt động hưng phấn. Do đó, động vật có hệ thần kinh càng phát triển thì tính thích ứng càng cao. Đặc tính 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 ADN 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 hủy 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 13 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 được thể hiện ở số lượng tế bào có khả năng tạo ra các tế bào mới thay thế các tế bào già hoặc tế bào chết, còn ở mức độ cơ thể là đảm bảo duy trì nòi giống từ thế hệ này sang thế hệ khác. Tổ chức cơ thể sống Các cơ quan trong một cơ thể động vật không hoạt động độc lập mà hoạt động phối hợp với các cơ quan và cấu trúc khác để thực hiện các chức năng sống cần thiết như di chuyển, kiếm ăn, hô hấp (đốt cháy chất dinh dưỡng để tạo năng lượng), sinh trưởng, phát triển, cảm nhận môi trường, bài tiết và sinh sản. Ví dụ các cơ quan liên quan đến việc đưa thức ăn vào cơ thể, tiêu hóa, hấp thụ thức ăn và loại bỏ các chất thải được gọi chung là hệ thống tiêu hóa.
Các hệ thống cơ quan của cơ thể động vật bao gồm: ‒ Hệ da: bao phủ cơ thể bao gồm các lớp biểu bì, trung bì và hạ bì. Liên kết với các lớp này là lông, lông vũ, móng vuốt, móng guốc, các tuyến và các cơ quan cảm giác của da. ‒ Hệ xương: bao gồm xương, tủy xương và các khớp. Xương hỗ trợ và bảo vệ các cơ quan khác trong cơ thể.
Xương giúp sản sinh tế bào hồng cầu và bạch cầu, dự trữ chất khoáng và giúp cơ thể chuyển động. ‒ Hệ cơ: các cơ, kết hợp với bộ xương và các khớp, giúp cơ thể có khả năng vận động và di chuyển. ‒ Hệ tim mạch: còn được gọi là hệ thống tuần hoàn, nó bao gồm tim, các mạch máu và máu. Nó vận chuyển các chất đi khắp cơ thể.
‒ Hệ bạch huyết: có nhiệm vụ thu thập và “làm sạch” chất lỏng rò rỉ ra khỏi mạch máu. Chất lỏng này sau đó được đưa trở lại hệ thống tuần hoàn. Hệ thống bạch huyết cũng tạo ra các kháng thể bảo vệ cơ thể khỏi sự xâm nhập của vi khuẩn, v. ‒ Hệ hô hấp: là hệ thống liên quan đến việc đưa oxy trong không khí vào và loại bỏ carbonic ra khỏi cơ thể.
‒ Hệ tiêu hóa: bao gồm ống tiêu hóa và các tuyến tiêu hóa giúp phân giải thức ăn thành những phân tử nhỏ hơn có thể được hấp thụ vào máu và bạch huyết. Chất thải cũng được loại bỏ khỏi cơ thể bởi hệ thống tiêu hóa. ‒ Hệ tiết niệu: được cấu tạo gồm thận, niệu quản và bàng quang, các bộ phận này giúp đào thải các chất cặn bã ra khỏi máu. ‒ Hệ sinh sản: giúp cho loài tồn tại bằng cách tạo ra những cá thể mới.
‒ Hệ thần kinh: điều khiển, phối hợp các hoạt động của cơ thể và phản ứng với môi trường. ‒ Hệ nội tiết: bao gồm các tuyến nội tiết khác nhau (các tuyến không có ống dẫn) sản sinh ra hormone, cùng với hệ thần kinh điều hòa các hoạt động của cơ thể. ĐẠI CƯƠNG VỀ SINH LÝ HỌC 1. Khái niệm Sinh lý học là một phân ngành của sinh học nghiên cứu các vấn đề liên quan đến các chức năng khác nhau của sinh vật sống.
Sinh lý học động vật là khoa học nghiên cứu về “các chức năng sống của động vật” hay “cách thức hoạt động các tổ chức cơ thể động vật”. Về cơ bản, sinh lý học động vật tìm cách trả lời hai câu hỏi chính về cách thức hoạt động của các tổ chức cơ thể động vật: (1) cơ chế thực hiện một chức năng; (2) cơ chế đó hình thành như thế nào? 1. Các quá trình sinh lý tuân theo các quy luật vật lý và hóa học Để hiểu sinh lý học, cần có hiểu biết cơ bản về hóa học và vật lý. Cơ thể động vật được cấu tạo từ các vật chất tự nhiên, do đó tuân theo các quy luật vật lý và hóa học tự nhiên.
Ví dụ, nhiệt độ tác động lên sinh lý học bằng cách thay đổi bản chất của các liên kết hóa học trong các phân tử sinh học hoặc khả năng hòa tan của chất khí trong dung dịch. Lý thuyết cơ học giúp chúng ta hiểu sinh vật hoạt động như thế nào. Ví dụ, một kỹ sư thiết kế hệ thống bơm nước từ giếng sâu sẽ xem xét các yếu tố như chênh lệch áp suất, động lực học chất lỏng, công suất của máy bơm và lực cản trong hệ thống ống nước. Một nhà sinh lý học tim mạch cũng có những mối quan tâm tương tự khi cố gắng tìm hiểu cách tim vận chuyển máu qua các mạch máu.
Lý thuyết về điện thế là cơ sở của điện sinh học. Ví dụ, giống như việc sử dụng điện để cung cấp năng lượng cho nhiều máy móc chúng ta sử dụng trong cuộc sống hằng ngày, động vật sử dụng điện để cung cấp năng lượng cho các hoạt động của tế bào. Các tế bào tạo ra sự chênh lệch về điện tích trên các màng tế bào bằng cách di chuyển các ion và phân tử qua màng. Tất cả các tế bào và nhiều bào quan trong tế bào dựa vào quá trình này để thúc đẩy các quá trình cần thiết cho sự tồn tại.
Động vật cũng sử dụng những thay đổi về điện thế để gửi tín hiệu bên trong và giữa các tế bào, giúp điều phối các quá trình phức tạp của cơ thể. Tế bào cơ và thần kinh, hai loại tế bào chỉ có ở động vật, sử dụng những thay đổi về điện thế màng để gửi tín hiệu. Các tổ chức sống khi hưng phấn sẽ phát sinh dòng điện được gọi là điện sinh vật. Dó đó, điện sinh vật có bản chất là hưng phấn.
Giữa trong và ngoài màng tế bào cũng phát sinh điện thế. Bề mặt tế bào có điện thế dương còn trong là âm. Hiệu điện thế chênh lệch giữa trong và ngoài màng tế bào được gọi là điện thế màng hay còn gọi là điện thế nghỉ ngơi. Sở dĩ xuất hiện điện thế này là do màng tế bào có tính thấm chọn lọc, chỉ cho các ion có kích thước nhỏ đi qua màng nên K+ có đường kính nhỏ hơn (chỉ liên kết với bốn phân tử nước).
Trong khi đó, Na+ lại liên kết với tám phân tử nước tạo thành lớp áo nước kích thước lớn hơn nên khó đi qua màng. Quá trình khuếch tán còn bị chi phối bởi nồng độ chênh lệch giữa trong và ngoài màng. Trong màng, nồng độ K+ là 400, còn ngoài màng là 20 mol/kg nước. Trong màng, nồng độ Na+ là 50 còn ngoài màng là 440 mol/kg nước.
Sự chênh lệch 15 này luôn được duy trì nhờ cơ chế bơm Na+ – K+. Do chênh lệch nồng độ, K+ thấm mạnh ra ngoài màng tế bào với tốc độ nhanh gấp 76 lần Na+, còn Na+ được bơm ra ngoài màng tế bào chậm hơn (vận chuyển ngược gradient nồng độ), các anion của axit hữu cơ có kích thước và phân tử lượng quá lớn không ra ngoài màng được, tạo thành lớp điện âm trong màng. K+ thấm ra ngoài nhưng bị điện tích âm trong màng hút lại nên tạo lớp điện tích dương ngoài màng tế bào. Kết quả giữa trong và ngoài màng tế bào tạo thành hiệu điện thế nhất định gọi là điện thế màng hay điện thế nghỉ ngơi.
Dòng điện hoạt động xuất hiện khi có kích thích làm thay đổi tính thấm của màng. Lúc này, Na+ sẽ dịch chuyển vào trong màng gấp 500 – 700 lần so với lúc nghỉ ngơi. Dịch chuyển này sẽ trung hòa ion âm, làm mất phân cực gọi là sự khử cực. Lượng Na+ tiếp tục vào dư thừa sẽ gây ra hiện tượng trong màng mang điện tích dương còn ngoài màng mang điện tích âm, dẫn đến sự đảo cực làm phát sinh dòng điện hoạt động.