CHỨC NĂNG CÁC CƠ QUAN TRONG CƠ THỂ NGƯỜI VÀ SỰ KIỂM SOÁT NỘI MÔI

Sinh lý học là ngành khoa học nghiên cứu hoạt động chức năng của cơ thể, tìm cách giải thích vai trò của các yếu tố vật lý, hóa học về nguồn gốc, sự phát triển và sự tiến hóa của sự sống ở những sinh vật đơn giản nhất có cấu tạo đơn bào như virus đến những sinh vật có cấu tạo phức tạp như con người. Vì thế sinh lý học được chia thành nhiều chuyên ngành khác nhau như sinh lý học virus, sinh lý học vi khuẩn, sinh lý học thực vật, sinh lý học động vật, sinh lý học con người và rất nhiều các chuyên ngành nhỏ khác.

SINH LÝ HỌC NGƯỜI: Sinh lý học người chuyên tìm cách giải thích về những đặc trưng nổi bật và cấu tạo của cơ thể con người để tạo ra một sư sống. Trên thực tế, sự tồn tại của loài người là nhờ một hệ thống kiếm soát phức tạp. Cảm giác đói làm chúng ta tìm kiếm thức ăn, sợ hãi khiến chúng ta tìm chỗ trốn. Khi lạnh chúng ta tìm nơi ấm hơn. Hay khi cần sức mạnh tập thể, chúng ta cần đến bạn bè. Trong tự nhiên, chúng ta nhìn, cảm nhận, và những hiếu biết chúng phối hợp một cách tự động với nhau. Nhờ các thuộc tính loài trên cho phép chúng ta tồn tại trước những thay đổi của môi trường, nếu không điều đó sẽ không làm thay đổi cuộc đời

TẾ BÀO LÀ MỘT ĐƠN VỊ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CƠ BẢN CỦA CƠ THỂ

-Đơn vị sống cơ bản của cơ thể là tế bào. Mỗi cơ quan là tập hợp của vô số tế bào, những tế bào này liên kết với nhau nhờ những cấu trúc liên tế bào.

Trong cơ thể có nhiều loại tế bào khác nhau, mỗi loại tế bào có những đặc trưng riêng của nó. Những đặc điểm ấy gọi là đặc trưng riêng của sự sống. Các đặc tính này bao gồm:

+ Quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào: đây là quá trình gồm nhiều giai đoạn từ tiêu hóa, hô hấp, chuyển hóa vật chất và đến giai đoạn bài tiết. Các hoạt động tiêu hóa, hô hấp bài tiết là sự trao đổi giữa cơ thể và môi trường, còn quá trình chuyển hóa cơ bản xảy ra trong tế bào.

+ Đặc tính chịu kích thích: khả năng đáp ứng với các tác nhân kích thích. Là sự biểu hiện của sự sống và tồn tại sự sống.

+ Đặc tính sinh sản: hầu hết các tế bào khi già, chết, hoặc bị hủy hoại thì các tế bào con có khả năng tái tạo ra các tế bào mới cho đến khi bổ sung được số lượng phù hợp. Nhờ đặc tính này mà cơ thể có thể tồn tại và phát triển được.

Tế bào chỉ có thể sống, phát triển và thực hiện các chức năng của nó trong môi trường tập trung của oxygen, glucose, các ion, amino acid, chất béo và các chất cần thiết khác trong một môi trường mà người ta quen gọi là dịch ngoại bào hay dịch kẽ (tức là nội môi).

DỊCH NGOẠI BÀO- MÔI TRƯỜNG TRONG CƠ THỂ

Khoảng 60% cơ thể người trưởng thành là dịch.

Hầu hết lượng dịch đó ở trong tế bào và được gọi là dịch nội bào.

Còn lại khoảng 1/3 tổng dịch cơ thể nằm ngoài tế bào và được gọi là dịch ngoại bào.

Dịch ngoại bào được vận chuyển khắp cơ thể nhờ hệ thống tuần hoàn mà chủ yếu là máu.

Dịch ngoại bào và máu luôn có quá trình trao đổi qua lại với nhau nhờ quá trình khuếch tán dịch và chất tan qua thành các mao mạch.

Trong dịch ngoại bào chứa các ion và các chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể và là môi trường sống cho tất cả các tế bào trong cơ thể.

Đó cũng chính là lí do tại sao dịch ngoại bào được gọi là môi trường bên trong của cơ thể hay còn nội môi.

Sự khác biệt cơ bản giữa nội bào và ngoại bào:

Ngoại bào chứa nhiều Na, Cl, HCO3- và các chất dinh dưỡng cần thiết như oxy, glucose, acid béo.

Nó cũng chứa CO2, được vận chuyển từ tế bào đến phổi để đào thải ra ngoài môi trường.

Những sản phẩm không cần thiết khác cũng được bài xuất bằng đường nước tiểu và phân.

Dịch nội bào có sự khác biệt quan trọng với dịch ngoại bào

Ví dụ như dịch nội bào có chứa phần lớn K, Mg, và PO4 thay vì Na và Cl được tìm thấy ở ngoại bào.

Cơ chế vận chuyển qua lại các ion qua màng tế bào để duy trì sự hằng định như vậy là rất quan trọng và sẽ trình bày ở chương tiếp theo.

 SỰ HẰNG ĐỊNH NỘI MÔI

– Vào năm 1929 Nhà sinh lý học người Mỹ Walter Cannon (1871-1945) đưa ra thuật ngữ cân bằng nội môi (homeostatis) để mô tả sự duy trì liên tục nồng độ của các chất trong dich ngoại bào. Thực tế, tất cả các cơ quan và mô đều có chung chức năng thực hiện giúp cơ thể duy trì liên tục trạng thái này. Chẳng hạn như, phổi cung cấp ôxi đến dịch ngoại bào để cung cấp ôxi cho tế bào, thận duy trì nồng độ các ion trong máu, và hệ dạ dày ruột non cung cấp chất dinh dưỡng. Các ion, chất dinh dưỡng, chất thải, và các thành phần khác của cơ thể thường được kiểm soát trong khoảng giá trị, chứ không phải là một hằng số. Tùy vào từng thành phần, phạm vi này có thể thay đổi khác nhau. Ví dụ: Biến thiên của nồng độ ion H+ trong máu chẳng hạn, thường ít hơn 5 nmol mỗi lít. Nồng độ Natri trong máu cũng được kiểm soát chặt chẽ, bình thường cũng chỉ thay đổi một vài mmol /lít, ngay cả khi ta hấp thu một lượng muối Natri tương đối lớn. Tuy nhiên, biến thiên này của nồng độ ion Natri được tính toán lớn hơn gấp 1 triệu lần so với của ion hiđrô. Quá trình duy trì nồng độ của Natri và hyđrô, cũng như cho hầu hết các ion khác, các chất dinh dưỡng, và chất trong cơ thể khác ở khoảng cho phép, giúp tế bào, mô, và các cơ quan thực hiện chức năng bình thường của cơ thể, bất chấp sự biến đổi của ngoại cảnh và các thương tổn và bệnh tật.

Chức năng bình thường của cơ thể đòi hỏi tác động phối hợp cùng nhau của tế bào, các mô, các cơ quan, hệ thần kinh trung ương, các hocmon để duy trì nội môi và thể trạng của cơ thể. Bệnh lí thường được xem là trạng thái rối loạn cân bằng nội môi. Tuy nhiên thậm chí cả trong tình trạng bệnh lí thì các cơ chế điều hòa nội môi vẫn tiếp tục hoạt động và duy trì chức năng của cơ thể thông qua một chuỗi phản ứng bù trừ phức tạp. Trong nhiều trường hợp thì chính sự bù trừ này sẽ làm cho nhiều chức năng đã bị rối loạn về mức bình thường. Khi đó rất khó để nhận ra nguyên nhân cơ bản của bệnh trong cơ thể.

Chẳng hạn như, bệnh làm giảm khả năng bài tiết nước, muối của thận có thể dẫn đến chứng cao huyết áp. Sự bù trừ của cơ thể làm sự bài tiết trở về bình thường và tạo ra sự cân bằng giữa hấp thu và bài tiết của thận. Cân bằng này rất cần thiết để duy trì sự sống, nhưng nếu kéo dài tình trạng huyết áp cao có thể gây hư tổn nhiều cơ quan, trong đó có thận, thậm chí còn chứng tăng huyết áp và suy thận trầm trọng hơn. Do đó, bù trừ hằng tính nội môi diễn ra ngay sau các thương tổn, bệnh lí, hay chính tác động của môi trường đến cơ thể có thể đại diện cho “sự đánh đổi” cần thiết để duy trì các chức năng sống của cơ thể nhưng trong thời gian dài sau đó có thể dẫn đến những bất thường của cơ thể. Môn sinh lý bệnh sẽ trả lời về sự biến đổi các quá trình sinh lí khi cơ thể bị bệnh.

VẬN CHUYỂN DỊCH NGOẠI BÀO VÀ TRỘN LẪN MÁU TRONG HỆ TUẦN HOÀN

Dịch ngoại bào được vận chuyển trong cơ thể qua 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu tiên là chuyển động trong các mạch máu của cơ thể, và thứ hai là chuyển động qua lại giữa các mao mạch máu và khoảng gian bào.

Hình 1-1 cho thấy toàn bộ vòng tuần hoàn của máu trong cơ thể. Tất cả các máu trong hệ tuần hoàn đi qua toàn bộ vòng tuần hoàn trung bình 1 lần/phút khi cơ thể nghỉ ngơi và khi người hoạt động sẽ là 6 lần/phút. Khi máu đi qua các mao mạch máu, có sự trao đổi liên tục của dịch ngoại bào xảy ra giữa phần huyết tương của máu và dịch nội bào. Quá trình này được minh họa trong hình 1-2. Thành của các mao mạch cho thấm qua hầu hết các phân tử trong huyết tương của máu, ngoại trừ thành phần protein huyết tương, có thể do kích thước của chúng quá lớn để đi qua các mao mạch. Vì vậy, phần lớn lượng dịch và các thành phần hòa tan trong đó khuếch tán qua lại giữa máu và khoảng kẽ và được thể hiện bằng các mũi tên trong hình. Quá trình khuếch tán này là chuyển động động học của các phân tử trong cả huyết tương và dịch nội bào. Đó là các phân tử chất lỏng và các chất tan được liên tục di chuyển hỗn loạn theo mọi hướng ở cả huyết tương và dịch nội bào tương tự như qua các mao mạch. Rất nhiều các phần tử có kich thước lớn hơn 50 micromet trên các mao mạch đảm bảo sự khuếch tán của hầu hết các chất từ mao mạch vào các tế bào trong vòng vài giây. Như vậy, dịch ngoại bào có ở khắp mọi nơi trong cơ thể, ở cả huyết tương và dịch nội bào- luôn luôn có các thành phần trao đổi qua lại với nhau để duy trì sự hằng định nội môi trong cơ thể.

Hình 1-1.

Hình 1-2.

NGUỒN GỐC CỦA CHẤT DINH DƯỠNG TRONG DỊCH NGOẠI BÀO

 Hệ hô hấp. Hình 1.1 mỗi lần máu đi qua cơ thể, nó cũng chảy qua phổi. Máu nhận oxy từ phế nang, sau đó mang oxy đến cho các tế bào và mô trong cơ thể. Màng phế nang phổi chỉ dày là 0.4 đến 2.0 micromet, và oxy nhanh chóng khuếch tán qua màng này vào máu. Tổn thương hoặc rối loạn của hệ hô hấp sẽ dẫn đến rối loạn hoạt động của cơ thể vì oxy không chỉ là nguyên liệu cho quá trình thiêu đốt vật chất mà còn là một trong những yếu tố tham gia duy trì hằng tính nội môi

Hệ tiêu hóa. Thức ăn được cung cấp từ bên ngoài vào cơ thể được vận chuyển trong đường ống tiêu hóa từ miệng đến đại tràng. Trong quá trình này, thức ăn sẽ được nghiền nhỏ qua các tác động cơ học và nhờ hệ thống enzym tiêu hóa, chúng được chuyển thành sản phẩm mà cơ thể có khả năng hấp thu. Nhờ hệ tiêu hóa, cơ thể có khả năng tiếp nhận đầy đủ các chất sinh dưỡng như Glucose, acid béo, acid amin, các ion và các vitamin.

Gan và các cơ quan liên quan thực hiện chức năng chuyển hóa cơ bản. Không phải tất cả các chất dinh dưỡng được hấp thụ từ đường ống tiêu hóa đều được các tế bào sử dụng ngay. Gan có nhiệm vụ thay đổi thành phần hoá học của khá nhiều chất này thành những dạng thích hợp hơn cho tế bào sử dụng. Gan cũng là nơi tổng hợp một số chất khi tế bào không sử dụng hết thành dạng dự trữ cho cơ thể và ngược lại nó cũng có khả năng phân giải chúng để cung cấp cho tế bào khi cần thiết.

Hệ cơ xương. Làm thế nào để hệ cơ xương góp phần tạo nên sự hằng định nội môi? Câu trả lời là rất đơn giản: hệ thống cơ vân giúp cơ thể vận động tìm kiếm thức ăn, chế biến thức ăn. Hệ thống cơ trơn giúp cho việc tiếp nhận, vận chuyển các chất khí, chất dinh dưỡng từ bên ngoài vào trong cơ thể và từ cơ thể thải ra ngoài.

SỰ ĐÀO THẢI CÁC SẢN PHẨM CỦA QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA

Phổi. Cùng một thời điểm, tế bào máu nhận khí oxy trong phổi, và CO2 được giải phóng từ máu vào phế nang; sự chuyển dịch không khí vào và ra khỏi phổi đem theo CO2 ra ngoài môi trường. Khi có rối loạn chức năng thông khí phổi sẽ ảnh hưởng đến cả sự thu nhận O2 và đào thải CO2. Đây là những yếu tố ảnh hưởng đến hằng tính nội môi.

–Thận. Máu sau khi qua thận đã được loại bỏ các sản phẩm không cần thiết cho cơ thể hoặc cần thiết nhưng vượt quá nhu cầu của cơ thể. Chúng gồm các sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi chất nội bào, như urê và axit uric. Ngược lại thận cũng tái hấp thu các chất cần thiết cho cơ thể khi nồng độ của chúng dưới ngưỡng bình thưòng.

Hệ thống tiêu hóa. Sau khi thức ăn được tiếp nhận, hệ tiêu hóa sẽ biến đổi thành những chất mà cơ thể có thể hấp thu được, những sản phẩm còn lại mà cơ thể không thể sử dụng được như các chất xơ, xác các vi khuẩn đường ruột, dịch tiêu hóa sẽ được đào thải ra ngoài theo phân.

-Nhờ ba quá trình tren mà thành phần nội môi đươc đổi mới không ngừng.

ĐIỂU HÒA CHỨC NĂNG CƠ THỂ

Hệ thần kinh.

Hệ thần kinh gồm ba bộ phận chính: đường hướng tâm nhận cảm giác, hệ thần kinh trung ương, và đường dẫn truyền li tâm-vận động. Các thụ cảm thể cảm giác tiếp nhận các thông tin về trạng thái của cơ thể hoặc trạng thái của môi trường xung quanh. Chẳng hạn như, thụ cảm ở da giúp ta sẽ nhận cảm với bất kì kích thích nào tác động lên da. Mắt và tai đều là cơ quan cảm giác, mắt cho ta hình ảnh về các sự vật xung quanh, tai giúp ta cảm nhận đươc các tín hiệu âm thanh. Hệ thần kinh trung ương gồm não và tủy sống. Não chứa có chức năng chứa đựng thông tin, tạo ra suy nghĩ, và thành lập các phản ứng để cơ thể thực hiện phản ứng lại với những kích thích. Tín hiệu thích hợp sau đó được truyền theo sơi li tâm của hệ thần kinh để thực hiện các hoạt động theo mong muốn của một người. Phần rất quan trọng của hệ thần kinh được gọi là hệ thần kinh tự chủ. Nó hoạt động một cách tự động và tham gia kiểm soát nhiều chức năng của các cơ quan nội tạng, trong đó có hoạt động co bóp của tim, nhu động của dạ dày – ruột, và hoạt động bài tiết của các tuyến trong cơ thể.

Hệ thống các hocmoon. Tám tuyến nội tiết chính trong cơ thể, ngoài ra còn có các cơ quan, các mô chúng cùng bài tiết các chất hóa học gọi là hoóc-môn. Hoóc-môn được vận chuyển trong máu để đến khắp nơi trong cơ thể nhằm giúp điều hòa chức năng tế bào đích. Chẳng hạn như, hoóc-môn tuyến giáp tăng phản ứng của hầu hết phản ứng hóa học trong tế bào, do đó giúp tăng nhịp độ hoạt động cơ thể. Hocmoon Insulin của tuyến tụy nội tiết làm tăng quá trình thoái hoá glucose ở tế bào do vậy có tác dụng hạ đường huyết. Hormones vỏ thượng thận kiểm soát nồng độ các ion Kali và Natri và quá trình chuyển hóa protein; hormone tuyến cận giáp điều hòa nồng độ Canxi và phốtphát trong máu. Do đó hoócmôn là một phần rất quan trọng trong điều chỉnh bằng con đường thể dịch. Hệ thần kinh kiểm soát hoạt động của các cấu trúc cơ và chức năng vận động của cơ thể, trong khi Hocmon kiểm soát chức năng chuyển hóa của cơ thể. Tuy nhiên hocmon và hệ thần kinh thường phối hợp cùng nhau để kiểm soát và duy trì toàn bộ hệ cơ quan của cơ thể.

SỰ BẢO VỆ CƠ THỂ

 Hệ miễn dịch.

Hệ miễn dịch bao gồm bạch cầu, tế bào mô có nguồn gốc từ bạch cầu, tuyến ức, hạch bạch huyết, và mạch bạch huyết. Chúng bảo vệ cơ thể khỏi các mầm bệnh như là vi khuẩn, vi rút, ký sinh trùng, và nấm. Hệ miễn dịch có các vai trò quan trọng là: (1) phân biệt tế bào của cơ thể với tế bào và các chất lạ thường (2) phá hủy chúng nhờ đại thực bào hoặc tạo ra các lympho bào và prôtein đặc hiệu (chẳng hạn như kháng thể) hoặc làm vô hiệu hoá các kháng nguyên.

Da.

Da chiếm khoảng 12-15 % trọng lượng cơ thể. Da và các thành phần phụ phụ thuộc (bao gồm tóc, móng, tuyến, và cấu trúc khác) bao bọc, đệm đỡ, và bảo vệ mô và cơ quan nằm sâu trong cơ thể, tạo ra ranh giới giữa môi trường trong cơ chế điều nhiệt. Cân bằng thân nhiệt cũng là một yếu tố quan trọng của hằng tính nội môi thông qua việc bài tiết mồ hôi mà da có thể tham gia điều hòa thân nhiệt, ngoài ra một số ion như Na+, hay chì cũng được bài tiết qua da và niêm mạc.

TÁI SẢN XUẤT

Thông thường quá trình tái sản xuất không được xem có vai trò với sự cân bằng nội môi. Tuy nhiên, quá trình này gián tiếp giúp quá trình cân bằng nội môi bằng cách tạo ra các cấu trúc sống mới để thay thế các cấu trúc đang bị lão hóa và chết. Sự giải thích nghe có vẻ như một sự chấp nhận quá trình này cũng là hiện tượng cân bằng nội môi, nhưng đó là minh họa rõ ràng nhất. Suy cho cùng, thực chất tất cả cấu trúc cơ thể được tổ chức sao cho chúng giúp duy trì sự tự động và liên tục của sống.

HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA CỦA CƠ THỂ

Cơ thể người có hàng ngàn hệ thống điều hòa. Phức tạp nhất trong số đó là hệ điều hòa hoạt động di truyền trong tất cả tế bào, giúp kiểm soát các chức năng nội bào và ngoại bào (Hiện tượng này sẽ được đề cập trong chương 3). Nhiều hệ điều hòa có trong từng cơ quan nhất định để điều hòa hoạt động chức năng của chính cơ quan đó; các hệ thống điều hòa khác trong cơ thể lại kiểm soát mối liên hệ giữa các cơ quan với nhau

Ví dụ, hệ hô hấp và hệ thần kinh cùng phối hợp kiểm soát nồng độ CO2 dịch ngoài tế bào. Tụy, gan, thận kiểm soát nồng độ glucose máu, nồng độ các ion H+, Na+, K+, photphat, v.v. trong dịch ngoại bào.

VÍ DỤ VỀ CƠ CHẾ ĐIỀU HÒA

Sự điều chỉnh nồng độ Oxy và CO2 trong dịch ngoại bào. Vì ôxi là một trong những chất thiết yếu cho hầu hết các phản ứng hóa học trong tế bào. Vì vậy cơ thể có sự điều hòa đặc biệt để duy trì ổn định nồng độ ôxi trong dịch ngoại bào. Cơ chế này dựa trên các đặc điểm hóa học đặc trưng của Hb. Khi máu đi qua phổi, tại đó nồng độ của O2 rất cao nên Hb sẽ kết hợp ngay với O2 và được vận chuyển đến mô. Tại các mô cơ quan nếu như nồng độ oxi cao thì hemoglobin sẽ không giải phóng O2. Còn nếu như nồng độ O2 thấp thì Hb sẽ giải phóng oxi cho dịch kẽ để lập lại sự cân bằng nồng độ O2 cho tế bào. Sự điều tiết này được gọi là chức năng đệm oxi của Hb. Nồng độ CO2 trong dịch ngoại bào được kiểm soát theo nhiều cách khác nhau. CO2 là sản phẩm chính cuối cùng của các phản ứng oxi hóa khử trong tế bào. Nếu tất cả lượng khí CO2 tạo thành không được thải ra ngoài mà ứ đọng lại trong dich kẽ thì tự nó sẽ có tác dụng làm ngừng tất cả các phản ứng cung cấp năng lượng cho tế bào. Thật may mắn là khi nồng độ CO2 trong máu cao hơn mức bình thường sẽ kích thích trung khu hô hấp ở hành não, làm cho người thở nhanh và sâu. Chính sự thở nhanh và sâu này làm tăng đào thải CO2 và nồng độ của CO2 nhanh chóng được đào thải khỏi máu và dịch mô. Quá trình này tiếp tục cho đến khi nồng độ CO2 bình thường trở lại.

Sự diều hòa huyết áp động mạch.

Có rất nhiều hệ thống góp phần tạo nên sự ổn định của huyết áp động mạch. Một trong số này, là cơ chế điều hòa một cách đơn giản và hiệu quả các Baroreceptor (Hình 1-3). Ở nơi động mạch cảnh gốc chia nhánh và quai động mạch chủ, có nhiều thụ thể thần kinh nhận cảm về sự thay đổi áp lực lòng mạch được gọi là baroreceptor. Khi huyết áp động mạch tăng cao, các thụ cảm thể này bị kích thích sẽ gửi hàng loạt xung thần kinh đến ức chế trung khu vận mạch ở hành não. Khi này, xung động thần kinh từ trung khu vận mạch truyền đến hệ thống thần kinh giao cảm chi phối cho tim và mạch máu sẽ giảm so với ban đầu. Điều này sẽ giảm hoạt động co bóp của tim cũng như giãn mạch máu ngoại vi, các thụ cảm thể không bị kích thích nữa, nhờ đó đưa huyết áp động mạch về giá trị bình thường.

Hình 1-3.

Ngược lại, giảm huyết áp động mạch dưới mức bình thường, các thụ thể không còn bị kích thích nữa, không còn các xung động lên ức chế trung khu vận mạch không nên chúng quay trở lại trạng thái bình thường. Hệ quả là gây co mạch và tăng co bóp tim và huyết áp sẽ trở lại bình thường.

Giá trị bình thường và các đặc trưng vật lý nổi bật của các chất có trong dịch ngoại bào.

Bảng 1.1. chỉ ra các thành phần quan trọng và tính chất vật lý nổi bật của dịch ngoại bào, cùng với giá trị khoảng giới hạn bình thường và giới hạn sinh tồn. Lưu ý về khoảng chuẩn đối với mỗi một giá trị. Giá trị ngoài khoảng này thường do bệnh lí, tổn thương, hay những tác động lớn của môi trường. Và điều đáng quan tâm là giá trị ngoài khoảng bình thường đều có thể gây chết. Chẳng hạn như, khi tăng thân nhiệt chỉ 11°F (7°C) so với bình thường dẫn đến chu trình xấu về sự tăng quá trình trao đổi chất nội bào làm phá huỷ tế bào. Cũng lưu ý về phạm vi thay đổi pH trong cơ thể là pH= 7,40.5, trong đó 7,4 là pH bình thường của cơ thể. Yếu tố quan trọng khác nữa là nồng độ ion Kali. Bất cứ khi nào nồng độ K+ giảm xuống dưới 1/3 bình thường, cơ thể người có thể bị liệt do sự dẫn truyền tín hiệu thần kinh trong nơron bị ức chế. Ngược lại, nếu nồng độ Ion Kali tăng từ hai lần trở lên so với bình thường thì hoạt động của cơ tim sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Bên cạnh đó, khi nồng độ ion Ca++ giảm xuống dưới một nửa giá trị bình thường thì cơ thể chúng ta có thể phải chịu đựng sự co rút các cơ trên toàn bộ cơ thể như khi bị bệnh uốn ván vì sự phát sinh tự phát các xung động quá mức của các sợi thần kinh ngoại biên. Khi nồng độ glucose trong máu của một người giảm xuống chỉ còn một nửa mức bình thường sẽ có biểu hiện hưng phấn tinh thần quá mức và thậm chí còn có cả co giật. Những ví dụ này nên đưa ra một sự đánh giá giá trị cực độ và thậm chí sự cần thiết của chúng đối với các hệ thống điều hòa để giúp cơ thể con người hoạt động khỏe mạnh. Khi thiếu đi bất kì một trong số chúng cũng sẽ làm cơ thể rối loạn nghiêm trọng hoặc thậm chí dẫn đến tử vong.

Bảng 1-1.

CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA

Các ví dụ về cơ chế điều hòa cân bằng nội môi đã đề cập trên chỉ là một phần rất ít trong số hàng ngàn cơ chế trong cơ thể, tất cả đều có những đặc điểm chung và được giải thích ở phần dưới đây.

 Điều hòa ngược âm tính: là kiểu điều hòa có tác dụng làm tăng nồng độ của một chất hoặc tăng hoạt động của cơ quan khi nồng độ của chất hoặc cơ quan đó đang giảm và ngược lại sẽ giảm nếu nó đang tăng. Phần lớn các hệ thống điều hòa của cơ thể hoạt động dựa theo kiểu điều hòa ngược âm tính. Như trong trường hợp điều hòa nồng độ CO2. Nồng độ cao CO2 ở dịch ngoại bào làm tăng thông khí phổi sẽ làm giảm nồng độ CO2 ở dịch ngoại bào vì phổi được đào thải một lượng lớn CO2 ra môi trường. Nói cách khác, nồng độ CO2 cao dẫn đến các hoạt động chống lại nguyên nhân gây ra nó nhằm giảm nồng độ CO2. Ngược lại, nồng độ CO2 giảm xuống quá thấp cũng sẽ dẫn đến phản ứng chống lại tác nhân kích thích và kết quả làm tăng nồng độ CO2. Bên cạnh đó, hoạt động điều hòa huyết áp động mạch cũng tuân theo cơ chế điều hòa ngược âm tính. Khi huyết áp cao tăng sẽ có một loạt phản ứng làm giảm nhịp và sức co bóp của tim để đưa huyết áp về bình thường. Ngược lại khi huyết áp hạ lại có phản xạ làm tim đập nhanh, co mạch để tăng huyết áp trở lại.

Như vậy nói chung, nếu một yếu tố nào đó quá tăng hoặc quá giảm, hệ thống điều khiển sẽ thực hiện cơ chế điều hòa ngược âm tính sẽ đưa nó trở về giá trị bình thường nhờ hàng loạt các biến đổi trong cơ thể, cũng vì thế mà hằng tính nội môi luôn được giữ ổn định.

HIỆU QUẢ CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU HÒA

Mức độ hoạt động của một hệ thống điều hòa duy trì các điều kiện hằng định được xác định bởi hiệu suất của điều hòa ngược âm tính, tuy nhiên hiệu suất của quá trình này thường không đạt 100%. Ví dụ, nếu đưa một lượng máu đủ lớn vào một người mà hệ thống thụ cảm điều hòa về áp lực không hoạt động thì trị số huyết áp động mạch bình thường là 100mmHg sẽ tăng lên 175mmHg. Nhưng nếu hệ thống thụ cảm điều hòa áp lực này hoạt động thì lúc này huyết áp chỉ tăng lên 125mmHg. Như vậy, quá trình điều hòa ngược đã một ‘điều chỉnh’ giảm huyết áp đi một lượng là 50mmHg, từ 175mmHg xuống 125mmHg hay mức tăng huyết áp chỉ còn 25mmHg, được gọi là ‘giá trị sai lệch’. Hiệu quả điều hòa của hệ thống được tình theo công thức sau:

Hiệu quả điều hòa = C/ E. Trong đó C là giá trị điều chỉnh. E là giá trị sai lệch. Theo như ví dụ nêu trên thi C=-50mmHg và E=+25mmHg. Do đó, hiệu quả của hệ thống thụ cảm điều hòa huyết áp động mạch ở người đó là -2. Hiệu quả của một số hệ thống điều hòa sinh lý lớn hơn của các hệ thống cảm giác. Ví dụ, hệ thống điều hòa nhiệt độ bên trong cơ thể thể hiện ở một thời tiết lạnh vừa phải là khoảng -33. Do đó có thể thấy rằng hệ thống điều hòa nhiệt độ hoạt động hiệu quả hơn so với hệ thống điều hòa thụ cảm áp suất.

Hình 1-4.

Điều hòa ngược dương tính đôi khi có thể gây ra các quá trình có hại và tử vong.

 Tại sao hầu hết các hệ thống điều hòa của cơ thể hoạt động bằng điều hòa ngược âm tính nhiều hơn điều hòa ngược dương tính? Nếu xem xét sự tự nhiên của điều hòa ngược dương tính, rõ ràng điều hòa ngược dương tính dẫn đến sự mất ổn định chức năng hơn là ổn định và trong một số trường hợp, có thể gây tử vong. Hình 1-4 là một trường hợp tử vong gây ra bởi điều hòa ngược dương tính. Hình ảnh mô tả hiệu quả co bóp của tim, cho thấy trái tim của người khỏe mạnh bơm khoảng 5l máu/phút. Nếu một người đột nhiên mất 2l, lượng máu trong cơ thể giảm xuống mức thấp đến mức không đủ máu để nhát bóp của tim còn hiệu quả. Hậu quả là huyết áp động mạch giảm và lượng máu qua động mạch vành đến nuôi dưỡng cơ tim bị suy giảm. Lâu dài sẽ dẫn đến tim bị mệt mỏi, nặng hơn là giảm nhịp tim và giảm lượng máu chảy trong các mạch và cuối cùng dẫn đến suy tim, chu trình cứ lặp lại cho đến khi gây tử vong. Nói cách khác, tác nhân kích thích phát sinh ra gây nhiều phản ứng tăng cường lẫn nhau gọi là điều hòa ngược dương tính. Điều hòa ngược dương tính biết đến nhiều hơn là ‘chu trình xấu’, tuy nhiên trong cơ thể bình thường các trường hợp điều hòa ngược dương tính rất ít khi gây hại cho cơ thể vì cơ chế này chỉ diễn ra trong một giới hạn nào đó thì sự điều hòa ngược âm tính lại xuất hiện để tạo lại sự cân bằng nội môi. Ví dụ, nếu người đã nói đến ở ví dụ trước chỉ mất 1l hay vì 2l máu, cơ chế điều hòa ngược âm tính điều hòa cung lượng tim và huyết áp động, mạch thông thường có thể cân bằng với điều hòa ngược dương tính và người đó có thể hồi phục trở lại.

Điều hòa ngược dương tính đôi khi có lợi Trong cơ thể bình thường, sự điều hòa ngược dương tính rất có ý nghĩa cho cơ thể. Sự hình thành cục máu đông là một ví dụ về tác dụng của nó. Khi một mạch máu bị đứt thì cục máu đông sẽ được hình thành, các enzym hay các yếu tố đông máu được hoạt hóa trong cục máu đông đó. Các enzym này lại sẽ hoạt hóa các enzym khác, dẫn đến cục máu đông sẽ được hình thành nhiều hơn. Quá trình này tiếp tục cho đến khi khi lỗ thủng của mạch máu được bị kín và sự chảy máu không xảy ra nữa. Trong nhiều trường hợp cơ thể mất kiểm soát với quá trình trên dẫn tới hình thành các cục máu đông không mong muốn. Thực tế, điều này gây ra phần lớn các cơn đau tim, điều mà có thể bị gây ra bởi bởi sự hình thành cục máu đông trên bề mặt mảng xơ vữa trong động mạch vành và tiếp tục phát triển đến khi động mạch bị tắc nghẽn hoàn toàn. Sổ thai cũng là một trường hợp có sự góp mặt của điều hòa ngược dương tính. Khi các cơn co bóp tử cung trở nên đủ lớn để đẩy đầu thai nhi qua cổ tử cung. Sự căng cổ tử cung truyền tín hiệu về thân tử cung làm cơ tử cung co bóp mạnh hơn. Tử cung co bóp càng mạnh làm căng cơ ở cổ tử cung lại tạo thêm co bóp của thân tử cung hơn. Khi co bóp này đủ mạnh, em bé sẽ được ra đời. Nếu quá trình chưa đủ mạnh, sự co bóp sẽ mất, và vài ngày sau đó chúng sẽ trở lại. Một lợi ích quan trọng khác của điều hòa ngược dương tính là phát sinh các tín hiệu thần kinh. Đó là, khi kích thích vào màng tế bào của các sợi thần kinh gây ra sự di chuyển ion Na+ qua các kênh Na+ từ bên ngoài màng vào bên trong của các sợi thần kinh. Và chính quá trình này làm thay đổi điện thế màng của sợi thần kinh, tiếp nữa làm mở thêm các kênh Natri. Càng nhiều sự thay đổi điện thế màng càng mở thêm các kênh, tiếp tục như vậy thì từ một kích thích nhỏ làm bùng nổ ion Na+ xâm nhập vào bên trong sợi thần kinh, gây ra điện thế hoạt động đủ lớn của dây thần kinh. Điện thế hoạt động này lại gây ra một điện trường đủ mạnh để tăng thêm sự di chuyển của các ion cả bên ngoài và bên trong sợi thần kinh, và phát sinh thêm điện thế hoạt động. Quá trình này sẽ tiếp diễn cho đến khi tín hiệu thần kinh được truyền đi đến tận cùng. Trong mỗi trường hợp mà điều hòa ngược dương tính có ích thì điều hòa ngược dương tính là một phần của toàn bộ quá trình điều hòa ngược âm tính. Ví dụ, trường hợp tạo cục máu đông, sự điều hòa ngược dương tính chỉ là một phần trong điều hòa ngược âm tính để duy trì dòng máu bình thường. Cả hai đều gây các tín hiệu truyền theo các sợi thần kinh tham gia vào hàng ngàn các cơ chế điều hòa theo con đường thần kinh

Càng nhiều hệ thống điều hòa phức tạp- điều khiển thích nghi

Sau chủ đề này, khi chúng ta nghiên cứu hệ thống thần kinh, ta có thể thấy có rất nhiều các cơ chế kiểm soát nối liền với nhau. Số ít là các hệ thống phản ứng đơn giản tương tự những cơ chế đã bàn luận còn phần lớn lại rất phức tạp. Ví dụ, một số cử động của cơ thể xảy ra quá nhanh không đủ thời gian để các tín hiệu thần kinh truyền từ các cơ quan ngoại biên của cơ thể đến não sau đó từ não quay trở lại để điều khiển các cử động cơ quan. Do đó, não bộ sử dụng một nguyên tắc gọi là phát động điều khiển để tao ra sự co cơ cần thiết. Đó là, các tín hiệu thần kinh cảm giác từ các cơ quan di chuyển truyền về cho não bộ biết các chuyển động có chính xác hay không Nếu không, não bộ sẽ chỉnh sửa các tín hiệu truyền đến các cơ trong cử động tiếp theo. Sau đó, nếu sự điều chỉnh vẫn cần thiết, quá trình sẽ thực hiện lại trong các cử động tiếp theo. Quá trình này gọi là điều khiển thích nghi. Điều khiển thích nghi xét trên một mặt nào đó có tác dụng làm chậm các feedback âm tính. Theo đó, có thể thấy các hệ thống điều khiển phản hồi của cơ thể phức tạp như thế nào và ảnh hưởng của nó là rất quan trọng đối với sự sống của con người. Do đó, những thông tin được đề cập trong đề tài này sẽ là nền tảng trong thảo luận về các cơ chế hình thành sự sống.

KẾT LUẬN – SỰ TỰ ĐỘNG CỦA CƠ THỂ

Tóm lại, cơ thể là một tập hợp hàng khoảng 100 nghìn tỷ tế bào, chúng cấu thành nên cấu trúc chức năng khác nhau gọi là các cơ quan, và hệ thống cơ quan. Như vậy đơn vị cấu tạo của cơ thể chính là tế bào. Mỗi tế bào, mỗi cơ quan có chức năng và đặc tính 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 của cơ thể, thông qua việc duy trì hằng tính nội môi- điều kiện cho tế bào hoạt động, tồn tại và phát triển. Các tế bào trong cơ thể không tiếp xúc trực tiếp với môi trường xung quanh mà thông qua trung gian là nội môi, cũng chính là môi trường sống đồng nhất của tế bào. Các tế bào luôn luôn có quá trình chuyển hóa vật chất để tồn tại và chính quá trình chuyển hóa đó đã làm biến đổi nội môi. Hơn nữa cơ thể cũng luôn phải chịu những tác động của môi trường bên ngoài và để cơ thể thích nghi với điều này, các tế bào, mô, cơ quan cũng phải luôn thay đổi. Và cũng chính những thay đổi ấy tạo nên sự cân bằng nội môi. Khi hằng tính nội môi thay đổi, các tế bào đều sẽ bị ảnh hưởng, và tùy vào mức độ của sự thay đổi có thể dẫn đến bệnh lí thậm chí tử vong.

Nguồn: Guyton and Hall textbook of Medical Physiology. Chapter 1: Functional Organization of the Human Body and Control of the “Internal Environment”