Tài liệu Sinh lý học người

1 Sinh lý học người và động vật Tập 2 Trịnh Hữu Hằng Đỗ Công Huỳnh NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007. 222 tr. Từ khoá: Nội tiết, hormon, tuyến yên, tuyến giáp, tuyến sinh dục, sinh dục, sinh sản, sinh lý, sinh sản vô tính, sinh sản hữu tính, máu, hemoglobin, hồng cầu, bạch cầu, tiểu cầu, nhóm máu, tuần hoàn, hệ tuần hòa, tim mạch, động mạch, tĩnh mạch, bạch huyết, hô hấp, hệ hô hấp, phổi, mô. Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả. Mục lục Lời nói đầu ................................................................................................................................ 6 Chương 7 SINH LÝ NỘI TIẾT ............................................................................................. 8 7.1 Ý nghĩa và quá trình phát triển................................................................................... 8 7.1.1 Ý nghĩa ............................................................................................................... 8 7.1.2 Quá trình phát triển ............................................................................................ 8 7.2 Các hormon và tác dụng của chúng ......................................................................... 10 12.1.1 Các hormon ...................................................................................................... 10 12.1.2 Tác dụng của hormon....................................................................................... 11 12.1.3 Cơ chế tác dụng của hormon............................................................................ 12 12.1.4 Điều hoà sự tiết hormon của các tuyến nội tiết ................................................ 16 12.1.5 Các tuyến nội tiết chính và các hormon của chúng trong cơ thể...................... 19 12.1.6 Phương pháp nghiên cứu.................................................................................. 20 7.3 Tuyến yên................................................................................................................. 21 7.3.1 Thuỳ trước tuyến yên ....................................................................................... 22 7.3.2 Thuỳ sau tuyến yên (neurohypophysis) ........................................................... 27 7.4 Tuyến giáp (Thyroid Gland) .................................................................................... 28 7.4.1 Cấu tạo.............................................................................................................. 28 7.4.2 Ưu năng tuyến .................................................................................................. 29 2 7.4.3 Nhược năng tuyến ............................................................................................ 29 7.4.4 Hormon tuyến giáp........................................................................................... 29 7.5 Tuyến cận giáp (Parathyroid Gland) ........................................................................ 32 7.5.1 Hormon tuyến cận giáp .................................................................................... 32 7.5.2 Trường hợp ưu năng tuyến............................................................................... 33 7.5.3 Trường hợp nhược năng tuyến ......................................................................... 33 7.5.4 Cơ chế tác dụng của parathormon.................................................................... 33 7.6 Tuyến tuỵ nội tiết ..................................................................................................... 33 7.6.1 Hormon tuyến tuỵ............................................................................................. 33 7.6.2 Tác dụng của insulin ........................................................................................ 34 7.6.3 Tác dụng của glucagon..................................................................................... 36 7.6.4 Các hormon khác.............................................................................................. 36 7.6.5 Sự điều hoà tiết hormon ................................................................................... 37 7.7 Tuyến trên thận......................................................................................................... 37 7.7.1 Phần vỏ tuyến trên thận.................................................................................... 37 7.7.2 Phần tuỷ tuyến trên thận (medulla) .................................................................. 40 7.8 Tuyến sinh dục ......................................................................................................... 41 7.8.1 Tuyến sinh dục đực (Testis) ............................................................................. 41 7.8.2 Tuyến sinh dục cái (Ovary).............................................................................. 43 Chương 8 SINH LÝ SINH DỤC VÀ SINH SẢN............................................................... 45 8.1 Ý nghĩa và quá trình phát triển................................................................................. 45 8.1.1 Ý nghĩa của sự sinh sản.................................................................................... 45 8.1.2 Quá trình phát triển .......................................................................................... 46 8.2 Sinh lý sinh dục đực ................................................................................................. 47 8.2.1 Cấu tạo hệ sinh dục đực ................................................................................... 47 8.2.2 Sinh lý sinh dục đực ......................................................................................... 49 8.3 Sinh lý sinh dục cái .................................................................................................. 51 8.3.1 Cấu tạo hệ sinh dục cái (hình 8.6).................................................................... 51 8.3.2 Sinh lý sinh dục cái .......................................................................................... 55 8.4 Tránh thụ thai và sinh đẻ có kế hoạch...................................................................... 63 8.4.1 Sự phát triển dân số của xã hội loài người ....................................................... 63 8.4.2 Các biện pháp cụ thể ........................................................................................ 63 Chương 9 SINH LÝ MÁU .................................................................................................... 65 9.1 Ý nghĩa sinh học và chức năng chung của máu ....................................................... 65 9.1.1 Ý nghĩa sinh học............................................................................................... 65 9.2 Khối lượng, thành phần và các tính chất lý hoá học của máu.................................. 66 9.2.1 Khối lượng máu................................................................................................ 66 9.2.2 Thành phần máu ............................................................................................... 66 9.2.3 Các tính chất lý, hoá học của máu.................................................................... 67 9.3 Huyết tương.............................................................................................................. 71 9.3.1 Protein huyết tương .......................................................................................... 71 9.3.2 Các hợp chất hữu cơ không phải protein.......................................................... 72 9.3.3 Các thành phần vô cơ ....................................................................................... 73 9.4 Hồng cầu (Erythrocytes) .......................................................................................... 73 9.4.1 Cấu tạo và thành phần ...................................................................................... 73 9.4.2 Số lượng hồng cầu............................................................................................ 74 9.4.3 Độ bền thẩm thấu của màng hồng cầu và tốc độ lắng hồng cầu ...................... 75 9.4.4 Hemoglobin (Hb) ............................................................................................. 75 3 9.4.5 Đời sống của hồng cầu ..................................................................................... 77 9.5 Bạch cầu và tiểu cầu................................................................................................. 78 9.5.1 Bạch cầu (Leucocytes) ..................................................................................... 78 9.5.2 Tiểu cầu (Thrombocytes) ................................................................................. 82 9.6 Sự đông máu............................................................................................................. 83 9.6.1 Khái niệm chung .............................................................................................. 83 9.6.2 Các yếu tố tham gia vào quá trình đông máu................................................... 84 9.6.3 Các giai đoạn của quá trình đông máu ............................................................. 86 9.6.4 Sự chống đông máu trong cơ thể...................................................................... 89 9.6.5 Các bệnh ưa chảy máu ..................................................................................... 89 9.7 Nhóm máu ................................................................................................................ 90 9.7.1 Hệ nhóm máu ABO.......................................................................................... 90 9.7.2 Hệ thống Rh ..................................................................................................... 92 9.7.3 Các hệ thống nhóm máu khác .......................................................................... 92 Chương 10 SINH LÝ TUẦN HOÀN .................................................................................. 93 10.1 Sự tiến hoá của hệ tuần hoàn.................................................................................... 93 10.2 Cấu tạo và chức năng của tim .................................................................................. 95 10.2.1 Cấu tạo của tim................................................................................................. 95 10.2.2 Chức năng của tim............................................................................................ 98 10.3 Cấu tạo và chức năng hệ mạch............................................................................... 108 10.3.1 Cấu tạo............................................................................................................ 108 10.3.2 Quy luật vận chuyển máu trong mạch............................................................ 108 10.4 Điều hoà hoạt động tim mạch ................................................................................ 114 10.4.1 Điều hoà hoạt động của tim............................................................................ 114 10.4.2 Điều hoà tuần hoàn động mạch ...................................................................... 118 10.4.3 Điều hoà tuần hoàn tĩnh mạch và mao mạch ................................................. 119 10.5 Tuần hoàn bạch huyết ............................................................................................ 120 Chương 11 SINH LÝ HÔ HẤP......................................................................................... 123 11.1 Ý nghĩa và quá trình phát triển............................................................................... 123 11.1.1 Ý nghĩa chung ................................................................................................ 123 11.1.2 Đối với nhóm động vật ở nước ...................................................................... 123 11.1.3 Đối với nhóm động vật trên cạn và người...................................................... 124 11.2 Chức năng hô hấp của phổi .................................................................................... 128 11.2.1 Sự thay đổi thể tích lồng ngực trong các cử động hô hấp .............................. 128 11.2.2 Sự thông khí phổi ........................................................................................... 131 11.3 Sự trao đổi khí ở phổi và ở mô............................................................................... 133 11.3.1 Sự trao đổi khí ở phổi..................................................................................... 133 11.3.2 Sự trao đổi khí ở mô....................................................................................... 133 11.3.3 Nhận xét ......................................................................................................... 134 11.3.4 Sự vận chuyển khí O2 và CO2 của máu ........................................................ 134 11.4 Sự điều hoà hô hấp ................................................................................................. 137 11.4.1 Điều hoà thần kinh ......................................................................................... 138 Chương 12 SINH LÝ TIÊU HOÁ..................................................................................... 142 12.1 Ý nghĩa và quá trình phát triển............................................................................... 142 12.1.1 Ý nghĩa ........................................................................................................... 142 12.1.2 Sự phát triển ................................................................................................... 142 12.2 Tiêu hoá ở khoang miệng và thực quản ................................................................. 144 12.2.1 Cấu tạo............................................................................................................ 144 4 12.2.2 Sự tiêu hoá trong khoang miệng .................................................................... 146 12.3 Tiêu hoá ở dạ dày ................................................................................................... 149 12.3.1 Cấu tạo............................................................................................................ 149 12.3.2 Chức năng tiêu hoá của dạ dày....................................................................... 149 12.3.3 Phương pháp mổ dạ dày để lấy dịch vị nghiên cứu ...................................... 154 12.4 Tiêu hoá ở ruột non ................................................................................................ 156 12.4.1 Cấu tạo............................................................................................................ 156 12.4.2 Cử động cơ học của ruột non ......................................................................... 157 12.4.3 Dịch tuỵ .......................................................................................................... 158 12.4.4 Dịch mật ......................................................................................................... 160 12.4.5 Dịch ruột......................................................................................................... 162 12.5 Sự hấp thu trong ruột non....................................................................................... 164 12.5.1 Cấu tạo của lông nhung.................................................................................. 164 12.5.2 Sự hấp thu protein .......................................................................................... 164 12.5.3 Sự hấp thu glucid............................................................................................ 165 12.5.4 Sự hấp thu lipid (hình 12.15) ......................................................................... 165 12.5.5 Sự hấp thu các vitamin ................................................................................... 166 12.5.6 Sự hấp thu muối khoáng................................................................................. 166 12.5.7 Sự hấp thu nước.............................................................................................. 166 12.5.8 Điều hoà hấp thu ............................................................................................ 166 12.6 Sự tiêu hoá ở ruột già ............................................................................................. 167 12.6.1 Cấu tạo............................................................................................................ 167 12.6.2 Sự co bóp của ruột già.................................................................................... 168 12.6.3 Hệ vi sinh vật của ruột già.............................................................................. 168 12.6.4 Dịch ruột già................................................................................................... 168 12.6.5 Sự hấp thu ở ruột già ...................................................................................... 168 12.6.6 Phân và sự thải phân....................................................................................... 169 Chương 13 CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG. ĐIỀU HOÀ...................... THÂN NHIỆT .................................................................................................. 170 13.1 Ý nghĩa của chuyển hoá ......................................................................................... 170 13.2 Chuyển hoá vật chất ............................................................................................... 170 13.2.1 Chuyển hoá glucid.......................................................................................... 170 13.2.2 Chuyển hoá lipid ............................................................................................ 174 13.2.3 Chuyển hoá protein ........................................................................................ 177 13.2.4 Các loại vitamin và vai trò của chúng trong chuyển hoá vật chất.................. 182 13.2.5 Chuyển hoá các muối khoáng và nước .......................................................... 188 13.2.6 Chuyển hoá nước............................................................................................ 190 13.2.7 Điều hoà chuyển hoá muối – nước................................................................. 191 13.3 Chuyển hoá năng lượng ......................................................................................... 192 13.4 Điều hoà thân nhiệt ................................................................................................ 199 13.4.1 Thân nhiệt và những dao động bình thường của nó....................................... 200 13.4.2 Điều hoà thân nhiệt ........................................................................................ 201 13.4.3 Vai trò của hệ thần kinh và hệ nội tiết trong điều hoà thân nhiệt................... 203 Chương 14 SINH LÝ BÀI TIẾT....................................................................................... 205 14.1 Ý nghĩa và quá trình phát triển............................................................................... 205 14.1.1 Ý nghĩa và sự phát triển của thận ................................................................... 205 14.1.2 Ý nghĩa và sự phát triển của da ...................................................................... 205 14.2 Sinh lý thận............................................................................................................. 206 5 14.2.1 Cấu tạo............................................................................................................ 206 14.2.2 Chức năng lọc máu – tạo nước tiểu của thận ................................................. 209 14.2.3 Chức năng điều hoà nội dịch của thận ........................................................... 214 14.3 Cấu tạo và chức năng của da .................................................................................. 217 14.3.1 Cấu tạo chung................................................................................................. 217 14.3.2 Chức năng của da ........................................................................................... 219 6 Lời nói đầu Mọi hệ thống sống từ phân tử - tế bào đến cơ thể, quần thể được hình thành trong quá trình tiến hoá, đều có một hệ thống cấu tạo chặt chẽ, hợp lý cùng với một hệ thống chức năng hoàn chỉnh, thích hợp để đảm bảo cho nó luôn luôn cân bằng, thích nghi, tồn tại và phát triển . Sinh lý học là môn học có nhiệm vụ nghiên cứu về các hệ thống chức năng đó từ vi mô đến vĩ mô nhằm tìm hiểu và giải thích cho được những cơ chế điều hoà và tự điều hoà của các quá trình sống. Chức năng của từng tế bào là bộ phận của các mô. Chức năng của các mô là bộ phận của cơ quan. Chức năng của cơ quan là bộ phận của cả cơ thể. Hệ thống các chức năng đó đảm bảo cho cơ thể luôn luôn là một khối toàn vẹn thống nhất ở bên trong (nội môi) và thống nhất với môi trường sống bên ngoài (ngoại môi). Ngay từ khi xuất hiện và sống thành xã hội riêng, loài người đã phải đối mặt với nhiều quy luật của tự nhiên. Để tồn tại và phát triển, con người không những phải tìm tòi khám phá những bí mật của thiên nhiên mà đồng thời phải tìm hiểu về những quy luật, cơ chế các quá trình sống của chính mình. Lý do đó đã đòi hỏi sự ra đời rất sớm của Sinh lý học. Trải qua một thời gian dài phát triển, sinh lý học đã đạt được rất nhiều thành tựu, giúp cho con người hiểu biết và ngày càng sống tốt hơn. Tuy nhiên những bí mật của các quy luật sống vẫn đang còn là thách thức lớn đối với nhân loại. Và do vậy sinh lý học vẫn luôn là một ngành học với rất nhiều nhiệm vụ nặng nề mang tính cấp bách, phải tiếp tục tìm tòi để tiếp cận và làm sáng tỏ mọi cơ chế còn chưa biết của sự sống. Các giải thưởng Nobel hàng năm về Sinh lý học - y học - sinh học là những minh chứng về điều đó. Rõ ràng sự hiểu biết về cơ chế các quá trình sống đã giúp cho sự chẩn đoán và điều trị bệnh tật của người và động vật ngày càng tốt hơn, có hiệu quả hơn. Nó cũng giúp cho sự ra đời và phát triển của nhiều ngành khoa học mới như Phỏng sinh học (Bionic), Tin học và máy tính thông minh, Ergonomie, Tâm lý học, và nhiều lĩnh vực khác phục vụ cho lợi ích của con người như thuần hoá động vật trong chăn nuôi, biểu diễn xiếc, bảo vệ và phát triển động vật quý hiếm. Tổng kết được đầy đủ những thành tựu và sự hiểu biết của loài người về hệ thống chức năng của cơ thể từ mức độ in Vitro, in Situ đến in Vivo là một công việc rất khó khăn. Dựa vào các nguồn tài liệu tham khảo của nhiều nhà khoa học, cùng với một số kinh nghiệm nghiên cứu giảng dạy của mình, chúng tôi biên soạn cuốn sách "Sinh lý học người và động vật" để góp thêm vào kho tàng kiến thức chung. Cuốn sách dùng làm tài liệu tham khảo trong giảng dạy và học tập của sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh của trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Đồng thời cũng có thể làm tài liệu tham khảo cho các ngành có liên quan ở các trường Sư phạm, Y học, Nông nghiệp (ngành Chăn nuôi -Thú y), Lâm nghiệp, Thuỷ sản, Triết học, Tâm lý học, Giáo dục học, Thể dục thể thao... Nội dung cuốn sách được trình bày trong 14 chương và chia thành hai tập: Tập I bao gồm các chương: Chương 1: Mở đầu Chương 2: Sinh lý tế bào Chương 3: Sinh lý các cơ quan cảm giác Chương 4: Sinh lý cơ và dây thần kinh 7 Chương 5: Sinh lý thần kinh Chương 6: Sinh lý hoạt động thần kinh cấp cao Tập II bao gồm các chương: Chương 7: Sinh lý nội tiết Chương 8: Sinh lý sinh dục và sinh sản Chương 9: Sinh lý máu Chương 10: Sinh lý tuần hoàn Chương 11: Sinh lý hô hấp Chương 12: Sinh lý tiêu hoá Chương 13: Chuyển hoá vật chất và năng lượng. Điều hoà thân nhiệt Chương 14: Sinh lý bài tiết Kiến thức khoa học nói chung và sinh lý học nói riêng vô cùng phong phú rộng lớn và đòi hỏi phải luôn cập nhật. Do vậy, dù rất cố gắng, chắc chắn cũng không tránh khỏi những thiếu sót và bất cập khi biên soạn. Chúng tôi chân thành tiếp thu và rất vui mừng nhận được những ý kiến đóng góp của mọi người sử dụng sách với lòng mong muốn để lần xuất bản sau được hoàn thiện hơn. CÁC TÁC GIẢ 8 Chương 7 SINH LÝ NỘI TIẾT 7.1 Ý nghĩa và quá trình phát triển 7.1.1 Ý nghĩa Trong quá trình tiến hóa, cơ thể động vật phát triển từ đơn bào thành đa bào, có kích thước lớn. Cơ thể càng lớn khoảng cách giữa các mô và cơ quan càng tăng lên, cấu tạo của các hệ cơ quan và các quá trình sinh học xảy ra trong cơ thể càng hoàn chỉnh và phức tạp. Để đảm bảo tính toàn vẹn thống nhất của cơ thể và thích nghi với môi trường sống, mọi hệ thống sống đòi hỏi sự chỉ huy chung nhằm phối hợp và điều hoà một cách nhịp nhàng các hoạt động sống. Cùng với hệ thần kinh, hệ nội tiết thực hiện sự điều tiết hóa học trong cơ thể là nhằm đáp ứng yêu cầu đó. Cơ chế điều hoà thần kinh-thể dịch là một cơ chế rất quan trọng của cơ thể. 7.1.2 Quá trình phát triển Trong quá trình phát triển chủng loại, ở động vật bậc thấp, cấu tạo và chức năng của hệ nội tiết còn chưa hoàn chỉnh, chỉ có một vài tuyến ở sâu bọ và côn trùng, chất tiết chủ yếu là các Feromon. Đối với côn trùng, sâu bọ... lột xác là một quá trình rất quan trọng của sự phát triển cá thể. Cơ thể muốn lớn lên, chúng bắt buộc phải lột bỏ lớp vỏ kitin cũ (được coi là bộ xương ngoài) và xây dựng một lớp vỏ mới. Lớp vỏ mới đã được hình thành dưới lớp vỏ cứng cũ, nhưng chúng chỉ cứng lại sau khi lớp vỏ cũ được bóc đi một thời gian, chính thời gian này giúp cho cơ thể con vật phát triển. Ở đa số côn trùng, trên bề mặt hạch não có tuyến gian não. Tuyến này tiết ra một chất có tác dụng thúc đẩy một tuyến thứ hai ở phần ngực tiết ra chất Erdison. Bản chất Erdison là một steroid, có công thức hóa học là C27H44O6. Erdison có tác dụng thông qua một số enzym thúc đẩy quá trình hình thành lớp vỏ cứng mới. Cụ thể là: khi tiêm Erdison cho ấu trùng, chúng thúc đẩy enzym dofa-decarboxylase trong tế bào biểu bì tăng cường chuyển hóa dioxyphenylalanin thành N-acetyldioxyphenylalanin. Chất này có tác dụng làm lớp vỏ cuticun cứng lại. Ngoài hai tuyến trên, côn trùng còn có tuyến corpora allata nhỏ hơn, chúng tiết ra juvenil (C18H30O3), có tác dụng thúc đẩy sự lột xác. Mất tuyến này, côn trùng ngưng lột xác mà chuyển sang trạng thái biến thái. Tiêm juvenil làm ngưng biến thái và tiếp tục lột xác. Người ta ứng dụng tính chất này trong công tác bảo vệ thực vật, phun juvenil để làm ngưng quá trình biến thái của côn trùng thành dạng trưởng thành, có khả năng sinh sản. Những con ngài cái của tằm tiết ra chất bombicon, còn những ngài cái của sâu róm tiết ra chất giplur. Hai chất này thông qua mùi của nó có tác dụng hấp dẫn ngài đực. Người ta ứng dụng tính chất này trong nông nghiệp bằng cách tổng hợp các chất dẫn dụ côn trùng để tiêu diệt chúng. 9 Một số côn trùng khác, dùng chất tiết feromon để đánh dấu đường đi tìm mồi, hoặc báo động cho đồng loại biết có nguy hiểm. Ví dụ như kiến, ong... Ong thợ tiết ra geranion, là một rượu mạnh có mạch phân nhánh gồm 10 nguyên tử carbon để đánh dấu đường đi. Ong chúa tiết ra acid 9-xetodecanic có tác dụng quyến rũ ong đực ở mùa sinh sản và đồng thời ức chế sự phát triển buồng trứng ở ong thợ. Mối chúa, mối đực và mối lính tiết ra chất ức chế tuyến corpora allata của mối thợ để không cho mối thợ biến thành mối chúa, mối đực hay mối lính mới. Ở một số động vật bậc cao cũng tiết ra một số chất có mùi đặc trưng được gọi là feromon. Ở động vật bậc cao, hệ nội tiết là hệ thống tuyến trong cơ thể, chúng được hình thành từ các tế bào tuyến điển hình, một phần nhỏ từ các tế bào thần kinh tiết. Một hệ thống mao mạch phân bố trong tuyến, tiếp xúc với các tế bào tiết. Mao mạch vừa làm nhiệm vụ cung cấp chất dinh dưỡng, nguyên liệu tổng hợp cho tế bào, vừa tiếp nhận trực tiếp và vận chuyển các chất tiết của tế bào tuyến đến các cơ quan trong cơ thể. Như vậy tuyến nội tiết là tuyến không có ống dẫn (phân biệt với các tuyến có ống dẫn được gọi là tuyến ngoại tiết). Chất tiết mang tính chất đặc hiệu và có hoạt tính sinh học cao, được đổ trực tiếp vào máu qua hệ thống mao mạch. Người ta gọi chất tiết của tuyến là hormon. Ở động vật bậc cao và đặc biệt là người, hệ thống nội tiết có cấu tạo hoàn chỉnh và bao gồm các tuyến sau: Tuyến tùng (chỉ tồn tại ở giai đoạn ấu thơ). Tuyến yên (còn gọi là tuyến hạ não). Tuyến giáp. Tuyến cận giáp. Tuyến ức (tuyến thymus). Tuyến tuỵ. Tuyến trên thận. Tuyến sinh dục đực (là tinh hoàn). Tuyến sinh dục cái (bao gồm buồng trứng, thể vàng khi trứng rụng, nhau thai khi thai làm tổ ở tử cung) (hình 7.1). 10 Hình 7.1 Các tuyến nội tiết trong cơ thể người Ngoài ra cũng còn một số bộ phận của các cơ quan trong cơ thể tiết ra những chất đặc hiệu, có hoạt tính sinh học và thường có tác dụng tại chỗ (địa phương) như serotonin, secretin, histamin, gastrin, erythropoetin, rennin, prostaglandin... 7.2 Các hormon và tác dụng của chúng 7.2.1 Các hormon Trong cơ thể, một số hormon được tiết ra đã ở dạng hoàn chỉnh về cấu trúc hóa học và hoạt tính. Một số được tiết ra còn ở các giai đoạn tiền hormon và phải trải qua quá trình hoạt hoá để trở thành dạng hoạt động: Preproinsulin → proinsulin → insulin Preproparathormon → proparathormon → parathormon Proglucagon → glucagon Procalcitonin → calcitonin. Các hormon đa dạng về mặt cấu trúc hóa học và có nguồn gốc khác nhau. Dựa vào bản chất của chúng, người ta chia ra hai nhóm: Các hormon có bản chất lipid, còn gọi là các steroid như hormon của phần vỏ tuyến trên thận (cortison), của tinh hoàn (testosteron), của buồng trứng (oestrogen). 11 Các hormon có bản chất protein. Trong nhóm này, tuỳ mức độ cấu trúc mà phân ra: + Hormon là các acid amin như adrenalin, noradrenalin của phần tủy tuyến trên thận và các sợi thần kinh giao cảm tiết ra. + Hormon là các chuỗi peptid ngắn như oxytocin, vasopressin do các tế bào thần kinh tiết của hypothalamus tiết ra và tích tụ ở thùy sau tuyến yên. Chúng là những peptid ngắn gồm 9 acid amin. + Hormon là các chuỗi polypeptid như insulin của tuyến tuỵ, gồm 2 mạch, một mạch chứa 21 acid amin, còn mạch kia chứa 30 acid amin. Glucagon cũng của tuyến tuỵ gồm 29 acid amin. + Hormon là một protein, ví dụ hormon sinh trưởng (STH) của tuyến yên, có trọng lượng phân tử lớn, thay đổi tuỳ loài, chẳng hạn ở người và linh trưởng là 21.500 gồm 191 acid amin, ở lợn 42.500, cừu 45.000. 7.2.2 Tác dụng của hormon 7.2.2.1 Đặc tính chung Đặc tính sinh học của các hormon trong cơ thể cũng giống như các enzym và vitamin, được tạo thành rất ít vì chúng chỉ tác dụng với liều rất nhỏ, nhưng có hoạt tính sinh học cao và đặc hiệu. Các hormon do quá trình sinh tổng hợp tạo ra. Tuy nhiên, hiện nay người ta cũng đã tổng hợp được một số hormon, nhất là nhờ kỹ thuật gen và công nghệ sinh học trong thời gian gần đây. Ví dụ: insulin đã được tổng hợp rất sớm và được sản xuất hàng loạt bằng con đường công nghệ sinh học. Các hormon sinh ra, đổ trực tiếp vào máu, nhưng chỉ có tác dụng đặc hiệu với một cơ quan, một chức năng hay một quá trình sinh học nhất định trong cơ thể. Ví dụ: hormon kích noãn tố (FSH) của tuyến yên chỉ có tác dụng kích thích quá trình phát triển và chín của bao noãn trong buồng trứng, parathormon của tuyến cận giáp chỉ có tác dụng với quá trình trao đổi calci và phospho. Cơ quan tiếp nhận sự tác dụng của hormon được gọi là cơ quan đích hay mục tiêu. Các hormon tác dụng thông qua hệ enzym như một chất xúc tác của phản ứng sinh học nhưng không tham gia trực tiếp vào các phản ứng đó. Hầu hết các hormon không có tính chất đặc trưng cho loài, nghĩa là hormon của loài này cũng có tác dụng với loài khác và cho người, chẳng hạn hormon insulin của tuyến tuỵ có thể dùng chung cho nhiều loài. Một vài hormon có tác dụng riêng cho loài, ví dụ: hormon sinh trưởng. 7.2.2.2 Tác dụng sinh lý của hormon Có thể tóm tắt những tác dụng chính như sau: Hormon tham gia điều tiết quá trình sinh trưởng và phát triển của cơ thể. Về tác dụng này phải kể đến hormon kích thích sự phát triển (STH), hormon kích thích tuyến giáp (TSH) của tuyến yên và hormon thyroxin của tuyến giáp. Sự phát triển bình thường, nhất là về mặt hình dạng kích thước của cơ thể phụ thuộc vào các hormon này. 12 Hormon tham gia điều tiết quá trình trao đổi chất và năng lượng. Quá trình chuyển hóa, dự trữ, huy động và biến đổi của vật chất và năng lượng trong cơ thể phụ thuộc rất nhiều vào các hormon như hormon kích thích sự phát triển (STH) của tuyến yên, thyroxin của tuyến giáp, glucocorticoid của phần vỏ tuyến trên thận, insulin và glucagon của tuyến tuỵ, parathormon của tuyến cận giáp. Chúng tạo ra sự cân bằng hài hoà của hai quá trình đồng hóa và dị hóa. Hormon tham gia điều tiết sự cân bằng nội môi của các dịch thể. Ví dụ như hormon vasopressin (ADH), kích tố tuyến trên thận (ACTH) của tuyến yên, các hormon aldosteron, cortisol của phần vỏ tuyến trên thận, calcitonin của tuyến giáp, parathormon của tuyến cận giáp, có vai trò rất quan trọng trong quá trình trao đổi nước, muối khoáng và các thành phần khác giữ cân bằng nội môi, ổn định áp suất thẩm thấu, duy trì độ pH v.v... Hormon tham gia điều tiết sự thích nghi của cơ thể với môi trường. Chẳng hạn, hormon thyroxin của tuyến giáp tham gia điều tiết thân nhiệt; hormon adrenalin, noradrenalin của phần tủy tuyến trên thận giúp cơ thể chống lại các yếu tố gây stress của môi trường. Hormon tham gia điều tiết quá trình sinh sản ở động vật. Sinh sản nhất là sinh sản hữu tính ở động vật và người là quá trình phức tạp đòi hỏi sự có mặt của các hormon sinh dục đực và cái như nhóm androgen và oestrogen, đảm bảo sự phát triển duy trì giới tính, sự phát sinh giao tử, sự thụ tinh, thai nghén, đẻ và nuôi con. 7.2.3 Cơ chế tác dụng của hormon Cơ chế tác dụng của các hormon đối với các quá trình sinh học trong cơ thể rất phức tạp. Các hormon được tiết ra từ các tế bào tuyến nội tiết theo máu tác dụng lên tế bào đích. Ở tế bào đích thường có 3 giai đoạn kế tiếp nhau xảy ra như sau: Hormon được nhận biết bởi một thụ cảm thể (Receptor) đặc hiệu trên màng hoặc nhân của tế bào đích. Phức hợp hormon-thụ cảm thể vừa hình thành được kết hợp với một cơ chế sinh tín hiệu. Tín hiệu sinh ra (hay còn gọi là chất truyền tin thứ 2) gây ra tác dụng với các quá trình nội bào như thay đổi hoạt tính, nồng độ các enzym, thay đổi tính thấm của màng để tăng cường hấp thu hay đào thải các chất, gây tiết các hormon ở các tuyến đích khác, gây co hoặc giãn cơ, tăng cường tổng hợp protein... Hiện nay có 2 mô hình tác dụng của hormon được các nhà nghiên cứu công nhận nhiều là: 7.2.3.1 Các hormon tác dụng thông qua “các chất truyền tin thứ 2” (The second messenger mechanism) Những hormon có bản chất protein, peptid hay acid amin (như các catecholamin của tủy tuyến trên thận) tác dụng theo cơ chế này. Các hormon được gọi là “chất truyền tin thứ nhất” theo máu mang thông tin đến tế bào. Khi tiếp xúc với màng chúng được gắn với các thụ cảm thể đặc hiệu có sẵn trên màng. Phức hợp hormon- thụ cảm thể mới hình thành thông qua các “phân tử kết hợp” là G-protein trên màng sẽ phản ứng với 3 hệ thống đáp ứng khác nhau của màng là: Hệ thống adenylylcyclase - AMP vòng (AMPv) Hệ thống calcium - calmodulin 13 Hệ thống phospholipase - phospholipid a. Hệ thống adenylylcyclase - AMPv G-protein là chất trung gian và sở dĩ được gọi là G-protein vì protein có khả năng kết hợp với Guanylnucleotid, hoặc ở dạng GDP (guanosine diphosphate) hoặc ở dạng GTP (guanosine triphosphate). Chỉ có GTP mới có tác dụng hoạt hóa adenylylcyclase, một enzym gắn trên màng nguyên sinh chất, còn GDP không có tác dụng này. Chính phức hợp hormon - thụ cảm thể đặc hiệu mới hình thành có tác dụng xúc tác chuyển GDP thành GTP khi thụ cảm thể còn ở dạng tự do, chưa kết hợp với hormon không có tác dụng này. Enzym adenylylcyclase được hoạt hóa sẽ xúc tác cho quá trình hình thành AMPv từ adenosintriphosphat (ATP) với sự có mặt của ion Mg như là một đồng yếu tố. AMPv được gọi là “chất truyền tin thứ hai”. AMPv kích thích sự hoạt động của proteinkinase chuyển chúng sang dạng hoạt động. Chính enzym proteinkinase hoạt động này hoạt hóa một loạt các enzym trong con đường chuyển hóa ở nội bào bằng cách phosphoryl hóa các kinase của chúng. Kết quả cuối cùng là làm thay đổi quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào và làm cho các quá trình này diễn ra thuận lợi. Có thể tóm tắt cơ chế này trong sơ đồ sau (hình 7.2). Ngoại bào Hình 7.2 Sơ đồ cơ chế tác dụng của hormon thông qua hệ thống adenylylcyclase-AMPV Hoạt động của AMPv được kết thúc bằng sự thủy phân của nó do enzym phosphodiesterase xúc tác, và trở thành dạng AMP không hoạt động. Sự hình thành AMPv từ ATP và quá trình thuỷ phân của nó để trở thành dạng không hoạt động được trình bày trong sơ đồ sau (hình 7.3). 14 Hình 7.3 Sự thuỷ phân AMPV b. Hệ thống Calcium - Calmodium Khi hormon kết hợp với thụ cảm thể trên màng, thông qua một G-protein đặc hiệu, làm hoạt hoá các kênh calci trên màng làm cho calci từ dịch ngoại bào chuyển vào trong nội bào. Lượng calci dự trữ ở các túi tại lưới nội nguyên sinh và ty thể cũng được huy động và giải phóng ra. Lượng calci nội bào tăng lên đáng kể, kết hợp với các loại protein đặc hiệu ở trong bào tương là calniodulim. Phức hợp calci-calmodulin với những tỉ lệ khác nhau sẽ làm tăng hoặc giảm hoạt tính của các loại enzym phụ thuộc calci trong nội bào. Kết quả là nồng độ của các chất chuyển hóa trong tế bào cũng biến đổi theo (Hình 7.4). Có thể tóm tắt trong sơ đồ sau: Ngoại bào Hình 7.4 Sơ đồ cơ chế tác dụng của hormon thông qua hệ thống calcium-calmodulin c. Hệ thống phospholipase - phospholipid Phức hợp hormon-thụ cảm thể mới được hình thành thông qua một G-protein đặc hiệu hoạt hóa phospholipase ở màng. Enzym này phân giải một dạng phospholipid là phosphatidylinositol tạo thành diacylglycerol và inositol triphosphat. Các diacylglycerol là chất hoạt hóa protein kinase-C, còn các inositol triphosphat có tác dụng huy động ion Ca từ lưới nội nguyên sinh chất. Các protein kinase - C hoạt hóa đến lượt mình lại hoạt hóa hoặc ức chế các enzym khác ở nội bào. Kết quả cuối cùng làm thay đổi quá trình chuyển hoá các chất ở nội bào. Quá trình thủy phân các diacylglycerol còn tạo ra acid arachidonic làm nguyên liệu 15 tổng hợp prostaglandin. Chất này tham gia điều chỉnh các phản ứng của tế bào. Có thể tóm tắt trong sơ đồ sau (Hình 7.5): Ngoại bào Hình 7.5 Sơ đồ cơ chế tác dụng của hormon thông qua hệ thống phospholipase – phospholipid Hiện nay người ta đã phát hiện khoảng hơn 10 hormon tác dụng theo cơ chế thông qua Gprotein trên màng với 3 hệ thống nói trên. Các hormon là chất truyền tin thứ nhất chỉ truyền thông tin đến màng tế bào thông qua chất truyền tin thứ hai như AMPv, ion Ca và calmodulin, phospholipase-phospholipid để tiếp tục tác dụng đến các quá trình chuyển hóa nội bào. Bằng cách này, các phản ứng của các hormon xảy ra rất nhanh từ vài giây đến vài phút. 7.2.3.2 Các hormon tác dụng thông qua hoạt hoá gen (Gene activation mechanism) Các hormon có bản chất steroid, thyroid và vitamin D đi qua màng vào trong nội bào, rồi vào trong nhân kết hợp với các thụ cảm thể của nhân. Phức hợp hormon-thụ cảm thể của nhân mới hình thành sẽ tương tác với các phân tử ADN ở trong nhân để tạo ra tín hiệu. Cụ thể là: phức hợp hormon-thụ cảm thể kết hợp với ADN sẽ tương tác với yếu tố điều hoà hormon steroid (hormone regulatory element = HRE) ở các phân tử ADN đích. Các ARN-polymerase tổng hợp ARN thông tin (mARN) cho quá trình phiên mã (transcription). Tiếp theo sau là quá trình sao chép (translation). Như vậy tác dụng của hormon thông qua phức hợp với thụ cảm thể ở nhân sẽ đưa đến kết quả cuối cùng là làm tăng cường hay ức chế sự tổng hợp protein. Hormon thực sự là những tín hiệu nội bào. Quá trình này diễn ra lâu hơn từ vài phút đến vài giờ hoặc vài ngày mới thấy rõ tác dụng. Có thể tóm tắt như sau (Hình 7.6): 16 Hình 7.6 Sơ đồ cơ chế tác dụng của hormon thông qua hệ thống hoạt hoá gen 7.2.4 Điều hoà sự tiết hormon của các tuyến nội tiết 7.2.4.1 Hệ thống Hypothalamus - Hypophyse Sự tăng hay giảm tiết các hormon từ các tuyến nội tiết được điều hoà bởi nhiều yếu tố. Đây là một cơ chế thần kinh - thể dịch phức tạp diễn ra dưới ảnh hưởng của hàng loạt các kích thích từ môi trường thông qua các giác quan như thị giác, thính giác, khứu giác, vị giác, xúc giác. Hoạt động của tuyến nội tiết cũng còn phụ thuộc vào sự điều hoà theo nhịp như nhịp ngày đêm, nhịp mùa, nhịp phát triển, chu kỳ thức - ngủ, chu kỳ kinh nguyệt... Các dạng kích thích từ môi trường vào cơ thể trước hết được thần kinh tiếp nhận và phản ứng. Tùy mức độ và tính chất của các kích thích cơ thể phải đáp ứng lại một cách nhanh chóng hay có thể kéo dài. Nhìn chung sự điều hoà hoạt động của các tuyến nội tiết thông qua hệ thần kinh được thực hiện theo một cơ chế điều khiển ngược (feedback mechanism), mà phổ biến nhất là cơ chế điều khiển ngược âm tính. Vùng dưới đồi (Hypothalamus) thuộc não trung gian là trung khu thần kinh rất quan trọng đối với nhiều quá trình sinh học trong cơ thể. Đặc biệt nhóm nhân trên thị (nucleus supraopticus), nhóm nhân cạnh não thất (nucleus paraventricularis) và một số nhân khác có các tế bào thần kinh tiết có khả năng tiết ra các hormon kích thích hay kìm hãm sự hoạt động của thùy trước tuyến yên, làm cho thùy này tăng hay giảm tiết các hormon khác, mà các hormon này có tác dụng kích thích trực tiếp đối với các tuyến đích. Các hormon của Hypothalamus được gọi là hormon giải phóng (Releasing hormone =RH) và hormon ức chế (Inhibitory hormone = IH). Hiện nay đã phát hiện được các hormon giải phóng và ức chế như sau: 7.2.4.1.1 Nhóm hormon giải phóng 17 Hormon giải phóng kích tố phát triển (STH=GH) (Somatotropin releasing hormone = GRH) hay còn gọi Somato liberin. Hormon giải phóng kích giáp tố (TSH) (Thyrotropin releasing hormone = TRH) hay còn gọi Thyro liberin. Hormon giải phóng kích tố vỏ tuyến trên thận (ACTH) (Corticotropin releasing hormone = CRH). Hormon giải phóng kích noãn tố (FSH) (FSH releasing hormone = FRH) hay còn gọi gonado liberin. Hormon giải phóng kích tố thể vàng (LH) (LH releasing hormone = LRH). Hormon giải phóng kích nhũ tố (Prolactin releasing hormone = PRH) hay còn gọi prolacto liberin. Hormon giải phóng kích hắc tố (MSH) (Melatotropin releasing hormone MRH) hay còn gọi melano liberin. 7.2.4.1.2 Nhóm hormon ức chế Hormon ức chế kích tố phát triển (STH) (Somatotropin inhibiting hormone = GIH) hay còn gọi Somatostatin. Hormon ức chế kích nhũ tố (Prolactin inhibiting hormone = TIH) hay còn gọi prolactostatin. Hormon ức chế kích hắc tố (MSH) (Melanotrophin inhibiting hormone MIH) hay còn gọi melanostatin. 7.2.4.1.3 Hai hormon khác của hypothalamus Ngoài 10 hormon nói trên tế bào thần kinh tiết của Hypothalamus còn tiết ra hai hormon khác là vasopressin và oxytocin. Hai hormon này được tích tụ lại ở thuỳ sau tuyến yên và giải phóng vào máu. 7.2.4.2 Tóm tắt quá trình Khi cơ thể nhận được các kích thích từ môi trường, hệ thần kinh với phần cao nhất là đại não và vỏ não sẽ tiếp nhận và chỉ huy trực tiếp xuống hypothalamus. Hypothalamus được coi là “người điều nhịp” của cơ chế thần kinh - thể dịch, cụ thể là các tế bào thần kinh tiết tiết ra các hormon giải phóng. Các hormon này tác động đến thùy trước tuyến yên làm thùy trước tuyến yên tiết ra các hormon tương ứng. Các hormon của thùy trước tuyến yên đến lượt mình theo máu tác dụng trực tiếp vào tuyến đích tương ứng, thúc đẩy tuyến đích hoạt động tiết ra các hormon tương ứng. Đó là chiều xuôi của cơ chế điều khiển ngược từ hypothalamus hypophyse - tuyến đích. Tiếp theo quá trình trên, chính hàm lượng cao hormon do tuyến đích tiết ra theo máu sẽ tác động ngược trở lại tuyến yên và hypothalamus. Có hai trường hợp xảy ra: − Trường hợp thứ nhất các hormon này được tiết quá nhiều tác động làm cho hypothalamus ngưng tiết các hormon giải phóng tương ứng hay tăng tiết hormon ức chế tương ứng, do đó ức chế hoạt động thùy trước tuyến yên, làm 18 cho nó ngưng tiết hormon tương ứng. Kết quả là các tuyến đích cũng ngưng tiết hormon tương ứng, làm lượng hormon trong máu giảm xuống. Trường hợp này được gọi là điều kiển ngược âm tính. − Trường hợp thứ hai rất ít xảy ra là hàm lượng các hormon trong máu tác động ngược, lại làm tăng cường tiết hormon tuyến đích, được gọi là điều khiển ngược dương tính. Có thể tóm tắt quá trình trên trong sơ đồ ở hình 7.7 (điều khiển ngược âm tính): IH Hình 7. 7 Sơ đồ cơ chế điều khiển ngược của hệ nội tiết GH Hình 7. 8 Sơ đồ cơ chế tác dụng chống stress của cơ thể 19 Trong sơ đồ trên, hàm lượng hormon trong máu tác động ngược trở lại đối với hypothalamus và tuyến yên gọi là điều khiển ngược vòng dài (1). Ở hypothalamus và tuyến yên có các thụ quan nhậy cảm với hormon tuyến đích. Bản thân các hormon của tuyến yên cũng có khả năng tác động trực tiếp đối với hypothalamus, và được gọi là điều khiển ngược vòng ngắn (2). Có tác giả cho rằng chính chất tiết của hypothalamus cũng có khả năng tác dụng vào chính hypothalamus, và gọi là điều khiển ngược vòng cực ngắn (3). Đó là nguyên lý chung của sự điều hoà hoạt động tuyến nội tiết trong cơ thể. Đây là một quá trình phức tạp, có sự tham gia rất tích cực của hệ thần kinh. Một ví dụ về sự điều hoà hoạt động của tuyến trên thận trong trường hợp cơ thể bị tác động bởi các yếu tố gây ra trạng thái stress được trình bày trong sơ đồ sau (hình 7.8): 7.2.5 Các tuyến nội tiết chính và các hormon của chúng trong cơ thể Ở động vật bậc cao và người, các tuyến nội tiết và một số bộ phận trong cơ thể tiết ra các hormon có thành phần cấu trúc hóa học, cơ chế tác dụng và tác dụng sinh lý rất khác nhau. Có thể tóm tắt trong bảng 7.1 Bảng 7.1. Các tuyến nội tiết chính với các hormon và tác dụng của chúng Tên tuyến Thuỳ trước tuyến yên Hormon chính Cấu trúc hoá học Cơ chế tác dụng Tác dụng sinh lý - Kích tố phát triển (STH hay GH) Protein AMPv - Tổng hợp protein, giải phóng năng lượng từ peptid - Kích giáp tố (TSH) Glycoprotein AMPv - Tăng tiết và giải phóng thyroxin - Kích tố vỏ tuyến thượng thận (ACTH) Peptid AMPv - Tăng tiết và giải phóng hormon vỏ tuyến - Kích noãn tố (FSH) Glycoprotein AMPv - Chín trứng và sinh tinh trùng - Kích hoàng thể tố (LH) Glycoprotein AMPv - Gây rụng trứng và phát triển thể vàng - Kích nhũ tố (PRH) Protein - - Tăng tiết sữa ở tuyến vú Thuỳ giữa tuyến yên - Kích hắc tố (MSH) Peptid AMPv - Màu da Thuỳ sau tuyến yên - Vasopressin Peptid AMPv - Tăng hấp thu nước ở ống thận - Co bóp tử cung - Oxytocin Peptid AMPv Tuyến giáp - Thyroxin Amino acid Hoạt hoá gen - Thyrocalcitonin Peptid - Tuyến cận giáp - Parathormon Protein AMPv - Trao đổi calci-phospho Tuyến tuỵ nội tiết - Insulin Protein AMPv - Glucagon Peptid AMPv - Điều hoà đường, tổng hợp glycogen - Phân giải glycogen Steroid Hoạt hoá gen - Tăng hấp thu Na, giảm hấp thu K Steroid Hoạt hoá - Chống tác dụng stress - Tăng trao đổi chất, kích thích phát triển ở trẻ em - Trao đổi Calci Tuyến thượng thận Phần vỏ * Mineralcorticoid - Aldosteron * Glucorcorticoid - Corticosteron 20 Phần tuỷ - Cortison - Cortisol Steroid Steroid gen - Adrenalin 80% - Noradrenalin 20% Amin Amin AMPv AMPv - Tăng hoạt động tim - Chống stress Tuyến sinh dục cái Buồng trứng - Oetrogen Steroid Hoạt hoá gen - Phát triển đặc điểm sinh dục cái Thể vàng - Progesteron Steroid - - Phát triển tử cung cho trứng làm tổ Nhau thai - HCG - Oestrogen - Progesteron Glucoprotein Steroid Steroid - - Duy trì thể vàng - Dưỡng thai Tuyến sinh dục đực Tinh hoàn - Testosteron Steroid Hoạt hoá gen - Phát triển đặc điểm sinh dục đực Hệ hoá - Gastrin Peptid AMPv - Secretin Peptid - - Cholecystokinin (CCK) Peptid - - Kích thích sản xuất và hoạt hoá pepsinogen, HCl - Kích thích sản xuất NaHCO3 của tuỵ - Kích thích tiết mật tiêu Thận - Erythropoietin Glycoprotein - - Thúc đẩy sản xuất hồng cầu Các mô cơ thể - Prostaglandin Acid béo - - Tác dụng địa phương (tại chỗ) 7.2.6 Phương pháp nghiên cứu Để nghiên cứu tác dụng của các hormon do các tuyến nội tiết tiết ra, người ta thường thực hiện các phương pháp sau: Phương pháp lâm sàng: nghiên cứu sự rối loạn chức năng do các tuyến nội tiết gây ra (thiểu năng hoặc ưu năng qua xét nghiệm cơ sở) trong lâm sàng. Phương pháp cắt bỏ: cắt bỏ hẳn một tuyến nào đó rồi theo dõi sự thay đổi về chức năng của cơ thể. Phương pháp ghép: ghép thêm những tuyến mới, rồi theo dõi sự thay đổi về chức năng của cơ thể (hình 7.9). 1 4 2 3 5 6