Bài giảng Động vật học và phân loại động vật - Chương 8: Hệ hô hấp - Nguyễn Hữu Trí

Nội dung text: Bài giảng Động vật học và phân loại động vật - Chương 8: Hệ hô hấp - Nguyễn Hữu Trí

1. Chương 8 Chương 8. HỆ HƠ HẤP Hệ hô hấp I. CÁC HÌNH THỨC HƠ HẤP • 1. Bề mặt hơ hấp • 2. Mang • 3. Ống khí • 4. Phổi II. SỰ TRAO ĐỔI KHÍ • 1. Sự trao đổi khí ở phổi • 2. Sự trao đổi khí ở mơ III. SỰ ĐIỀU HỊA HƠ HẤP 23/02/2016 1:21 SA 1 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 2 Nguyễn Hữu Trí Thuật ngữ Hô hấp bên ngoài Sự hô hấp (External Respiration): sự trao đổi khí xảy ra giữa máu và các phế Sự hô hấp là quá trình động vật trao nang đổi khí với môi trường. Hô hấp bên trong (Internal Respiration): Hô hấp gồm sự thu nhận O2, vận Sự trao đổi không khí chuyển và cung cấp O2 cho các tế xảy ra giữa dòng máu bào, sự vận chuyển và thải CO2. và các tế bào của mô Cần phân biệt và không bị lẫn lộn giữa sự hô hấp của cơ thể và quá Hô hấp tế bào (Cellular Respiration): xảy ra trong ty trình hô hấp tế bào thể (Mitochondria) là phản ứng biến dưỡng sử dụng O2 và phóng thích CO2 trong suốt quá trình tổng hợp ATP 23/02/2016 1:21 SA 3 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 4 Nguyễn Hữu Trí Các hình thức của hô hấp • (a) Không khí được khuếch tán trực tiếp qua bề mặt của các sinh vật đơn bào. • (b) Lưỡng cư và nhiều loài động vật hô hấp qua da của chúng. • (c) Da gai có một nhú nhô ra, giúp làm gia tăng bề mặt 1. Các hình thức hô hấp hô hấp. • (d)Hô hấp ở côn trùng thông qua hệ thống ống khí thông ra ngoài. • (e) Mang của cá cung cấp một bề mặt lớn và tạo ra dòng ngược để trao đổi không khí. • (f) Phế nang của động vật có vú cung cấp một bề mặt lớn để hô hấp, nhưng không cho phép trao đổi dòng ngược. 23/02/2016 1:21 SA 5 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 6 Nguyễn Hữu Trí 1
2. Các hình thức của hô hấp Các hình thức của hô hấp • 1. Bề mặt hô hấp – Ở động vật đơn bào và đa bào bậc thấp (giun dẹp nhỏ) khí O2 và CO2 là sự khuếch tán trực tiếp qua màng tế bào. – Ở giun đất và ếch nhái, O2 khuếch tan qua bề mặt ẩm ướt và vào trong các mao mạch nằm dưới da và CO2 khuếch tán theo chiều ngược lại. – Tốc độ trao đổi khí chậm 23/02/2016 1:21 SA 7 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 8 Nguyễn Hữu Trí 2. Mang Ở môi trường nước cơ quan hô hấp là mang, quá trình trao đổi khí được thực Bề mặt có diện tích lớn là nơi diễn ra sự khuếch tán hiện khi nước được ép qua các lá mang. Không khí ở động vật: mang thích nghi với quá trình Mang cá có đặc điểm là nước và dòng trao đổi không khí trong nước cả bên ngoài (a) và bên máu chảy theo các hướng ngược nhau do trong (b). Phổi (c) và khí quản (d) là những cơ quan trao đổi khí ở trên cạn đó cải tiến việc thu nhận O2. 23/02/2016 1:21 SA 23/02/2016 1:21 SA 9 Nguyễn Hữu Trí 10 Nguyễn Hữu Trí Ở đằng sau khoang miệng, trong hầu nước đi qua bờ bên trên bề mặt trao đổi không khí của mang, đồng thời máu 3. Ống khí trong các mạng mao mạch ở mang chảy theo hướng ngược lại gọi là trao đổi dòng ngược Môi trường cạn ở côn trùng là ống khí, các ống này mở ra ngoài qua lỗ thở. Các ống rỗng Không có dòng ngược về lý thuyết cá chỉ thu nhận được chứa đầy không khí phân nhánh trong một hệ 50% oxy hòa tan trong nước, còn với trao đổi dòng ngược nhau một vài loài cá có thể thu nhận tới 85% oxy thống các đường ống dẫn không khí rất nhỏ hòa tan trong nước. xuyên sâu vào trong cơ thể động vật. 23/02/2016 1:21 SA 23/02/2016 1:21 SA 11 Nguyễn Hữu Trí 12 Nguyễn Hữu Trí 2
3. 4. Phổi Ở lưỡng thê – bò sát – chim – thú là phổi. Phổi khác nhau về hình dạng và cấu trúc: Ở ếch nhái phổi là những túi nhỏ, thành nhẳn, bề mặt tương đối nhỏ. Bò sát có phổi phức tạp hơn, với bề mặt rộng hơn. Chim và động vật có vú có nhiều phế nang nhỏ làm tăng diện tích tiếp xúc. 23/02/2016 1:21 SA 23/02/2016 1:21 SA 13 Nguyễn Hữu Trí 14 Nguyễn Hữu Trí Phổi của lưỡng cư Ếch nhái, kỳ giông và cá phổi có những túi giống trái banh , thành nhẵn với bề Nhiều loài chim có khả năng chịu đựng được trạng thái trao đổi chất ở mức độ cao thậm chí trong điều mặt tương đối nhỏ để trao đổi khí kiện khắc nghiệt về oxy 23/02/2016 1:21 SA 15 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 16 Nguyễn Hữu Trí Chim hô hấp như thế nào? Chim hô hấp như thế nào? Hai phổi ở chim tương đối nhỏ và cĩ mơ xốp đặc. Tuy nhiên nĩ cịn thêm chín hay nhiều hơn túi khơng khí rỗng nối với phổi và chứa đầy trong khoang cơ thể. Những túi này giống như những trái banh làm nhẹ cơ thể và làm nơi dự trữ cho khơng khí sẽ tới phổi sau đĩ. Quá trình hô hấp của chim gồm hai chu kì. Chu kì 1: Khí hít vào được dẫn thẳng từ khí quản ra các túi sau và sau đó đi đến phổi. Chu kì 2: Không khí được dẫn từ phổi ra các túi không khí trước và sau đó được thở ra ngoài thông qua khí quản. Đường đi của khơng khí đi qua phổi luơn luơn theo một hướng, từ các túi sau ra các túi trước rồi ra ngồi. Do đĩ sự trao đổi O2 và CO2 xảy ra ở các mạch khơng khí nhỏ của phổi cả trong lúc hít vào và thở ra. 23/02/2016 1:21 SA 17 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 18 Nguyễn Hữu Trí 3
4. Các sắc tố hô hấp Hemoglobin • O2 có độ hòa tan thấp trong nước Vận chuyển oxy (~0,5 ml/100ml nước), do đó huyết Hemocyanin: tìm thấy ở huyết tương tương trong máu không thể mang đủ của động vật chân đốt và thân mềm (Cu) O2 thõa mãn cho tổng nhu cầu của Hemoglobin: Ở động vật có xương sống (Fe) các tế bào trong cơ thể, nếu sự trao đổi chất xảy ra ở mức cao. Để giải Vận chuyển carbon dioxid quyết vấn đề này các sắc tố hô hấp Huyết thanh (7%) đặc biệt chứa trong các tế bào máu. Hemoglobin (23%) Những phân tử này liên kết với O2 Bicarbonate ion (70%) một cách thuận nghịch. Myoglobin: dự trữ oxy ở cơ 23/02/2016 1:21 SA 19 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 20 Nguyễn Hữu Trí Sự thích nghi Hệ hô hấp ở người • Bao gồm: Phổi(lung) và một hệ thống ống dẫn khí kết nối các cấu trúc trao đổi khí với môi trường bên ngoài. 23/02/2016 1:21 SA 21 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 22 Nguyễn Hữu Trí Cơ quan hô hấp ở người Thanh quản (larynx) • Hình ống không đều, nối hầu với khí quản. Hệ hô hấp chia thành hai phần Bên trong lớp đệm có một số sụn thanh quản. chính: Các sụn lớn (sụn giáp, sụn nhẫn và phần lớn Phần dẫn khí (conducting sụn phễu) là mô sụn trong; các sụn nhỏ (nắp portion) gồm: khoang mũi, thanh thiệt, sụn chêm, sụn sừng và chóp sụn mũi họng, thanh quản, khí phễu) là mô sụn đàn hồi. quản, phế quản, các tiểu phế • Ngoài vai trò nâng đỡ ( duy trì ống dẫn khí, quản và tiểu phế quản tận. các sụn nói trên còn có vai trò van ngăn thức ăn hoặc dịch đi vào khí quản, ngoài ra chúng Phần hô hấp (respiratory còn tham gia hoạt động phát âm portion) gồm: các tiểu phế • Nắp thanh thiệt (Epiglottis): xuất phát từ bờ quản hô hấp, các ống phế thanh quản, kéo dài đến hầu. nang và phế nang. 23/02/2016 1:21 SA 23 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 24 Nguyễn Hữu Trí 4
5. Khí quản (Trachea) Thanh quản (larynx) • Niêm mạc lót trong thanh quản có nhiều tuyến chùm tiết dịch. Trên lớp tế bào thượng bì, có lông thịt làm rung động theo hướng từ bên trong ra bên ngoài để đẩy các vật lạ không cho rơi vào khí quản. • Niêm mạc thanh quản rất nhạy cảm, khi có vật lạ tiếp xúc sẽ gây ra các phản xạ ho để đẩy vật lạ ra ngoài. • Trong thanh quản có các dây âm thanh. Phát Khí quản gồm ba lớp âm là do khi thở ra, luồng không khí vượt Nhầy: được tạo bởi các tế bào hình chén biểu mô giả trụ qua khe thanh môn làm rung giây âm thanh. tầng có lông rung Dưới nhầy: gồm các mô liên kết Sự phát âm còn có sự tham gia của má, Mô ngoài: là lớp ngoài cùng, là sụn trong có dạng hình lưỡi, môi. chữ C 23/02/2016 1:21 SA 25 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 26 Nguyễn Hữu Trí Phế quản Đường đi của Thanh quản • Khí quản xuống đến ngang đốt sống ngực IV-V không khí Khí quản thì chia đôi thành phế quản trái và phải. • Mỗi phế quản dài khoảng 3 cm, phế quản trái Phế quản cấp I phải dài và hẹp hơn phế quản phải. Đến rốn phổi Phế quản cấp I trái phế quản phải lại chia 3, chạy vào 3 thùy phổi. Phế quản trái chia 2, chạy vào hai thùy phổi. Phế quản • Ở thùy phổi các phế quản lại phân nhánh nhỏ thùy chạy vào các tiểu thùy phổi gọi là các tiểu phế quản. Các tiểu phế quản lại phân nhánh vào các phế nang Phế quản 23/02/2016 1:21 SA 27 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 28 thùy Nguyễn Hữu Trí Đỉnh Phổi (Lung) Phổi Phổi trái phải trên • Gồm hai lá trái và phải. Phổi có hình trên chóp, đáy rộng và hơi lõm theo chiều Rốn cong của cơ hoành, phần đỉnh hẹp và nhô phổi lên phía trên xương đòn. Phổi • Hai lá phổi mềm, xốp và đàn hồi, là tập Phổi trái phải hợp của các phế nang và phế quản. Mổi lá dưới phổi nặng khoảng 400g. dưới Đáy Phổi phải có 3 thùy, phổi trái có 2 thùy 23/02/2016 1:21 SA 29 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 30 Nguyễn Hữu Trí 5
6. • Phổi (Lung) Màng phổi • Mỗi lá phổi được bọc kín bởi một màng sơ cấp, phần nằm sát mặt phổi gọi là lá tạng, phần lát mặt trong của lồng ngực gọi là lá thành. • Giữa hai lá là khoang gian màng, trong khoang có chứa các dịch làm trơn, giảm ma sát khi màng trượt lên Lá phổi trái bé hơn lá phổi phải do cung động mạch chủ vòng qua bên trái và tim cũng nằm lệch về phía nhau trong cử động hô hấp. bên trái. 23/02/2016 1:21 SA 31 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 32 Nguyễn Hữu Trí Phổi (Lung) Phế nang hô hấp Ống phế nang Túi phế nang 23/02/2016 1:21 SA 33 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 34 Nguyễn Hữu Trí Phế bào II Pneumocytes có dạng hình cầu và tạo ra Túi phế nang Phế nang surfactant, chiếm 3% • Túi phế nang có cấu trúc giống như chùm nho Phế bào I Pneumocytes là các tế bào cực mỏng, lót bề mặt phế nang, chiếm 97% 23/02/2016 1:21 SA 35 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 36 Nguyễn Hữu Trí 6
7. 2. Sự trao đổi khí Khi hít vào • Thể tích lồng ngực tăng lên theo ba chiều. Chiều trên-dưới tăng lên nhờ cơ hoành co. Khi hít vào, thể tích lồng ngực tăng, bụng phình ra do các cơ quan trong bụng bị dồn nén. Diện tích cơ hoành khoảng 250 cm2. Cơ hoành co cũng ảnh hưởng đến xương sườn và xương ức. • Khi hít vào theo nhịp bình thường, các cơ tham gia gồm có: cơ sườn, cơ bậc thang, cơ răng cưa sau và trên. • Khi hít vào cố sức, các cơ tham gia gồm có: cơ ức – đòn – chũm nâng xương ức, cơ răng cưa lớn, cơ ngực lớn, cơ ngực bé 23/02/2016 1:21 SA 37 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 38 Nguyễn Hữu Trí Khi thở ra Sự thông khí ở phổi • Các cơ hít vào giãn ra, lồng ngực trở lại thế nghỉ ngơi ban đầu. Thể tích lồng ngực giảm • Nhịp thở: làm cho phổi xẹp xuống, đẩy không khí ra ngoài. Sự giảm thể tích phổi còn do tính đàn • Nhịp thở (lần/phút) của người Việt hồi của chính nó. Nam: Nam 16 ±3, nữ 17 ±3. • Khi thở ra gắng sức một số cơ làm hạ thấp • Nhịp thở thay đổi theo trạng thái thêm xương sườn và đẩy cơ hoành lên cao hoạt động. Nhịp thở nhanh thay đổi hơn. Các cơ tham gia gồm có: cơ răng cưa bé trước – sau, cơ tam giác của xương ức, cơ theo trạng thái sinh lý. vuông thắt lưng, các cơ thành bụng nhơ cơ tréo to, tréo bé, cơ ngang, cơ thẳng to. 23/02/2016 1:21 SA 39 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 40 Nguyễn Hữu Trí Thể tích hô hấp Thể tích hô hấp • Thể tích khí cặn (Residual Volume RV ) • Khí lưu thông (Tidal Volume TV) – Thể tích khí tồn đọng trong phổi ở mọi thời điểm – Thể tích khí lưu thông vào hoặc ra khỏi phổi trong là 1200 mL. điều kiện thở bình thường ở người trưởng thành khoảng 500 mL. • Dung tích sống (Vital Capacity VC) • Khí dự trữ hít vào (Inspiratory Reserve Volume IRV) – Sau một lần hít vào bình thường (chưa thở ra) người – Là thể tích khí lớn nhất được thể ra sau khi có trưởng thành cũng có thể hít thêm cố sức với thể gắng hít vào hết sức tích khoảng 2500mL. VC = TV + IRV + ERV • Khí dự trữ thở ra (Expiratory Reserve Volume ERV) • Tổng dung lượng phổi (Total Lung Capacity TLC) – Sau một lần thở ra bình thường (chưa hít vào) người trưởng thành cũng có thể thở ra thêm với thể tích – Tổng thể tích khí mà phổi có thể chứa. khoảng 1500mL. TLC = VC + RV 23/02/2016 1:21 SA 41 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 42 Nguyễn Hữu Trí 7
8. Sự trao đổi khí ở phổi và mô 23/02/2016 1:21 SA 43 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 44 Nguyễn Hữu Trí Sự trao đổi khí ở phổi Tỉ lệ phần trăm các loại khí ở từng vị trí khác nhau O2 CO2 N2 H2O 78,6 Khí trời 20,84 0,04 0,5 2 Khí phế nang 13,6 5,3 74,9 6,2 Khí thở ra 15,7 3,6 74,5 6,2 Khí trong máu đến phổi 10-12 5,5-5,7 Khí trong máu rời phổi 18-20 5,0-5,2 23/02/2016 1:21 SA 45 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 46 Nguyễn Hữu Trí • Một chất khí ở thể tự do hay hòa tan trong Sự trao đổi khí ở phổi một chất dịch đều có áp suất riêng gọi là phân áp, nồng độ khí càng đậm thì phân áp • Sự trao đổi khí ở phổi gọi là hô hấp càng cao. ngoài. Đó là quá trình trao đổi khí ở các • Chất khí luôn khuếch tán tới nơi có phân áp phế nang va máu trong hệ thống mao cao sang nơi có phân áp thấp. mạch phân bố dày đặc trên màng của • Trong không khí đến phế nang – các phế nang đó. Sự trao đổi khí này PO2 = 104 mmHg – PCO2 = 40 mmHg thực hiện theo nguyên tắc khuếch tán. • Trong máu đến phổi Chiều khuếch tán phụ thuộc vào áp – PO2 = 40 mmHg suất riêng phần của các loại khí, chúng – PCO2 = 46 mmHg đi từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp • Sự chênh lệch áp suất riêng phần suất thấp hơn – ΔPO2 = 104 – 40 = 64 mmHg – Δ PCO2 = 46 – 40 = 4 mmHg 23/02/2016 1:21 SA 47 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 48 Nguyễn Hữu Trí 8
9. Sự trao đổi khí ở mô Sự trao đổi khí ở mô • Nhờ tim co bóp, máu được chuyển đến mô. Ở đây lại xảy ra sự trao đổi khí giữa máu trong mao mạch và mô. Quá trình trao đổi cũng theo nguyên tắc khuếch tán dựa vào sự phân áp của hai loại khí O2 và CO2 trong máu và mô. • Các phản ứng sinh học xảy ra cần rất nhiều O2, đồng thời thải ra rất nhiều CO2, làm cho phân áp khí O2 giảm thấp, chỉ còn khoảng 40 mmHg, còn phân áp khí CO2 đạt tới 45 – 46 mmHg. Trong khi • Trong máu đến các mô – PO2 = 102 mmHg – PCO2 = 40 mmHg • Trong mô – PO2 = 40 mmHg – PCO2 = 46 mmHg • Do vậy khí O2 khuếch tán từ máu vào mô và khí CO2 khuếch tán theo chiều ngược lại 23/02/2016 1:21 SA 49 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 50 Nguyễn Hữu Trí Sự vận chuyển O2 và CO2 3.Sự điều hòa hô hấp • Sự vận chuyển O2 và CO2 trong máu thông qua hai dạng là hòa tan và kết hợp. • Dạng hòa tan: • Chu kỳ thở theo nhịp bình thường • Khả năng hòa tan của O2 (2 - 3%)và CO2 trong huyết tương là rất nhỏ. Trong 100 ml máu có khoảng 0,18 ml ở người là tự động. Nhưng có một O2 và 0,2 ml CO2 hòa tan. • Dạng kết hợp: cơ chế điều hòa chu kỳ đó. • Oxy được vận chuyển trong máu ở dạng kết hợp với hemoglobin để tạo thành oxyhemoglobin (HbO2) (97 – 98%), 100 ml máu kết hợp được 20 ml O2. • CO2 có thể kết hợp với H2O của huyết tương, với H2O của hồng cầu, nhưng quan trọng nhất là kết hợp với hemoglobin để tạo thành carboxyhemoglobin (HbCO2), 100 ml máu kết hợp được 1,5 ml CO2. 23/02/2016 1:21 SA 51 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 52 Nguyễn Hữu Trí Các trung khu hô hấp Sự điều hòa thể dịch • Trung khu ở tủy sống: • Sự điều hòa thể dịch đối với hô hấp chủ – Sừng xám tủy sống của đốt cổ 3-4 phát các dây điều yếu thông qua áp suất riêng phần của O2 khiển cơ hoành. và CO2. – Sừng xám tủy sống ở đoạn ngực phát các dây điều • Cơ chế này điều hòa thông qua các tế bào khiển cơ liên sườn thụ cảm hóa học tại cung động mạch chủ, • Trung khu ở hành tủy và cầu Varol xoang đông mạch cảnh và trong hành tủy • có 4 trung khu hô hấp: có trung tâm nhạy cảm hóa học tiếp nhận – Trung khu hít vào và thở ra nằm ở đáy của não thất các xung từ các tế bào thụ cảm hóa học thứ 4, bên cạnh phần bút lông của hành tủy về. – Trung khu điều hòa hô hấp nằm ở cầu Varol 23/02/2016 1:21 SA 53 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 54 Nguyễn Hữu Trí 9
10. Vai trò của thần kinh phế vị Vai trò của thần kinh phế vị Bình thường các tế bào hít vào của trung khu Khi tiếp nhận xung của trung khu hít hô hấp hưng phấn một cách tự động, các xung vào, trung khu thở ra chuyển dần sang từ đây gửi xuống tủy sống kích thích các cơ trạng thái hưng phấn, đến khi nhận hít vào, gây ra tác động hít vào. tiếp xung từ phổi thì trung khu thở ra Đồng thời gửi đến trung khu thở ra và trung được hưng phấn hoàn toàn và gây ra khu pneumotaxic ở cầu Varol. Phổi căng lên tác động thở ra. Đồng thời cũng gởi và kích thích các thụ quan nằm trong phổi, từ xung sang trung khu hít vào để ức đây các xung hướng tâm theo dây số X về trung khu thở ra. chế. Động tác hít vào chấm dứt. 23/02/2016 1:21 SA 55 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 56 Nguyễn Hữu Trí Các yếu tố khác ảnh hưởng đến hô hấp Mô phổi người bình thường • Huyết áp: Khi huyết áp tăng thì hô hấp giảm và ngược lại. • Cảm giác đau: có thể gây ra thở nhanh, thở chậm hoặc ngừng thở phụ thuộc vào tính chất, cường độ, nguyên nhân, thời gian của cảm giác đau. • Nhiệt độ: nhiệt độ cao gây thở nhanh. Lạnh đột ngột làm ngừng thở một thời gian ngắn rồi sau đó thở nhanh một thời gian. Mô phổi người hút thuốc lá • Ho và hắt hơi: màng nhầy khí quản, phế quản bị kích thích làm đẩy mạnh không khí ra ngoài lúc thanh quản đang đóng lại gây ra phản xạ ho. Khi màng nhầy khoang mũi bị kích thích, sẽ gây phản xạ co phế quản, hít vào sâu và chậm nhưng tiếp ngay sau là động tác thở ra nhanh và mạnh gây ra phản xạ hắt hơi 23/02/2016 1:21 SA 57 Nguyễn Hữu Trí 23/02/2016 1:21 SA 58 Nguyễn Hữu Trí 10