Ghi chép Học thuật Y khoa: Sinh lý học Học phần I (Đại học Y Hà Nội)

NHẬP MÔN SINH LÝ HỌC VÀ ĐẠI CƯƠNG CƠ THỂ SỐNG

• Định nghĩa và Đối tượng nghiên cứu:

  • Sinh lý học (Physiology): Là một ngành của sinh học, nhiệm vụ là nghiên cứu hoạt động chức năng của cơ thể sống, giải thích vai trò của các yếu tố vật lý và hóa học về nguồn gốc, sự phát triển và tiến hóa của sự sống từ sinh vật đơn bào (amip) đến phức tạp nhất (con người).

  • Sinh lý học người: Nghiên cứu chức năng của từng tế bào, cơ quan, hệ thống cơ quan trong mối liên lạc giữa chúng và với môi trường.

  • Sinh lý học y học: Nghiên cứu hoạt động chức năng cơ thể để đảm bảo tồn tại, phát triển bình thường và thích ứng môi trường. Đây là cơ sở giải thích các rối loạn bệnh lý và đề xuất biện pháp nâng cao sức khỏe.

• Vị trí của Sinh lý học:

  • Liên quan chặt chẽ với Hóa học, Vật lý học, Toán học, Môi trường học.

  • Trong y học: Liên quan mật thiết với Giải phẫu học, Mô học (hình thái quyết định chức năng và ngược lại), Hóa sinh học và Lý sinh học.

• Lịch sử phát triển:

  • Thời kỳ cổ xưa: Dựa trên luận thuyết huyền bí, linh hồn. Thế kỷ V TCN, Hippocrate đưa ra thuyết hoạt khí.

  • Thời kỳ phát triển khoa học tự nhiên (Thế kỷ XVI - nửa đầu XX): Servet tìm ra tuần hoàn phổi, Harvey phát hiện hệ thống tuần hoàn máu, Malpighi phát hiện tuần hoàn mao mạch phổi. Lavoisier giải thích bản chất hô hấp. Pavlov đưa ra học thuyết thần kinh điều hòa chức năng.

  • Thời đại sinh học phân tử (từ 1940): Phát minh cấu trúc xoắn kép DNA (Watson và Crick, 1953), mã di truyền, cơ chế tác dụng hormon.

• Phương pháp nghiên cứu:

  • In vivo: Nghiên cứu trên cơ thể toàn vẹn.

  • In situ: Tách rời cơ quan khỏi liên hệ thần kinh nhưng vẫn giữ nuôi dưỡng mạch máu.

  • In vitro: Tách tế bào/cơ quan nuôi dưỡng trong môi trường nhân tạo.

• Đặc điểm của sự sống:

  • Thay cũ đổi mới (Chuyển hóa): Gồm đồng hóa (tổng hợp chất) và dị hóa (phân giải chất giải phóng năng lượng).

  • Chịu kích thích: Khả năng đáp ứng với tác nhân (cơ, điện, hóa, nhiệt…). Ngưỡng kích thích là cường độ tối thiểu tạo đáp ứng. Gồm hưng phấn và ức chế.

  • Sinh sản giống mình: Diễn ra nhờ mã di truyền trên phân tử DNA, gồm mức tế bào và mức cơ thể.

NỘI MÔI VÀ ĐIỀU HÒA CHỨC NĂNG

• Khái niệm Nội môi (Milieu intérieur):

  • Được Claude Bernard đề xuất thế kỷ XIX. Nội môi là dịch ngoại bào bao quanh tế bào.

  • Thành phần dịch cơ thể: 56% trọng lượng người trưởng thành là dịch. Dịch nội bào chiếm 2/3, dịch ngoại bào chiếm 1/3 (gồm máu và dịch kẽ).

  • Sự khác biệt: Dịch ngoại bào chứa nhiều $Na^+$, $Cl^-$, $HCO_3^-$, oxy, glucose, acid amin, acid béo. Dịch nội bào chứa nhiều $K^+$, $Mg^{++}$, $PO_4^{---}$.

  • Hằng tính nội môi (Homeostasis): Sự duy trì ổn định nồng độ các chất trong dịch ngoại bào (do Cannon đề xuất).

• Các hệ thống tham gia hằng tính nội môi:

  • Hệ thống tiếp nhận, tiêu hóa, chuyển hóa: Hệ tiêu hóa (glucose, acid amin), hệ hô hấp ($O_2$), gan (thay đổi thành phần hóa học), hệ cơ.

  • Hệ thống vận chuyển: Máu chu chuyển trong hệ mạch và trao đổi tại mao mạch.

  • Hệ thống bài tiết: Phổi ($CO_2$), thận (lọc urê, điều chỉnh ion), tiêu hóa (phân), da (mồ hôi, điều nhiệt).

• Cơ chế điều hòa chức năng:

  • Điều hòa bằng đường thần kinh: Thực hiện qua phản xạ (cung phản xạ gồm 5 bộ phận: bộ phận cảm thụ, đường truyền vào, trung tâm, đường truyền ra, bộ phận đáp ứng).

  • Điều hòa bằng đường thể dịch: Qua các chất hóa học hòa tan (khí máu, ion, hormon). Ví dụ: Hormon tuyến giáp điều hòa chuyển hóa, Insulin điều hòa glucose.

  • Cơ chế điều hòa ngược (Feedback):

    • Ngược âm tính: Phổ biến nhất. Tác dụng làm giảm khi yếu tố đang tăng hoặc ngược lại để đưa về mức bình thường. Ví dụ: Điều chỉnh nồng độ $CO_2$, huyết áp.

    • Ngược dương tính: Tác dụng làm tăng thêm yếu tố đang tăng (thường gây mất ổn định). Có ích trong các trường hợp: Đông máu, sổ thai, phát sinh điện thế hoạt động.

SINH LÝ TẾ BÀO VÀ MÀNG TẾ BÀO

• Cấu trúc màng tế bào:

  • Độ dày: $7.5$ đến $10.0 \text{ nanomet}$.

  • Lớp kép lipid: Gồm phospholipid và cholesterol. Đầu ưa nước (gốc phosphat/hydroxyl) quay ra ngoài, đầu kỵ nước quay vào nhau. Ngăn các chất tan trong nước nhưng cho phép chất tan trong mỡ ($O_2$, $CO_2$, rượu) đi qua dễ dàng.

  • Protein màng:

    • Protein xuyên: Tạo kênh (lỗ) cho ion khuếch tán hoặc protein mang (carrier) vận chuyển tích cực.

    • Protein rìa: Thường có hoạt tính enzym.

  • Áo glucid (Glycocalyx): Gồm glycoprotein và glycolipid tích điện âm, có chức năng dính tế bào, receptor gắn hormon và phản ứng miễn dịch.

• Chức năng vận chuyển qua màng:

  • Khuếch tán (Vận chuyển thụ động):

    • Năng lượng từ vận động nhiệt ngẫu nhiên.

    • Khuếch tán đơn thuần: Qua lớp lipid (chất tan trong mỡ) hoặc qua kênh protein (ion, nước). Các kênh có thể đóng mở do điện thế (voltage gating) hoặc chất kết nối (ligand gating).

    • Khuếch tán tăng cường (Khuếch tán thuận hóa): Cần protein mang, có giới hạn tốc độ tối đa ($V_{\text{max}}$). Ví dụ: Glucose, acid amin.

    • Thẩm thấu: Sự khuếch tán thực của nước từ nơi nồng độ nước cao sang thấp. Áp suất thẩm thấu do số lượng hạt phân tử quyết định.

  • Vận chuyển tích cực: Chuyển động ngược bậc thang điện hóa, cần cung cấp năng lượng (ATP).

    • Vận chuyển tích cực nguyên phát: Dùng năng lượng trực tiếp từ phân giải ATP. Ví dụ: Bơm $Na^+-K^+$ (đẩy $3 Na^+$ ra, nhận $2 K^+$ vào), bơm $Ca^{++}$.

    • Vận chuyển tích cực thứ phát: Dùng thế năng của bậc thang nồng độ ion đã có. Gồm đồng vận chuyển (cotransport - ví dụ: Natri-Glucose) và vận chuyển đổi chỗ (counter-transport - ví dụ: Natri-Hydro).

ĐIỆN THẾ MÀNG VÀ ĐIỆN THẾ HOẠT ĐỘNG

• Cơ sở vật lý:

  • Điện thế khuếch tán: Do sự phân ly các ion ($K^+$, $Na^+$) tạo ra.

  • Phương trình Nernst (tính lực điện động đơn ion):         $EMF\text{ (mV)} = \frac{\text{±} 61}{z} \times \text{log} \frac{C_i}{C_o}$

  • Phương trình Goldman (tính điện thế khi thấm nhiều ion): Phụ thuộc tính thấm (P) và nồng độ của $Na^+$, $K^+$, $Cl^-$.

• Điện thế nghỉ:

  • Giá trị: Xấp xỉ $-90 \text{ mV}$ ở sợi thần kinh lớn.

  • Nguồn gốc: Sự rò rỉ $K^+$ qua màng (tính thấm $K^+$ gấp 100 lần $Na^+$), đóng góp của bơm $Na^+-K^+$ ($-4 \text{ mV}$).

• Điện thế hoạt động:

  • Giai đoạn khử cực: Màng tăng vọt tính thấm với $Na^+$, $Na^+$ ùa vào tế bào, điện thế chuyển từ âm sang dương (có hiện tượng quá đà - overshoot).

  • Giai đoạn tái cực: Kênh $Na^+$ đóng, kênh $K^+$ mở rộng, $K^+$ khuếch tán ra ngoài, tái tạo trạng thái âm.

  • Hậu điện thế dương (Ưu phân cực): Điện thế trở nên âm hơn mức nghỉ sau khi tái cực.

  • Ngưỡng kích thích: Thường là mức $-65 \text{ mV}$. Tương tác feedback dương mở kênh $Na^+$ tạo đáp ứng "tất hoặc không".

CHUYỂN HÓA VÀ ĐIỀU NHIỆT

• Năng lượng liên kết hóa học: Phản ứng hóa học bẻ gãy liên kết cũ và tạo tổ hợp mới. Chuyển hóa tế bào luôn ở trạng thái thăng bằng động.

• Chuyển hóa Glucid:

  • Đường phân (Glycolysis): Xảy ra ở bào tương. 1 phân tử Glucose tạo 2 phân tử acid pyruvic + $2 \text{ ATP}$ (vô khí) hoặc $8 \text{ ATP}$ (hữu khí).

  • Chu trình Krebs: Xảy ra ở ti lạp thể. Chuyển acid pyruvic thành $CO_2$ và nguyên tử Hydro (vận chuyển đến chuỗi hô hấp).

  • Hiệu suất năng lượng: 1 mol Glucose giải phóng $686 \text{ kcalo}$, tổng hợp tối đa $38 \text{ ATP}$ (39\text{%} chuyển thành ATP, 61\text{%} thành nhiệt).

• ATP và Ti lạp thể: ATP là "đơn vị tiền tệ" năng lượng chung. Ti lạp thể (nhà máy điện) thực hiện phosphoryl hóa oxy hóa để tổng hợp ATP.

• Điều nhiệt:

  • Động vật hằng nhiệt (homoiotherme) giữ thân nhiệt trung tâm ổn định ở $37^{\text{o}}C$.

  • Sinh nhiệt: Do chuyển hóa cơ sở, co cơ, tác dụng của thyroxin và adrenalin.

  • Mất nhiệt: Tại da qua bức xạ (60\text{%}), dẫn nhiệt (18\text{%}), đối lưu và bay hơi nước (22\text{%} - một gam nước bay hơi lấy đi $0.58 \text{ kcalo}$).

  • Trung tâm điều nhiệt: Nằm ở vùng dưới đồi (Hypothalamus). Vùng trước thị nhậy cảm nóng, vùng sau tích hợp tín hiệu.

  • Chất gây sốt: Interleukin-1 do bạch cầu tiết ra tác động lên vùng dưới đồi làm nâng "điểm chuẩn" (set point) gây sốt.

SINH LÝ MÁU: HỒNG CẦU VÀ NHÓM MÁU

• Hồng cầu (Erythrocytes):

  • Hình thái: Hình đĩa lõm hai mặt, đường kính $7.5 \text{ μm}$. Số lượng: Nam $5.11 \text{ ± } 0.3 \text{ triệu/mm}^3$, Nữ $4.6 \text{ ± } 0.25 \text{ triệu/mm}^3$.

  • Chức năng: Vận chuyển Hemoglobin (Hb) để chở $O_2$ và một phần $CO_2$, đệm toan kiềm.

  • Sinh sản: Sinh ra từ tế bào gốc vạn năng trong tủy xương dưới tác động của Erythropoietin (90% do thận sản xuất khi thiếu oxy mô).

  • Nhu cầu dinh dưỡng: Vitamin $B_{12}$ và acid folic cần cho sự chín (sinh tổng hợp DNA). Thiếu hụt gây thiếu máu hồng cầu khổng lồ.

  • Đời sống: Trung bình $120 \text{ ngày}$. Bị tiêu hủy tại hệ võng nội mô (lách, gan), giải phóng Sắt (ferritin) và Bilirubin.

• Nhóm máu OAB:

  • Kháng nguyên (Ngưng kết nguyên): A và B trên màng hồng cầu.

  • Kháng thể (Ngưng kết tố): Anti-A và Anti-B trong huyết tương.

  • Nhóm O: Không kháng nguyên, có cả hai kháng thể.

  • Nhóm AB: Có cả hai kháng nguyên, không kháng thể.

• Nhóm máu Rh:

  • Kháng nguyên D là quan trọng nhất ($Rh^+$ nếu có D).

  • Tai biến: Hội chứng tăng nguyên hồng cầu bào thai do bất đồng mục Rh giữa mẹ ($Rh^-$) và con ($Rh^+$).

BẠCH CẦU VÀ MIỄN DỊCH

• Các loại bạch cầu: Bạch cầu hạt (trung tính, ưa toan, ưa kiềm), bạch cầu đơn nhân (mônô), bạch cầu lympho. Tổng số: $7000/mm^3$.

• Chức năng bảo vệ:

  • Bạch cầu trung tính và đại thực bào: Thực bào vi khuẩn nhờ khả năng xuyên mạch, chuyển động amip và hóa ứng động.

  • Bạch cầu ưa toan: Diệt ký sinh trùng và khử độc phản ứng dị ứng.

  • Bạch cầu ưa kiềm và dưỡng bào: Giải phóng heparin, histamin gây giãn mạch trong viêm và dị ứng.

• Hệ thống Miễn dịch:

  • Miễn dịch thể dịch (Tế bào B): Sản xuất kháng thể (IgG, IgM, IgA, IgD, IgE).

  • Miễn dịch tế bào (Tế bào T): Tế bào T hỗ trợ (Helper), T gây độc (Cytotoxic) và T áp chế (Suppressor). Tế bào T hỗ trợ tiết các Lymphokin điều hòa toàn bộ hệ thống.

  • Bổ thể (Complement): Phức hợp protein huyết tương giúp khuếch đại tác dụng hủy hoại vi khuẩn của kháng thể.

CẦM MÁU VÀ ĐÔNG MÁU

• Quá trình cầm máu:

  1. Co mạch (do phản xạ thần kinh và Tromboxan $A_2$).

  2. Hình thành nút tiểu cầu (ti tiểu cầu kết dính sợi collagen).

  3. Đông máu (hình thành cục máu đông).

  4. Tan cục máu đông và hình thành mô xơ.

• Cơ chế đông máu: Diễn ra qua 3 giai đoạn:

  • Giai đoạn 1: Hình thành phức hợp protrombinase (Đường ngoại sinh và nội sinh). Yếu tố $Ca^{++}$ tham gia hầu hết các bước.

  • Giai đoạn 2: Chuyển protrombin thành trombin.

  • Giai đoạn 3: Chuyển fibrinogen thành fibrin (mạng lưới giam giữ tế bào máu).

• Tiêu fibrin: Plasminogen chuyển thành Plasmin để tiêu hóa sợi fibrin, làm tan cục máu đông.

• Rối loạn lâm sàng: Vitamin K cần thiết cho gan tổng hợp yếu tố II, VII, IX, X. Hemophilia A (thiếu yếu tố VIII), Hemophilia B (thiếu yếu tố IX).

ĐIỀU HÒA TOAN KIỀM VÀ DỊCH CƠ THỂ

• Các loại dịch: Dịch kẽ (áp suất âm $-3 \text{ mmHg}$, cung cấp dinh dưỡng), dịch não tủy (đệm cho não, áp suất $100\text{-}200 \text{ mmH}_2\text{O}$), dịch nhãn cầu ($15 \text{ mmHg}$).

• Cân bằng Toan-Kiềm: pH máu bình thường $7.35\text{-}7.45$.

  • Hệ thống đệm: Hệ Bicarbonat ($NaHCO_3/H_2CO_3$), hệ Phosphat ($HPO_4^{--}/H_2PO_4^-$), và hệ Protein.

  • Hô hấp: Điều hòa qua thải $CO_2$ (nhanh). Tăng thông khí làm giảm acid (nhiễm kiềm hô hấp).

  • Thận: Bài tiết $H^+$, tái hấp thu $HCO_3^-$ và sản sinh $NH_3$ (chậm nhưng triệt để).

SINH LÝ TUẦN HOÀN: TIM

• Chu kỳ hoạt động tim (0,8 giây ở 75 lần/phút):

  • Nhĩ thu ($0.1 \text{ s}$): Đẩy 25% lượng máu xuống thất.

  • Thất thu ($0.3 \text{ s}$): Gồm thời kỳ co đẳng tích và thời kỳ tống máu (nhanh và chậm).

  • Tâm trương toàn bộ ($0.4 \text{ s}$): Thất trương đẳng tích, sau đó máu từ nhĩ đổ về thất nhanh.

• Tính chất cơ tim: Tính hưng phấn (có cao nguyên do kênh calci chậm), tính nhịp điệu (nút xoang dẫn nhịp), tính dẫn truyền và tính trơ có chu kỳ.

• Cơ chế Frank-Starling: Lưu lượng máu về tim càng nhiều, sợi cơ tim càng bị kéo dài, lực co bóp càng mạnh.

• Tiếng tim:

  • $T_1$ (Bùm): Đóng van nhĩ-thất, bắt đầu tâm thu.

  • $T_2$ (Tặc): Đóng van bán nguyệt, bắt đầu tâm trương.

HỆ MẠCH VÀ ĐIỀU HÒA HUYẾT ÁP

• Động học máu: Lưu lượng tỉ lệ thuận áp suất và tỉ lệ nghịch sức cản ($Q = P/R$). Công thức Poiseuille: Sức cản tỉ lệ nghịch với bán kính lũy thừa 4 ($r^4$).

• Huyết áp động mạch (BP): Bình thường $110/70 \text{ mmHg}$. Huyết áp hiệu số (hiệu giữa tâm thu và tâm trương) phản ánh hiệu suất tim.

• Renin-Angiotensin-Aldosteron:

  1. Huyết áp thấp kích thích thận tiết Renin.

  2. Renin biến đổi Angiotensinogen thành Angiotensin I.

  3. Men chuyển (tại phổi) tạo Angiotensin II gây co mạch mạnh.

  4. Angiotensin II kích thích vỏ thượng thận tiết Aldosteron giữ muối và nước.

• Phản xạ Baroreceptor: Cảm thụ áp tại xoang cảnh và cung động mạch chủ phát xung truyền về hành não gây giảm áp khi huyết áp tăng.

• Tuần hoàn địa phương:

  • Phổi: Chế độ áp suất thấp ($25/8 \text{ mmHg}$), mao mạch phổi nhạy cảm với nồng độ oxy (nơi thiếu oxy thì co mạch để dồn máu đến vùng giàu oxy).

  • Mạch vành: Nuôi dưỡng cơ tim chủ yếu trong thì tâm trương.

  • Não: Lưu lượng ổn định ($750 \text{ ml/phút}$), rất nhạy với sự thay đổi $CO_2$ và $H^+$ (tăng $CO_2$ gây giãn mạch não).

SINH LÝ HÔ HẤP

• Thông khí phổi:

  • Áp suất âm màng phổi: Giữ phổi luôn giãn nở theo lồng ngực. Bình thường $-4$ đến $-7 \text{ mmHg}$.

  • Chất hoạt diện (Surfactant): Do tế bào phế nang type II tiết, làm giảm sức căng mặt ngoài, ổn định kích thước phế nang.

  • Các thể tích thở: Thể tích lưu thông (TV = $0.5 \text{ l}$), Dung tích sống (VC = $4.1 \text{ l}$), Thể tích cặn (RV), Dung tích toàn phổi (TLC = $5.5 \text{ l}$).

• Vận chuyển khí:

  • Oxy: 97% gắn Hemoglobin dưới dạng HbO2. Đồ thị Barcroft hình S cho thấy hiệu suất nhường oxy cao nhất ở mức phân áp mô. Hiệu ứng Bohr: Nhiễm toan hoặc tăng $CO_2$ làm Hb nhường oxy dễ hơn.

  • Carbon dioxid: Vận chuyển dưới dạng hòa tan (7%), Carbamin (23%) và Bicarbonat (70%). Hiệu ứng Haldane: Oxy gắn vào Hb làm đẩy $CO_2$ ra khỏi máu.

• Điều hòa hô hấp:

  • Trung tâm hô hấp ở hành não và cầu não.

  • Vùng nhậy cảm hóa ở não cực kỳ nhậy với ion $H^+$ (gián tiếp qua $CO_2$ khuếch tán).

  • Cảm thụ hóa ngoại vi (tiểu thể cảnh): Phát xung khi $P_{O_2}$ máu động mạch giảm mạnh.

SINH LÝ TIÊU HÓA VÀ GAN

• Dạ dày: Bài tiết HCl (tế bào viền), pepsinogen (tế bào chính). Hormone Gastrin kích thích bài tiết. Cơ chế nhào trộn vị tráp và bơm môn vị đưa thức ăn xuống tá tràng.

• Tụy ngoại tiết: Bài tiết Trypsin, Amylase, Lipase và dịch kiềm $NaHCO_3$ trung hòa acid dạ dày.

• Mật: Chứa muối mật giúp nhũ tương hóa mỡ và hấp thu lipid qua hạt Mixen.

• Ruột non: Nơi hấp thu chủ yếu nhờ nhung mao và vi nhung mao. Glucose, acid amin đồng vận chuyển với $Na^+$. LIPID vận chuyển qua hệ bạch mạch dưới dạng Chylomicron.

• Gan:

  • Dự trữ glycogen, lipid, vitamin ($A, B_{12}$).

  • Tổng hợp protein huyết tương, đông máu.

  • Khử độc qua phản ứng liên hợp (liên hợp sulfat, glycin, acid glucuronic).