SINH HỌC 11 · Hệ thống nội môi và điều hoà nội tiết: trục hormone, hồi tiếp và thận
Đặc huấn hệ thống khái niệm Sinh học 11: cân bằng nội môi, trục dưới đồi, tuyến yên, tuyến đích, hồi tiếp âm và dương, định vị tổn thương từ tổ hợp nồng độ…
THPT AI LUKATO · SINH HỌC 11 · ĐẶC HUẤN HỆ THỐNG KHÁI NIỆM
Hệ thống nội môi và điều hoà nội tiết: trục hormone, hồi tiếp và thận
Cơ thể giữ máu và dịch mô ổn định bằng những vòng điều khiển có liên hệ ngược. Bài này gom ba vòng quan trọng nhất về một hệ thống: trục dưới đồi, tuyến yên, tuyến đích; chuỗi tín hiệu insulin; thận và cân bằng nước. Học xong, em tự định vị được tổn thương từ tổ hợp nồng độ hormone, dự đoán chiều biến động khi dùng thuốc hay cắt tuyến, đọc biểu đồ so với đối chứng và tính được lượng nước tiểu.
14 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 5 CÔNG CỤ LUKATO 8 DẠNG BÀI 2 CA MẪU 8 BÀI LUYỆN 3 BẬC MỌI SUY LUẬN ĐÃ KIỂM BẰNG MÁY
01 Bản đồ 02 Khái niệm 03 Công cụ 04 Dạng bài 05 Ca mẫu 06 Biến thể 07 Phòng luyện 08 Bẫy 09 Tổng kết 10 Tự kiểm tra
01 · TOÀN CẢNH
Bản đồ tư duy
Cả đơn vị chỉ xoay quanh một ý: một đại lượng của nội môi lệch khỏi điểm chuẩn thì một vòng điều khiển kéo nó về, và chính kết quả của vòng lại quay về báo cho vòng biết khi nào dừng . Ba cột của bản đồ là ba vòng như thế. Cột trái: trục hormone ba tầng và hồi tiếp. Cột giữa: hormone tác động lên tế bào qua thụ thể, điển hình là insulin. Cột phải: thận điều chỉnh nước và muối dưới lệnh của ADH và aldosterone.
Vì sao đơn vị này quyết định điểm ở mức chuyên
- Câu hỏi không cho sẵn tên bệnh, chỉ cho con số. Đề đưa ba nồng độ hormone hoặc một biểu đồ cột, rồi hỏi tổn thương ở đâu, thuốc tác động vào đâu. Cần quy tắc đọc tổ hợp: Bảng Ba Tầng và Thước 100 .
- Chiều biến động luôn bị đảo một lần ở đường hồi tiếp. Chặn một thụ thể ở tuyến yên làm hormone phía dưới giảm nhưng hormone phía trên lại tăng. Không có La Bàn Hồi Tiếp , học sinh hay đoán "tất cả cùng giảm".
- Thận là nơi mệnh đề sai được cài nhiều nhất (ADH tác động ở đâu, dịch loãng ở đoạn nào). Thước Thẩm Thấu trả lời bằng hai câu hỏi cho mỗi đoạn ống và một phép chia.
Mục tiêu năng lực: học xong em làm được những việc sau
- Mô tả cơ chế cân bằng nội môi bằng ba bộ phận và liên hệ ngược, cho một ví dụ cụ thể.
- Vẽ ba trục CRH, ACTH, cortisol; GnRH, FSH và LH, hormone sinh dục; TRH, TSH, thyroxine, kèm đường hồi tiếp âm.
- Từ tổ hợp cao, thấp của ba nồng độ, chỉ ra tầng tổn thương và nói được khi nào tổ hợp chưa đủ để kết luận.
- Dùng nghiệm pháp tiêm hormone giải phóng để phân biệt tổn thương vùng dưới đồi với tổn thương tuyến yên.
- Dự đoán chiều biến động của GnRH, FSH, estrogen khi dùng chất đối kháng thụ thể, chất ức chế buồng trứng hoặc tiêm estrogen và progesterone; giải thích vì sao sau mãn kinh FSH, LH tăng.
- Trình bày chuỗi insulin, thụ thể, IRS-1, GLUT4 và cơ chế acid béo tự do, DAG, PKC gây đề kháng insulin.
- Theo dõi nồng độ thẩm thấu dọc quai Henle, giải thích nhân đối lưu ngược dòng và đúng vị trí tác động của ADH.
- Tính thể tích nước tiểu tối thiểu từ lượng chất tan cần thải và nồng độ tối đa; giải thích vì sao động vật sa mạc có quai Henle dài.
02 · TÁM KHÁI NIỆM GỐC
Nền tảng khái niệm
Trong cả bài, ba chữ cái được dùng thống nhất: R là hormone giải phóng của vùng dưới đồi, T là hormone kích thích của tuyến yên, D là hormone của tuyến đích.
Khái niệm 1. Nội môi và cơ chế cân bằng nội môi
Định nghĩa Nội môi là môi trường bên trong cơ thể, gồm máu, bạch huyết và dịch mô, nơi tế bào trực tiếp trao đổi chất. Cân bằng nội môi là duy trì các điều kiện lí hoá của nội môi (nồng độ glucose, áp suất thẩm thấu, pH, thân nhiệt, huyết áp...) dao động trong một giới hạn hẹp. Cơ chế gồm ba bộ phận: bộ phận tiếp nhận (thụ thể) phát hiện thay đổi; bộ phận điều khiển (trung ương thần kinh hoặc tuyến nội tiết) xử lí và ra lệnh; bộ phận thực hiện (thận, gan, phổi, tim, mạch máu...) thay đổi hoạt động. Kết quả quay lại tác động lên bộ phận tiếp nhận: đó là liên hệ ngược .
Ví dụ đối lập Một vòi nước mở cố định chảy vào bể không có phao: mực nước tăng mãi vì không có gì báo "đủ rồi". Bể có phao: nước dâng, phao nâng lên, vòi khép lại. Nội môi hoạt động như bể có phao.
Hiểu lầm phổ biến. "Cân bằng nội môi là các chỉ số đứng yên." Sai. Các chỉ số luôn dao động; cân bằng nghĩa là dao động bị giữ trong giới hạn hẹp nhờ liên hệ ngược.
Khái niệm 2. Hormone, tế bào đích, thụ thể; chất chủ vận và chất đối kháng
Định nghĩa Hormone là chất do tuyến nội tiết tiết thẳng vào máu, được máu đưa khắp cơ thể nhưng chỉ tác động lên tế bào đích , tức tế bào có thụ thể đặc hiệu với hormone đó. Hormone tan trong nước gắn thụ thể trên màng; hormone steroid tan trong lipid đi qua màng, gắn thụ thể trong tế bào.
Nhóm · Ví dụ trong bài · Vị trí thụ thể
Hormone bản chất peptide, protein · CRH, GnRH, TRH, ACTH, FSH, LH, TSH, insulin, glucagon, ADH · Trên màng tế bào đích
Hormone steroid · cortisol, aldosterone, estrogen, progesterone, testosterone · Trong tế bào chất hoặc trong nhân
Chủ vận, đối kháng Chất chủ vận gắn thụ thể và gây tác dụng giống hormone. Chất đối kháng thụ thể gắn vào thụ thể nhưng không hoạt hoá nó, chiếm chỗ khiến hormone thật không gắn được: tế bào trở nên "mù" với hormone dù nồng độ hormone trong máu vẫn cao. Chất ức chế tuyến thì khác: nó làm tuyến tiết ít hormone đi, nên nồng độ hormone giảm thật.
Hiểu lầm phổ biến. "Chất đối kháng thụ thể làm giảm nồng độ hormone mà nó chặn." Sai. Nó chặn tác dụng , không phá huỷ hormone. Vì tác dụng bị chặn làm mất hồi tiếp âm, nồng độ chính hormone ấy thường còn tăng lên.
Khái niệm 3. Trục dưới đồi, tuyến yên, tuyến đích
Định nghĩa Vùng dưới đồi tiết hormone giải phóng (R) vào hệ mạch cửa dẫn thẳng tới thuỳ trước tuyến yên. Thuỳ trước tuyến yên đáp ứng bằng hormone kích thích (T) vào máu chung. T tới tuyến đích , làm tuyến này tiết hormone đích (D) . D vừa tác động lên các mô của cơ thể, vừa quay lại ức chế R và T.
Trục · R · T · Tuyến đích · D và tác dụng chính
Stress, chuyển hoá · CRH · ACTH · Vỏ tuyến thượng thận · cortisol: tăng đường huyết, chống viêm, giúp cơ thể chống chịu stress
Sinh dục · GnRH · FSH, LH · Buồng trứng, tinh hoàn · estrogen, progesterone (nữ); testosterone (nam)
Tuyến giáp · TRH · TSH · Tuyến giáp · thyroxine: tăng chuyển hoá, sinh nhiệt, cần cho sinh trưởng
Ví dụ đối lập ADH không đi theo mô hình ba tầng: ADH do tế bào thần kinh vùng dưới đồi tổng hợp, theo sợi trục xuống dự trữ ở thuỳ sau tuyến yên và được giải phóng thẳng vào máu. Không có "hormone giải phóng ADH", nên Bảng Ba Tầng không áp dụng cho ADH.
Hiểu lầm phổ biến. "Tuyến yên là tuyến chỉ huy cao nhất." Sai. Thuỳ trước tuyến yên nhận lệnh từ vùng dưới đồi và chịu hồi tiếp từ tuyến đích; nó là tầng giữa.
Khái niệm 4. Hồi tiếp âm và hồi tiếp dương
Định nghĩa Hồi tiếp âm : sản phẩm cuối của vòng tác động ngược, làm giảm độ lệch ban đầu. D cao thì R và T bị ức chế, D giảm về; D thấp thì sự ức chế yếu đi, R và T tăng, D tăng về. Hồi tiếp dương : sản phẩm làm tăng thêm chính quá trình sinh ra nó, khuếch đại tới khi một sự kiện kết thúc vòng.
Ví dụ đối lập Hồi tiếp âm: cortisol ức chế CRH và ACTH. Hồi tiếp dương: trước rụng trứng, estrogen do nang trứng tiết ra ở mức cao kéo dài lại kích thích vùng dưới đồi, tuyến yên, gây đỉnh LH đột ngột làm trứng rụng; khi chuyển dạ, cổ tử cung bị căng làm tăng oxytocin, oxytocin làm tử cung co mạnh hơn, căng hơn, cho tới khi thai sổ ra.
Hiểu lầm phổ biến. "Hồi tiếp âm là làm hormone giảm." Sai. Hồi tiếp âm chống lại độ lệch theo cả hai chiều: khi D thấp, chính hồi tiếp âm (bị yếu đi) làm R và T tăng .
Khái niệm 5. Trục sinh dục theo giới và theo tuổi
Định nghĩa Ở nữ, FSH kích thích nang trứng phát triển và tiết estrogen; LH làm trứng chín, rụng và biến nang thành thể vàng; thể vàng tiết progesterone và estrogen. Estrogen và progesterone ở mức cao ức chế ngược vùng dưới đồi và tuyến yên. Ở nam, LH kích thích tế bào kẽ trong tinh hoàn tiết testosterone; FSH cùng testosterone kích thích ống sinh tinh sản sinh tinh trùng. Testosterone cao ức chế ngược GnRH và LH; tế bào Sertoli tiết inhibin ức chế tuyến yên tiết FSH.
Theo tuổi Mãn kinh : buồng trứng không còn nang đáp ứng với FSH, LH, nên estrogen và progesterone giảm mạnh. Hồi tiếp âm gần như mất, vùng dưới đồi và tuyến yên không bị ức chế: GnRH, FSH, LH tăng cao . Đây đúng là dòng "tuyến đích giảm tiết" của Bảng Ba Tầng. Ở nam không có mốc ngừng đột ngột tương đương: tinh hoàn vẫn tiết testosterone và sinh tinh khi về già, chức năng chỉ giảm dần, nên không có bước nhảy lớn của FSH, LH như ở nữ.
Ví dụ đối lập Thuốc tránh thai phối hợp giữ estrogen và progesterone ở mức cao đều đặn: hồi tiếp âm mạnh, FSH và LH thấp, nang không chín, trứng không rụng. Mãn kinh và thuốc tránh thai cho FSH, LH đi hai chiều ngược nhau vì D đi hai chiều ngược nhau.
Hiểu lầm phổ biến. "Về già mọi hormone sinh dục đều giảm." Sai. Hormone của buồng trứng giảm, nhưng hormone của tuyến yên (FSH, LH) lại tăng vì mất hồi tiếp âm.
Khái niệm 6. Insulin, chuỗi tín hiệu và đề kháng insulin
Định nghĩa Khi glucose máu tăng, tế bào beta của đảo tuỵ tiết insulin ; khi glucose máu giảm, tế bào alpha tiết glucagon làm gan phân giải glycogen thành glucose. Ở tế bào cơ vân và tế bào mỡ, glucose đi vào chủ yếu qua GLUT4 , loại protein vận chuyển do insulin điều khiển. Chuỗi tín hiệu: insulin gắn thụ thể trên màng; thụ thể hoạt hoá gắn phosphate vào IRS-1 ; IRS-1 khởi động chuỗi kinase trung gian; kết quả là các túi chứa GLUT4 di chuyển tới và hoà vào màng; glucose đi vào tế bào, glucose máu giảm.
Đề kháng insulin Khi acid béo tự do trong máu cao kéo dài, tế bào cơ nhận vào nhiều hơn khả năng sử dụng; sản phẩm trung gian DAG (diacylglycerol) tích luỹ và hoạt hoá protein kinase C (PKC) . PKC gắn phosphate vào IRS-1 ở vị trí làm IRS-1 kém đáp ứng với thụ thể. Tín hiệu yếu, ít GLUT4 lên màng, glucose máu tăng; tuỵ tiết bù nhiều insulin hơn. Vì vậy đề kháng insulin điển hình có insulin máu cao . Bình thường insulin còn ức chế phân giải mỡ ở mô mỡ; giảm phân giải mỡ làm acid béo tự do đổ vào máu ít hơn, DAG trong tế bào cơ giảm, PKC bớt ức chế IRS-1: độ nhạy insulin hồi phục, nguy cơ đái tháo đường giảm.
Tình trạng · Mắt xích hỏng · Insulin máu lúc đói · Glucose máu · Tiêm insulin
Tế bào beta bị phá huỷ (đái tháo đường type 1) · Nguồn tiết insulin · THẤP · CAO · Đáp ứng tốt
Đề kháng insulin (nền tảng của type 2) · Thụ thể, IRS-1 hoặc GLUT4 · CAO · CAO hoặc bình thường cao · Đáp ứng kém
Hiểu lầm phổ biến. "Đề kháng insulin là thiếu insulin." Sai. Tế bào "điếc" với insulin nên tuỵ phải tiết nhiều hơn; insulin chỉ tụt khi tế bào beta kiệt dần.
Khái niệm 7. Quai Henle và cơ chế nhân đối lưu ngược dòng
Định nghĩa Dịch lọc ra khỏi ống lượn gần đẳng trương với máu (cỡ 300 mOsm/L) vì ở ống lượn gần nước được tái hấp thu cùng tỉ lệ với chất tan. Nhánh xuống quai Henle thấm nước , rất ít thấm muối: đi xuống vùng tuỷ ngày càng mặn, nước bị rút ra, dịch trong ống ưu trương dần , tới đáy quai đạt nồng độ của tuỷ trong (cỡ 1200 mOsm/L ở người). Nhánh lên không thấm nước ; NaCl đi ra (đoạn mỏng khuếch tán thụ động, đoạn dày vận chuyển chủ động), nên dịch nhược trương dần , rời quai chỉ còn cỡ 100 mOsm/L.
Đoạn ống · Nước · NaCl · Dịch trong ống
Ống lượn gần · Tái hấp thu nhiều · Tái hấp thu nhiều (cùng glucose, amino acid) · Thể tích giảm mạnh, vẫn đẳng trương
Nhánh xuống quai Henle · Thấm, nước đi ra · Rất ít thấm · Đặc dần: 300 → 1200
Nhánh lên quai Henle · Không thấm · Đi ra (đoạn dày: chủ động) · Loãng dần: 1200 → 100
Ống lượn xa, ống góp · Thấm theo ADH · Tái hấp thu Na + theo aldosterone · ADH cao: đặc tới mức tuỷ trong; ADH thấp: loãng
Nhân đối lưu Hai nhánh song song, dòng chảy ngược chiều. Muối nhánh lên bơm ra làm dịch kẽ tuỷ mặn thêm; dịch kẽ mặn rút nước từ nhánh xuống; dịch đặc ấy vòng lên nhánh lên, cấp thêm muối để bơm. Một chênh lệch nhỏ ở mỗi mức ngang được nhân lên theo chiều dọc thành gradient 300 tới 1200. Urea khuếch tán ra từ phần cuối ống góp góp phần làm tuỷ trong mặn hơn; mạch máu thẳng chạy vòng chữ U trao đổi ngược dòng nên không cuốn trôi gradient.
Hiểu lầm phổ biến. "Dịch loãng ra ở nhánh lên vì nước đi vào ống." Sai. Nhánh lên không thấm nước; dịch loãng ra vì muối đi ra còn nước ở lại.
Khái niệm 8. ADH, aldosterone và cân bằng nước, muối
Định nghĩa ADH (hormone chống bài niệu) được giải phóng khi áp suất thẩm thấu máu tăng (thụ thể thẩm thấu ở vùng dưới đồi) hoặc khi thể tích máu, huyết áp giảm. ADH làm tăng số kênh nước (aquaporin) trên màng tế bào ống góp và phần cuối ống lượn xa; nước theo gradient tuỷ đi ra, nước tiểu ít và đặc . Nhánh xuống quai Henle thấm nước sẵn, không cần và không chịu điều khiển của ADH. Aldosterone (vỏ tuyến thượng thận) được tiết nhiều khi huyết áp, thể tích máu giảm (qua hệ renin, angiotensin), làm tăng tái hấp thu Na + ở ống lượn xa và ống góp; nước đi theo muối.