Giáo trình Sinh học động vật - Chương 4: Hệ vận động

Nội dung text: Giáo trình Sinh học động vật - Chương 4: Hệ vận động

1. ChươngChương III:III: HHệệ VVậậnn đđộộngng 1
2. HỆ VẬN ĐỘNG I. Khái quát về hệ vận động 1. Cấu trúc của hệ vận động 2. Cơ quan vận động II. Hệ xương 1. Chức năng của xương 2. Phân loại xương 3. Bộ xương người III. Hệ cơ 1. Phân loại cơ 2. Cơ chế phân tử của sự co cơ 3. Năng lượng co cơ 2
3. Khái quát về sự vận động  Một trong những đặc điểm đặc trưng của sinh vật là sự vận động.  Tùy vào môi trường sống mà mỗi nhóm động vật có những phương thức vận động khác nhau.  Hệ cơ vân phát triển đã giúp cho sự vận động trở nên phong phú, đa dạng.  Hệ cơ trơn giúp vận động các cơ quan nội tạng như hệ tiêu hóa, hô hấp, tuần hoàn, bài tiết 3
4. Cấu trúc của hệ vận động  Ở động vật bậc cao, hệ vận động gồm các hệ cơ quan chính sau đây tham gia:  Hệ thần kinh: điều khiển chung  Hệ xương: vừa có chức năng tạo hình dáng bộ khung của cơ thể, vừa cùng với hệ cơ thực hiện chức năng vận động.  Hệ cơ:  Cơ vân: co duỗi, giúp cơ thể di chuyển, thực hiện các quá trình sống, giúp sinh vật tồn tại và thích nghi với môi trường.  Cơ trơn: giúp nội tạng vận động.  Cơ tim: tim co bóp 4
5. Cơ quan vận động Phát triển tùy theo mức độ tiến hóa của sinh vật.  Chân giả: Ví dụ: Amip  Tiên mao: Ví dụ: Trùng roi Euglena  Tiêm mao: Ví dụ: Trùng đế giày Paramecium.  Chi bên: bắt đầu xuất hiện ở giun nhiều tơ (Polychaeta).  Tấm cơ chân: đặc trưng của động vật thân mềm (Mollusca).  Cánh: đặc trưng của côn trùng, chim.  Vây: cơ quan vận động của cá  Chân: động vật có xương sống tiến hóa ở trên cạn (lưỡng thê, bò sát, chim, thú) 5
6. Hệ xương 6
7. Chức năng của hệ xương  Di chuyển  Bảo vệ  Giá đỡ cho cơ thể 7
8. Chức năng của hệ xương  Tạo máu  Dự trữ 8
9. Phân loại hệ xương  Đối với giới động vật, chia làm 3 hệ xương:  Hệ xương thủy tĩnh  Hệ xương ngoài  Hệ xương trong 9
10. Phân loại hệ xương  Hệ xương thủy tĩnh: Là thứ dịch lỏng, có độ đậm đặc cao, không thể nén lại được, chiếm 40% - 70% khối lượng cơ thể sống và là chỗ tựa cho tất cả các cơ quan bên trong, các tế bào và các bào quan.  Ví dụ: Amip, giun đất, sứa 10
11. Phân loại hệ xương  Hệ xương ngoài: là lớp vỏ cứng bao bên ngoài cơ thể sinh vật.  Ví dụ lớp vỏ của các loài thuộc ngành chân khớp (Arthropoda), như giáp xác và côn trùng có bộ xương ngoài cấu tạo từ kitin.  Động vật có bộ xương ngoài không thể có kích thước lớn. 11
12. Phân loại hệ xương  Hệ xương trong: thường có ở động vật có xương sống và động vật da gai, là nơi bám của các cơ vận động.  Bộ xương bằng sụn hay bằng xương, tạo thành hệ thống khung chống đỡ bên trong cơ thể. 12
13. Bộ xương người  Bộ xương người dùng để chống đỡ; bảo vệ; di chuyển; tạo máu và dự trữ Ca, P.  Nơi 2 xương nối với nhau gọi là khớp. Có 3 loại khớp:  Khớp bất động  Khớp bán động  Khớp động 13
14. Khớp bất động  Là khớp mà 2 xương nối với nhau bởi mô liên kết hay mô sụn, giữa chúng không có khe hở. 14
15. Khớp bán động  Là khớp mà giữa 2 đầu xương thường có 1 đĩa sụn, làm hạn chế cử động của khớp. (Ví dụ: khớp đốt sống) 15
16. Khớp động  Là khớp nối các xương nhờ ổ khớp cho phép xương cử động dễ dàng.  Đầu các xương thường được bọc bằng lớp sụn và giữa có chất nhờn bao khớp (chất hoạt dịch), làm giảm ma sát khi cử động.  Bên ngoài bao khớp là dây chằng, nhờ đó mà xương không bị tuột khi cử động. 16
17. Phân loại xương  Bộ xương người gồm 206 chiếc  Chia làm 3 loại:  Xương dài: hình ống, giữa chứa tủy đỏ ở trẻ em, chứa mỡ vàng ở người trưởng thành (xương cánh tay, xương đùi, xương cẳng chân )  Xương ngắn: kích thước ngắn (xương đốt sống, xương cổ chân, cổ tay )  Xương dẹt: hình bản dẹt, mỏng (xương bả vai, xương cánh chậu, xương sọ ) 17
18. Phân loại xương Xương dẹt Xương dài Xương ngắn Xương ngắn 18
19. Cấu tạo xương dài Mô xương xốp Đầu Mô xương cứng trên Thân xương Tủy xương Mô xương cứng Đầu dưới Sụn trong Màng xương19
20. Bộ xương người  Bộ xương người chia làm 3 phần:  Hệ đầu  Hệ trục  Hệ đai và chi 20
21. Hệ đầu Gồm xương sọ và xương mặt  Xương sọ (Cranial bones): gồm 8 xương dẹp nối với nhau bằng khớp bất động, tạo thành hộp sọ, che chở cho não bộ. Xương đỉnh(2) Xương trán (1) Xương thái dương (2) Xương bướm (1) Xương sàng (1) Xương chẩm (1) 21
22. Hệ đầu  Xương mặt (Facial bones): 14 xương gồm hàm trên – hàm dưới, hợp với các xương thuộc nền sọ thành ổ miệng, ổ mắt và hố mũi. Xương lệ (2) Xương mũi (2) Xương xoăn mũi Xương lệ dưới (2) Xương gò má (2) Xương mũi Xương xoăn mũi giữa Xương hàm trên (2) Xương gò má Xương xoăn mũi dưới Xương hàm trên Xương khẩu cái (2) Xương lá mía Xương hàm dưới Xương lá mía (1) Xương hàm dưới (1) 22
23. Hệ trục Gồm có:  Cột sống  Xương sườn  Xương mỏ ác 23
24. Cột sống  Là trục của cơ thể, có dạng hình chữ S gồm 33 đốt xương ngắn, giữa 2 đốt có đĩa đệm là sụn sợi. Bao gồm:  7 đốt cổ  12 đốt ngực  5 đốt thắt lưng  5 đốt cùng  4 đốt cụt 24
25. Tính chất của đốt sống Thân đốt  Mỗi đốt sống có 3 phần Mõm ngang chính: thân đốt, cung đốt và Cung đốt mõm đốt (mõm gai, mõm ngang, mõm khớp). Lỗ ống sống Mõm khớp  Các đốt sống được liên kết Mõm gai với nhau bằng các khớp và các dây chằng. Mõm ngang  Các thân đốt khớp với nhau bằng đĩa sụn gian đốt sống. Mõm gai  Nhờ có các khớp mà ta có thể có các động tác cúi, ngửa, Lỗ gian nghiêng sang bên và vặn đốt sống người. 25
26. Đốt sống cổ  Hai đốt sống cổ đầu tiên là đốt đội (C1:Atlas) và đốt trục (C2: Axis), có hình dạng đặc biệt giúp đầu có thể chuyển động một cách thoải mái (xoay, gật) Mõm răng 26
27. Đốt sống ngực 27
28. Đốt sống thắt lưng 28
29. Đốt sống cùng và cụt Khớp trên Ống sống cùng Mặt bên Mào cùng giữa Lỗ cùng sau (lưng) Đốt sống cụt Khuyết cùng 29
30. Xương sườn – Xương mỏ ác  Xương sườn: 12 đôi, gồm có:  7 đôi sườn thật  3 đôi sườn giả  2 đôi sườn cụt  Xương mỏ ác (xương ức): là xương dẹt ở giữa, hình lưỡi kiếm 30
31. Xương sườn – Xương mỏ ác Xương mỏ ác Sườn thật (7) Sườn giả (3) 31 Sườn cụt (2)
32. Hệ đai và chi  Hệ đai:  Đai vai  Đai hông  Hệ chi:  Chi trên  Chi dưới 32
33. Hệ đai  Đai vai: gắn chi trên với bộ xương trục, gồm: Xương đòn (Clavicle) Xương bả vai (Scapula) Đai vai 33
34. Hệ đai  Đai hông: đỡ cho sức nặng ở phần trên cơ thể và tạo thành khớp với 2 chi dưới, gắn chi dưới vào hệ trục. Gồm 3 xương dính liền nhau tạo thành xương đai hông: xương chậu, xương mu và ngành dưới xương mu (xương cùng). Xương cùng Mào chậu Khớp cùng Hố chậu Xương chậu Lồi cùng Xương Bờ chậu cùng Xương Gai chậu cụt Xương mu Ổ cối Củ mu Ngành dưới xương mu Khớp mu 34
35. Xương chậu nam và nữ Xương chậu nam Xương chậu nữ 35
36. Hệ chi Gồm chi trên và chi dưới  Chi trên:  Xương cánh tay (Humerus) (1)  Xương ống tay (Forearm) (2)  Xương trụ (Ulna)  Xương quay (Radius)  Xương cổ tay (Wrist) (8)  Xương bàn tay (Metacarpal) (5)  Xương ngón tay (Phalange) (14) 36
37. Hệ chi  Chi dưới:  Xương đùi (Femur) (1)  Xương ống chân (2)  Xương chày (Tibia)  Xương mác (Fibula)  Xương cổ chân (Tarsal) (7)  Xương bàn chân (Metatarsal) (5)  Xương ngón chân (Phalange) (14)  Giữa xương đùi và xương ống chân có xương bánh chè (Patella) 37
38. Hệ cơ 38
39. Mô cơ (Muscular Tissue) Chia làm 3 loại:  Cơ vân  Cơ trơn  Cơ tim 39
40. Đặc điểm của mô cơ  Mô cơ là loại mô đã được biệt hóa rất cao để thực hiện chức năng vận động.  Mô cơ có nguồn gốc từ lá phôi giữa, riêng cơ bì có nguồn gốc từ lá phôi ngoài.  Đơn vị cấu tạo có thể là tế bào (cơ trơn, cơ tim) hoặc hợp bào (cơ vân). 40
41. Cơ vân (Skeletal muscle)  Cơ vân (cơ xương) bám vào xương và chịu trách nhiệm cho cử động của xương (trừ cơ thành bụng và cơ hoành).  Co mạnh, chóng mỏi và theo ý muốn.  Chiếm 50% khối lượng cơ thể. 41
42. Cấu tạo cơ vân  Cơ vân của động vật có xương sống bao gồm những bó sợi cơ dài chạy song song với chiều dài của cơ.  Sợi cơ vân có dạng hình ống, là dạng hợp bào, chiều dài từ 1 – 40mm, rộng từ 10 - 40µm. Mỗi hợp bào có màng chung bao bọc, bên trong màng có nhiều nhân hình gậy. 42
43. Cấu tạo cơ vân  Mỗi sợi cơ lại gồm nhiều sợi rất bé được gọi là tơ cơ (myofibril) được sắp xếp dọc sợi cơ.  Tơ cơ lại được cấu tạo từ 2 loại vi sợi (xơ cơ: myofilament): vi sợi mảnh và vi sợi dày. 43
44. Cấu tạo cơ vân  Vi sợi mảnh (Actin): có đường kính khoảng 5 – 7nm, gồm các protein điều hòa (tropomyosin) dạng sợi quấn xung quanh 2 chuỗi polypeptid (Actin F: gồm khoảng 400 phân tử actin G), cách khoảng 40nm có 1 troponin (troponin C, troponin T, troponin I) gắn vào. 44
45. Cấu tạo cơ vân  Vi sợi dày (Myosin): có kích thước lớn hơn (khoảng 10nm), được cấu tạo từ 150 – 360 phân tử myosin quấn vào nhau.  Cấu tạo phân tử myosin: gồm 2 sợi polypeptid xoắn lại, bao gồm một phần “đuôi” dài và một phần “đầu” tròn vươn ra ngoài. 45
46. Cấu tạo cơ vân  Trong tơ cơ, các vi sợi actin và vi sợi myosin xếp xen kẽ nhau tạo cho sợi cơ vân có tính đặc thù là cấu tạo vân ngang nhạt (đĩa I) và vân ngang đậm (đĩa A) xen kẽ nhau. 46
47. Cấu tạo cơ vân  Đĩa I chỉ gồm các vi sợi mảnh (actin), đĩa A gồm vi sợi dày (myosin) và cả vi sợi mảnh (actin). Trong đĩa A, vùng chỉ có gồm các vi sợi dày được gọi là vùng H. 47
48. Cấu tạo cơ vân  Mỗi đơn vị lặp lại gồm một đĩa A và hai nửa đĩa I được gọi là một tiết cơ (sarcomere) hay đơn vị co cơ. Các ranh giới của một tiết cơ được gọi là các vạch Z, là đường nối các vi sợi mảnh của đĩa I với nhau. 48
49. Cơ chế co cơ  Mô hình sợi trượt của hiện tượng co cơ  Cơ chế phân tử của co cơ Đặc tính hoạt động của cơ vân Kích thích dẫn đến co cơ Cơ chế phân tử của co cơ  Năng lượng co cơ 49
50. Mô hình sợi trượt  Các vi sợi sẽ trượt lên nhau theo chiều dọc của các sợi, làm tăng sự xen kẽ giữa các vi sợi. Đĩa I ĐĨa A Cơ nghỉ Vạch Đĩa I Đĩa A Z ½ Vùng H ½ Đĩa I Đĩa I Tiết cơ (Sacromere) co Đường Vạch ngắn khi co cơ Z Đĩa A không đổi M Cơ co Cả vùng H và đĩa I co ngắn lại, Actin và Myosin không thay đổi chiều dài 50
51. Mô hình sợi trượt  Sự trượt của các vi sợi dựa trên sự tương tác giữa các phân tử actin và myosin. 51
52. Đặc tính của cơ vân  Tính cảm ứng: khả năng nhận và đáp ứng với kích thích. Cơ vân > cơ tim > cơ trơn  Tính co rút: khả năng co ngắn lại khi nhận một kích thích thích hợp. 52
53. Kích thích dẫn đến co cơ  Đó là một điện thế hoạt động của neuron vận động truyền từ neuron này đến sợi cơ qua khe synapse giữa neuron vận động và sợi cơ. 53
54. Cơ chế hình thành điện thế hoạt động  Khi xung chạy đến synapse thần kinh – cơ, làm giải phóng chất trung gian hóa học Acetylcholin (Ach).  Ach tác động lên màng tế bào cơ, làm thay đổi tính thấm đối với ion Na+ xuất hiện điện thế hoạt động. 54
55. Cơ chế hình thành điện thế hoạt động  Điện thế này lan tỏa trong các tế bào cơ thông qua hệ thống ống T (chỗ gấp của màng sinh chất), đến lưới nội chất, nơi chứa Ca+, làm giải phóng Ca+ trong bào tương. 55
56. Cơ chế phân tử của co cơ  Khi sợi cơ ở trạng thái nghỉ, các vị trí gắn myosin trên vi sợi mảnh bị che khuất bởi tropomyosin.  Để sợi cơ co được thì những vị trí này phải được giải phóng khỏi tropomyosin.  Phức hợp troponin – Ca2+ giải phóng các vị trí gắn myosin. 56
57. Phức hợp Troponin – Ca2+ kéo tropomyosin Các vị trí ra, để lộ các vị trí gắn myosin gắn myosin bị che khuất bởi protein điều hòa tropomyosin 1. ATP bị thủy phân khi đầu myosin chưa được kết nối 4. Phân tử ATP mới bám vào 2. ADP + P được kết nối với đầu myosin làm cho đầu phân tử actin khi đầu myosin trở lại trạng thái nghỉ myosin gắn kết với actin 3. ADP + P giải phóng làm cho 57 đầu của myosin thay đổi vị trí và vi sợi actin di chuyển
58. Cơ chế phân tử của co cơ  Cứ như thế, một đầu tự do khác sẽ thủy phân một phân tử ATP mới và bám vào một vị trí bám mới trên phân tử actin khác tiếp theo trên vi sợi mảnh.  Mỗi một trong khoảng 360 đầu của vi sợi dày hình thành và tái sinh thành khoảng 5 cầu nối trong 1 giây, kết quả làm cho các vi sợi chuyển động trượt lên nhau.  Sự co cơ ngừng lại khi mạng lưới nội chất bơm Ca2+ ra khỏi bào tương, và tropomyosin che khuất vị trí bám của myosin của vi sợi mảnh. 58
59. Cơ chế phân tử của co cơ 59
60. Cơ chế phân tử của co cơ 60
61. Năng lượng co cơ  Lúc đầu, cơ sử dụng năng lượng từ ATP dự trữ. Liên kết ATP bị phá vỡ để giải phóng năng lượng Năng lượng này chỉ duy trì co cơ trong vòng 4 – 6 giây  Sau lần co cơ này, các con đường khác sẽ được sử dụng để sản xuất ATP. 61
62. Năng lượng co cơ  Con đường Phosphryl hóa trực tiếp  Tế bào cơ chứa creatine phosphat (CP)  CP là một phân tử cao năng  Sau khi sử dụng hết ATP, còn lại ADP  CP chuyển năng lượng đến ADP để phục hồi ATP  Duy trì co cơ khoảng 15 giây 62 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
63. Năng lượng co cơ  Con đường đường phân  Glycogen dự trữ được chuyển hóa thành glucose  Phản ứng phá vỡ glucose không cần O2  Glucose bị phá vỡ thành acid pyruvic và giải phóng ATP  Acid pyruvic được biến đổi thành acid lactic  Duy trì co cơ khoảng 30-60 giây 63 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
64. Năng lượng co cơ  Con đường đường phân  Phản ứng này không hiệu quả nhưng diễn ra nhanh Phải sử dụng một số lượng lớn glucose  Acid lactic được hình thành gây mỏi cơ 64 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
65. Năng lượng co cơ  Con đường hô hấp hiếu khí  Một loạt các phản ứng chuyển hóa xãy ra trong ty thể  Glucose bị phá vỡ thành CO2, H2O và giải phóng ATP  Đây là 1 phản ứng chậm và đòi hỏi cung cấp O2  Duy trì co cơ khoảng vài giờ 65 Copyright © 2003 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
66. Cơ trơn (Smooth muscle)  Phân bố chủ yếu ở thành các cơ quan rỗng. Ví dụ: thành mạch máu, thành ống tiêu hóa.  Gồm các tế bào riêng lẻ, không có vân ngang. Tế bào có dạng hình thoi, nhân nằm chính giữa, trong cơ chất có các tơ cơ và xơ cơ là các protein co rút.  Chiều dài sợi cơ trơn 20 - 500µm, đường kính lớn nhất 8 - 10 µm. Sợi cơ trơn dài nhất ở thành dạ con phụ nữ khi có thai là 500 µm. 66
67. Sự co cơ trơn  Cơ trơn co rút tương đối chậm và có thể duy trì thời gian co cơ lâu hơn cơ vân.  Một số cơ trơn co rút chỉ khi có sự kích thích từ neuron của hệ thần kinh tự động.  Những cơ trơn khác có thể sản sinh điện thế hoạt động không cần kích thích từ neuron tự động mà do sự dẫn truyền điện từ các tế bào cơ trơn khác. 67
68. Cơ tim (Cardiac Muscle)  Chỉ cấu tạo nên tim  Có tính tích điện  Các tế bào cơ tim có các kênh ion trong màng sinh chất, do đó dẫn đến sự giải phân cực màng khi không có tác động của hệ thần kinh.  Điện thế hoạt động của tế bào cơ tim kéo dài lâu hơn 20 lần so với các sợi cơ vân và đóng vai trò chủ đạo trong sự kiểm tra thời gian co rút của tim. 68