Cau truc & chuc nang mo co

SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG
Phần I: SINH LÝ HỌC NGƯỜI VÀ
ĐỘNG VẬT
Giảng viên: GVC. ThSĩ Nguyễn Thị Sáu
Khoa : Môi trường & CN Sinh học

TP.HCM, Tháng 3 năm 2010
HỆ CƠ
ĐẠI CƯƠNG: Cơ là một trong những mô quan trọng của cơ thể, có cấu tạo rất đặc biệt để đảm nhận chức năng co duỗi. Có 3 loại cơ :
           - Cơ vân : chiếm 2/5 trọng lượng cơ thể, màu đỏ Là những cơ bám vào xương, hoạt động theo ý muốn.
          - Cơ trơn: màu trắng, hoạt động ngoài ý muốn, tham gia cấu tạo các tạng, các tuyến và thành mạch máu.
          - Cơ tim: tạo nên quả tim
VAI TRÒ CỦA HỆ CƠ: Hệ cơ có một số chức năng chính sau:
        - Hệ cơ cùng với hệ xương làm thành cơ quan vận động giúp cho cơ thể di chuyển, vận động TDTT và thực hiện quá trình lao động.
        - Giúp cho các cơ quan trong cơ thể hoạt động như: đối với hệ tiêu hóa, hệ cơ giúp cho sự nghiền nát thức ăn; nhờ sự co duỗi của các cơ hô hấp, giúp hệ hô hấp đưa không khí  vào phổi; nhờ sự co bóp của cơ tim và cơ trơn ở mạch máu, giúp máu đi khắp cơ thể...
        - Hệ cơ là yếu tố quyết định hình dáng bên ngoài của cơ thể, biểu hiện sự khỏe mạnh hay gầy yếu cũng như các biểu lộ tình cảm như vui, buồn, giận dữ...
        - Hệ cơ còn giúp cơ quan phát âm phát ra tiếng nói
I Cấu trúc, chức năng cơ trơn
1. Cấu trúc của cơ trơn
Cơ trơn cấu tạo nên hệ cơ nội quan như ống tiêu hoá (thực quản, dạ dày, ruột), phế quản, bàng quang, niệu quản, niệu đạo, tử cung, thành mạch máu, cơ mống mắt, cơ mi, cơ dựng lông, các ống dẫn của các tuyến.
Cơ trơn của các cơ quan khác nhau thường rất khác nhau. Để đơn giản hoá có thể chia cơ trơn làm hai loại chính: cơ trơn nhiều đơn vị và cơ trơn một đơn vị. Cơ trơn nhiều đơn vị gồm nhiều sợi cơ trơn riêng rẽ, mỗi sợi hoạt động hoàn toàn độc lập, điều khiển bởi một tận cùng thần kinh độc lập. Ví dụ, cơ mi, cơ mống mắt, cơ dựng lông. Cơ trơn một đơn vị là loại cơ trơn mà toàn bộ khối lượng các sợi cơ cùng co đồng thời như một đơn vị duy nhất. Cơ trơn một đơn vị được gọi là cơ trơn hợp bào, thường gặp ở các thành của tạng rỗng như ruột, ống mật, niệu quản, tử cung, mạch máu, do đó cũng được gọi là cơ trơn tạng.
Cơ trơn được cấu tạo từ các sợi cơ trơn. Sợi cơ trơn là một tế bào kéo dài, hình thoi, có đường kính khoảng từ 2 đến 5 micromet và chiều dài từ 20 đến 500 micromet. Ở phần giữa tế bào có một nhân hình gậy, còn trong cơ tương dọc suốt tế bào có các tơ cơ mảnh, có cấu trúc đồng nhất nằm song song với nhau. Do đó, tế bào cơ trơn không có vân như các tế bào cơ vân. Các tơ cơ dày nằm ở các lớp ngoài của tế bào cơ được gọi là các tơ cơ ngoại biên. Dưới kính hiển vi điện tử thấy rõ trên tơ cơ có các vân ngang, nhưng những vân ngang đó không nhìn thấy dưới kính hiển vi quang học. Trong tế bào cơ trơn có một loại actomyosin khác với actomyosin ở cơ vân, đó là tonoactomyosin. Mặt ngoài của các tế bào cơ trơn nhiều đơn vị được bao phủ bởi một lớp mỏng giống màng đáy, là hỗn hợp của những sợi collagen và glycoprotein, có tác dụng tách rời các sợi cơ. Ở cơ trơn một đơn vị các màng tế bào cơ nối thông với nhau bởi nhiều khe nối qua đó các ion có thể vận chuyển tự do từ tế bào cơ này sang tế bào cơ kia và điện thế hoạt động cũng được truyền suốt tế bào cơ sang tế bào cơ lân cận làm cho các sợi cơ cùng co đồng thời.
2. Đặc điểm sinh lý của cơ trơn
Khác với cơ vân, các cơ trơn có tính dẻo dai và tính tự động. Cơ trơn có khả năng duy trì chiều dài khi kéo căng mà không bị thay đổi sức căng. Tính dẻo của cơ trơn có ý nghĩa rất lớn đối với hoạt động bình thường của nó trên thành của các cơ quan rỗng, ví dụ như bàng quang. Nhờ đặc điểm này mà áp lực trong bàng quang ít bị thay đổi theo mức chứa trong nó.Tính tự động của cơ trơn có thể quan sát thấy ở cơ trơn dạ dày, ruột, túi mật, niệu quản và của nhiều cơ quan khác. Bản thân cơ trơn có đặc tính tự động, tuy nhiên trong cơ thể cơ trơn vẫn nằm dưới ảnh hưởng của các xung phát ra từ hệ thần kinh truyền đến. Do đó, khác với cơ vân, ở cơ trơn có các dây thần kinh ức chế chuyên biệt, chúng có tác dụng làm ngừng co hay gây giãn cơ trơn.
Một tính chất đặc biệt nữa của cơ trơn là chúng rất nhạy cảm với một số chất hoá học, đặc biệt là các chất truyền đạt thần kinh như acetylcholin và noradrenalin. Acetylcholin là chất truyền đạt kích thích đối với các sợi cơ trơn của một số cơ quan, nhưng lại là chất truyền đạt ức chế đối với với các cơ trơn trong một số cơ quan khác. Khi acetylcholin kích thích một sợi cơ, noradrenalin thường ức chế sợi cơ đó và ngược lại. Ngoài ra, các sợi cơ trơn còn đáp ứng với nhiều chất khác, ví dụ như adrenalin, serotonin, histamin,… Adrenalin có tác dụng gây co cơ trơn mạch máu dưới da, làm giãn cơ trơn mạch vành, mạch não, làm giãn cơ trơn ruột non, dạ con, phế quản, bàng quang. Histamin gây co cơ trơn phế quản, gây giãn cơ trơn mạch máu. Oxytocin gây co cơ trơn tử cung. Pilocarpin gây co cơ trơn đồng tử, atropin gây giãn cơ đồng tử. Serotonin, vasopressin gây co cơ trơn thành mạch v.v…
3. Chức năng của cơ trơn
Cơ trơn có khả năng thực hiện các cử động tương đối chậm và co trương lực kéo dài. Cử động tương đối chậm thường có tính nhịp điệu, đó là cử động của cơ trơn cấu tạo nên thành của các cơ quan rỗng: dạ dày, ruột, các ống dẫn của các tuyến tiêu hoá, niệu quản, ống mật,… Các cử động đó, ví dụ như cử động quả lắc, cử động nhu động của ruột non bảo đảm cho sự dịch chuyển chất chứa trong các cơ quan đó.
Co trương lực kéo dài của cơ trơn đặc biệt thể hiện rõ ở các cơ thắt của các cơ quan rỗng. Sự co trương lực kéo dài của các cơ đó làm cản trở chất chứa đi ra từ các cơ quan đó. Nhờ đó mà có được sự tích tụ mật ở túi mật, nước tiểu trong bàng quang, sự hình thành phân ở trong ruột già,…Cơ trơn của thành các mạch máu, đặc biệt là các động mạch và tiểu động mạch thường xuyên ở trạng thái co trương lực. Sức trương của lớp cơ thành các động mạch điều hoà đường kính của chúng và như vậy nó điều hoà huyết áp và sự cung cấp máu cho các cơ quan.
 4. Sự co cơ trơn
Cơ trơn cũng chứa cả hai sợi actin và myosin, có những đặc trưng hoá học tượng tự, nhưng không hoàn toàn giống như các sợi của cơ vân. Các sợi actin và myosin của cơ trơn tác động qua lại với nhau để gây co cơ.
Sự khởi đầu quá trình co cơ và giãn cơ trơn đều chậm: cơ trơn điển hình bắt đầu co sau 50 đến 100 miligiây kể từ khi kích thích, cơ đạt đến trạng thái co hoàn toàn sau đó khoảng 0,5 giây rồi giảm lực co trong 1 đến 2 giây. Như vậy, toàn bộ thời gian co cơ là từ 1 đến 3 giây, dài hơn thời gian co đơn độc của một cơ vân trung bình khoảng 30 lần. Sự khởi đầu chậm và thời gian co cơ kéo dài là do các cầu nối của sợi myosin gắn vào và tách ra khỏi sợi actin đều chậm. Hơn nữa cơ chế ghép đôi kích thích - co cơ cũng chậm hơn nhiều so với cơ vân.
II. Cấu trúc, chức năng cơ vân
1. Cấu trúc của cơ vân
Cơ vân hay cơ xương gồm nhiều bó sợi xếp song song theo chiều dài của cơ. Mỗi sợi cơ là một tế bào có chiều dài từ 10 đến 40 mm, đường kính từ 10 đến 100 micromet, có nhiều nhân hình bầu dục, được bao bọc bởi màng sợi cơ (sarcolemma). Cơ tương (sarcoplasma) chứa nhiều tơ cơ (myofibril) nằm song song theo chiều dọc của sợi cơ và các bào quan khác. Bao quanh mỗi tơ cơ là một hệ thống ống (hệ thống T) mở ra ngoài sợi cơ. Mỗi sợi cơ được điều khiển bởi một tận cùng thần kinh duy nhất nằm ở khoảng giữa sợi cơ.
CẦU TẠO CƠ VÂN

I. Tế bào cơ trong bó cơ :  
1.Bắp cơ;  2.Bó sợi cơ; 
3. Nhân;   4.Tế bào cơ; 
5.Các tơ cơ;  6.Đĩa sáng; 
7. Đĩa tối; 

 II.  Tế bào cơ có các tơ cơ :
 8.Tơ cơ dày; 
 9.Tơ cơ mảnh
1). Màng sợi cơ
Màng sợi cơ gồm một màng tế bào thực sự gọi là màng sinh chất (plasma membrane) và một lớp vỏ mỏng bao bọc bên ngoài, lớp vỏ này chứa nhiều sợi collagen. Ở mỗi tận cùng của sợi cơ, lớp vỏ mỏng hoà màng với sợi gân. Sau đó các sợi gân tập trung thành từng bó để tạo ra gân của cơ và bám vào xương.
2). Tơ cơ
Trong cơ tương có rất nhiều tơ cơ. Mỗi sợi cơ chứa khoảng vài trăm đến vài ngàn tơ cơ. Mỗi tơ cơ lại gồm khoảng 1500 sợi myosin và 3000 sợi actin. Đó là những protein trùng hợp có tác dụng gây co cơ. Sợi myosin là sợi dày, sợi actin là sợi mỏng. Các sợi myosin và actin cài vào nhau một phần, làm cho tơ cơ có những giải tối và sáng xen kẽ nhau. Giải sáng chỉ gồm sợi actin gọi là đĩa I, có cấu trúc đồng hướng tính (isotrope). Giải tối chứa sợi myosin và các tận cùng của sợi actin cài vào giữa các sợi myosin. Giải tối gọi là đĩa A, có cấu trúc dị hướng tính (anisotrope). Ở phần giữa đĩa A có một vùng sáng gọi là vùng H. Từ hai bên của sợi myosin có những phần nhô ra gọi là những cầu nối ngang (cross - bridges). Chính sự tác động qua lại giữa các cầu nối này với các sợi actin đã gây ra sự co cơ. Những tận cùng của các sợi actin gắn vào vạch Z. Từ vạch Z, các sợi actin đi về hai phía và cài vào giữa các sợi myosin.Vạch Z đi qua tất cả tơ cơ và bám vào màng sợi cơ. Vạch Z có nhiệm vụ gắn các tơ cơ của sợi cơ lại với nhau làm cho sợi cơ cũng có những giải tối và sáng. Phần của tơ cơ nằm giữa hai vạch Z liên tiếp được gọi là đơn vị co cơ (sarcomere). Sợi myosin gồm nhiều phân tử myosin.
2. Những đặc tính và chức năng của cơ vân
Cơ vân là phần chủ động của bộ máy đỡ - vận động mà thành phần của nó bao gồm cơ vân, xương và gân. Kết quả hoạt động co của cơ vân xảy ra dưới ảnh hưởng của các xung động đi từ hệ thần kinh trung ương có thể dẫn tới sự di chuyển của cơ thể trong không gian, sự chuyển dời các bộ phận trong cơ thể tương đối với nhau và duy trì tư thế. Ngoài ra, một trong những kết quả của sự co cơ là sản sinh ra nhiệt, bởi vậy khi cơ làm việc giải phóng một lượng nhiệt rất lớn. Cơ vân ở người cũng như ở tất cả động có xương sống có các đặc tính chủ yếu sau đây: tính hưng phấn, tính dẫn truyền, tính co và tính đàn hồi.
Tính hưng phấn của cơ vân đó là khả năng đáp ứng lại tác dụng của các kích thích bằng sự thay đổi tính thấm của màng đối với các ion và điện thế màng. Trong điều kiện tự nhiên cơ hưng phấn dưới ảnh hưởng của các xung động thần kinh được truyền theo các dây thần kinh vận động đến cơ. Cơ hưng phấn khi kích thích trực tiếp hay gián tiếp lên cơ bằng các kích thích khác nhau như cơ học, nhiệt học, hoá học, dòng điện v.v…
Tính dẫn truyền của cơ vân đó là khả năng dẫn truyền điện thế hoạt động dọc theo toàn bộ sợi cơ. Tốc độ dẫn truyền hưng phấn của cơ ếch 3-4 m/giây, còn ở cơ của động vật đồng nhiệt là 12-13 m/giây.
Tính co của cơ vân đó là khả năng co hay thay đổi trương lực cơ khi hưng
Tính đàn hồi của cơ vân được thể hiện bằng khả năng chống lại sự biến dạng khi co và giãn để duy trì trạng thái ban đầu. Dưới tác dụng của một lực, cơ thay đổi hình dạng, ngừng tác dụng của lực, cơ trở về trạng thái ban đầu. Tính đàn hồi của cơ vân có giới hạn, quá giới hạn đó cơ không thể trở lại hình dáng ban đầu được nữa. Nếu cơ bị kéo dài quá 40% chiều dài của nó thì các vạch Z bị phá huỷ, cơ mất tính đàn hồi và chết. Bình thường, ở trạng thái nghỉ cơ luôn chịu sức kéo từ hai đầu bám của nó, nên cơ luôn ở trạng thái trương lực nhất định. Trạng thái trương lực này còn được duy trì nhờ có cơ chế điều hoà trương lực cơ từ phía hệ thần kinh trung ương.
3. Các kiểu co cơ
Theo sự thay đổi sức căng và chiều dài của cơ, người ta chia ra co đẳng trường và co đẳng trương.
Co cơ đẳng trường (osometric) là co cơ mà các sợi cơ không thể co ngắn lại, nhưng sức căng của cơ tức trương lực tăng lên.
Co cơ đẳng trương (isotonic) là sự co cơ, trong đó các sợi cơ ngắn lại, nhưng sức căng của cơ không thay đổi.
Trong cơ thể, các cơ có thể co cả đẳng trương và đẳng trường. Nhưng hầu hết co cơ là sự hỗn hợp của cả hai loại co. Khi đứng, người ta căng cơ tứ đầu để xiết chặt khớp gối và giữ cho chân cứng. Đó là co đẳng trường. Ngược lại, khi người ta nâng tự do một vật nhẹ bằng cơ nhị đầu, đó là co cơ đẳng trương. Co các cơ chân trong lúc chạy là sự hỗn hợp của co cơ đẳng trường và co cơ đẳng trương: co đẳng trường giữ cho chân cứng khi chân chạm lên mặt đất và co đẳng trương để chuyển động các chân.
Theo cách tác động vào cơ cũng như hình thức co, người ta chia ra co cơ đơn độc và co cứng.
1). Co cơ đơn độc
Kích thích trực tiếp lên cơ hoăc lên dây thần kinh vận động của cơ bằng một kích thích đơn lẻ với cường độ đủ mạnh sẽ gây ra co cơ đơn độc. Một lần co cơ đơn độc có 3 giai đoạn hay còn gọi là 3 pha: giai đoạn tiềm tàng, giai đoạn cơ co và giai đoạn cơ giãn.
Hình 10.2. Đường co cơ vân đơn độc
a: thời điểm kích thích; a-b: thời gian tiềm tàng;
b-c: thời gian co cơ; c-d: thời gian cơ giãn.
Đường dưới đồ thị co cơ là đường đánh dấu thời gian (0,01 giây).
2). Co cứng
Trong điều kiện tự nhiên các cơ vân trong cơ thể thường nhận từ hệ thần kinh trung ương không phải một xung động, mà một loạt các xung động nối tiếp nhau. Dưới ảnh hưởng của những loạt xung động như vậy sẽ gây ra co cơ mạnh và kéo dài, được gọi là co cứng.
Tùy thuộc vào tần số các xung kích thích sẽ nhận được co cứng răng cưa hay co cứng trơn.

Hình 10.3. Đồ thị ghi co cơ vân khi kích thích bằng các tần số khác nhau
Đồ thị co cơ đơn độc được biểu thị bằng đường cong ngắt quãng. Số trên các đồ thị là tần số kích thích. Kích thích bằng tần số 20-35 xung/giây gây ra co cứng răng cưa, còn bằng tần số 115 xung/giây gây ra co cứng trơn.
3. Cơ chế co cơ
Có nhiều thuyết về co cơ, nhưng thuyết được thừa nhận hiện nay là thuyết trượt và lồng vào nhau giữa các sợi actin và myosin làm cho đơn vị co cơ ngắn lại do Szent – Gyorgyi đề xuất. Căn cứ của thuyết trượt là sự thay đổi cấu trúc - hình dạng của myosin và sự tương tác giữa myosin và actin trong quá trình co cơ. Phân tử myosin tồn tại dưới hai dạng, đó là dạng bền vững và dạng không bền vững. Có hai dạng như vậy là vì trong phân tử myosin có chứa ATP và ATPase. ATP và ATPse đều mang điện tích âm, giữa chúng có một lực tĩnh điện đẩy nhau, làm cho chuỗi polypeptid ở một đầu của phân tử myosin có dạng duỗi thẳng, đó là dạng không bền. Khi có mặt của ion Ca++, ATP ở đầu tự do của chuỗi polypeptit gắn với ADP có trên phân tử actin làm mất điện tích âm và lực tĩnh điện giữa ATPase và ATP, nên chuỗi polypeptit sẽ có dạng xoắn là dạng bền vững.
4. Sự mệt mỏi của cơ
Sự mệt mỏi được hiểu là sự giảm tạm thời khả năng hoạt động của các tế bào, cơ quan và toàn bộ cơ thể. Sự mệt mỏi xuất hiện khi hoạt động và mất đi sau khi nghỉ ngơi. Cơ co mạnh và kéo dài sẽ dẫn đến tình trạng mệt cơ. Mệt cơ là do những biến đổi trong cơ gây ra bởi thiếu oxy và bởi sự tích luỹ các chất chuyển hóa trong cơ. Tuần hoàn máu có thể chống lai những biến đổi này, nhưng sự lưu thông của máu trong lúc cơ đang co có thể bị giảm vì khi cơ co, sức căng trong cơ tăng lên đè vào các mạch máu.Thực nghiệm cho thấy sự dẫn truyền xung động qua xinap thần kinh - cơ có thể bị giảm sau những hoạt động cơ kéo dài, do đó cũng làm giảm khả năng co cơ. Xinap thần kinh - cơ thường bị mệt sớm hơn so với cơ. Ngoài ra sự giảm hoạt động co của cơ còn liên quan tới sự mệt mỏi của các trung khu thần kinh điều hoà hoạt động của các cơ.