Sinh Học 11 Bài 17 Cảm Ứng Ở Động Vật

 BÀI 17: CẢM ỨNG Ở ĐỘNG VẬT

I. CÁC HÌNH THỨC CẢM ỨNG Ở ĐỘNG VẬT

1. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh lưới

- Gặp ở các loài động vật đối xứng tỏa tròn thuộc ngành Ruột khoang (ví dụ: thủy tức, sứa, san hô).

- Cấu tạo: Các tế bào thần kinh phân bố rải rác khắp cơ thể và liên kết với nhau bằng các sợi thần kinh tạo thành mạng lưới thần kinh.

- Đặc điểm phản ứng: Khi bị kích thích tại một điểm, xung thần kinh sẽ lan tỏa khắp mạng lưới làm toàn bộ cơ thể co lại. Phản ứng này tiêu tốn nhiều năng lượng và độ chính xác chưa cao.

Ví dụ thực tế: Khi dùng một chiếc kim nhọn chạm nhẹ vào một xúc tu của con thủy tức, toàn bộ cơ thể của nó sẽ ngay lập tức co rúm lại thành một khối tròn. Điều này là do mạng lưới thần kinh truyền tin đi khắp cơ thể, khiến tất cả các tế bào cơ biểu mô đồng loạt co rút để bảo vệ bản thân. 

2. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh chuỗi hạch

- Gặp ở động vật có cơ thể đối xứng hai bên thuộc ngành Giun dẹp, Giun tròn, Giun đốt, Thân mềm, Chân khớp.

- Cấu tạo: Các tế bào thần kinh tập hợp lại tạo thành các hạch thần kinh dọc theo chiều dài cơ thể. Các hạch này liên kết với nhau tạo thành chuỗi hạch thần kinh. Ở động vật Chân khớp, hạch đầu phát triển mạnh tạo thành não bộ.

- Đặc điểm phản ứng: Phản ứng mang tính chất cục bộ, chính xác hơn, nhanh hơn và tiêu tốn ít năng lượng hơn so với hệ thần kinh lưới.

Ví dụ thực tế: Khi ta chạm nhẹ vào một chân của con châu chấu, nó chỉ co chân đó lại hoặc nhảy đi chứ không co cứng toàn bộ cơ thể như thủy tức. Hạch thần kinh ở vùng ngực điều khiển trực tiếp hoạt động của chân bị kích thích, giúp phản ứng diễn ra nhanh và chính xác. 

3. Cảm ứng ở động vật có hệ thần kinh ống

- Gặp ở các loài động vật có xương sống (Cá, Lưỡng cư, Bò sát, Chim, Thú và Con người).

- Cấu tạo hệ thần kinh ống gồm hai phần chính:

+ Hệ thần kinh trung ương: Gồm não bộ (nằm trong hộp sọ) và tủy sống (nằm trong ống xương sống).

+ Hệ thần kinh ngoại biên: Gồm các hạch thần kinh và các dây thần kinh (dây cảm giác và dây vận động).

- Đặc điểm phản ứng: Hoạt động theo nguyên tắc phản xạ. Phản ứng cực kỳ nhanh, chính xác, đa dạng và hiệu quả nhờ sự phân tích và xử lý thông tin tinh vi của bộ não.

Ví dụ thực tế: Khi vô tình chạm tay vào một chiếc nồi đang nóng, tay chúng ta ngay lập tức rụt lại một cách cực kỳ nhanh chóng trước cả khi chúng ta kịp cảm thấy đau rõ rệt. Đây là phản xạ rụt tay được tủy sống điều khiển trực tiếp nhằm bảo vệ mô da không bị bỏng sâu. 

II. TẾ BÀO THẦN KINH

 1. Cấu tạo của neuron

- Tế bào thần kinh (neuron) là đơn vị cấu tạo và chức năng của hệ thần kinh.

- Cấu tạo một neuron điển hình gồm 3 phần chính:

+ Thân: Chứa nhân và các bào quan để duy trì hoạt động sống của tế bào.

+ Sợi nhánh (sợi thu): Tiếp nhận các thông tin kích thích truyền về cho thân neuron.

+ Sợi trục (sợi phát): Dẫn truyền xung thần kinh đi từ thân đến các tế bào khác. Cuối sợi trục phân nhánh tạo thành các chuỳ synapse. Sợi trục có thể có bao myelin (ngắt quãng bằng các eo Ranvier) hoặc không có bao myelin.

Ví dụ thực tế: Sợi trục của các neuron vận động điều khiển cơ chân của con người có thể dài tới hơn 1 mét (chạy từ tủy sống ở thắt lưng xuống tận các ngón chân). Nhờ cấu trúc dài này, tín hiệu điều khiển vận động được truyền đi liên tục và không bị gián đoạn giữa chừng. 

2. Chức năng của neuron

- Có chức năng tiếp nhận kích thích, tạo ra xung thần kinh và truyền xung thần kinh đến các tế bào khác. 

a) Điện thế nghỉ và điện thế hoạt động

- Điện thế nghỉ: Là sự chênh lệch điện thế giữa hai bên màng tế bào khi tế bào không bị kích thích (bên trong tích điện âm, bên ngoài tích điện dương). Trị số điện thế nghỉ ở tế bào thần kinh thường khoảng -70 mV.

- Điện thế hoạt động: Khi tế bào bị kích thích, điện thế nghỉ biến đổi nhanh chóng qua 3 giai đoạn liên tiếp: Khử cực (mất chênh lệch điện thế), Đảo cực (bên trong màng tích điện dương +30 mV, bên ngoài tích điện âm) và Tái phân cực (khôi phục lại trạng thái điện âm bên trong màng).

Ví dụ thực tế: Máy đo điện tâm đồ (ECG) tại các bệnh viện hoạt động bằng cách đo dòng điện thế hoạt động lan truyền qua các tế bào cơ tim và neuron tim. Các đường sóng nhấp nhô hiển thị trên màn hình chính là sự biến đổi điện thế của tim khi hoạt động co bóp. 

b) Lan truyền điện thế hoạt động

- Trên sợi thần kinh không có bao myelin: Điện thế hoạt động lan truyền liên tục từ vùng này sang vùng kế tiếp do sự khử cực, đảo cực và tái phân cực liên tiếp (tốc độ chậm, khoảng 3 - 5 m/s).

- Trên sợi thần kinh có bao myelin: Điện thế hoạt động lan truyền theo cách nhảy cóc từ eo Ranvier này sang eo Ranvier khác (tốc độ rất nhanh, khoảng 120 m/s) vì bao myelin có tính chất cách điện.

Ví dụ thực tế: Khi ta bị vấp ngón chân cái vào đá, ta ngay lập tức cảm nhận được va chạm cơ học (nhờ sợi cảm giác có bao myelin truyền tin nhanh lên não), sau đó một lát mới cảm thấy cơn đau nhức âm ỉ (do sợi truyền tin đau không có bao myelin dẫn truyền chậm hơn). 

III. SYNAPSE

 - Synapse là diện tiếp xúc giữa tế bào thần kinh với tế bào thần kinh hoặc giữa tế bào thần kinh với loại tế bào khác (tế bào cơ, tế bào tuyến).

- Gồm hai loại: Synapse hóa học (phổ biến ở động vật) và synapse điện.

 1. Cấu tạo của synapse

- Cấu tạo của một synapse hóa học điển hình gồm các bộ phận:

+ Chùy synapse: Chứa các ty thể và các túi chứa chất trung gian hóa học (như acetylcholine, noradrenaline, dopamine,...).

+ Màng trước synapse: Màng sinh chất của chùy synapse.

+ Khe synapse: Khoảng trống hẹp nằm giữa màng trước và màng sau.

+ Màng sau synapse: Chứa các thụ thể tiếp nhận chất trung gian hóa học và các enzyme phân hủy chất này.

Ví dụ thực tế: Dopamine là một chất trung gian hóa học tạo cảm giác sảng khoái và hạnh phúc. Khi chúng ta hoàn thành một mục tiêu học tập xuất sắc hoặc tập thể dục, não bộ giải phóng dopamine qua các synapse, giúp chúng ta cảm thấy vui vẻ và tràn đầy năng lượng tích cực. 

2. Truyền tin qua synapse

- Quá trình truyền tin qua synapse hóa học diễn ra theo 3 bước:

+ Bước 1: Xung thần kinh truyền đến chùy synapse làm mở kênh Ca²⁺, ion Ca²⁺ đi vào trong chùy synapse.

+ Bước 2: Ca²⁺ kích thích các túi chứa giải phóng chất trung gian hóa học vào khe synapse bằng con đường xuất bào.

+ Bước 3: Chất trung gian hóa học khuếch tán qua khe synapse, gắn vào thụ thể đặc hiệu ở màng sau làm xuất hiện điện thế hoạt động lan truyền đi tiếp.

- Lưu ý: Thông tin chỉ truyền đi theo một chiều từ màng trước sang màng sau vì chỉ màng trước mới có túi chứa chất trung gian hóa học, và chỉ màng sau mới có thụ thể tiếp nhận phù hợp.

Ví dụ thực tế: Thuốc xịt muỗi và côn trùng chứa chất ức chế hoạt động của enzyme phân hủy acetylcholine ở màng sau synapse. Khi côn trùng dính thuốc, acetylcholine không bị phân hủy, liên tục kích thích màng sau khiến cơ của côn trùng co liên tục, gây co giật dữ dội và tử vong.

 IV. PHẢN XẠ

 1. Khái niệm phản xạ và cung phản xạ

- Phản xạ: Là phản ứng của cơ thể trả lời các kích thích từ môi trường bên trong hoặc bên ngoài thông qua hệ thần kinh.

- Cung phản xạ: Là con đường mà xung thần kinh truyền từ bộ phận tiếp nhận đến bộ phận đáp ứng. Một cung phản xạ điển hình gồm 5 bộ phận:

+ (1) Bộ phận tiếp nhận kích thích (thụ thể cảm giác).

+ (2) Đường dẫn truyền hướng tâm (dây thần kinh cảm giác).

+ (3) Bộ phận trung ương (não bộ và tủy sống).

+ (4) Đường dẫn truyền li tâm (dây thần kinh vận động).

+ (5) Bộ phận đáp ứng (cơ hoặc tuyến).

Ví dụ thực tế: Khi bác sĩ dùng búa cao su gõ nhẹ vào gân bánh chè dưới đầu gối, chân chúng ta tự động đá về phía trước. Đây là phản xạ đầu gối giúp bác sĩ kiểm tra xem cung phản xạ tủy sống của bệnh nhân có hoạt động bình thường hay không. 

2. Các thụ thể cảm giác

- Thụ thể cảm giác là các tế bào hoặc đầu mút thần kinh chuyên hóa giúp cơ thể tiếp nhận kích thích từ môi trường.

- Phân loại và vai trò của các thụ thể: 

Loại thụ thể	Vai trò chính	Ví dụ minh họa thực tế
Thụ thể cơ học	Phát hiện các biến dạng cơ học (áp lực, va chạm, âm thanh, thăng bằng).	Thụ thể áp lực ở da giúp cảm nhận khi có ai đó vỗ nhẹ vào vai.
Thụ thể hóa học	Phát hiện các chất hóa học đặc hiệu, nồng độ các chất trong môi trường hoặc trong máu.	Thụ thể ở mạch máu phát hiện sự tăng nồng độ CO₂ để điều hòa nhịp thở.
Thụ thể điện từ	Phát hiện năng lượng điện từ (ánh sáng nhìn thấy, dòng điện, từ trường).	Các tế bào que và tế bào nón ở võng mạc mắt giúp cảm nhận ánh sáng và màu sắc.
Thụ thể nhiệt	Phát hiện sự thay đổi nhiệt độ nóng, lạnh của môi trường.	Thụ thể nhiệt dưới da giúp nhận biết nước trong bồn tắm ấm hay lạnh.
Thụ thể đau	Phát hiện tổn thương mô do tác nhân cơ học, hóa học hoặc nhiệt gây ra.	Cảm giác đau nhói dữ dội khi vô tình giẫm phải một chiếc đinh sắt.

 

3. Vai trò của cảm giác vị giác, khứu giác, xúc giác

- Vị giác: Giúp động vật lựa chọn loại thức ăn phù hợp, đảm bảo dinh dưỡng và tránh ăn phải các chất độc hại.

- Khứu giác: Hỗ trợ tìm kiếm thức ăn, phát hiện kẻ thù, tìm bạn tình hoặc nhận ra con non mới sinh.

- Xúc giác: Giúp cảm nhận các kích thích cơ học từ môi trường để có phản ứng tự vệ kịp thời.

Ví dụ thực tế: Con chó sử dụng khứu giác cực kỳ nhạy bén để ngửi và nhận diện mùi hương của chủ nhân từ khoảng cách rất xa, cũng như phát hiện thức ăn bị chôn giấu dưới đất. 

4. Thị giác

- Cơ quan thị giác là mắt, có chức năng tiếp nhận ánh sáng và chuyển tín hiệu đến vùng thị giác ở vỏ não để xử lý hình ảnh.

- Sơ đồ quá trình cảm nhận ánh sáng:

Ánh sáng từ vật → Hệ thống khúc xạ (giác mạc, thủy tinh thể) → Tế bào que và tế bào nón ở võng mạc → Dây thần kinh thị giác → Vùng thị giác ở thùy chẩm của vỏ não.

Ví dụ thực tế: Khi đột ngột bước từ phòng tối ra ngoài trời nắng gắt, đồng tử của mắt lập tức co nhỏ lại để hạn chế lượng ánh sáng mạnh đi vào mắt, tránh làm tổn thương các tế bào võng mạc nhạy cảm. 

5. Thính giác và giữ thăng bằng 

a) Tai và chức năng tiếp nhận âm thanh

- Cấu tạo tai gồm ba phần: Tai ngoài (vành tai, ống tai), tai giữa (màng nhĩ, chuỗi xương tai) và tai trong (ốc tai chứa các tế bào cảm giác có lông).

- Sơ đồ quá trình cảm nhận âm thanh:

Sóng âm → Màng nhĩ rung → Chuỗi xương tai dao động → Dịch ốc tai chuyển động → Tế bào có lông bị kích thích → Dây thần kinh thính giác → Vùng thính giác ở thùy thái dương của vỏ não.

Ví dụ thực tế: Khi nghe nhạc bằng tai nghe với âm lượng quá lớn trong thời gian dài, các tế bào có lông trong ốc tai sẽ bị tổn thương cơ học nghiêm trọng, dẫn đến suy giảm thính lực (bị lãng tai hoặc điếc vĩnh viễn). 

b) Tai và chức năng giữ thăng bằng

- Do cơ quan tiền đình (nang cầu, nang bầu dục và 3 ống bán khuyên) ở tai trong đảm nhận.

- Sự chuyển dịch của dịch lỏng trong các ống này kích thích tế bào có lông phát xung thần kinh truyền về tiểu não để điều chỉnh thăng bằng của cơ thể.

Ví dụ thực tế: Khi chúng ta chơi trò chơi xoay tròn nhiều vòng rồi dừng lại đột ngột, ta vẫn thấy trời đất quay cuồng và không thể đứng vững. Hiện tượng này xảy ra do dịch lỏng trong các ống bán khuyên vẫn tiếp tục chuyển động theo quán tính, liên tục kích thích tế bào có lông truyền tín hiệu sai lệch lên não. 

6. Phản xạ không điều kiện và phản xạ có điều kiện 

a) Đặc điểm của phản xạ không điều kiện và phản xạ có điều kiện

- Sự khác biệt giữa hai loại phản xạ được thể hiện qua bảng dưới đây:

 

Đặc điểm so sánh	Phản xạ không điều kiện (PXKĐK)	Phản xạ có điều kiện (PXCĐK)
Nguồn gốc	Bẩm sinh, di truyền từ thế hệ trước, sinh ra đã có.	Học tập, rèn luyện và rút kinh nghiệm, hình thành trong đời sống.
Tính chất	Rất bền vững, tồn tại suốt đời.	Dễ mất đi nếu không được thường xuyên củng cố (tập luyện).
Tác nhân kích thích	Tác nhân kích thích thích ứng (không điều kiện).	Tác nhân kích thích bất kỳ (kích thích có điều kiện).
Số lượng	Có giới hạn ở mỗi loài.	Vô hạn, tùy thuộc vào khả năng học tập của cá thể.
Trung ương điều khiển	Tủy sống, thân não (phần dưới của hệ thần kinh).	Có sự tham gia quyết định của vỏ não.

 

Ví dụ thực tế PXKĐK: Em bé mới sinh ra đã biết bú mẹ ngay lập tức mà không cần ai dạy bảo. Đây là phản xạ không điều kiện bẩm sinh giúp em bé duy trì sự sống.

Ví dụ thực tế PXCĐK: Nghe tiếng chuông reo báo hiệu hết giờ học, học sinh nhanh chóng thu dọn sách vở vào cặp. Đây là phản xạ có điều kiện được hình thành sau nhiều lần lặp đi lặp lại trong môi trường học đường. 

b) Phân loại phản xạ không điều kiện

- Gồm: Phản xạ sinh dưỡng (bú, nuốt, tiết nước bọt), phản xạ tự vệ (co tay khi bị đau), phản xạ sinh dục, phản xạ vận động, phản xạ định hướng,... 

c) Điều kiện hình thành phản xạ có điều kiện

- Phải có sự kết hợp giữa kích thích có điều kiện (tín hiệu trung tính như tiếng chuông, ánh sáng) và kích thích không điều kiện (như thức ăn, dòng điện).

- Kích thích có điều kiện phải tác động trước hoặc đồng thời với kích thích không điều kiện ít giây. Quá trình kết hợp này phải được lặp đi lặp lại nhiều lần. 

d) Cơ chế hình thành phản xạ có điều kiện

- Thực chất là sự hình thành đường liên hệ thần kinh tạm thời trên vỏ não nối liền giữa vùng cảm nhận kích thích có điều kiện và vùng cảm nhận kích thích không điều kiện. 

V. MỘT SỐ BỆNH DO TỔN THƯƠNG HỆ THẦN KINH VÀ CƠ CHẾ GIẢM ĐAU 

1. Bệnh do tổn thương hệ thần kinh

- Tổn thương thần kinh ngoại biên: Dẫn đến mất cảm giác hoặc mất khả năng vận động ở các vùng cơ thể tương ứng (ví dụ: tổn thương thần kinh thị giác gây mù).

- Tổn thương thần kinh trung ương: Tổn thương não bộ (do tai biến mạch máu não, chấn thương sọ não, nhiễm virus...) có thể dẫn đến liệt nửa người, mất ngôn ngữ, mất trí nhớ hoặc liệt hoàn toàn.

Ví dụ thực tế: Hiện tượng đột quỵ (tai biến mạch máu não) xảy ra khi một mạch máu nuôi não bị tắc nghẽn hoặc vỡ ra. Các tế bào não ở vùng đó bị thiếu oxy và chết đi, dẫn đến người bệnh đột ngột bị méo miệng, yếu liệt một bên tay chân hoặc mất khả năng nói. 

2. Cơ chế giảm đau của thuốc giảm đau

- Thuốc tác động lên hệ thần kinh trung ương (như Morphin, Codein): Có cấu trúc tương tự endorphin (chất giảm đau tự nhiên của cơ thể), liên kết với các thụ thể opioid ở não bộ để ức chế giải phóng các chất truyền tin hóa học gây cảm giác đau (như chất P, glutamic acid).

- Thuốc tác động lên hệ thần kinh ngoại biên (như Procaine, Novocaine): Thuốc gây tê làm giảm tính thấm của màng tế bào thần kinh đối với ion Na⁺, ngăn chặn quá trình khử cực của màng, do đó xung thần kinh cảm giác đau không thể hình thành và truyền đi.

Ví dụ thực tế: Khi đi nhổ răng ở phòng khám nha khoa, bác sĩ sẽ tiêm thuốc tê Lidocaine vào nướu của bạn. Thuốc này ngăn chặn sự hoạt động của các kênh Na⁺ trên sợi thần kinh cảm giác tại chỗ, khiến tín hiệu đau từ răng không thể truyền lên não bộ, giúp bạn không cảm thấy đau trong suốt quá trình nhổ răng. 

VI. BẢO VỆ HỆ THẦN KINH ĐỐI VỚI CHẤT KÍCH THÍCH 

- Hệ thần kinh rất dễ bị tổn thương bởi các chất gây nghiện và chất kích thích mạnh (Heroin, cocaine, nicotine trong thuốc lá, ethanol trong rượu bia,...).

- Tác hại của lạm dụng chất kích thích: Gây cảm giác sảng khoái giả tạo ban đầu, nhưng lâu dài sẽ hủy hoại các neuron thần kinh, giảm trí nhớ, gây ảo giác, hoang tưởng, rối loạn tâm thần và làm suy nhược cơ thể nghiêm trọng.

- Biện pháp bảo vệ hệ thần kinh: Tránh xa các chất gây nghiện, không lạm dụng chất kích thích, duy trì lối sống lành mạnh, ngủ đủ giấc (7 - 8 tiếng mỗi ngày), hạn chế căng thẳng trong học tập và cuộc sống.

Ví dụ thực tế: Việc thức khuya thường xuyên và lạm dụng nước tăng lực chứa hàm lượng caffeine cao để ôn thi có thể khiến hệ thần kinh luôn ở trạng thái kích thích quá độ. Hậu quả là sau đó học sinh dễ bị đau đầu, run tay, mất ngủ kéo dài và khả năng tập trung tiếp thu bài học bị suy giảm rõ rệt.