Cảm ứng ở động vật SVIP

I. Hình thức cảm ứng ở các nhóm động vật

Cảm ứng ở động vật là khả năng tiếp nhận và phản ứng lại với các kích thích từ môi trường bên ngoài cũng như bên trong cơ thể, đảm bảo cho động vật có thể tồn tại và phát triển. Khác với thực vật, động vật có tốc độ phản ứng nhanh hơn. Bên cạnh đó, mức độ, tính chính xác của cảm ứng và hình thức cảm ứng cũng thay đổi tuỳ từng nhóm động vật.

Cảm ứng ở động vật chưa có hệ thần kinh (động vật đơn bào): Động vật phản ứng lại với các kích thích của môi trường thông qua sự chuyển động của toàn bộ cơ thể hoặc sự co rút của chất nguyên sinh.

Ví dụ: Trùng roi xanh bơi về phía có ánh sáng để quang hợp, trùng biến hình bắt mồi bằng chân giả.

Cảm ứng ở động vật đã có hệ thần kinh (động vật đa bào): Động vật phản ứng lại với các kích thích của môi trường thông qua các phản xạ. Phản xạ là các phản ứng của cơ thể đáp trả lại các kích thích từ môi trường (bên trong hoặc bên ngoài) dưới sự điều khiển của hệ thần kinh. Tuỳ thuộc vào mức độ tiến hoá của hệ thần kinh mà các phản ứng diễn ra ngày càng nhanh và chính xác hơn.

Ví dụ: Thuỷ tức co cơ thể để phóng gai vào con mồi, con hươu bỏ chạy khi thấy kẻ thù.

II. Tế bào thần kinh và các dạng hệ thần kinh

1. Tế bào thần kinh

Hệ thần kinh được cấu tạo chủ yếu từ các tế bào thần kinh (neuron).

Thân neuron có cấu tạo như một tế bào nhân thực điển hình, các neuron trưởng thành thiếu đi trung thể nên chúng không có khả năng phân chia; sợi nhánh và sợi trục được cấu tạo từ màng sinh chất và tế bào chất. Riêng sợi trục có thể có hoặc không được bao bọc bởi bao myelin (có bản chất lipid nên có tính chất cách điện), khoảng cách giữa các bao myelin được gọi là eo Ranvier.

Thân neuron có chức năng dinh dưỡng, điều khiển hoạt động của neuron. Các sợi nhánh tiếp nhận tín hiệu từ các tế bào khác được chuyển giao qua synapse, tuỳ từng loại neuron mà có số lượng sợi nhánh khác nhau. Sợi trục có vai trò dẫn truyền xung thần kinh từ thân neuron ra ngoại biên đến các cơ quan đáp ứng; tận cùng sợi trục là các synapse thần kinh, đây là cầu nối giữa các tế bào thần kinh với nhau hoặc giữa tế bào thần kinh và các tế bào cơ hay tuyến.

Dựa vào chức năng, neuron được chia thành ba nhóm: Neuron cảm giác (neuron hướng tâm), neuron trung gian và neuron vận động (neuron li tâm).

2. Các dạng hệ thần kinh

Ở động vật đa bào, các tế bào thần kinh liên kết với nhau theo một phương thức nhất định tạo nên các dạng hệ thần kinh khác nhau.

a. Hệ thần kinh dạng lưới

Hệ thần kinh dạng lưới có ở các loài thuộc ngành Ruột khoang. Các tế bào thần kinh nằm rải rác khắp cơ thể và nối với nhau thành một mạng lưới thần kinh.

Khi các tế bào thần kinh bị kích thích sẽ hình thành xung thần kinh lan toả khắp cơ thể thông qua mạng lưới thần kinh và làm cho toàn bộ cơ thể phản ứng với kích thích. Chính vì điều này, phản ứng của con vật còn kém chính xác và tiêu tốn nhiều năng lượng.

b. Hệ thần kinh dạng chuỗi hạch 

Hệ thần kinh dạng chuỗi hạch có ở các nhóm động vật thuộc ngành Giun dẹp, Giun tròn, Giun đốt, Thân mềm, Chân khớp. Các tế bào thần kinh tập trung lại tạo thành các hạch thần kinh, nối với nhau bằng các sợi thần kinh tạo thành chuỗi hạch thần kinh nằm ở mặt bụng, có hạch não ở phía đầu. Mỗi hạch thần kinh đóng vai trò là một trung tâm điều khiển một vùng xác định của cơ thể.

Ở các loài động vật hoạt động tích cực (Thân mềm, Chân khớp), các hạch thần kinh phân hoá thành hạch não, hạch ngực và hạch bụng. Trong đó, hạch não phát triển hơn hẳn, có vai trò tiếp nhận thông tin từ các giác quan và điều khiển các hoạt động phức tạp của cơ thể. Nhờ có sự hình thành các hạch thần kinh mà động vật có khả năng phản ứng cục bộ đối với các kích thích, nên phản ứng diễn ra chính xác và tiết kiệm được năng lượng.

c. Hệ thần kinh dạng ống

Hệ thần kinh dạng ống có ở các loài động vật có xương sống (các lớp Cá, Lưỡng cư, Bò sát, Chim và Thú). Ở dạng này, các tế bào thần kinh tập trung lại với số lượng rất lớn tạo thành một ống nằm ở mặt lưng của con vật; phần đầu của ống phát triển mạnh thành não bộ, phần sau hình thành tủy sống.

Căn cứ vào cấu tạo, hệ thần kinh dạng ống được chia thành hai phần: Thần kinh trung ương và thần kinh ngoại biên. Não bộ phát triển và hoàn thiện dần trong quá trình tiến hoá của động vật và phân hoá thành năm phần với chức năng khác nhau gồm bán cầu đại não, não trung gian, tiểu não, não giữa và hành - cầu não. Ở động vật bậc cao, não bộ (đặc biệt là vỏ não) có vai trò quan trọng trong việc phân tích, đánh giá, ghi nhớ thông tin, tư duy trừu tượng,... là cơ sở hình thành nhiều tập tính phức tạp.

Trong hệ thần kinh dạng ống, các tế bào thần kinh có sự liên kết và phối hợp hoạt động ngày càng phức tạp và hoàn thiện; nhờ đó, các hoạt động của động vật ngày càng đa dạng, chính xác và hiệu quả.

III. Truyền tin qua synapse

1. Khái niệm và cấu tạo synapse

Synapse là vị trí tiếp nối giữa tế bào thần kinh với tế bào thần kinh, hay giữa tế bào thần kinh với loại tế bào khác (tế bào cơ, tuyến). Mỗi neuron có thể có hàng nghìn đến hàng chục nghìn synapse.

Ở động vật, dựa vào bản chất truyền tin qua synapse mà người ta chia thành hai loại là synapse hoá học và synapse điện. 

Cấu tạo của synapse gồm ba phần:

• Phần trước synapse (còn được gọi là chuy synapse) do phần tận cùng của sợi trục phình to tạo thành. Trong chuỳ synapse có bóng synapse chứa các chất trung gian hoá học có bản chất khác nhau (acetylcholine, noradrenalin,...) tuỳ từng loại synapse, mỗi synapse chỉ có một lượng chất trung gian hoá học nhất định. Trên màng trước synapse còn có các kênh Ca²⁺.
• Khe synapse là khoảng hở giữa màng trước synapse và màng sau synapse.
• Phần sau synapse là màng sinh chất của neuron hay của các tế bào cơ quan. Trên màng sau có chứa enzyme đặc hiệu để phân giải chất trung gian hoá học, thụ thể để tiếp nhận chất trung gian hoá học, mỗi thụ thể chỉ tiếp nhận một loại chất trung gian hoá học đặc hiệu.

2. Cơ chế truyền tin qua synapse hoá học

Khi xung thần kinh truyền đến chuỳ synapse sẽ làm màng tế bào thay đổi tính thấm đối với Ca²⁺, Ca²⁺ từ dịch mô tràn vào dịch bào qua kênh protein.

Dưới tác động của Ca²⁺, các bóng synapse trong chuỳ synapse dung hợp với màng trước synapse và giải phóng chất trung gian hoá học đi vào khe synapse bằng hình thức xuất bào. Các phân tử chất trung gian hoá học lập tức gắn vào các thụ thể ở màng sau synapse và làm thay đổi tính thấm của màng sau synapse, dẫn đến các kênh ion ở đây mở ra cho phép các ion chuyên biệt qua màng làm xung thần kinh được hình thành tại màng sau synapse, tiếp tục lan truyền dọc theo sợi thần kinh và cứ như thế cho đến cơ quan đáp ứng.

Sau khi xung thần kinh được hình thành và truyền đi, chất trung gian hoá học bị các enzyme phân giải và mất tác dụng. Các sản phẩm phân giải này có thể quay trở lại màng trước, đi vào chuy synapse và được sử dụng để tái tổng hợp trở lại chất trung gian hoá học.

Quá trình truyền tin qua synapse hoá học có một số đặc điểm: Thông tin chỉ được truyền theo một chiều từ màng trước sang màng sau và bị chậm lại khi đi qua synapse, có hiện tượng mỏi synapse khi neuron bị kích thích liên tục và có sự cộng gộp các kích thích.

IV. Cung phản xạ

1. Các thành phần của một cung phản xạ

Khi cơ quan thụ cảm (cơ quan tiếp nhận kích thích từ môi trường) bị kích thích, các xung thần kinh xuất hiện và được dẫn truyền theo một chiều từ cơ quan thụ cảm theo neuron cảm giác truyền về trung ương thần kinh (phân tích và xử lí thông tin), qua neuron trung gian sang neuron vận động đến cơ quan đáp ứng (cơ quan thực hiện các hoạt động trả lời các kích thích) được gọi là cung phản xạ.

2. Các dạng thụ thể và vai trò của thụ thể

Động vật có thể nhận biết được môi trường xung quanh là nhờ cảm giác mà các sự vật, hiện tượng gây ra cho chúng. Các cảm giác được các tế bào ở cơ quan thụ cảm tiếp nhận thông qua thụ thể. Mỗi tế bào cảm giác thường có một loại thụ thể đặc hiệu đối với một kích thích. Dựa vào bản chất của kích thích được tiếp nhận, người ta chia các thụ thể cảm giác thành năm loại: Cơ học, hoá học, điện từ, nhiệt, đau.

3. Vai trò của các giác quan trong cung phản xạ

a. Vị giác, khứu giác và xúc giác

b. Thính giác

Thính giác tiếp nhận và truyền đạt đến não các thông tin về dung lượng và cao độ của âm thanh. Nhờ đó, động vật có thể định hướng được con mồi, bạn tình, kẻ thù,...

Sóng âm truyền từ nguồn phát âm đến màng nhĩ nhờ vành tai và ống tai ngoài. Sự rung động của màng nhĩ được truyền qua chuỗi xương tai ở tai giữa đến cửa sổ bầu dục ở tai trong giúp âm thanh được khuếch đại (lên khoảng 1,3 lần), cũng như điều chỉnh việc truyền các âm có tần số thấp, bảo vệ tai khỏi các âm có cường độ lớn, giảm tạp âm,..

Âm thanh được truyền từ tai trong đến các thụ thể cảm nhận thính giác (là các tế bào có lông tập hợp tạo thành cơ quan Corti nằm trong ốc tai), rồi truyền về vùng cảm nhận thính giác ở vỏ não. Bên cạnh đó, tai còn có chức năng giữ thăng bằng cho cơ thể nhờ sự dịch chuyển của dịch lỏng trong các bộ phận của cơ quan tiền đình theo một hướng nhất định tuỳ vào cách di chuyển của động vật.

c. Thị giác

Thị giác là cơ quan cảm nhận kích thích ánh sáng, nhờ đó động vật có thể nhận biết được hình dạng và màu sắc của các vật.

Ánh sáng truyền từ các vật đi vào mắt thông qua giác mạc, thuỷ dịch, đồng tử, thuỷ tinh thể và dịch kính truyền đến các tế bào que và tế bào nón ở võng mạc. Các tế bào này phản ứng với kích thích ánh sáng và khởi phát xung thần kinh truyền đến các tế bào lưỡng cực. Từ tế bào lưỡng cực, xung thần kinh được truyền đến các tế bào hạch rồi theo các sợi thần kinh thị giác (xuất phát từ tế bào hạch) đến vùng cảm nhận thị giác ở vỏ não. Quá trình này có thể tham gia kiểm soát bởi tế bào ngang và tế bào amacrine.

4. Đáp ứng cơ xương trong cung phản xạ

Ở động vật có xương sống, mỗi sợi cơ được điều khiển bởi duy nhất một neuron vận động, tuy nhiên, mỗi neuron vận động có thể phân nhánh tạo nhiều synapse với nhiều sợi cơ khác nhau. Tập hợp một neuron vận động và tất cả các sợi cơ mà neuron đó điều khiển được gọi là một đơn vị vận động. Khi xung thần kinh được truyền từ trung ương thần kinh (tuỷ sống) qua neuron vận động đến cơ thì tất cả
các sợi cơ trong đơn vị vận động của nó đều co. Cường độ cọ cơ phụ thuộc vào số lượng sợi cơ mà neuron vận động chi phối.

V. Các loại phản xạ

Ở động vật có hệ thần kinh dạng ống, các phản xạ có thể đơn giản hoặc phức tạp tuỳ theo loài. Các phản xạ đơn giản thường là phản xạ không điều kiện do một số tế bào thần kinh nhất định tham gia. Dựa vào chức năng, phản xạ không điều kiện được chia thành: Phản xạ dinh dưỡng, phản xạ bảo vệ, phản xạ sinh dục, phản xạ định hướng,...

Ví dụ: Phản xạ tiết dịch tiêu hoá, hành động khoe mẽ ở các loài chim trong mùa sinh sản,... Các phản xạ phức tạp thường là phản xạ có điều kiện, có sự tham gia của một lượng lớn tế bào thần kinh, đặc biệt là các tế bào thần kinh ở vỏ não.

Phản xạ có điều kiện được hình thành do sự dẫn truyền xung thần kinh theo nguyên tắc ưu thế, từ trung khu tiếp nhận kích thích có điều kiện (hưng phấn yếu hơn) sang trung khu tiếp nhận kích thích không điều kiện (hưng phấn mạnh hơn) khi hai trung khu này hưng phấn cùng lúc. Kết quả là sự hình thành đường liên hệ thần kinh tạm thời giữa hai trung khu thần kinh khác nhau trên vỏ não. 

Ví dụ: Sự thành lập phản xạ tiết nước bọt ở chó khi có ánh sáng.

(a) Khi cho chó ăn, thông tin từ các thụ thể vị giác ở lưỡi sẽ truyền về trung khu phản xạ tiết nước bọt không điều kiện và làm trung khu này hưng phấn. Xung thần kinh xuất phát từ trung khu phản xạ tiết nước bọt truyền đến gây hưng phấn trung khu dinh dưỡng ở vỏ não và kích thích tuyến nước bọt tiết nước bọt.

(b) Khi bật đèn, ánh sáng được tiếp nhận bởi thụ thể thị giác ở mắt và thông tin được truyền về trung khu thị giác ở thuỳ chẩm (thuộc vỏ não) làm trung khu này hưng phấn.

(c) Trước tiên, đèn được bật gây hưng phấn trung khu thị giác, sau đó, chó được cho ăn để gây hưng phấn trung khu dinh dưỡng. Sự hưng phấn đồng thời ở hai trung khu này đã dần hình thành đường liên hệ thần kinh tạm thời từ trung khu thị giác đến trung khu dinh dưỡng. Quá trình này được lặp lại nhiều lần để củng cố đường liên hệ tạm thời.

(d) Sau khi đường liên hệ thần kinh tạm thời đã được hình thành, chỉ cần bật đèn thì chó sẽ tiết nước bọt.

Quá trình thành lập phản xạ có điều kiện cần có một số điều kiện sau:

• Có sự kết hợp giữa tác động của kích thích có điều kiện (tín hiệu: bật đèn) và tác nhân củng cố không điều kiện (thức ăn).
• Kích thích có điều kiện phải xuất hiện trước tác nhân củng cố không điều kiện.
• Tác nhân củng cố không điều kiện phải đủ mạnh về mặt sinh học.
• Kích thích có điều kiện phải có cường độ vừa phải, tối ưu.
• Não bộ phải tỉnh táo và hoạt động bình thường.

VI. Bảo vệ sức khỏe hệ thần kinh

1. Một số bệnh do tổn thương hệ thần kinh

2. Thuốc giảm đau và cơ chế tác dụng

Thuốc giảm đau chứa chất có tác dụng làm giảm cảm giác đau do bệnh hoặc các tổn thương gây ra. 

Mỗi loại thuốc giảm đau có tác dụng khác nhau, có thể tác động lên thần kinh trung ương hoặc thần kinh ngoại biên.

Ví dụ: Paracetamol và aspirin có tác dụng giảm đau do ức chế sự tổng hợp prostaglandin (một chất do các mô tổn thương, vùng dưới đồi tiết ra có tác dụng tăng cường cảm giác đau); morphine và oxycodone có tác dụng ức chế thụ thể ở màng sau, ngăn chặn quá trình truyền tin qua synapse nhờ đó làm giảm cảm giác đau. Bên cạnh đó, nếu sử dụng thuốc giảm đau không hợp lí cũng gây ra những hậu quả nghiêm trọng như gây nghiện, làm tổn thương gan và thận, viêm loét dạ dày, khó thở,...

3. Các biện pháp bảo vệ hệ thần kinh

Hệ thần kinh có thể bị tổn thương bởi nhiều nguyên nhân như thức quá khuya, làm việc quá mức, căng thẳng kéo dài, chế độ ăn uống không khoa học, lạm dụng các chất kích thích (thuốc lá, rượu, bia,...) và sử dụng ma tuý,...

Sử dụng các chất ma tuý (cocaine, heroine, cần sa, ma tuý tổng hợp,..) gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khoẻ con người, đặc biệt là hệ thần kinh. Trong giai đoạn đầu sử dụng, các chất này tạo cho con người cảm giác sảng khoái, hưng phấn, giảm căng thẳng và mệt mỏi. Tuy nhiên, sau nhiều lần sử dụng sẽ gây nghiện và lệ thuộc vào chúng. Nếu tiếp tục sử dụng, sức khoẻ sẽ bị giảm sút rõ rệt, thường xuyên mệt mỏi, căng thẳng, nhịp sinh học bị rối loạn, suy giảm trí nhớ và khả năng lao động, không làm chủ được bản thân dẫn đến có thể gây nguy hại cho bản thân, gia đình và xã hội. Sử dụng ma tuý quá liều có thể gây tử vong đột ngột.

Để hệ thần kinh được khoẻ mạnh cần có những biện pháp bảo vệ hệ thần kinh:

• Đảm bảo giấc ngủ hằng ngày hợp lí (ngủ đúng giờ, ngủ đủ giấc); có chế độ lao động và nghỉ ngơi hợp lí, tránh căng thẳng, mệt mỏi kéo dài.
• Không lạm dụng các chất kích thích, chất ức chế hoạt động của hệ thần kinh cũng như các loại thuốc giảm đau.
• Cần có chế độ ăn uống hợp lí, luyện tập thể dục thể thao.

1. Cảm ứng ở động vật chưa có hệ thần kinh được thực hiện thông qua sự chuyển động của cơ thể hoặc co rút của chất nguyên sinh. Cảm ứng ở động vật đã có hệ thần kinh được thực hiện thông qua các phản xạ. Phản xạ là các phản ứng của cơ thể đáp trả lại các kích thích từ môi trường dưới sự điều khiển của hệ thần kinh.

2. Tế bào thần kinh có cấu tạo gồm thân, sợi trục và các sợi nhánh. Các tế bào thần kinh có vai trò tiếp nhận, xử lí và truyền xung thần kinh trong hệ thần kinh. Ở động vật, có ba dạng hệ thần kinh: Dạng lưới, dạng chuỗi hạch và dạng ống.

3. Synapse là vị trí tiếp nối giữa tế bào thần kinh với tế bào thần kinh hoặc với tế bào khác (tế bào cơ, tế bào tuyến). Synapse có cấu tạo gồm phần trước synapse, khe synapse và phần sau synapse.

4. Quá trình truyền tin qua synapse: Xung thần kinh truyền đến chuy synapse làm cho Ca²⁺ đi vào trong tế bào; Ca²⁺ làm cho các bóng synapse dung hợp với màng trước và giải phóng chất trung gian hoá học vào khe synapse; chất trung gian hoá học gắn vào thụ thể ở màng sau synapse làm xuất hiện xung thần kinh ở màng sau và tiếp tục lan truyền đi.

5. Một cung phản xạ gồm: Cơ quan thụ cảm → neuron cảm giác → trung ương thần kinh có các neuron trung gian → neuron vận động — cơ quan đáp ứng (cơ xương,...).

6. Thụ thể cảm giác gồm các dạng: Cơ học, hoá học, điện từ, nhiệt, đau.

7. Ở động vật có các giác quan như vị giác, khứu giác, xúc giác, thính giác, thị giác; mỗi giác quan đóng vai trò nhất định trong quá trình cảm ứng ở động vật.

8. Phản xạ không điều kiện là các phản xạ bẩm sinh, không cần phải thông qua học tập. Phản xạ có điều kiện là các phản xạ được hình thành trong đời sống của cá thể, là kết quả của quá trình học tập, rèn luyện và rút kinh nghiệm, dễ thay đổi và có thể bị mất đi nếu như không được củng cố.

9. Cơ chế hình thành phản xạ có điều kiện dựa trên cơ sở hình thành đường liên hệ thần kinh tạm thời giữa trung khu tiếp nhận kích thích không điều kiện và trung khu tiếp nhận kích thích có điều kiện ở vỏ não khi hai trung khu này hưng phấn cùng lúc.

10. Khi hệ thần kinh bị tổn thương sẽ gây ảnh hưởng đến các hoạt động sống như mất nhận thức, vận động kém, mất cảm giác,...

11. Cơ chế tác dụng của thuốc giảm đau: Ức chế sự tổng hợp chất gây cảm giác đau, ức chế thụ thể ở màng sau synapse, ngăn chặn quá trình truyền tin qua synapse.

12. Để bảo vệ sức khoẻ hệ thần kinh, cần phải ngủ đủ giấc; có chế độ lao động, nghỉ ngơi và dinh dưỡng hợp lí; luyện tập thể dục thể thao; không lạm dụng các chất kích thích và không sử dụng ma tuý...