Mục lục bài họcĐang ở d11-b1
Negative Feedback, the Kidney and Blood Glucose
Negative feedback
Homeostasis is the maintenance of a constant internal environment. It works by negative feedback: a receptor detects a change from the set point, a coordinator processes the information, and an effector brings about a response that reverses the change. Because the correction only starts after a deviation has occurred, the variable always oscillates gently around the set point rather than staying exactly on it. Positive feedback, by contrast, amplifies a change; it is rare and is used only where a process must go to completion, such as the sodium influx of an action potential.
The kidney
Blood is forced through the capillaries of the glomerulus under high pressure because the afferent arteriole is wider than the efferent one. This causes ultrafiltration: water, glucose, amino acids, urea and ions pass into the Bowman's capsule, while blood cells and plasma proteins are held back by the basement membrane, which acts as the true filter. In the proximal convoluted tubule all the glucose and amino acids are reabsorbed by co-transport with sodium ions, a process needing ATP, and the cells there have microvilli and many mitochondria. The loop of Henle sets up a gradient of high solute concentration in the medulla by a counter-current mechanism; a longer loop gives a steeper gradient and more concentrated urine, which is why desert mammals have very long loops.
Osmoregulation and blood glucose
When blood water potential falls, osmoreceptors in the hypothalamus trigger release of ADH from the posterior pituitary. ADH makes the walls of the collecting duct more permeable to water by inserting aquaporins, so more water is reabsorbed down the gradient created by the loop of Henle, and a small volume of concentrated urine is produced. Blood glucose is controlled by two hormones from the islets of Langerhans: insulin from $\beta$ cells lowers it by increasing uptake into cells and conversion to glycogen, and glucagon from $\alpha$ cells raises it by breaking glycogen down and by gluconeogenesis.
Phản hồi âm
Homeostasis là việc duy trì môi trường trong cơ thể ổn định. Nó chạy bằng phản hồi âm: một thụ thể phát hiện độ lệch khỏi điểm đặt, một trung tâm điều phối xử lý thông tin, và một cơ quan đáp ứng tạo ra phản ứng đảo ngược độ lệch đó. Vì việc sửa chỉ bắt đầu sau khi đã có độ lệch, giá trị luôn dao động nhẹ quanh điểm đặt chứ không nằm yên đúng trên nó. Ngược lại, phản hồi dương khuếch đại độ lệch; nó hiếm và chỉ dùng ở chỗ cần một quá trình chạy dứt điểm, ví dụ dòng natri tràn vào trong điện thế hoạt động.
Thận
Máu bị đẩy qua mao mạch cầu thận dưới áp suất cao, vì tiểu động mạch đến rộng hơn tiểu động mạch đi. Đó là siêu lọc: nước, glucose, amino acid, urea và ion đi vào nang Bowman, còn tế bào máu và protein huyết tương bị giữ lại bởi màng nền — bộ phận đóng vai màng lọc thật sự. Ở ống lượn gần, toàn bộ glucose và amino acid được tái hấp thu bằng đồng vận chuyển với ion natri, một quá trình cần ATP; tế bào ở đây có vi nhung mao và rất nhiều ti thể. Quai Henle dựng lên một vùng tuỷ thận có nồng độ chất tan cao bằng cơ chế ngược dòng; quai càng dài thì chênh lệch càng dốc và nước tiểu càng đặc — đó là lý do thú sa mạc có quai rất dài.
Điều hoà nước và đường huyết
Khi thế nước của máu giảm, thụ thể thẩm thấu ở vùng dưới đồi kích thích thuỳ sau tuyến yên tiết ADH. ADH làm thành ống góp thấm nước hơn bằng cách gắn thêm aquaporin, nên nhiều nước được tái hấp thu theo chênh lệch mà quai Henle đã dựng sẵn, và nước tiểu ra ít và đặc. Đường huyết do hai hormone từ đảo tuỵ điều khiển: insulin từ tế bào $\beta$ hạ đường huyết bằng cách tăng hấp thu vào tế bào và chuyển thành glycogen; glucagon từ tế bào $\alpha$ nâng đường huyết bằng cách phân giải glycogen và tạo glucose mới.
Dịch lọc trong nang Bowman chứa glucose ở nồng độ bằng nồng độ trong huyết tương, nhưng nước tiểu của người khoẻ mạnh không chứa glucose. Giải thích cơ chế, và giải thích vì sao người bị tiểu đường không kiểm soát lại có glucose trong nước tiểu.
Bước 1 — siêu lọc không chọn lọc theo chất. Màng nền chỉ chặn theo kích thước, nên nó giữ lại tế bào máu và protein huyết tương nhưng cho glucose đi qua tự do. Vì thế dịch lọc ban đầu chắc chắn có glucose.
Bước 2 — tái hấp thu ở ống lượn gần. Tế bào ống lượn gần bơm ion natri từ trong tế bào ra phía máu bằng bơm natri–kali, tiêu ATP. Nồng độ natri trong tế bào tụt xuống, tạo gradient để natri từ lòng ống đi vào qua protein đồng vận chuyển, và protein này chỉ cho natri vào khi mang theo một phân tử glucose.
Bước 3 — glucose ra máu. Glucose tích trong tế bào rồi khuếch tán tăng cường sang phía mao mạch. Ba đặc điểm hỗ trợ khâu này: vi nhung mao làm tăng diện tích, rất nhiều ti thể cấp ATP, và mao mạch chạy sát bên ngoài.
Vì sao bình thường sạch hết. Số protein đồng vận chuyển đủ để xử lý toàn bộ lượng glucose trong dịch lọc ở nồng độ đường huyết bình thường.
Vì sao tiểu đường thì không. Đường huyết quá cao nên lượng glucose trong dịch lọc vượt ngưỡng bão hoà của các protein đồng vận chuyển. Phần glucose không tìm được protein trống sẽ đi tiếp và xuất hiện trong nước tiểu. Glucose ở lại trong lòng ống còn hạ thế nước ở đó, nên nước cũng bị giữ lại theo — đó là lý do người bệnh đi tiểu nhiều và khát nhiều.
Một người chạy bộ dưới nắng và mất nhiều mồ hôi. Mô tả vòng phản hồi âm đưa thế nước của máu trở lại bình thường, nêu rõ thụ thể, trung tâm điều phối, cơ quan đáp ứng và cơ chế ở cấp tế bào.
Độ lệch ban đầu. Mất mồ hôi làm mất nước nhiều hơn mất chất tan, nên nồng độ chất tan trong máu tăng và thế nước của máu giảm.
Thụ thể. Thụ thể thẩm thấu ở vùng dưới đồi mất nước bằng thẩm thấu nên co lại; sự co đó là tín hiệu kích thích chúng.
Trung tâm điều phối. Vùng dưới đồi phát xung tới thuỳ sau tuyến yên, làm tuyến này giải phóng thêm ADH vào máu.
Cơ quan đáp ứng và cơ chế cấp tế bào. ADH tới thận và gắn vào thụ thể trên màng tế bào ống góp. Việc gắn khởi động một chuỗi tín hiệu trong tế bào, kết quả là các túi mang sẵn aquaporin hoà vào màng phía lòng ống. Màng nay thấm nước hơn hẳn.
Hiệu quả. Vùng tuỷ thận quanh ống góp có nồng độ chất tan rất cao nhờ quai Henle, tức thế nước rất thấp. Khi màng thấm nước, nước rời lòng ống đi vào dịch mô rồi vào máu. Nước tiểu ra ít và đặc, còn thế nước của máu tăng trở lại.
Vì sao đây là phản hồi âm. Thế nước máu tăng lên làm thụ thể thẩm thấu bớt bị kích thích, nên ADH tiết ra ít đi và ống góp bớt thấm nước. Đáp ứng tự tắt khi độ lệch đã được sửa — đúng định nghĩa của phản hồi âm.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Homeostasis and Control and Coordination gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.