Giáo trình Sinh lý người và động vật - Chương 13: Sinh lý các cơ quan cảm giác

Nội dung text: Giáo trình Sinh lý người và động vật - Chương 13: Sinh lý các cơ quan cảm giác

1. Chương 13 Sinh lý các cơ quan cảm giác 13.1. Ý nghĩa và quá trình phát triển 13.1.1. Ý nghĩa Để nhận được thông tin từ môi trường xung quanh, hệ thần kinh phải dựa vào các cơ quan cảm giác hay các cơ quan thụ cảm, Mỗi cơ quan thụ cảm chịu trách nhiệm về một dạng thay đổi của môi trường được gọi là kích thích, nó tạo ra xung thần kinh tương ứng truyền về hệ thần kinh trung ương. Các cơ quan cảm giác là bộ phận đầu tiên của một quá trình thần kinh phức tạp. Nhờ các cơ quan cảm giác mà người và động vật mới nhận thức được sự tồn tại của thế giới xung quanh cũng như thế giới chủ quan bên trong của chính mình. Ở người, nhờ sự hoàn thiện về cấu tạo của các cơ quan cảm giác và của hệ thần kinh cao hơn, phức tạp hơn so với thế giới động vật, con người ngoài những bản năng, tập tính còn có quá trình tư duy trừu tượng. Bởi vậy con người đã tách ra khỏi thế giới động vật, sống thành một xã hội riêng. 13.1.2. Sự tiến hoá Trong quá trình phát triển chủng loại, ngay ở những cơ thể đơn bào như amip đã có quá trình cảm nhận kích thích từ môi trường, tránh những chỗ có luồng chiếu sáng mạnh. Càng ở cao trên bậc thang tiến hoá, cơ quan cảm giác của động vật càng có cấu tạo tinh vi phức tạp và hoàn thiện hơn. Nhờ vậy mà khả năng tiếp nhận những biến đổi của môi trường cũng chính xác hơn. Mỗi cơ quan cảm giác đều có cấu tạo gồm ba phần chính: phần thụ cảm (bộ phận ngoại biên), phần dẫn truyền gồm các dây thần kinh hướng tâm và phần trung ương. 13.1.3. Phân loại các cơ quan cảm giác * Phân loại theo vị trí cấu tạo - Các thụ quan bên trong là các tế bào thụ cảm nằm tại các cơ quan, cấu tạo bên trong cơ thể để tiếp nhận kích thích của nội môi, như cơ quan nhận cảm áp lực trong hệ tuần hoàn (xoang động mạch cảnh, xoang động mạch cổ) trong bàng quang - Các thụ quan ngoài hay, còn gọi là giác quan: thị giác, khứu giác, xúc giác, vị giác, thính giác. - Các tự thụ quan hay thụ quan bản thể. Các thụ quan này nằm ở phần đầu gân, cơ bám xương, các khớp. *Theo bản chất kích thích: - Các thụ quan hoá học như khứu giác, vị giác gọi chung là chemoreceptor. - Các thụ quan lý học như thụ quan cơ học, nhiệt, âm thanh, ánh sáng. - Các tự thụ quan. * Theo cách thức thu nhận kích thích - Các thụ quan trực tiếp như vị giác, xúc giác
2. - Các thụ quan gián tiếp như thị giác, thính giác 13.1.4. Tính chất hoạt động của các thụ quan 1). Khả năng hưng phấn Các tế bào thụ cảm có hưng tính hay còn gọi là sự nhạy cảm cao đối với kích thích đặc trưng, phù hợp cho từng loại tế bào. Ví dụ tế bào thụ cảm ánh sáng ở võng mạc tiếp nhận ánh sáng, các tế bào Corti tiếp nhận âm thanh Khi lực kích thích đạt tới “ngưỡng”, các tế bào thụ cảm chuyển sang trạng thái hoạt động. Tất cả các tín hiệu thông tin dù ở dạng hoá học hay lý học đều được biến đối thành điện thế thụ quan để truyền theo dây hướng tâm (dây cảm giác) về thần kinh trung ương để xử lý và trả lời. 2). Mối tương quan giữa cường độ kích thích và mức độ cảm giác Weber (1831) đã đưa công thức sau để thấy mối tương quan giữa cường độ kích thích và mức độ cảm giác. dI K = I Trong đó I: cường độ kích thích ban đầu dI: cường độ kích thích tăng lên hoặc giảm xuống Theo Weber, một sự thay đổi (tăng hoặc giảm) cường độ kích thích sẽ gây ra một cảm giác khác biệt (nhận biết được) chỉ khi đạt tới giá trị tối thiểu K xác định đối với từng loại thụ quan Trong ví dụ, K = 0,03 đối với thụ quan áp lực ở da bàn tay, nghĩa là lúc đầu cầm một vật nặng 100g, muốn nhận ra vật sau nặng hơn phải tăng thêm: 100 x 0,03 = 3g. Vật ban đầu là 200g thì phải tăng thêm 6g Đối với cảm giác ngoài giới hạn (quá mạnh hoặc quá yếu) thì công thức của Weber không áp dụng được. Fechner thấy rằng khi cường độ kích thích tăng theo cấp số nhân thì cảm giác chỉ tăng theo cấp số cộng. Do đó ông nêu ra “cảm giác là log của kích thích” (theo quy luật toán học: một trị số tăng theo cấp số cộng, log của nó tăng theo cấp số nhân). S = a x logR + b Trong đó: S là trị số cảm giác R là cường độ kích thích a,b là các hằng số đặc trưng cho từng loại thụ quan 3). Sự thích nghi của các thụ quan Biểu hiện của sự thích nghi là giảm dần mức độ cảm giác đối với các kích thích kéo dài hoặc thường xuyên, mặc dù kích thích đó “tới ngưỡng”. Thích nghi là “sự quen dần” với các kích thích như âm thanh, mùi vị khi kéo dài thì không còn nghe to nữa, không còn thấy mùi nồng nặc nữa hoặc không thấy mặn nữa 13.2. Cơ quan cảm giác da và nội tạng 13.2.1. Cấu tạo và chức năng chung của da Ở da người và thú không có các tế bào thụ cảm riêng biệt. Các đầu mút thần kinh cảm giác toả ra một cách tự do trên da gọi là các tiểu thể để tiếp nhận các kích thích khác nhau từ môi trường, đó là: - Tiểu thể Meisner thu nhận kích thích ma sát
3. - Tiểu thể Pacinian thu nhận áp lực - Tiểu thể Krause thu nhận kích thích nhiệt độ lạnh - Tiểu thể Ruffni thu nhận nhiệt độ nóng - Các mút thần kinh thu nhận các kích thích đau. Có tác giả cho rằng thụ quan nhiệt chung cho cả cảm giác nóng, lạnh, còn thụ quan ma sát và áp lực gọi chung là thụ quan cơ học, còn không có thụ quan đau riêng biệt mà khi có kích thích cơ hoặc nhiệt có cường độ lớn đều sinh cảm giác đau. Da được coi là cơ quan xúc giác nói chung, là cơ quan cảm giác nhiệt và đau. Theo Donalson trên bề mặt da có khoảng 500.000 điểm thu nhận cơ học; 250.000 điểm thu nhận nhiệt độ lạnh; 30.000 điểm thu nhận nhiệt độ nóng; 3.500.000 điểm thu nhận cảm giác da. Các điểm này phân bố không đều trên da. Ở một số loài như hổ, mèo, thỏ chó râu của chúng làm nhiệm vụ thu nhận cảm giác cơ học rất nhạy. 13.2.2. Cảm giác xúc giác Là loại cảm giác nông ở da, được chia làm cảm giác thô sơ và cảm giác xúc giác tinh vi. * Cảm giác thô sơ gồm: - Cảm giác thô sơ ma sát, chúng phân bố trên da và một số niêm mạc miệng, hốc mũi mật độ cao nhất ở môi, ngón tay. - Cảm giác thô sơ áp lực phân bố ở lớp sâu của da, ở gân, dây chằng, phúc mạc, mạc treo ruột bên trong cơ thể. Đường dẫn truyền hướng tâm của các cảm giác thô sơ theo các dây thần kinh tuỷ. Sau khi vào sừng xám ở rãnh sau, chúng tập trung thành bó Dejerine để chạy lên hành tuỷ, đồi não và vùng đỉnh vỏ não. * Cảm giác tinh vi là loại cảm giác nông có ý thức, nhờ nó mà phân biệt kích thích tinh tế như lần biết chữ nổi, hướng chuyển động trên da. Loại cảm giác cũng do các tiểu thể như của cảm giác thô sơ thu nhận, nhưng sau khi vào tuỷ sống chúng được truyền lên phần cao của não bộ qua bó Goll và Burdach. 13.2.3. Cảm giác nhiệt Người ta thấy ngoài các tiểu thể Ruffini và Krause tiếp nhận cảm giác nóng lạnh, còn có ở một số vùng da không có các thụ cảm này nhưng vẫn nhận được kích thích nhiệt độ, đó là do có thể đầu mút tận cùng các nhánh thần kinh đã nhận kích thích trực tiếp. Do thụ cảm thể Krause phân bố nông hơn (sâu 0,17mm) thụ cảm thể Ruffini (0,3mm), nên kích thích nhiệt độ thấp gây phản ứng nhanh hơn nhiệt độ cao. 13.2.4. Cảm giác đau Các thể thụ cảm tiếp nhận kích thích gây cảm giác đau là các đầu mút sợi thần kinh không có bao myelin phân bố ở nhiều nơi của cơ thể. Phản ứng trả lời cảm giác đau là một loạt các phản xạ tự vệ của nhiều hệ cơ quan trong cơ thể như sự vận động, tăng trương lực cơ, tăng nhịp tim, nhịp thở, co mạch, tăng huyết áp, tiết mồ hôi, giảm tiết dịch tiêu hoá, giảm nhu động ruột, co đồng tử chảy nước mắt Trung khu đau chính nằm ở thalamus (đồi thị) thuộc não trung gian, ngoài ra còn nằm ở vùng dưới đồi, ở thể lưới thân não. Các tế bào thần kinh tiết của vùng dưới đồi tiết chất endorphin, enkephalin có tác dụng giảm đau.
4. Hình 13.1. Các thụ thể cảm giác da (theo Trịnh Hữu Hằng) Cảm giác ngứa thường kèm theo phản xạ gãi. Cảm giác ngứa sẽ mất đi khi cảm giác đau mất (khi tiêm thuốc mê cục bộ). Nếu có kích thích nào gây tiết histamin làm tăng cảm giác ngứa. Cảm giác buồn cũng liên quan với cảm giác đau, khi kích thích cơ học yếu gây buồn (khi bị cù), nhưng cù mạnh lại gây đau (hình 13.1). 13.2.5. Cảm giác nội tạng Các thụ quan của các nội quan trong cơ thể tiếp nhận kích thích về nhiệt độ, ma sát, áp lực, thành phần hoá học và tạo nên các xung cảm giác nội tạng để điều hoà các hoạt động của nội quan. Có 4 loại thụ nội tạng sau: + Cảm giác cơ học: ma sát, áp lực, như thụ quan ma sát tiếp xúc phân bố ở hậu môn; thụ quan áp lực ở trong một số tạng rỗng như dạ dày, ruột, bàng quang, cung động mạch chủ, xoang động mạch cảnh. + Cảm giác nhiệt: các thụ quan nhiệt phân bố ở thực quản, dạ dày, ruột, hậu môn và ở xoang động mạch cảnh.
5. + + Cảm giác hoá học: các thụ quan phân bố ở hành tuỷ (bị kích thích bởi H gây tăng hô hấp); ở xoang động mạch chủ, xoang động mạch cảnh gây phản xạ điều chỉnh pH của máu; ở dạ dày khi tiếp nhận kích thích của HCl gây phản xạ mở cơ vòng môn vị. + Cảm giác đau nội tạng thường không khu trú rõ ràng, có tính chất mơ hồ. 13.2.6. Cảm giác bản thể Các thụ quan bản thể phân bố ở cơ, gân, khớp. Khi hệ vận động hoạt động sẽ kích thích các thụ quan này gây cho cơ thể hai loại cảm giác: * Cảm giác sâu không ý thức gồm các thụ cảm thể sau: - Thụ cảm thể thoi cơ nằm xen trong các sợi cơ hưng phấn khi cơ giản. - Thụ cảm thể Golgi nằm ở phần gân bám xương hưng phấn khi cơ co. Nhờ hai loại thụ cảm thể thoi cơ và Golgi mà trương lực cơ luôn được điều hoà đảm bảo cho tư thế và sự vận động trong không gian của cơ thể. - Thụ cảm thể Paccini nằm ở màng cơ dính xương và màng xương hưng phấn khi xương hoạt động. * Cảm giác sâu có ý thức Cảm giác này cũng do các thụ cảm thể ở cảm giác sâu không ý thức đảm nhiệm. Nhờ các xung truyền về tuỷ sống và các phần cao trên não bộ mà cơ thể biết được vị trí tư thế và tình trạng của chính mình trong không gian, ngay cả khi không nhìn thấy. 13.3. Cơ quan cảm giác khứu giác Cơ quan cảm giác khứu giác phân bố ở khoang mũi trên, gồm những tế bào khứu giác nằm ở lớp thượng bì của màng nhầy. Các sợi trục của các tế bào tập trung thành đôi dây thần kinh não số I (dây khứu giác: nucleus olfactorius) xuyên qua lỗ sàng mà về hành khứu rồi não khứu dưới đại não. Ở động vật bậc cao cơ quan khứu giác phát triển không đều: Chim, linh trưởng kém phát triển, nhưng ở mèo, chó chuột phát triển rất tốt. Để có cảm giác khứu giác mạnh rõ ràng, mùi của một chất nào đó cần hít vào nhanh và mạnh để luồng không khí tác động vào khoang trên mũi nơi có các tế bào khứu giác. Thụ quan khứu giác có tính thích nghi với mùi rất nhanh (hình 13.2).
6. Xương sàng Hình 13.2. Cấu tạo các tế bào thụ cảm khứu giác (theo Trịnh Hữu Hằng) 13.4. Cơ quan cảm giác vị giác Các thể thụ cảm vị giác nằm trên gai lưỡi. Ngoài ra còn có ở vách hầu vòm miệng và một số sụn thanh quản. Hiện nay người ta cho rằng có 4 vị chính gây nên cảm giác vị giác là mặn, ngọt, chua và đắng. Các vị khác có được là do sự kết hợp của 4 vị đó.Bằng thực nghiệm người ta thấy rằng ở đầu lưỡi tập trung nhiều núm cảm giác vị ngọt, ở gốc lưỡi vị đắng , ở hai bên lưỡi vị mặn và chua. 13.5. Cơ quan cảm giác thính giác và thăng bằng Ở động vật có xương sống cơ quan cảm giác thính giác và thăng bằng trải qua ba cấp độ phát triển: Ở cá xương đã có tai trong, và “đường bên”. Ở lưỡng cư đến chim đã có thêm tai giữa (ở bò sát và chim mới bắt đầu hình thành tai ngoài). Ở thú và người cơ quan cảm giác thính giác và thăng bằng đã phát triển đầy đủ, có tai trong, tai giữa và tai ngoài. 13.5.1. Cấu tạo và chức năng của tai * Tai ngoài gồm vành tai, ống tai ngoài và màng nhĩ. Vành tai để đón âm thanh, ống tai thì đưa âm thanh vào màng nhĩ. Màng nhĩ người dày 0,1mm, ngựa 0,22mm, sẽ rung khi tiếng động tác động vào. Những sóng âm có tần số phù hợp với tần số rung của màng nhĩ sẽ nghe rõ nhất.
7. Hình 13.3. Cấu tạo của tai người (theo Trịnh Hữu Hằng) * Tai giữa gồm xoang nhĩ, ống nhĩ hầu và các nang chũm. Xoang nhĩ (thể tích 1cm3) bên trong có hai cửa: cửa tròn là cửa ốc tai và cửa bầu dục là cửa tiền đình. Phía bên ngoài giáp với màng nhĩ. Xoang nhĩ có lỗ thông với ống nhĩ - hầu. Trong xoang nhĩ có xương búa, xương đe và xương bàn đạp liên hệ với nhau để khuếch đại và truyền dao động sóng âm từ màng nhĩ vào tai trong. Ngoài ra còn có cơ căng màng nhĩ để khi co thì căng màng nhĩ làm giảm bớt dao động của màng nhĩ khi có âm thanh mạnh; cơ cố định xương bàn đạp nhằm hạn chế sự di động của xương này. Ống nhĩ - hầu (ống Eustache) nối thông xoang nhĩ với phần mũi - hầu (tỳ hầu) ở thành bên khoang miệng. Bình thường đoạn phía hầu xẹp xuống, đóng kín. Khi nuốt nó được mở ra làm không khí lọt vào xoang nhĩ để áp lực xoang nhĩ cân bằng với áp lực của khí quyển để tạo điều kiện cho việc truyền sóng âm từ xoang nhĩ vào tai trong và bảo vệ màng nhĩ khi có tiếng động mạnh (hình 13.3). Nang chũm là một hệ thống xoang nhỏ nằm sâu trong phần chũm của xương thái dương, hệ thống này thông với xoang nhĩ. Chức năng của tai giữa là để truyền và khuếch đại sóng âm. Cán xương búa áp sát màng nhĩ còn xương bàn đạp áp sát màng của cửa bầu dục. Màng nhĩ rộng 72mm2, còn màng cửa bầu dục rộng 3,2mm2, như vậy tỷ số này là 1/22 nên làm sóng âm được khuếch đại lên 22 lần, vì vậy có dao động nhẹ cũng làm màng cửa bầu dục rung động. * Tai trong gồm hai cơ quan cảm giác là cơ quan cảm giác thính giác và cơ quan cảm giác thăng bằng, nằm sâu trong xương thái dương gọi là mê lộ, gồm mê lộ xương và mê lộ màng. - Mê lộ xương gồm 3 phần chính; phía trên là ba vòng bán khuyên, giữa là bộ phận tiền đình và phía dưới là ốc tai. Cả ba phần xương đó nối liền nhau và được ngâm trong
8. túi dịch ngoại bào. Mê lộ thông với tai giữa qua cửa bầu dục và cửa tròn (hình 13.3). Ba ống bán khuyên được nằm trên ba mặt phẳng vuông góc với nhau hướng ra ba chiều trước, sau, bên. Cả ba ống đều thông với bộ phận tiền đình ở hai đầu. Bộ phận tiền đình là một khoang nhỏ thông với tai giữa, ốc tai và các vòng bán khuyên. Ốc tai là một ống xương xoắn ốc hai vòng rưỡi, một đầu thông với tiền đình đầu kia bịt kín là đỉnh ốc, ngoài ra còn có thêm một tấm xương xoắn hở và màng ốc tai chia xoang ốc tai thành hai nửa, một nửa thông với tiền đình nửa kia thông với phần nhĩ phụ. - Mê lộ màng cấu tạo bởi mô liên kết sợi, mặt trong có lớp tế bào thượng bì dẹp. Trong có chứa dịch nội bào. Phần mê lộ màng ở các vòng bán khuyên in hình theo mê lộ xương bán khuyên. Phần mê lộ màng ở khoang tiền đình gồm hai túi: túi cầu thông với phần màng ốc tai, túi bầu thông với phần vòng bán khuyên. Phần mê lộ màng ốc tai gồm hai màng chạy dọc ống xương tai: màng phía trên mỏng gọi là màng tiền đình, màng dưới dày hơn là màng nền (màng cơ sở). Hai màng này phân ốc tai thành 3 ống nhỏ: ống trên thông với tiền đình gọi là thang tiền đình; ống dưới thông ra đến cửa sổ tròn gọi là thang màng nhĩ (trong hai ống này chứa dịch ngoại bào); ống giữa thông ra túi cầu ở khoang tiền đình gọi là ống màng, trong ống này có chứa dịch nội bào (ở gần đỉnh ốc tai hai màng tiền đình và màng nền dính lại thành ống màng). 13.5.2. Cảm giác thính giác 1). Thụ quan thính giác Trên màng cơ sở (màng nền) có các thụ cảm thể (receptor) thu nhận kích thích âm thanh gọi là cơ quan Corti. Cơ quan này gồm các tế bào hình thoi một đầu dính trên màng cơ sở, một đầu có khoảng 60 – 70 sợi tơ ngâm trong dịch nội bào của ống màng. Phía trên các sợi tơ có một màng mái che phủ. 2). Sự truyền sóng âm Khi sóng âm tác động cả màng cửa sổ bầu dục và màng cửa sổ tròn cùng dao động nhưng ngược chiều nhau. Sóng âm tác động vào màng cửa bầu dục làm màng cửa này lõm vào, đồng thời đẩy dịch ngoại bào từ thang tiền đình vào thang màng nhĩ (chúng thông với nhau tại đỉnh ốc tai gọi là lỗ Helicotrema), dịch trong thang màng nhĩ lại đẩy cửa sổ tròn về phía tai giữa.và ngược lại khi màng cửa bầu dục lồi về phía tai giữa thì màng cửa sổ tròn lại lõm vào phía đỉnh ốc tai. Do màng tiền đình mỏng nên khi ngoại dịch trong thang tiền đình dao động làm nội dịch trong ống màng dao động theo. Sự rung động của nội dịch và màng nền đã kích thích lên các tế bào của cơ quan Corti. Từ đó xung thần kinh sẽ truyền theo dây số VIII (dây tiền đình ốc tai) về trung ương thần kinh (hình 13.4). Theo G. Bekeshi ở tai người khi có các âm thấp, tần số 800 – 1000Hz tác động, làm toàn bộ cột và màng nền trong ốc tai rung động. Còn những âm có tần số cao chỉ làm rung động phần đầu cột dịch và phần đầu màng nền sát cửa sổ bầu (hình 13.5).
9. Hình 13.5. Sơ đồ sự truyền sóng âm (theo Trịnh Hữu Hằng) 3). Các thuyết về sự thu nhận âm thanh * Thuyết cộng hưởng của Hemholz. Theo thuyết này, màng nền trong ốc tai gồm các sợi căng ngang như răng lược giữa hai bờ của ống xương, các sợi phía đầu ốc tai thì ngắn, khoảng 0,04mm, còn các sợi phía đỉnh dài hơn 0,5mm, mỗi sợi hay mỗi nhóm sợi có tần số dao động khác nhau. Trên mỗi sợi hoặc nhóm sợi có các tế bào thụ cảm gắn lên, do đó khi các sóng dao động cộng hưởng hình thành được các tế bào thụ cảm tiếp nhận. Theo ông, âm cao thu nhận ở phần đầu, âm thấp ở phần đỉnh. Nhưng về sau người ta không tìm thấy cấu trúc sợi trên màng nền như Hemholz mô tả. * Thuyết microphon của Reserford. Thuyết này cho rằng, tần số xung thần kinh trên dây thính giác tương ứng với tần số dao động của âm thanh đã thu nhận. Nhưng sau này người ta thấy rằng, tần số xung động thần kinh trên dây thính giác không phù hợp với những âm thanh có tần số cao (trên 1000Hz). * Thuyết hiện đại. Sinh lý học hiện đại ngày nay cho rằng, sự truyền sóng âm là sự kết hợp của cả hai thuyết trên. Đó là sự cộng hưởng của không chỉ riêng màng nền mà là sự cộng hưởng của cả màng nền, dịch nội bào trong ống màng, dịch ngoại bào trong thang tiền đình và thang nhĩ. Với các âm thấp, sự cộng hưởng lan toả rộng trên màng và ống dịch làm cho số tế bào thụ cảm ở cơ quan Corti hưng phấn nhiều, với âm cao, sự cộng hưởng diễn ra trên đoạn màng cơ sở và ống dịch ngắn hơn, làm cho số tế bào thụ cảm hưng phấn ít hơn nghĩa là tần số âm thanh truyền vào đã bị biến đổi. 4). Giới hạn thu nhận âm thanh và độ nhạy cảm của thính giác
10. Giới hạn thính lực của người là 120 decibel, nếu người không nghe được âm thanh từ 120 – 140 decibel là bị điếc hoàn toàn. Ví dụ khi nói thầm cách 1,5m là 10 decibel, nói chuyện bình thường là 40, còn tiếng sấm to là 120 decibel. Một số động vật nghe được cả siêu âm (tần số hơn 20.000Hz như chó, mèo, dơi). Tai người nghe tốt nhất là các âm có tần số từ 1000 – 4000Hz. Ngưỡng để phân biệt các âm là 5 Hz. Khoảng cách giữa hai âm kế tiếp có thể phân biệt được là 0,01 giây. Các tế bào thụ cảm âm thanh có khả năng thích nghi nhanh. 13.5.3. Cảm giác thăng bằng Cảm giác thăng bằng được bộ máy tiền đình (phần tiền đình và các vòng bán khuyên) cảm nhận, từ đó hình thành các phản xạ vận động phối hợp nhằm duy trì sự cân bằng cho cơ thể. 1). Thụ quan thăng bằng Bộ máy tiến đình gồm các vòng bán khuyên và phần tiền đình. Trong hai túi cầu và túi bầu của phần tiền đình có các tế bào thụ cảm thăng bằng. Các tế bào thụ cảm có hình trụ, một đầu gồm các lông, trong đó có một lông dài nhất cử động được, còn lại khoảng 60 – 80 lông ngắn, các lông gắn lại với nhau tạo thành một chóp bút lông. Đầu kia của sợi trục tập hợp lại thành nhánh của dây số VIII. Trong các túi có thứ dịch quánh như thạch. Phía trên chóp bút lông có lớp tinh thể đá vôi gọi là màng nhĩ thạch. Khi cơ thể cử động, các tế bào thụ cảm và màng nhĩ thạch cũng rung động theo. Các ống bán khuyên xếp theo 3 hướng trong không gian: ống trướ c theo mặt phẳng trái - phải; Ống sau theo mặt phẳng trước – sau và ống ngoài theo mặt phẳng trên - dưới. Bên trong các ống chứa dịch nội bào. Ph ần chân của ba ống nối với nhau phình ra và bên trong có cơ quan nhận cảm gọi là Cupula. Ở đây cũng có các tế bào lông hình trụ. Mỗi tế bào có một lông dài nhất là kinocilium. Tất cả các lông tập h ợp trong khối thạch hình nấm g ọi là vòm. Đầu kia của tế bào có sợi trục tập hợp về nhánh Hình 13.6. Cơ quan nhận cảm Cupula ở phần chân của 3 ống bán khuyên dây số VIII (hình 13.6). (theo Trịnh HữuHằng) * Ở bộ phận tiền đình, các tế bào thụ cảm và màng nhĩ thạch bị kích thích khi có các chuyển động thẳng không đều, lắc đầu, gật đầu, cúi đầu, gập lưng và sự lắc lư nửa thân trên theo chiều trái phải.
11. * Cảm giác thăng bằng ở bộ phận các ống bán khuyên: khi có chuyển động quay không đều làm các tế bào thụ cảm bị kích thích. Khi đó nội dịch trong các ống bán khuyên cũng chuyển động nhưng không cùng pha đã tác động vào vòm lông hình nấm làm chúng hưng phấn. Các xung thần kinh theo dây số VIII (một nhánh tiền đình chạy về tiểu não cùng phía, một số khác đi về nhân tiền đình cùng phía của hành tuỷ). Từ nhân tiền đình của hành tuỷ lại có các xung lên tiểu não là trung khu thần kinh cao cấp điều hoà chức năng thăng bằng, ngoài ra vỏ não cũng tham gia chức năng này. 2). Chức năng chung của cơ quan thăng bằng Nếu phá huỷ cơ quan tiền đình cả hai bên sẽ bị chóng mặt, buồn nôn, đứng không vững. Khi phá một bên, đầu sẽ bị nghiêng về phía bị phá. Cơ quan tiền đình từng phía hưng phấn riêng rẽ với nhau. Các cơ phía đối diện (không bị phá) sẽ bị căng do tăng trương lực. Hậu quả là cơ thể mất thăng bằng, ngã về phía bị phá. Sau một thời gian vài tháng cơ thể sẽ có phản xạ chỉnh thể (điều chỉnh tư thế) do các thụ quan bản thể và mắt đưa về, trạng thái thăng bằng được hồi phục. Bộ máy tiền đình có chức năng chung là thực hiện các phản xạ chỉnh thể, phản xạ rung nhãn cầu và các phản xạ thực vật về hô hấp, tim mạch, tiêu hoá Các phản xạ đó nhằm định hướng và giữ thăng bằng cho cơ thể trong không gian. 13.7. Cơ quan cảm giác thị giác 13.7.1. Cấu tạo của mắt 1). Cầu mắt Cầu mắt là cấu tạo chính của mắt được nằm lọt trong xương ổ mắt. Cầu mắt được cấu tạo gồm các phần sau: * Màng sợi là lớp ngoài cùng, gồm màng cứng (trắng đục) bao xung quanh và phía sau cầu mắt chiếm 4/5 diện tích cầu mắt, giác mạc phía trước, trong suốt chiếm 1/5 diện tích cầu mắt. * Màng mạch là lớp thứ hai, dưới màng sợi gồm có mạng mạch máu dày đặc và xen kẽ một số tế bào sắc tố. Thể mi là phần dày lên của màng mạch nằm ở ranh giới giữa màng cứng và giác mạc. Thể mi tiết thuỷ dịch. Lòng đen là phần trước của màng mạch hình đĩa tròn, ở chính giữa có lỗ thủng gọi là con ngươi (đồng tử). Lòng đen cấu tạo bởi mô đệm – liên kết, chứa nhiều sắc tố, chủ yếu tại mặt sau của nó. Trường hợp nếu mô đệm cũng chứa sắc tố thì lòng mắt có màu nâu đen hoặc thẩm hoặc hơi nhạt. Nếu mô đệm không có sắc tố thì lòng mắt có màu xanh da trời. Người bị bạch tạng hoàn toàn không có sắc tố trong lòng mắt thì có màu đỏ hồng (do mạch máu ánh lên). Ở lòng đen có cơ co và cơ giãn để thu hẹp hay mở rộng con ngươi mà điều chỉnh lượng ánh sáng vào mắt. * Võng mạc là lớp trong cùng tiếp xúc với thuỷ tinh dịch. Võng mạc gồm ba lớp: lớp sát thuỷ tinh dịch chứa sắc tố, lớp tiếp theo chứa các tế bào thụ cảm ánh sáng gồm tế bào nón (ở người là 6 – 7 triệu) và tế bào que (110 – 125 triệu). Trục quang học là đường nối con ngươi, thẳng góc với thuỷ tinh thể đến võng mạc. Chổ tiếp xúc của trục quang học với võng mạc gọi là điểm vàng, ở đó tập trung chủ yếu là tế bào nón có khả năng thu nhận ánh sáng chiếu thẳng với cường độ chiếu sáng mạnh để phân biệt màu, càng xa điểm vàng càng nhiều tế bào hình gậy tiếp nhận ánh sáng chiếu xiên và yếu.
12. Dưới lớp tế bào cảm quang là các tế bào thần kinh gồm tế bào hạch, lưỡng cực nằm ngang. Sợi trục của các tế bào thần kinh tập trung thành dây số II. Tại nơi đi ra của dây thần kinh và dịch thể không có tế bào thụ cảm ánh sáng gọi là điểm mù. * Thuỷ tinh thể còn gọi là nhân mắt, giống một thấu kính lồi. Điểm lồi chính giữa tương ứng với con ngươi, trục nối hai điểm lồi khoảng 4 mm. Khi nhìn xa mặt lồi dẹp bớt lại, khi nhìn gần mặt lồi phồng lên, thuỷ tinh thể trong suốt có khả năng khúc xạ ánh sáng, và nó được cố định bởi dây chằng thể mi. * Thuỷ tinh dịch giống như chất thạch, tiếp xúc với võng mạc, có khả năng khúc xạ ánh sáng. Toàn bộ được bọc trong màng mỏng trong suốt là màng thuỷ tinh. * Thuỷ dịch do mạch máu trong lòng đen và thể mi tiết ra chứa trong các khoang trước mắt giữa giác mạc, lòng đen và thuỷ tinh thể. 2). Các cấu tạo hỗ trợ * Mi mắt có mi trên và mi dưới, ở bờ có lông mi để bảo vệ mắt. * Tuyến lệ nằm trong hố lệ của xương trán, có hính các ống tiết để tiết nước mắt rửa cầu mắt. Túi lệ là nơi ống dẫn đổ nước mắt vào có thông với mũi lệ. * Các cơ vận động cơ mắt: gồm có 6 cơ, trong đó có 4 cơ thẳng ở 4 phía: trên, dưới, trong, ngoài của cầu mắt, 2 cơ chéo trên và dưới. Điều khiển vận động của mắt gồm 3 dây thần kinh: dây số III vận động cơ chéo; dây số IV vận động cơ thẳng; dây số VI vận động chung của mắt (hình 13.7). Hình 13.7. Cấu tạo mắt người (theo Trịnh Hữu Hằng) 13.7.2. Hệ thống quang học của mắt 13.7.2.1. Sự khúc xạ ánh sáng Ánh sáng trước khi đến võng mạc được khúc xạ qua ba môi trường, đó là giác mạc và thuỷ dịch, thuỷ tinh thể, thuỷ tinh dịch để tập trung vào điểm vàng, làm ảnh của vật thu nhỏ và có chiều ngược lại. Trị số khúc xạ được đo bằng đơn vị dioptrie (D). Một
13. dioptrie là trị số khúc xạ của một thấu kính có tiêu cự 100cm. Hai giá trị này tỷ lệ nghịch với nhau. Ở mắt người tiêu cự là 15mm nên có trị số khúc xạ là 59D khi nhìn xa và 70,5D khi nhìn gần. 13.7.2.2. Sự điều chỉnh tầm nhìn của mắt Mắt người bình thường có thể nhìn rõ vật ở xa 65m mà không cần điều chỉnh nào gọi khoảng cách đó là “điểm xa hay viễn điểm”. Khi vật thể càng tiến lại gần buộc thuỷ tinh thể phải tăng độ cong để giảm tiêu cự tăng trị số khúc xạ, cho đến khi không còn cong được nữa mà vẫn nhìn thấy vật thì gọi khoảng cách đó là “điểm gần hay cận điểm”. Một số động vật như rắn lưỡng cư, cá điều chỉnh bằng cách đẩy thuỷ tinh thể ra phía trước. Ở người 50 tuổi trở đi do cơ mi yếu và thuỷ tinh thể cứng lại dần, khả năng điều chỉnh kém nên điểm cận tiến tới gần điểm viễn và cả hai điểm đều xa dần gọi là chứng viễn thị nên phải hỗ trợ thêm một kính lồi “hội tụ” nữa. Ở người còn trẻ bị chứng viễn thị là do thuỷ tinh thể không cong - dẹt tốt, hoặc cầu mặt bị dẹp trước sau làm đường kính mắt ngắn, ảnh của vật hiện lên phía sau võng mạc nên cũng dùng kính lồi. Ngược lại chứng cận thị là do thuỷ tinh thể quá lồi (quá cong) hoặc cầu mắt bị dẹp trên dưới làm đường kính mắt quá dài, hình ảnh hiện phía trước võng mạc, nên phải đeo kính phân kỳ (lõm hai mặt). 13.7.3. Cảm giác thị giác 13.7.3.1. Thụ quan thị giác Các tế bào thụ cảm ánh sáng tập trung ở lớp võng mạc. Lớp thứ nhất của võng mạc tiếp xúc với thuỷ tinh dịch là các tế bào sắc tố đen để hấp thu ánh sáng. Ở một số động vật ăn đêm sau lớp tế bào sắc tố này còn có thêm các tinh thể hình kim để phản chiếu lại ánh sáng lên vật. Tiếp đến là lớp tế bào thụ cảm ánh sáng bao gồm tế bào gậy và tế bào nón. Dưới tế bào gậy và nón có các tế bào thần kinh bao gồm các tế bào dạng hạch, lưỡng cực và các tế bào nằm ngang. Sợi trục thần kinh tập trung lại thành dây thị giác số II. Số lượng tế bào thần kinh ít hơn nhiều so với tế bào thụ cảm thị giác nên một tế bào thần kinh thường liên hệ với nhiều tế bào cảm quang. Mỗi dây thần kinh thị giác có khoảng 500.000 sợi thần kinh và tạo thành hai bó: bó trong và bó ngoài chạy đến chéo thị giác. Bó trong của mỗi dây bắt chéo, còn bó ngoài thì chạy thẳng. Bó ngoài của mỗi dây cùng với bó trong của mắt phía đối diện chạy lên thể gối bên của đồi thị cùng bên. Một số sợi của mỗi dây chạy về hai củ trước của củ não sinh tư. Một số sợi khác rẽ về các trung khu thực vật để co – giãn đồng tử. Một số sợi khác rẽ về các nhân của dây thần kinh số III, số IV, số VI để vận nhỡn (hình 13.8). Lúc hoàng hôn tia sáng xuống dưới 0,01Lux thì tế bào nón không cảm nhận được, mà chỉ có tế bào gậy hưng phấn. Chiếu chùm tia sáng vào đúng điểm vàng ta nhận được cảm giác màu, khi tia sáng xa dần điểm vàng cảm giác màu giảm dần. Tế bào gậy chỉ nhận được cảm giác sáng - tối. Thiếu vi tamin A, chức năng tế bào gậy giảm rõ rệt, gây bệnh quáng gà. Còn trường hợp tế bào nón bị mất chức năng sẽ gây bệnh mù màu. 13.7.3.2. Các quá trình quang hoá Quang hoá là các phản ứng biến đổi sắc tố cảm quang rodopsin ở tế bào gậy và isodopsin ở tế bào nón. Sự tổng hợp rodopsin cần có vitamin A, và xảy ra trong tối. Rodopsin là do sắc tố retinen (được hình thành từ vitamin A) kết hợp với protein opsin. Khi chiếu sáng retinen
14. bị tách khỏi opsin, sau đó nhờ enzyme khử retinen để trở thành vitamin A. Mỗi lần chiếu sáng chỉ có một ít phân tử rodopsin bị phân huỷ chứ không phải tất cả. Isodopsin ở tế bào nón cũng gần giống rodopsin, chỉ khá là opsin của nón khác của gậy. Hình 13.8. Đường dẫn truyền xung cảm giác thị giác (theo Trịnh Hữu Hằng) 13.7.3.3. Cảm giác màu sắc Ánh sáng trắng là tổng hợp của các ánh sáng màu, mà mỗi loại có bước sóng khác nhau. Mắt người chỉ nhìn được từ màu đỏ (có bước sóng 760 – 620nm) đến màu tím (430 – 390nm). Các tia hồng ngoại có bước sóng lớn hơn 760nm, và tia tử ngoại (tia cực tím) có bước sóng nhỏ hơn 390nm không nhìn được. Lomonosov (1763), Young (1807) và Hemholz (1863) đã đưa ra thuyết 3 màu cơ bản. Theo họ có 3 loại tế bào nón có các chất cảm quang khác nhau để thu nhận các tia sáng của 3 màu cơ bản là đỏ, lục (xanh lá cây) và lam (xanh da trời). Các loại ánh sáng tác động lên ba loại tế bào nón gây hưng phấn, tuy nhiên tỷ lệ hưng phấn của ba loại tế bào không giống nhau, và nhờ đó tạo ra cảm giác màu sắc khác nhau. Sự hoà hợp ba màu cơ bản nói trên theo những tỷ lệ khác nhau sẽ tạo ra các màu khác nhau (hình 13.9). 13.7.3.4. Cảm giác không gian * Thị lực là khả năng nhìn và phân biệt được khoảng cách bé nhất của một vật ở cách xa 5m trong môi trường chiếu sáng bình thường. Điều đó có nghĩa là với góc nhìn bé nhất (là góc từ đồng tử đến hai điểm) mà mắt phân biệt được hai điểm khác nhau trên một vật. * Thị trường là khoảng không gian được xác định bằng cách nối các điểm nhìn được trong mặt phẳng có tâm điểm là con ngươi (xoay một vòng 360o quanh con ngươi) ta được một hình gọi là thị trường. Hai mắt thường có một thị trường giống nhau nhưng ngược chiều nhau.
15. Hình 13.9. Sự pha trộn ba màu cơ bản: xanh da trời; đỏ; xanh lá cây (theo Trịnh Hữu Hằng) * Cảm giác về khoảng cách là khi nhìn một vật, hình ảnh của nó trên hai võng mạc là tương ứng nhau. Tuy nhiên với những vật ở gần mỗi mắt có góc nhìn khác nhau nên hình ảnh không hoàn toàn khớp nhau. Sự khác nhau này làm cho quá trình phân tích ở vỏ não đã cho ta cảm giác nổi để xác định chiều sâu của vật. Nguyên tắc này được ứng dụng trong kỹ thuật điện ảnh để chiếu phim nổi (ví dụ hai máy quay đặt sát nhau nhưng ống kính cùng hướng về một vật).