Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Tuần hoàn đơn và tuần hoàn kép
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em so sánh được tuần hoàn đơn ở cá với tuần hoàn kép ở động vật có phổi, mô tả được số ngăn tim và mức độ pha trộn máu ở cá, lưỡng cư, bò sát, chim và thú, và giải thích được vì sao tim bốn ngăn hoàn chỉnh có lợi cho một cơ thể duy trì thân nhiệt ổn định.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước em đã học hệ tuần hoàn kín giữ máu luôn trong mạch, tạo áp lực cao và có thể điều chỉnh dòng máu (same-grade bridge). Ở lớp 8, em cũng đã biết tim người có bốn ngăn và máu đi qua hai vòng — một vòng lên phổi, một vòng đi khắp cơ thể (prior-grade review), nhưng đó là mức mô tả cho riêng loài người. Bài này đặt câu hỏi rộng hơn: vì sao không phải loài động vật có xương sống nào cũng tổ chức tim và vòng tuần hoàn giống người.
Khởi động
Cá chỉ có một vòng tuần hoàn duy nhất, máu đi qua tim đúng một lần mỗi vòng. Người lại có tới hai vòng, máu đi qua tim hai lần mỗi vòng. Vì sao động vật sống trên cạn lại cần một hệ thống phức tạp hơn hẳn động vật sống dưới nước như vậy?
Kiến thức trọng tâm
Ở cá, tim chỉ có hai ngăn: một tâm nhĩ và một tâm thất. Tâm thất bơm máu nghèo oxygen tới mang, tại mang máu trao đổi khí và trở nên giàu oxygen, rồi từ mang máu đi thẳng tới các cơ quan trong cơ thể, sau đó theo tĩnh mạch trở về tâm nhĩ. Máu chỉ đi qua tim đúng một lần trong mỗi vòng khép kín, nên cách tổ chức này gọi là tuần hoàn đơn.
Nhược điểm của tuần hoàn đơn nằm ở chỗ máu phải đi qua một hệ mao mạch ở mang trước khi tới cơ quan, mà mỗi lần qua mao mạch áp lực máu lại giảm đáng kể. Vì vậy máu tới các cơ quan của cá mang áp lực thấp hơn máu vừa rời tim, tốc độ cung cấp oxygen cho mô bị hạn chế. Động vật sống trên cạn — nơi trọng lực và mức hoạt động đòi hỏi nhiều hơn — giải quyết vấn đề này bằng cách bơm máu trở lại tim sau khi qua phổi, trước khi đẩy đi khắp cơ thể: đó là tuần hoàn kép.
Tuần hoàn kép có hai vòng nối tiếp nhau: vòng tuần hoàn phổi đưa máu từ tim tới phổi trao đổi khí rồi quay lại tim, và vòng tuần hoàn hệ thống đưa máu từ tim đi khắp cơ thể rồi quay lại tim. Vì máu được bơm trở lại tim giữa hai vòng, áp lực máu tới cơ quan luôn ở mức cao. Nhưng mức độ tách biệt giữa máu giàu oxygen và máu nghèo oxygen trong tim lại khác nhau giữa các nhóm. Lưỡng cư có tim ba ngăn — hai tâm nhĩ, một tâm thất chung — nên máu từ hai vòng ít nhiều pha trộn ngay trong tâm thất. Bò sát cũng có tim ba ngăn nhưng tâm thất có thêm một vách ngăn hụt, làm giảm bớt sự pha trộn so với lưỡng cư (riêng cá sấu có vách ngăn tâm thất gần như đầy đủ). Chim và thú có tim bốn ngăn hoàn chỉnh — hai tâm nhĩ, hai tâm thất, vách ngăn liền mạch — nên máu giàu oxygen và máu nghèo oxygen hoàn toàn tách biệt, không pha trộn.
Máu đi qua tim đúng hai lần trong một chu trình đầy đủ — đây chính là ý nghĩa của tên gọi tuần hoàn kép.Số ngăn tim và độ hoàn chỉnh của vách ngăn tăng dần từ cá tới thú, kéo theo mức pha trộn máu giảm dần tới mức triệt tiêu hoàn toàn.
Máu không pha trộn có ý nghĩa lớn nhất ở nhóm hằng nhiệt là chim và thú. Máu đưa tới cơ quan phải giàu oxygen tối đa để duy trì tốc độ chuyển hoá cao — chính tốc độ chuyển hoá cao đó tạo ra nhiệt giữ thân nhiệt ổn định. Nếu máu giàu oxygen bị pha loãng bởi máu nghèo oxygen như ở lưỡng cư, mô sẽ không nhận đủ oxygen để duy trì mức chuyển hoá đó, và thân nhiệt sẽ khó giữ ổn định khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Ví dụ
So sánh tim cá, tim lưỡng cư và tim thú
1
So sánh tim cá, tim lưỡng cư và tim thú theo số ngăn tim và mức độ pha trộn máu.
2
Ta có tim cá hai ngăn — một tâm nhĩ, một tâm thất — chỉ bơm máu nghèo oxygen ra mang, nên không có hiện tượng pha trộn máu giàu và nghèo oxygen trong tim, vì tim chỉ tiếp nhận một loại máu.
3
Tim lưỡng cư ba ngăn — hai tâm nhĩ nhận máu riêng từ phổi và từ cơ thể, nhưng chỉ một tâm thất chung bơm máu ra — nên máu giàu và nghèo oxygen pha trộn một phần ngay trong tâm thất trước khi được bơm đi.
4
Tim thú bốn ngăn với vách ngăn liền mạch giữa hai tâm thất, tách hoàn toàn đường đi của máu giàu oxygen (nửa trái) và máu nghèo oxygen (nửa phải), nên không xảy ra pha trộn.
5
Vậy số ngăn tim tăng dần và vách ngăn ngày càng hoàn chỉnh từ cá tới thú đi kèm mức độ pha trộn máu giảm dần, tới mức triệt tiêu hoàn toàn ở tim bốn ngăn của thú.
Ví dụ
Vì sao tim bốn ngăn có lợi cho một cơ thể hằng nhiệt (dạng đề kiểm tra)
1
Một học sinh cho rằng tim ba ngăn của lưỡng cư và tim bốn ngăn của thú chỉ khác nhau ở số lượng ngăn, không ảnh hưởng gì tới hoạt động sống. Em hãy giải thích tại sao nhận định này chưa chính xác, dựa trên nhu cầu duy trì thân nhiệt ổn định ở thú.
2
Ta có ở tim ba ngăn, máu giàu oxygen bị pha trộn với máu nghèo oxygen ngay trong tâm thất chung, nên máu bơm ra cơ thể có nồng độ oxygen thấp hơn mức tối đa có thể đạt được. (1)
3
Thú là động vật hằng nhiệt, cần duy trì tốc độ chuyển hoá cao và ổn định để sinh nhiệt giữ thân nhiệt, mà tốc độ chuyển hoá cao lại đòi hỏi mô nhận đủ oxygen liên tục. (2)
4
Kết hợp (1) và (2): nếu thú chỉ có tim ba ngăn như lưỡng cư, máu pha trộn sẽ không cung cấp đủ oxygen cho tốc độ chuyển hoá cao mà cơ thể hằng nhiệt cần, khiến việc giữ thân nhiệt ổn định trở nên khó khăn hơn nhiều.
5
Vậy nhận định ban đầu chưa chính xác: tim bốn ngăn hoàn chỉnh không chỉ khác tim ba ngăn ở số lượng ngăn, mà còn loại bỏ hoàn toàn sự pha trộn máu — điều kiện cần thiết để thú duy trì tốc độ chuyển hoá cao và thân nhiệt ổn định.
Sai lầm thường gặp
Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ tuần hoàn đơn kém hơn tuần hoàn kép ở mọi mặt. Với một loài sống hoàn toàn dưới nước như cá, tuần hoàn đơn vẫn hoàn toàn đủ dùng — nước nâng đỡ cơ thể nên cá không cần chống lại trọng lực như động vật trên cạn, và nhu cầu chuyển hoá của cá cũng thấp hơn thú. Một nhầm lẫn khác là cho rằng bò sát có tim bốn ngăn hoàn chỉnh giống chim và thú; thực ra phần lớn bò sát chỉ có vách ngăn hụt, riêng cá sấu là ngoại lệ có vách ngăn gần như đầy đủ.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Cá: tim hai ngăn, tuần hoàn đơn, máu qua tim một lần mỗi vòng. Lưỡng cư: tim ba ngăn, máu pha trộn một phần. Bò sát: tim ba ngăn với vách ngăn hụt, pha trộn ít hơn. Chim, thú: tim bốn ngăn hoàn chỉnh, không pha trộn — điều kiện cần cho tốc độ chuyển hoá cao ở động vật hằng nhiệt.
Cấu trúc tim và vòng tuần hoàn quyết định máu đi tới cơ quan mang bao nhiêu oxygen, nhưng chính trái tim đó còn phải tự tạo ra nhịp đập đều đặn suốt đời. Bài sau sẽ theo dõi từng nhịp tim gồm những giai đoạn nào, và vì sao tim có thể tự đập mà không cần ai ra lệnh.
Bài trước em đã học hệ tuần hoàn kín giữ máu luôn trong mạch, tạo áp lực cao và có thể điều chỉnh dòng máu (same-grade bridge). Ở lớp 8, em cũng đã biết tim người có bốn ngăn và máu đi qua hai vòng — một vòng lên phổi, một vòng đi khắp cơ thể (prior-grade review), nhưng đó là mức mô tả cho riêng loài người. Bài này đặt câu hỏi rộng hơn: vì sao không phải loài động vật có xương sống nào cũng tổ chức tim và vòng tuần hoàn giống người.
Nhược điểm của tuần hoàn đơn nằm ở chỗ máu phải đi qua một hệ mao mạch ở mang trước khi tới cơ quan, mà mỗi lần qua mao mạch áp lực máu lại giảm đáng kể. Vì vậy máu tới các cơ quan của cá mang áp lực thấp hơn máu vừa rời tim, tốc độ cung cấp oxygen cho mô bị hạn chế. Động vật sống trên cạn — nơi trọng lực và mức hoạt động đòi hỏi nhiều hơn — giải quyết vấn đề này bằng cách bơm máu trở lại tim sau khi qua phổi, trước khi đẩy đi khắp cơ thể: đó là tuần hoàn kép.
Tuần hoàn kép có hai vòng nối tiếp nhau: vòng tuần hoàn phổi đưa máu từ tim tới phổi trao đổi khí rồi quay lại tim, và vòng tuần hoàn hệ thống đưa máu từ tim đi khắp cơ thể rồi quay lại tim. Vì máu được bơm trở lại tim giữa hai vòng, áp lực máu tới cơ quan luôn ở mức cao. Nhưng mức độ tách biệt giữa máu giàu oxygen và máu nghèo oxygen trong tim lại khác nhau giữa các nhóm. Lưỡng cư có tim ba ngăn — hai tâm nhĩ, một tâm thất chung — nên máu từ hai vòng ít nhiều pha trộn ngay trong tâm thất. Bò sát cũng có tim ba ngăn nhưng tâm thất có thêm một vách ngăn hụt, làm giảm bớt sự pha trộn so với lưỡng cư (riêng cá sấu có vách ngăn tâm thất gần như đầy đủ). Chim và thú có tim bốn ngăn hoàn chỉnh — hai tâm nhĩ, hai tâm thất, vách ngăn liền mạch — nên máu giàu oxygen và máu nghèo oxygen hoàn toàn tách biệt, không pha trộn.
Máu không pha trộn có ý nghĩa lớn nhất ở nhóm hằng nhiệt là chim và thú. Máu đưa tới cơ quan phải giàu oxygen tối đa để duy trì tốc độ chuyển hoá cao — chính tốc độ chuyển hoá cao đó tạo ra nhiệt giữ thân nhiệt ổn định. Nếu máu giàu oxygen bị pha loãng bởi máu nghèo oxygen như ở lưỡng cư, mô sẽ không nhận đủ oxygen để duy trì mức chuyển hoá đó, và thân nhiệt sẽ khó giữ ổn định khi nhiệt độ môi trường thay đổi.
Một nhầm lẫn phổ biến là nghĩ tuần hoàn đơn kém hơn tuần hoàn kép ở mọi mặt. Với một loài sống hoàn toàn dưới nước như cá, tuần hoàn đơn vẫn hoàn toàn đủ dùng — nước nâng đỡ cơ thể nên cá không cần chống lại trọng lực như động vật trên cạn, và nhu cầu chuyển hoá của cá cũng thấp hơn thú. Một nhầm lẫn khác là cho rằng bò sát có tim bốn ngăn hoàn chỉnh giống chim và thú; thực ra phần lớn bò sát chỉ có vách ngăn hụt, riêng cá sấu là ngoại lệ có vách ngăn gần như đầy đủ.