xác định năng lượng hoạt hóa của quá trình co bóp tim ếch tách rời

BÀI BÁO CÁO THỰC HÀNH LÝ SINH Xác định năng lượng hoạt hóa của quá trình co bóp tim ếch tách rời I Mục tiêu bài thực tập: Tách rời tim ếch, cô lập tim ếch trong bình tạo ẩm. Sau đó đếm số nhịp đập của tim ếch ở ba nhiệt độ khác nhau. Ghi kết quả thu được, tính năng lượng hoạt hóa. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ lên nhịp đập của tim ếch, tính giá trị Q10, xác định vận tốc phản ứng trong cơ tim tăng lên bao nhiêu lần khi nhiệt độ thay đổi 10°C. II Tóm tắt lý thuyết: 1, Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng thí nghiệm là ếch, thuộc lớp lưỡng cư. Thuận lợi: phổ biến ở Việt Nam nên dễ tìm, rẻ tiền, có thể thực hiện nhiều thí nghiệm, bên cạnh đó cơ tim khỏe, co bóp mạnh, tính tự động của tim cao, tính chống chịu tốt, … phù hợp cho việc nghiên cứu. Sinh lý tim ếch: + Tim co giãn nhịp nhàng đều đặn theo chu kì. Mỗi chu kì hoạt động của tim bắt đầu từ pha tâm nhĩ co, rồi pha tâm thất co và cuối cùng là pha giãn chung (cả tâm nhĩ và tâm thất cùng giãn). Tiếp đó lại bắt đầu một chu kì tim mới bằng pha tâm nhĩ co. Sự co giãn nhịp nhàng này nhờ cấu trúc của các tế bào cơ tim giúp cơ tim có cả tính chất của tế bào cơ vân và tế bào cơ trơn, nhờ đó tim co bóp khỏe. + Tim hoạt động tư động và nhịp nhàng nhờ sự co bóp của cơ tim, chúng hợp thành mô nút, giữ vai trò quan trọng trong sự phát sinh và dẫn truyền xung động làm duy trì sự co bóp của tim. + Nút mô hay sự dẫn truyền xung động gồm các tế bào phát nhịp ở các nút xoang nhĩ, nút nhĩ thất, các đường dẫn truyền liên nhĩ, liên nút, bó His với các nhánh của nó là mạng lưới Purkinje. > Nút xoang nằm ở chỗ tĩnh mạch chủ đổ vào tâm nhĩ phải. Trong nút có hai loại tế bào chưa được biệt hóa: các tế bào phát nhịp phân bố ở trung tâm và các tế bào chuyển tiếp phân bố ở ngoại vi.Các sợi của nút xoang liên hệ với các sợi cơ của hai tâm nhĩ và nút nhĩ thất, tần số nút này là 120150 nhịpphút. > Nút nhĩ thất nằm ở lớp nội mạc của thành tâm nhĩ phải, trên nền vách nhĩ thất. Nút nhĩ thất phía trên liên hệ với các sợi từ nút xoang, phía dưới gom lại thành bó His. Trong nút nhĩ thất cũng có các tế bào phát nhịp và tế bào chuyển tiếp nhưng số lượng ít hơn nút xoang. Bình thường chỉ có nút xoang phát xung động điều khiển co bóp toàn bộ tim. Khi nút xoang bị tổn thương, nút nhĩ thất mới phát xung thay thế với tần số thấp hơn 4050 nhịpphút. > Bó His (bó nhĩ thất) gồm những tế bào mô nút chạy song song với nhau thành bó, từ nút nhĩ thấy xuống tới vách liên thất tiếp tục chia thành nhiều nhánh nhỏ tạo thành mạng lưới purkinje. Bó His ít có khả năng tự động, tần số 3040 nhịpphút (riêng của tâm thất). > Lưới sợi Purkinje là lưới sợi tỏa ra từ 2 nhánh của bó His, nằm rải rác ở màng trong tim. 2, Năng lượng hoạt hóa Để một phản ứng hóa học xảy ra, các nguyên tử, phân tử của chất tham gia phải thay đổi, sắp xếp lại cấu trúc của nó và hình thành một trật tự cấu trúc mới trong sản phẩm của phản ứng. Muốn thế cần phải có một năng lượng tối thiểu để vượt qua hàng rào lực đẩy giữa các lớp vỏ điện tử để liên kết với nhau, đó là năng lượng hoạt hóa. Năng lượng hoạt hóa là năng lượng tối thiểu cần thiết để nguyên tử, phân tử có thể tham gia vào phản ứng. Giả sử Ehh là năng lượng tối thiểu cần thiết để phân tử của một chất có thể tham gia vào một loại phản ứng, chỉ những phân tử có năng lượng lớn hơn hoặc bằng Ehh thì mới có khả năng tham gia phản ứng tạo thành sản phẩm. 3, Ảnh hưởng của nhiệt độ lên tốc độ phản ứng. Khi nhiệt độ thay đổi, động năng thay đổi do chuyển động nhiệt của các phân tử. Do đó, tổng năng lượng của các phân tử cũng thay đổi. Mối quan hệ giữa tốc độ phản ứng và nhiệt độ được biểu diễn qua phương trình Arenius: K = pze EhhRT (1) Trong đó, K tốc độ của phản ứng ; Ehh năng lượng hoạt hóa,; pyếu tố lập thể; z hệ số va chạm; R hằng số khí; Tnhiệt độ tuyệt đối. Đồ thị dưới đây thể hiện sự phụ thuộc của tốc độ 1T phản ứng vào nhiệt độ: 4, Đại lượng Q10 và ý nghĩa của nó: Đại lượng Q10 – hệ số Vant hoff là tỉ số giữa hai hằng số tốc độ của phản ứng ở điều kiện chênh lệch nhau 10 độ Censius (10 °C). + Khi tăng nhiệt độ T2 = T1+10 Q10 = K2K1 = KT+10KT + Khi giảm nhiệt độ T3 = T110 Q’10 = K1K3 = KTKT10 Trong đó, K1 hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ ban đầu T1 K2 hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ T2 K3 hằng số tốc độ của phản ứng ở nhiệt độ T3 Ý nghĩa đại lượng Q10 : cho biết hằng số tốc độ của phản ứng tăng hay giảm bao nhiêu lần khi nhiệt độ thay đổi 10°C. 5, Phương pháp cô lập tim ếch: a, Dụng cụ, hóa chất và vật liệu: Dụng cụ: 1 kéo to, 1 kéo con, 1 chọc tủy, 1 khay mổ, định ghim, cốc thủy tinh, canuyl, cuộn chỉ. Hóa chất, vật liệu: ếch, bàn ghim, công tơ hút, bình tam giác có nút cao su dùi 2 lỗ, khay nước đá, nồi nước cách thủy, nhiệt kế, đồng hồ bấm giây. b, Các bước tiến hành: Tách rời tim ếch: Chọc tủy ếch: + Cầm ếch bằng tay trái, để mặt lưng lên trên. + Tìm nơi tiếp giáp giữa xương sống và hộp sọ, đó là chỗ lõm nằm ở đỉnh của tam giác đều có đáy là đường nối giữa hai mắt ếch. + Ấn mạnh kim chọc và đâm sâu xuống tủy sống, nếu phá đúng tủy thì hai chân ếch sẽ duỗi thẳng ra. Cố định ếch: dung ghim cố định 4 chi ếch vào bàn mổ. Mổ lộ tim ếch: + Dùng kéo to mở rộng khoang ngực ếch cắt bỏ một mảnh da ngực hình tam giác (có đỉnh là mỏm xương ức và đáy là đường nối hai khớp vai). Tiếp đó dùng panh kẹp vào mỏm sụn xương ức, nhấc thành trước lồng ngực lên và cắt bỏ đi một mảnh lồng ngực theo hình tam giác như đã cắt ở da trước đó. + Thấy tim lộ rõ trong xoang bao tim. Dùng panh kẹp nâng màng bao tim lên và dùng kéo cắt đứt màng bao tim. Tách rời tim ếch: + Dùng kéo và panh nhỏ, luồn chỉ xuống dưới tĩnh mạch chủ, hai động mạch phải và trái. + Thắt chặt tĩnh mạch chủ và động mạch phải của ếch. + Nhẹ nhàng kéo sợi chỉ nâng động mạch trái lên, cách 1 lỗ nhỏ để luồn canuyl (có chứa dung dịch sinh lý) vào sâu tâm thất. + Dùng ống hút hút bỏ máu trong canuyl, tiếp tục cho dung dịch sinh lý vào, lại hút bỏ, rửa sạch tim cho đến khi toàn bộ máu trong tim được thay bằng dung dịch sinh lý. Khi thấy tim trắng, nước sinh lý trong canuyl dâng lên, hạ xuống theo nhịp tim thì được. + Thắt chặt chỉ, buộc động mạch trái vào canuyl, dùng kéo cắt rời tim ra khỏi lồng ngực ếch. + Gắn canuyl có tim ếch vào lỗ nhỏ trên nút bình tạo ẩm. Đếm nhịp tim ếch: Chuẩn bị ba bình tam giác đựng 50ml dung dịch sinh lý, đặt vào ba môi trường khác nhau, gắn nhiệt kế vào một lỗ trên nắp cao su: nhiệt độ phòng (29°C), khay nước đá (19°C), nồi đun sôi cách thủy (39°C). Gắn canuyl có tim ếch vào lần lượt ba môi trường: nhiệt độ phòng, nhiệt độ cao hơn 10°C, thấp hơn 10°C, kèm theo đếm nhịp tim thông qua nhịp lên xuống của nước sinh lý trong canuyl. Ở mỗi môi trường đếm số nhịp trong 20 giây. Ghi kết quả thu được. 6, Tính năng lượng hoạt hóa của một quá trình sinh học: Cách tính 1 : Xác định giá trị của năng lượng hoạt hóa thông qua đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của lnK vào 1T, ta có: Ehh = R.tgα Cách tính 2: Xác định thông qua đại lượng Q10: Ehh = 0,46.T1.T2.lgQ10 III Kết quả thực tập: Không mổ được quả tim nào thành công. Tham khảo số liệu từ nhóm Ta có, nhiệt độ phòng là 31°C, suy ra T1 = 31 + 273 = 304 (K), thì T2 = 314 (K), T3 = 294 (K) Bảng tổng hợp số liệu trung bình: Số thứ tự Nhiệt độ (K) Số nhịp đập trong 1 phút Hằng số tốc độ K Đại lượng Q10 Năng lượng hoạt hóa Ehh (calmol) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Trung bình 1 304 48 45 39 44 44 Q10 = 1.159091 Ehh = 2815.384 2 314 54 51 48 51 51 Q’10 = 1.157895 E’hh = 2617.624 3 294 41 36 33 38 38 IV Giải thích kết quả thu được và kết luận: Đánh giá: kết quả tương đối chính xác. Giải thích: + Khi tim ếch được tách rời khỏi cơ thể, vẫn có khả năng co bóp là nhờ hệ thống nút tự phát các xung động và dẫn truyền xung động. Hệ thống nút là nút xoang, nút nhĩ thất, bó His, mạng lưới Purkinje. Hệ thống nút nếu tự động phát xung thì tần số khoảng 4050 nhịpphút. + Nhiệt độ càng cao thì sự chuyển động của các phân tử càng lớn, các phân tử va chạm càng nhiều và mạnh làm phản ứng diễn ra nhanh, do đó sự tạo nhịp của nút xoang và lan truyền các xung nhanh và mạnh mẽ. Vì thế, số nhịp tim đập trong một phút cũng nhiều hơn ở nhiệt độ thấp hơn 10°C. + Đại lượng Q10 cho thấy tốc độ hằng số khi nhiệt độ tăng 10°C khoảng 1.15 lần, ở cả Q10 và Q’10 đều xấp xỉ nhau chứng tỏ số liệu tương đối chuẩn, sai số ít. + Năng lượng hoạt hóa: Tốc độ phản ứng xảy ra càng nhanh khi nhiệt độ cao thì năng lượng hoạt hóa càng lớn. Nói cách khác là nhiệt độ cao, số lượng các phân tử có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng hoạt hóa sẽ tăng lên làm tốc độ phản ứng tăng lên, năng lượng hoạt hóa cũng tăng lên. Năng lượng hoạt hóa ở T1 khi nhiệt độ tăng T2 lớn hơn khi giảm xuống T3. Kết luận: + Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt hóa. Nhiệt độ càng cao, tốc độ phản ứng càng lớn và năng lượng hoạt hóa càng nhiều. V Tài liệu tham khảo và đóng góp của thành viên trong nhóm: Tài liệu tham khảo: + Tài liệu lý thuyết thực hành Sinh lý của thầy. + GSTS Phạm Thị Minh Đức, Sinh lý học, NXB y học, 2011.