So sánh thân nhiệt trung tâm và ngoại vi

NHIỆT ĐỘ BÌNH THƯỜNG CỦA CƠ THỂ

Nhiệt độ trung tâm và nhiệt độ da của cơ thể. Nhiệt độ của các mô sâu trong cơ thể – ”lõi” của cơ thể thường rất hằng định, trong khoảng +1oF [+0,6oC], ngoại trừ khi cơ thể bị sốt. Thực vậy, một người khỏa thân có thể tiếp xúc với nhiệt độ thấp đến 55oF hoặc cao đến 130oF trong không khí khô mà vẫn duy trì được nhiệt độ trung tâm gần như không đổi. Cơ chế của sự điều chỉnh nhiệt độ cơ thể đại diện cho một hệ thống điều khiển được thiết kế rất tuyệt vời. Trong chương này chúng ta sẽ thảo luận về hệ thống này khi nó hoạt động lúc cơ thể khỏe mạnh và bị bệnh.

Nhiệt độ da, trái ngược với nhiệt độ trung tâm, tăng giảm theo nhiệt độ môi trường xung quanh. Nhiệt độ của da rất quan trọng khi ta nói đến khả năng tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh của da.

Nhiệt độ trung tâm bình thường. Không có một nhiệt độ trung tâm nào được cho là bình thường bởi vì kết quả đo trên rất nhiều người khỏe mạnh cho thấy có một khoảng giá trị nhiệt độ bình thường được đo qua đường miệng, xem hình minh họa 74-1, từ thấp hơn 97oF [36oC] đến cao hơn 99,5oF [ 37,5oC]. Nhiệt độ trung tâm trung bình thường trong khoảng từ 98oF –98,6oF khi đo qua đường miệng và cao hơn 1oF khi đo qua đường trực tràng. Nhiệt độ cơ thể tăng lên khi tập luyện và thay đổi theo nhiệt độ môi trường xung quanh bởi vì cơ chế điều chỉnh nhiệt độ là không hoàn hảo. Khi nhiệt độ sản sinh quá mức trong cơ thể bởi các bài tập gắng sức, nhiệt độ có thể tăng cao tạm thời tới 101oF – 104oF. Ngược lại khi cơ thể tiếp xúc với lạnh cực độ, nhiệt độ có thể giảm xuống dưới 96oF.

NHIỆT ĐỘ CƠ THỂ ĐƯỢC KIỂM SOÁT BỞI SỰ CÂN BẰNG GIỮA SINH NHIỆT VÀ MẤT NHIỆT.

Khi mức nhiệt sinh ra trong cơ thể cao hơn mức nhiệt mất đi, nhiệt sẽ tích lũy trong cơ thể và nhiệt độ của cơ thể tăng lên. Ngược lại, khi nhiệt mất đi nhiều hơn, cả nhiệt cơ thể và nhiệt độ của cơ thể đều giảm. Hầu như phần còn lại của chương này sẽ liên quan đến sự cân bằng giữa nhiệt sinh ra và nhiệt mất đi và cơ chế kiểm soát sự sinh và mất nhiệt này của cơ thể.

SỰ SINH NHIỆT

Nhiệt sinh ra chủ yếu là sản phẩm của chuyển hóa. Trong chương 73, tóm tắt về năng lượng của cơ thể, chúng ta đã thảo luận về các yếu tố khác nhau quyết định đến tỷ lệ sinh nhiệt, gọi là mức chuyển hóa của cơ thể. Những yếu tố quan trọng nhất được liệt kê lại dưới đây:

[1]Mức chuyển hóa cơ sở của mọi tế bào của cơ thể [2] Mức chuyển hóa thêm tạo nên bởi hoạt động của cơ, bao gồm sự co cơ gây ra bởi run cơ [3] Chuyển hóa thêm bởi tác dụng của thyroxine [to a lesser extent , các hormon khác ví dụ GH và testosteron] lên tế bào; [4] Chuyển hóa thêm tạo ra bởi tác dụng của epinephrine, norepinephrin và kích thích giao cảm lên tế bào; [5] chuyển hóa thêm tạo ra bởi tăng hoạt động hóa học của tế bào, đăc biệt là khi nhiệt độ của tế bào tăng lên, và [6] chuyển hóa thêm cần cho tiêu hóa,hấp thụ và dự trữ thức ăn[ tác dụng nhiệt của thức ăn]

SỰ MẤT NHIỆT

Hầu hết nhiệt sản sinh trong cơ thể được sinh ra từ các cơ quan sâu, đặc biệt là gan, não, tim và cơ xương trong khi tập luyện. Nhiệt này được vận chuyển từ những cơ quan và mô ở sâu đến da, rồi từ da mất ra không khí và môi trường xung quanh khác. Vì vậy, mức nhiệt mất được xác định hầu như hoàn toàn bởi 2 yếu tố: [1] nhiệt có thể được truyền từ nơi nó được sinh ra ở trung tâm cơ thể đến da nhanh như thế nào và [2] nhiệt có thể được vận chuyển từ da ra môi trường xung quanh nhanh như thế nào?. Chúng ta hãy bắt đầu bằng việc thảo luận về hệ thống cách nhiệt trung tâm từ bề mặt da.[the system that insulates the core from the skin surface.]

Hệ thống cách nhiệt của cơ thể

Da, mô dưới da và đặc biệt là lớp mỡ dưới da hoạt động cùng nhau như là một tấm cách nhiệt cho cơ thể. Lớp mỡ là quan trọng bởi khả năng dẫn nhiệt của nó chỉ bằng 1/3 so với các mô khác. Khi không có máu chảy từ các cơ quan bên trong tới da đặc tính cách nhiệt của một cơ thể nam giới bình thường bằng khoảng 1/2 đến 3/4 tính cách nhiệt của bộ quần áo thông thường. Ở phụ nữ, đặc tính này thậm chí tốt hơn.

Sự cách nhiệt ở dưới da là một biện pháp hiệu quả để duy trì nhiệt độ trung tâm bình thường, cho dù nó cho phép nhiệt độ của da gần như bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh.

Dòng máu từ trung tâm cơ thể tới da cung cấp sự truyền nhiệt

Các mạch máu được phân bố dồi dào dưới da. Đặc biệt quan trọng là mạng lưới [đám rối] tĩnh mạch liên tục được cung cấp bởi dòng máu từ các mao mạch ở da, xem hình 74-2. Những vùng cơ thể hở nhiều nhất – bàn tay, bàn chân, và tai – các mạng lưới [đám rối] được cung cấp máu trực tiếp từ các tiểu động mạch qua chỗ nối động tĩnh mạch cơ cao.

Lượng máu đến mạng lưới tĩnh mạch ở da có thể thay đổi rất lớn, từ gần bằng không cho đến lớn bằng 30% tổng cung lượng tim. Lượng máu tới da lớn làm cho nhiệt được truyền từ trung tâm cơ thể đến da rất hiệu quả, trong khi sự giảm lượng máu tới da có thể làm giảm rất ít sự dẫn nhiệt từ trung tâm cơ thể.

Hình 74-3 cho thấy mức ảnh hưởng của nhiệt độ môi trung tâm đến bề mặt da và ra không khí, cho thấy khả năng dẫn nhiệt tăng lên khoảng 8 lần giữa trạng thái co mạch hoàn toàn và giãn mạch hoàn toàn.

Vì vậy, da là một hệ thống “bức xạ nhiệt” được kiểm soát hiệu quả, và dòng máu tới da là một cơ chế hiệu quả nhất để truyền nhiệt từ trung tâm cơ thể đến da.

Kiểm soát sự dẫn nhiệt đến da bởi hệ thần kinh giao cảm. Sự dẫn nhiệt đến da qua máu được kiểm soát bởi mức độ co mạch của các tiểu động mạch và chỗ nối động tĩnh mạch mà cung cấp máu cho đám rối tĩnh mạch của da. Sự co mạch này được kiểm soát hầu như hoàn toàn bởi hệ thần kinh giao cảm trong đáp ứng với sự thay đổi của nhiệt độ trung tâm cơ thể và nhiệt độ của môi trường xung quanh.Điều này được bàn đến sau trong chương liên quan đến điều hòa nhiệt độ cơ thể bởi vùng dưới đồi.

Các phương thức mất nhiệt cơ bản từ bề mặt da.

Các phương thức mất nhiệt từ da đến môi trường xung quanh khác nhau được cho thấy ở hình 74-4. Bao gồm bức xạ nhiệt, dẫn truyền nhiệt và bay hơi nước được giải thích bên dưới.

Bức xạ nhiệt làm mất nhiệt dưới dạng tia hồng ngoại. Như ta thấy trong hình 74-4, một người khỏa thân ngồi trong một căn phòng có nhiệt độ bình thường, khoảng 60% lượng nhiệt mất là do bức xạ nhiệt.

Hầu hết tia hồng ngoại [1 loại tia điện từ] phát ra từ cơ thể có bước sóng từ 5-20 micromet, gấp 10-30 lần bước sóng của ánh sáng. Tát cả các vật không có nhiệt độ tuyệt đối bằng 0 đều phát ra những tia như vậy.

Cơ thể người bức xạ nhiệt theo mọi hướng. Tia nhiệt cũng được bức xạ từ bức tường và các đồ vật khác về phía cơ thể. Nếu nhiệt độ của cơ thể cao hơn nhiệt độ của môi trường xung quanh thì lượng nhiệt cơ thể bức xạ ra lớn hơn lượng nhiệt được bức xạ đến cơ thể.

Sự mất nhiệt dẫn truyền xảy ra qua tiếp xúc trực tiếp với vật khác[ Truyền nhiệt trực tiếp]. Như thấy trong hình 74-4, chỉ một lượng nhiệt nhỏ, thông thường khoảng 3%, mất từ cơ thể thông qua dẫn truyền trực tiếp từ bề mặt cơ thể tới những vật rắn ví dụ ghế hoặc giường. Tuy nhiên, tỷ lệ nhiệt mất đi là lớn hơn thông qua dẫn truyền ra không khí [khoảng 15%] thậm chí dưới những điều kiện thông thường.

Nhắc lại rằng nhiệt có bản chất là động năng của chuyển động phân tử, và các phân tử của da liên tiếp chịu sự chuyển động rung. Nhiều năng lượng của chuyển động này có thể được truyền đến không khí nếu không khí lạnh hơn da, từ đó làm tăng tốc độ chuyển động của các phân tử khí. Khi nhiệt độ của không khí kề sát da bằng với nhiệt độ của da, không xảy ra mất nhiệt theo cách này bởi lúc này có một lượng nhiệt ngang bằng được dẫn truyền từ không khí đến cơ thể. Vì vậy, sự dẫn nhiệt từ cơ thể đến không khí là có giới hạn trừ khi không khí được làm nóng di chuyển ra xa bề mặt da, không khí không được làm nóng liên tiếp được mang đến tiếp xúc với da, hiện tượng này được gọi là sự đối lưu không khí.

Sự mất nhiệt đối lưu do chuyển động của không khí.

Nhiệt từ da đầu tiên được truyền đến không khí sau đó được mang đi bởi dòng không khí đối lưu.

Một lượng nhỏ sự đối lưu hầu như luôn xảy ra xung quanh cơ thể bởi xu hướng bay lên của không khí kề sát da khi chúng được làm nóng. Vì vậy một người khỏa thân ngồi trong một phòng thoải mái không có chuyển động không khí, khoảng 15% lượng nhiệt mất xảy ra bởi sự truyền nhiệt ra không khí và bởi sự đối lưu không khí ra xa cơ thể.

Tác dụng làm mát của gió. Khi cơ thể tiếp xúc với gió, lớp không khí kề sát da được thay thế bởi không khí mới nhanh hơn nhiều so với bình thường, và nhiệt mất đi bởi đối lưu cũng theo đó tăng lên. Hiệu quả làm mát của gió ở tốc độ thấp tỉ lệ với căn bậc hai tốc độ gió. Ví dụ, tốc độ gió là 4 miles/h có tác dụng làm mát gấp 2 lần so với tốc độ gió là 1 mile/h.

Sự dẫn nhiệt và đối lưu nhiệt của một người trong môi trường nước. Nước có nhiệt dung riêng lớn gấp vài nghìn lần so với không khí, vì vậy mỗi một phần nước kề sát da có thể hấp thu một lượng nhiệt lớn hơn nhiều so với lượng nhiệt được hấp thụ bởi không khí. Cũng vậy, sự dẫn truyền nhiệt trong nước là rất lớn khi so sánh với trong không khí. Do đó, cơ thể không thể làm nóng một lớp nước mỏng trên bề mặt cơ thể để hình thành một “vùng cách ly” như đã làm với không khí. Vì vậy, tỉ lệ nhiệt mất ra môi trường nước thường lớn hơn nhiều lần so với tỉ lệ nhiệt mất trong không khí nếu nhiệt độ của nước thấp hơn nhệt độ của cơ thể.

Sự bay hơi nước. Khi nước bốc hơi từ bề mặt cơ thể, 0,58 Calorie [kilocalorie] nhiệt bị mất đi trong mỗi gam nước bay hơi. Thậm chí khi một người không toát mồ hôi, vẫn có hiện tượng bay hơi nước không cảm thấy qua da và phổi ở mức khoảng 600-700ml/ngày. Sự bay hơi không cảm thấy này gây mất nhiệt liên tục ở mức 16-19 Calo mỗi giờ. Sự bay hơi không cảm thấy qua da và phổi có thể không được kiểm soát bởi mục đích điều nhiệt do sự khuếch tán liên tục các phân tử nước qua da và bề mặt hô hấp. Tuy nhiên, mất nhiệt qua bay mồ hôi có thể được kiểm soát bởi điều hòa lượng mồ hôi, sẽ được bàn luận sau chương này.

Sự bay hơi là một cơ chế làm mát cần thiết trong điều kiện nhiệt độ không khí rất cao. Miễn là nhiệt độ da cao hơn nhiệt độ môi trường xung quanh, nhiệt có thể mất qua bức xạ và dẫn truyền. Tuy nhiên khi nhiệt độ môi trường xung quanh trở nên cao hơn nhiệt độ của da, thay vì mất nhiệt,cơ thể lại thu thêm nhiệt bởi cả bức xạ và dẫn truyền nhiệt. Trong những trường hợp này, chỉ có một phương thức thải nhiệt hiệu quả là bay hơi nước.

Vì vậy, bất cứ gì ngăn chặn sự bay hơi nước thích hợp khi nhiệt độ môi trường xung quanh cao hơn nhiệt độ da sẽ làm tăng nhiệt độ cơ thể. Cơ chế này thường xảy ra ở những người sỉnh ra không có tuyến mồ hôi bẩm sinh. Những người này có thể chịu được nhiệt độ lạnh tốt như người bình thường nhưng họ có thể chết vì say nóng ở vùng nhiệt đới bởi không có hệ thống làm mát qua bay hơi nước, họ không thể ngăn sự tăng lên của nhiệt độ cơ thể khi nhiệt độ không khí cao hơn nhiệt độ cơ thể.

Quần áo làm giảm sự mất nhiệt qua dẫn truyền và đối lưu. Quần áo giúp lưu giữ lớp không khí bên cạnh da trong quần áo, theo cách ấy làm tăng độ dày của vùng không khí cách ly kề sát da và cũng giảm dòng không khí đối lưu. Vì vậy mức nhiệt mất đi do dẫn truyền và đối lưu giảm nhiều. Một bộ quần áo thông thường làm giảm khoảng một nửa mức nhiệt mất đi từ một người khỏa thân, nhưng quần áo arctic-type có thể làm giảm sự mất nhiệt này chỉ còn 1/6.

Khoảng một nửa nhiệt truyền từ da đến quần áo là được bức xạ tới quần áo thay vì được truyền qua các khoảng nhỏ ở giữa. Vì vậy phủ ngoài lớp mặt trong quần áo một lớp vàng mỏng sẽ reflect [dội lại] nhiệt bức xạ trở lại cơ thể, làm cho đặc tính cách ly của quần áo hiệu quả hơn nhiều so với cách khác. Sử dụng phương pháp này, quần áo được dùng ở vùng Bắc cực có thể được giảm khối lượng đi 1 nửa.

Tác dụng của quần áo trong duy trì nhiệt độ cơ thể sẽ mất đi hầu như hoàn toàn khi quần áo bị ướt bởi vì sự dẫn nhiệt cao của nước làm tăng mức truyền nhiệt qua quần áo gấp 20 lần hoặc hơn. Vì vậy, một trong những yếu tố quan trọng nhất để bảo vệ cơ thể chống lại lạnh ở khu vực băng giá là hết sức cẩn trọng để không làm cho quần áo bị ướt. Đúng vậy, một người cần cẩn thận để không trở nên quá nóng bởi sự toát mồ hôi trong quần áo ở những người này khiến cho hiệu quả cách nhiệt của quần áo kém đi nhiều.

Mồ hôi và sự điều tiết mồ hôi bởi thần kinh tự động

Kích thích vào khu vực trước thị phần trước vùng dưới đồi ở não bằng điện hoặc nhiệt độ quá mức đều gây ra toát mồ hôi.Thần kinh từ khu vực này có thể gây ra toát mồ hôi được truyền đi theo con đường tự động tới tủy sống rồi qua giao cảm tới da ở mọi nơi trên cơ thể.

Nhắc lại từ việc thảo luận về hệ thống thần kinh tự động ở chương 61 đó là tuyền mồ hôi được phân bố các sợi thần kinh cholinergic [sợi tiết ra ACh nhưng chạy trong sợi thần kinh giao cảm dọc theo sợi adrenergic]. Những tuyến này có thể được kích thích bài tiết bởi epinephrin hoặc nor epinephrin tuần hoàn trong máu, mặc dù chính những tuyến này không có các sợi adrenergic phân bố tới. Cơ chế này rất quan trọng trong khi tập luyện, khi những hormon này được tiết ra từ tủy thượng thận và cơ thể cần thải ra một lượng nhiệt được sinh ra quá mức từ hoạt động cơ bắp.

Cơ chế bài tiết mồ hôi. Trong hình 74-5, tuyến mồ hôi được cho thấy là một cấu trúc ống bao gồm 2 phần: [1] phần búi dưới lớp hạ bì bài tiết mồ hôi và[2] phần ống xuyên qua hạ bì và biểu bì của da. Như rất nhiều tuyến khác, phần bài tiết của tuyến mồ hôi bài tiết một dịch được gọi là dịch tiết ban đầu. Nồng độ các thành phần trong dịch được thay đổi khi dịch chảy qua phần ống.

Dịch tiết ban đầu là một sản phẩm bài tiết tích cực của các tế bào biểu mô lót trong phần búi của tuyến mồ hôi. Tận cùng sợi thần kinh giao cảm cholinergic ở tại hoặc gần các tế bào tuyến

Thành phần của chất tiết ban đầu giống với huyết tương, ngoại trừ các protein huyết tương. Nồng độ Na khoảng 142mEq/l, và nồng độ Clo khoảng 104 mEq/l với nồng độ nhỏ hơn nhiều các chất hòa tan khác trong huyết tương . Khi dịch tiết ban đầu chảy qua phần ống của tuyến, nó được thay đổi bởi sự tái hấp thu hầu hết ion Na và Clo. Mức độ tái hấp thu phụ thuộc vào mức bài tiết mồ hôi.

Khi kích thích nhẹ tuyến mồ hôi, dịch ban đầu chảy qua ống chậm. Trong trường hợp này, thực chất toàn bộ ion Na và Clo được tái hấp thu, và nồng độ mỗi ion giảm thấp xuống còn 5mEq. Quá trình này làm giảm thấp áp lực thẩm thấu của mồ hôi mà nước hầu hết cũng được tái hấp thu, làm cô đặc hầu hết các thành phần khác. Vì vậy,ở mức bài tiết mồ hôi thấp các thành phần như ure, acid lactic và ion Kali thường xuyên được cô đặc.

Ngược lại, khi tuyến mồ hôi được kích thích mạnh bởi hê thần kinh giao cảm, một lượng lớn chất tiết ban đầu được tạo thành và phần ống có thể tái hấp thu hơn một nửa NaCl, nồng độ ion Na và Clo lớn nhất là khoảng 50-60 mEq/l, ít hơn một nửa so với nồng độ trong huyết tương. Hơn nữa, mồ hôi chảy qua ống tuyến nhanh nên rất ít nước được tái hấp thu. Vì vậy nồng độ các thành phần hòa tan khác trong mồ hôi chỉ tăng ở mức độ vừa phải; ure gấp khoảng 2 lần trong huyết tương, acid lactic gấp khoảng 4 lần, và kali gấp khoảng 1,2 lần.

Việc mất lượng lớn ion Na qua mồ hôi xảy ra khi một người chưa thích nghi với khí hậu nóng. Xảy ra mất ít điện giải hơn nhiều mặc dù tăng năng suất tiết mồ hôi khi một người trở nên thích nghi với khí hậu.

Sự thích nghi với khí hậu của cơ chế toát mồ hôi đối với nhiệt – Vai trò của Aldosteron. Mặc dù một người bình thường, chưa thích nghi khí hậu hiếm khi tiết ra nhiều hơn 1 lít mồ hôi mỗi giờ. Khi người này ở trong thời tiết nóng trong 1- 6 tuần, người đó bắt đầu tiết nhiều mồ hôi, thường tăng bài tiết mồ hôi nhiều nhất là 2-3l/h. Sự bay hơi thông qua toát mồ hôi nhiều có thể làm mất nhiệt của cơ thể gấp 10 lần so với mức sinh nhiệt cơ bản bình thường. Hiệu quả tăng lên cơ chế tiết mồ hôi gây ra bởi thay đổi tế bào tuyến mồ hôi làm tăng khả năng tiết mồ hôi

Cũng liên quan đến sự thích nghi khí hậu làm giảm hơn nữa nồng độ NaCl trong mồ hôi, cho phép duy trì lượng muối của cơ thể tốt hơn nữa. Hầu hết tác dụng này gây ra bởi tăng bài tiết aldosteron từ tuyến thượng thận,do giảm nhẹ nồng độ NaCl ở dịch ngoại bào và huyết tương. Một người chưa thích nghi với khí hậu có thể tiết nhiều mồ hôi thường mất 15-30 g muối mỗi ngày trong vài ngày đầu tiên. Sau 4-6 tuần thích nghi, mức mất đi thường là 3-5 g/ ngày

Mất nhiệt qua hơi thở

Nhiều động vật ít có khả năng làm mất nhiệt từ bề mặt cơ thể, có 2 lý do:[1] bề mặt cơ thể có lông che phủ, và [2] da của hầu hết động vật bậc thấp không có các tuyến mồ hôi, ngăn hầu hết sự mất nhiệt qua bay hơi từ da . Một cơ chế thay thế , cơ chế thở gấp được sử dụng ở rất nhiều động vật như một phương tiện để tỏa nhiệt.

Hiện tượng thở gấp được “bật lên” bởi trung tâm điều hòa nhiệt của não. Đó là, khi máu trở nên quá nóng, vùng dưới đồi khởi động các tín hiệu thần kinh để làm giảm nhiệt độ cơ thể. Một trong những tín hiệu này khởi động thở gấp. Quá trình thở thực tế được kiểm soát bởi trung tâm thở gấp liên quan đến trung tâm điều chỉnh thở nằm ở cầu não.

Khi một động vật thở gấp, nó hít vào thở ra nhanh và vì vậy một lượng lớn không khí mới từ bên ngoài vào tiếp xúc với phần trên của đường thở. Cơ chế này làm mát máu trong niêm mạc đường thở là kết quả sự bay hơi nước từ bề mặt niêm mạc,đặc biệt là sự bay hơi của nước bọt từ lưỡi. thở hổn hển không làm tăng thông khí phế nang nhiều hơn kiểm soát thích hợp khí máu bởi vì mỗi hơi thở rất nông, vì vậy hầu hết không khí đi vào phế nang là không khí khoảng chết chủ yếu từ khí quản và không phải từ khí quyển.

Điều hòa nhiệt độ cơ thể – Vai trò của tuyến dưới đồi

Hình 74-6 cho thấy nhiệt độ trung tâm cơ thể của 1 người khỏa thân sau vài giờ trong không khí khô từ 30oF đến 160oF. Kích thước chính xác của đường cong này phụ thuộc vào chuyển động gió của không khí, lượng hơi ẩm trong không khí và thậm chí trạng thái tự nhiên [bản chất] của môi trường xung quanh. Nói chung, một người khỏa thân trong không khí khô từ 55oF đến 130oF có khả năng duy trì nhiệt độ trung tâm cơ thể bình thường như trong khoảng 97oF đến 100oF.

Nhiệt độ của cơ thể được điều chỉnh hầu như hoàn toàn bởi cơ chế điều khiển thần kinh, và hầu hết mọi cơ chế này tác dụng thông qua trung tâm điều hòa nhiệt nằm ở vùng dưới đồi. để những cơ chế điều hòa ngược này hoạt động, cần có bộ phát hiện nhiệt để xác định khi nhiệt độ cơ thể trở nên quá cao hoặc quá thấp.

VAI TRÒ CỦA VÙNG TRƯỚC THỊ – VÙNG DƯỚI ĐỒI TRƯỚC TRONG PHÁT HIỆN NHIỆT CỦA NHIỆT ĐỘ

Vùng trước thị vùng dưới đồi trước chứa số lượng lớn nơ ron nhạy cảm nóng, bằng khoảng 1/3 số noron nhạy cảm với lạnh. Những noron này được cho là có chức năng nhạy cảm với nhiệt độ trong kiểm soát nhiệt độ của cơ thể. Noron nhạy cảm với nóng tăng lên mức 2-10 lần để đáp ứng với tăng nhiệt độ cơ thể lên 10oC. Trái lại noron nhạy cảm với lạnh tăng mức độ kích thích khi nhiệt độ cơ thể giảm xuống.

Khi vùng trước thị được làm nóng, da trên toàn bộ cơ thể ngay lập tức bài tiết nhiều mồ hôi trong khi các mạch máu tới da trên toàn bộ cơ thể trở nên dãn rộng. Đáp ứng này là một phản xạ ngay lập tức làm cho mất nhiệt của cơ thể ,theo cách đó giúp đưa nhiệt độ cơ thể trở về mức bình thường. Thêm vào, bất cứ sự sinh nhiệt cơ thể quá mức đều được ngăn chặn. Vì vậy, vùng trước thị dưới đồi rõ ràng có khả năng đáp ứng như một trung tâm kiểm soát nhiệt .

PHÁT HIỆN NHIỆT BỞI CÁC RECEPTOR TRÊN DA VÀ trên CÁC MÔ SÂU CỦA CƠ THỂ

Mặc dù các tín hiệu được phát ra từ các receptor nhiệt của vùng dưới đồi là vô cùng mạnh trong kiểm soát nhiệt độ cơ thể, các receptor ở các phần khác nhau của cơ thể cũng đóng vai trò trong điều hòa nhiệt độ. Điều này đặc biệt đúng với các receptor nhiệt độ trên da và trong một vài mô sâu của cơ thể.

Nhắc lại từ việc thảo luận về các receptor cảm giác ở chương 49 đó là da có cả receptor nóng và lạnh. Da có nhiều receptor lạnh hơn receptor nóng, thực tế nhiều gấp 10 lần ở nhiều phần của da. Vì vậy việc phát hiện nhiệt độ ngoại vi liên quan chủ yếu đến phát hiện nhiệt độ mát và lạnh thay vì phát hiện nhiệt độ nóng.

Mặc dù cơ chế phân tử trong thay đổi cảm giác về nhiệt độ chưa được biết hết, có nhiều nghiên cứu thực nghiệm gợi ý rằng receptor điện thế tạm thời của các kênh cation, được tìm thấy trong các noron cảm giác bản thể và các tế bào biểu mô có thể gián tiếp cảm giác nhiệt ở trên khoảng rộng nhiệt độ da.

Khi da của toàn bộ cơ thể bị lạnh, ngay lập tức tác dụng phản xạ được khởi động và bắt đầu tăng nhiệt độ cơ thể lên theo một vài cách: [1]bằng cách cung cấp một kích thích mạnh để gây ra run, kết quả là làm tăng mức sinh nhiệt của cơ thể; [2] bằng hạn chế toát mồ hôi, nếu cách này đã xảy ra; và [3] bằng tăng co mạch da để hạn chế nhiệt mất từ da.

Receptor nhiệt sâu trong cơ thể được tìm thấy chủ yếu ở tủy sống, trong nội tạng ở ổ bụng và trong hoặc quanh các tĩnh mạch lớn ở thượng vị và lồng ngực.Chức năng của các receptor ở sâu này khác với các receptor ở da bởi chúng tiếp xúc với nhiệt độ trung tâm cơ thể hơn là với nhiệt độ bề mặt cơ thể. Tuy nhiên, giống như các receptor nhiệt ở da, chúng chủ yếu phát hiện lạnh hơn là nóng. Rất có thể cả receptor ở da và receptor ở sâu có liên quan đến ngăn chặn sự hạ nhiệt độ- đó là ngăn chặn việc nhiệt độ của cơ thể ở mức thấp.

PHẦN SAU VÙNG DƯỚI ĐỒI HỢP NHẤT VỚI VÙNG TRUNG TÂM VÀ CÁC TÍN HIỆU CẢM GIÁC NHIỆT ĐỘ ở NGOẠI VI

Thậm chí có rất nhiều tín hiệu cảm giác nhiệt độ xuất hiện từ các receptor ngoại vi, những tín hiệu này góp phần kiểm soát nhiệt độ cơ thể chủ yếu qua vùng dưới đồi. Khu vực mà chúng kích thích trên vùng dưới đồi nằm ở 2 bên rìa của vùng dưới đồi sau khoảng ở mức các thể vú. Tín hiệu cảm giác nhiệt độ từ vùng trước thị vùng dưới đồi trước cũng được chuyển đến phần sau vùng dưới đồi . Ở đây các tín hiệu từ vùng trước thị và tín hiệu từ bất cứ đâu trên cơ thể được tổng hợp và hợp nhất dể kiểm soát sự sinh nhiệt và phản ứng bảo toàn nhiệt của cơ thể.

CƠ CHẾ TÁC DỤNG THẦN KINH LÀM TĂNG HOẶC GIẢM NHIỆT ĐỘ CƠ THỂ.

Khi trung tâm nhiệt ở vùng dưới đồi phát hiện nhiệt độ cơ thể quá cao hoặc quá thấp chúng tiến hành quá trình giảm nhiệt độ và tăng nhiệt độ thích hợp. Độc giả có thể sẽ cảm thấy quen thuộc với hầu hết các quá trình này bởi những trải nghiệm cá nhân nhưng đặc trưng đăc biệt được mô tả ở phần dưới đây.

Cơ chế giảm nhiệt độ khi cơ thể quá nóng.

Hệ thống kiểm soát nhiệt độ sử dụng 3 cơ chế quan trọng để giảm nhiệt của cơ thể khi nhiệt độ của cơ thể quá cao:

1. Co mạch da. ở hầu hết các vùng của cơ thể, mạch máu ở da trở nên giãn mạnh. sự giãn mạch này gây ra bởi ức chế trung tâm giao cảm ở phần sau vùng dưới đồi mà có tác dụng gây co mạch.Giãn mạch hoàn toàn có thể làm tăng mức truyền nhiệt đến da nhiều gấp 8 lần
2. Toát mồ hôi. Tác dụng làm tăng nhiệt độ cơ thể do sự toát mồ hôi được chứng minh bởi đường cong màu xanh da trời trong hình 74-7, cho thấy tăng rõ ràng mức độ nhiệt mất nhờ bay hơi do sự toát mồ hôi khi nhiệt độ trung tâm cơ thể tăng lên quá mức giới hạn 37oC [98,6oF]. Nhiệt độ cơ thể tăng lên 1oC gây ra toát mồ hôi đủ để loại bỏ 10 lần mức sinh nhiệt cơ bản
3. Giảm sinh nhiệt. Ức chế mạnh những cơ chế gây ra tăng sinh nhiệt quá mức , ví dụ như run cơ hay sinh nhiệt hóa học.

Cơ chế gây tăng nhiệt độ khi cơ thể quá lạnh

Khi cơ thể quá lạnh, hệ thống điều nhiệt sẽ hoạt động hoàn toàn ngược lại. Bao gồm:

1. Co mạch da toàn cơ thể . Sự co mạch nầy là do kích thích trung tâm giao cảm vùng sau vùng dưới đồi.
2. Nổi da gà[sự dựng lông]. có nghĩa là các sợi lông dựng thẳng lên. Kích thích giao cảm làm co các cơ dựng lông trong các nang lông, đưa các sợ lông về tư thế đứng thẳng. Cơ chế này không quan trọng ở người , nhưng ở nhiều động vật, việc dựng lông giúp chúng tạo ra 1 lớp dày“ khí cách li” [insulator air] kề sát da, nhờ đó giảm thiểu trao đổi nhiệt với môi trường xung quanh.
3. Tăng sinh nhiệt. Sinh nhiệt do chuyển hóa tăng lên do tăng cường run cơ, kích thích giao cảm tăng sinh nhiệt, và do bài tiết hoocmon tuyến giáp. Những cách thức tăng sinh nhiệt này được trình bày ở các phần sau

Kích thích gây run cơ của vùng dưới đồi. Vị trí ở nhân lưng của cùng dưới đồi [dorsomedial] thuộc về phần phía sau của vùng dưới đồi, ở gần vách của não thất ba, là một vùng được gọi là Trung tâm vận động run sơ cấp [primary motor center of shivering ]. Vùng này bình thường bị ức chế bởi tín hiệu từ trung tâm nhiệt độ ở vùng trước thị – trước dưới đồi [anterior hypothalamic-preoptic] nhưng sẽ bị hưng phấn khi có tín hiệu lạnh từ da và tủy sống. Bởi vậy, như sự tăng đột ngột của “nhiệt sinh” [đường cong màu đỏ trên hình 74.7], trung tâm này được hoạt hóa khi hạ nhiệt độ cơ thể dưới mức nhiệt độ chuẩn. Sau đó tín hiệu gây run cơ được truyền qua các dải[tracts] ở 2 bên xuống thân não [brain stem], đi vào sừng bên chất xám tủy và cuối cùng đến các neuron vận động ở phía trước. Những tín hiệu này không có nhịp điệu và không gây ra run cơ thực sự . Thay vào đó chúng gây tăng trương lực của hệ cơ vân khắp cơ thể thong qua việc thuận hóa hoạt động của neuron vận động. Khi trương lực cơ tăng lên trên mức tới hạn nào đó, sự run cơ xảy ra. Phản ứng này gần như chắc chắn do cơ chế feedback bởi sự dao động của cơ chế phản xạ căng cơ của suốt cơ [oscillation of the muscle spindle stretch reflex mechanism]. Điều này sẽ được thảo luận trong chương 55. Khi run cơ ở mức tối đa, nhiệt sinh ra có thể tăng lên gấp 4-5 lần bình thường.

Kích thích giao cảm “hóa học” của quá trình sinh nhiệt. Như đã nói ở Chương 73, bất cứ sự tăng kích thích nào của hệ giao cảm hoặc lượng norepinephrine và epinephrine trong tuần hoàn tăng lên đều có thể nhanh chóng dẫn đến tăng chuyển hóa tế bào. Tác động đó được gọi là Sinh nhiêt hóa học [chemical thermogenesis] hay Sinh nhiệt không run cơ [nonshivering thermogenesis], một phần là nhờ vào khả năng oxi hóa tách cặp – phosphoryl hóa của norepinephrin và epineprin,có nghĩa là lượng thực phẩm thừa ra sẽ bị oxy hóa và qua đó, giải phóng năng lượng dưới dạng nhiêt chứ không phải hình thành ATP.

Mức độ của sự sinh nhiệt hóa học ở đông vật gần như hoàn toàn tỉ lệ với lượng mỡ nâu có trong mô. Loại mỡ này chứa nhiều ti lạp thể đặc biệt nơi xảy ra hiện tượng oxy hóa tách cặp [uncoupled oxidation], xem thêm ở Chương 73. Mô mỡ nâu này có sự phân bố dáy đặc của hệ thần kinh giao cảm giải phóng norepi-nephrine, chất này kích thích mô bộc lộ protein không bắt cặp của ti thể [mitochondrial uncoupling protein] hay còn gọi là thermogenin] và tăng cường sinh nhiệt.

Sự thích nghi khí hậu ảnh hưởng rất lớn đến cường độ sinh nhiệt hóa học; ở vài loại vật, ví dụ như những con chuột được phơi nhiễm với môi trường lạnh trong vài tuần sẽ sinh nhiệt gấp 100-500% so với khi bị lạnh đột ngột. Ngược lại, với những loài vật không thích nghi khí hậu, đáp ứng tăng lên có lẽ chỉ được 1/3 số đó. Sự tăng sinh nhiệt đó cũng dẫn đến tăng lượng thức ăn nhập vào một cách tương ứng.

Ở người trưởng thành , cơ thể gần như không có mỡ nâu, hiếm khi sinh nhiệt hóa học có thể tăng nhiệt sinh trên mức 10-15%. Tuy nhiên , khi còn nhỏ , con người có một lượng nhỏ mỡ nâu ở khoảng gian vai, sinh nhiệt hóa học có thể tăng 100% nhiệt sinh , đó có thể là yếu tố quan trọng trong duy trì nhiệt độ cơ thể ở trẻ sơ sinh.

Tăng bài tiết thyroxine – nguyên nhân tăng sinh nhiệt kéo dài. Sự lạnh đi của vùng trước thị trước dưới đồi đồng thời cũng gây tăng giải phóng Hormone giải phóng TSH [TRH-Thyrotropin Releasing Hormone]. Hormone này qua các tĩnh mạch trong hệ tĩnh mạch cửa của vùng dưới đồi xuống thùy trước tuyến yên, ở đó kích thích giải phóng hormone kích thích tuyến giáp [TSH].

Đến lượt TSH kích thích làm tăng lượng thyroxine từ tuyến giáp, như được giải thích ở Chương 77. Thyroxine tăng lên làm tăng lượng protein không ghép cặp và tăng chuyển hóa tế bào trên khắp cơ thể, điều này có cơ chế khác với chuyển hóa trong sinh nhiệt hóa học. Quá trình tăng chuyển hóa này không xảy ra tức thì mà cần có vài tuần tiêp xúc với lạnh để khiến tuyên giáp nở to và đạt được mức giải phóng thyroxine mới.

Tiếp xúc với lạnh cực độ sau vài tuần có thể khiến tuyến giáp tăng kích thước lên 20-40% ở động vật. Tuy nhiên, người ta hiếm khi cho phép mình tiếp xúc lạnh ở mức độ mà nhiều loài vật thường chịu đựng. Do đó, chúng ta vẫn chưa biết được, một cách định lượng, tầm quan trọng của cơ chế tuyến giáp trong sự thích nghi với lạnh ở người.

Đo lường cách ly [isolated measurements] đã chỉ ra mức tăng chuyển hóa ở những người sống trong môi trường quân đội vài tháng tại vùng bang giá; ở người Inuit, người bản xứ ở những vùng cực như Alaska, Canada, Greenland, đều có mức chuyển hóa cơ sở khác thường. Hơn nữa, Sự kích thích do lạnh kéo dài trên tuyến giáp có thể giải thích mức đọ bướu giáp nhiễm độc cao hơn ở những người sống ở vùng lạnh so với người ở vùng nóng.

ĐIỂM NHIỆT CHUẨN [SET POINT] TRONG ĐIỀU NHIỆT

Như ví dụ trong hình 74-4, rõ ràng rằng điểm nhiệt tới hạn của cơ thể ở khoảng 37.1°C[98.8°F] có tác động mạnh tới cả quá trình sinh nhiệt và thải nhiệt. Ở nhiệt độ trên mức này, lượng nhiệt mất lớn hơn nhiệt sinh do đó nhiệt độ cở thể giảm dần đến mức 37.1°C. Ở nhiệt độ thấp hơn mức này , nhiệt sinh lại lớn hơn nhiệt mất, nhiêt độ cơ thể lại tăng lên đến mức 37.1°C. Mức nhiệt độ tới hạn này được gọi là “điểm nhiệt chuẩn” trong cơ chế điều hòa nhiệt độ – nghĩa là mọi cơ chế điều hòa nhiệt của cơ thể đều là cố đưa nhiệt độ cơ thể về điểm nhiệt chuẩn này.

Hệ số feedback [feedback gain] trong điều hòa nhiệt độ cơ thể

Như đã thảo luận ở chương 1, hệ số feedback là để đo lương sự hiệu quả của hệ thống điều khiển.Với điều nhiệt, điều này là rất quan trọng để nhiệt độ trung tâm có thể thay đổi ở mưc tối thiểu, cả khi nhiệt độ môi trường thay đổi mạnh theo ngày hay thậm chi theo giờ. Hệ số feedback của hê thống điều nhiệt bằng với tỉ lệ giữa thay đổi nhiệt môi trường và thay đổi nhiêt cơ thể, trừ đi 1 [xem Chương 1 để rõ hơn công thức này]. Các thử nghiệm đã chỉ ra rằng, nhiêt đô cơ thể thay đổi 1°C mỗi khi môi trường thay đổi 25-30°C .Bởi vật Hệ số feedback trong điều nhiệt ở người là khoảng 27[28/1-1.0 =27], đây là một hệ số cực kì lớn trong điều hòa sinh học [ so sánh với receptor nhận cảm áp lực của hê điều hòa huyết áp thì hệ số này chỉ