Bài học

Cơ chế điều hoà thân nhiệt

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em mô tả đúng chiều phản ứng của mạch máu dưới da (dãn khi nóng, co khi lạnh) trong cơ chế điều hoà thân nhiệt, và giải thích được vì sao mồ hôi làm mát cơ thể bằng cách bay hơi chứ không chỉ bằng cách xuất hiện trên da.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết da có mạch máu và tuyến mồ hôi tham gia điều hoà thân nhiệt (same-grade bridge). Bài này giải thích chính xác cơ chế đó hoạt động ra sao để giữ thân nhiệt cơ thể luôn ổn định quanh 37°C.

Khởi động

Ngày hè nóng bức, da em thường đỏ ửng và ướt mồ hôi. Ngày đông lạnh, da lại tái nhợt và em run lên cầm cập. Hai phản ứng trái ngược này có phải ngẫu nhiên, hay đang cùng phục vụ một mục đích duy nhất?

Kiến thức trọng tâm

Điều hoà thân nhiệt là một vòng điều hoà ngược: khi thân nhiệt lệch khỏi mức bình thường khoảng 37°C, cơ thể phát hiện sự lệch đó và tạo ra một phản ứng đi ngược lại hướng lệch, kéo thân nhiệt trở về mức bình thường. Gọi là điều hoà ngược vì phản ứng luôn chống lại chiều thay đổi ban đầu, chứ không đi theo. Thụ thể nhiệt trong da phát hiện sự thay đổi nhiệt độ, truyền tín hiệu thần kinh đến trung khu điều hoà thân nhiệt ở não, rồi trung khu này ra lệnh cho da và cơ phản ứng phù hợp.

Mỗi bước dẫn tới bước sau; phản ứng luôn ngược chiều với sự lệch ban đầu, đúng bản chất điều hoà ngược.

Khi thân nhiệt tăng, do trời nóng hoặc vận động mạnh, trung khu điều hoà thân nhiệt ra hai lệnh cùng lúc. Thứ nhất, mạch máu dưới da dãn ra, không phải co lại, khiến nhiều máu ấm chảy sát bề mặt da hơn, nhiệt từ máu dễ dàng thoát ra môi trường qua da — đây là lý do da em đỏ ửng khi nóng. Thứ hai, tuyến mồ hôi tăng tiết mồ hôi lên bề mặt da.

Mồ hôi làm mát cơ thể không phải chỉ vì nó xuất hiện trên da, mà vì nó bay hơi. Khi một giọt mồ hôi chuyển từ thể lỏng sang thể hơi, nó cần hấp thụ một lượng nhiệt lớn từ chính bề mặt da — nhiệt đó chính là nhiệt cơ thể đang muốn thải bớt. Nếu mồ hôi chỉ đọng trên da mà không bay hơi được, nhiệt sẽ không hề mất đi, dù da vẫn ướt đẫm.

Khi thân nhiệt giảm, do trời lạnh, trung khu điều hoà thân nhiệt ra lệnh ngược lại: mạch máu dưới da co lại, không phải dãn ra, giữ máu ấm sâu bên trong cơ thể, hạn chế nhiệt thoát ra ngoài qua da — đây là lý do da tái nhợt khi lạnh. Đồng thời, cơ vân co giật liên tục và không tự chủ, gọi là run cơ, mỗi lần co cơ sinh ra một lượng nhiệt nhỏ, cộng dồn lại giúp làm ấm cơ thể.

Hai chiều phản ứng luôn ngược nhau: dãn mạch/toát mồ hôi khi nóng, co mạch/run cơ khi lạnh.

Vì mồ hôi chỉ làm mát khi bay hơi được, độ ẩm không khí ảnh hưởng trực tiếp tới hiệu quả làm mát này — điều được phân tích kỹ trong ví dụ dạng đề kiểm tra dưới đây. Hình bên dưới minh hoạ một điều mà vòng điều hoà ngược tạo ra: thân nhiệt không đứng yên tuyệt đối ở 37°C, mà dao động nhẹ quanh mức đó trong ngày, theo nhịp sinh học tự nhiên — thấp nhất vào sáng sớm, cao nhất vào chiều tối — rồi luôn được kéo trở lại gần mức bình thường.

Minh hoạ nhịp dao động thân nhiệt theo nhịp sinh học tự nhiên, luôn được vòng điều hoà ngược kéo về quanh 37°C — không phải số đo của một cá nhân cụ thể.

Ví dụ

Xác định chiều phản ứng mạch máu khi tắm nước lạnh

1
Khi nhảy xuống một hồ nước lạnh, da của một bạn học sinh chuyển sang tái nhợt gần như ngay lập tức. Hiện tượng này phản ánh phản ứng gì của mạch máu dưới da?
2
Nước lạnh khiến thân nhiệt bề mặt cơ thể giảm nhanh, đây là một sự lệch khỏi mức bình thường theo hướng giảm.
3
Theo cơ chế đã học, khi thân nhiệt giảm, phản ứng phải đi ngược chiều lệch, tức phải giữ nhiệt lại — mạch máu dưới da co lại để giữ máu ấm sâu bên trong, hạn chế mất nhiệt qua da.
4
Mạch máu co lại khiến lượng máu chảy sát bề mặt da giảm hẳn, da vì vậy chuyển sang tái nhợt, đúng như hiện tượng bạn học sinh quan sát được.
5
Vậy da tái nhợt khi gặp lạnh là biểu hiện của mạch máu dưới da co lại, một phản ứng giữ nhiệt đúng chiều điều hoà ngược, không phải mạch máu dãn ra.

Ví dụ

Vì sao trời oi bức khó chịu hơn trời nóng khô cùng nhiệt độ (dạng đề kiểm tra)

1
Hai ngày có cùng nhiệt độ không khí 35°C: một ngày trời khô, một ngày trời oi bức (độ ẩm cao). Vì sao đa số người cảm thấy khó chịu và nóng hơn hẳn vào ngày oi bức, dù nhiệt độ đo được bằng nhau?
2
Ở nhiệt độ không khí cao gần bằng thân nhiệt, cơ thể chủ yếu thải nhiệt qua sự bay hơi của mồ hôi, vì chênh lệch nhiệt độ giữa da và không khí đã quá nhỏ để toả nhiệt trực tiếp.
3
Mồ hôi bay hơi được khi không khí xung quanh còn chỗ trống để chứa thêm hơi nước. Không khí ẩm đã chứa sẵn rất nhiều hơi nước, gần đạt mức bão hoà, nên khó nhận thêm hơi nước từ mồ hôi.
4
Vì không khí ẩm cản trở sự bay hơi, mồ hôi tiết ra nhiều nhưng lại đọng trên da thay vì bay hơi — theo cơ chế đã học, mồ hôi chỉ làm mát khi bay hơi, đọng trên da không hề lấy đi nhiệt của cơ thể.
5
Vậy trời oi bức khó chịu hơn trời khô cùng nhiệt độ vì độ ẩm cao cản trở mồ hôi bay hơi — cơ chế làm mát chính của cơ thể gần như mất tác dụng, dù thân nhiệt vẫn đang tăng.

Sai lầm thường gặp

Nhầm lẫn kinh điển nhất của bài này là nhớ ngược chiều mạch máu: nhiều bạn nghĩ trời nóng thì mạch máu co lại để "giữ mát", còn trời lạnh thì mạch máu dãn ra. Thực tế hoàn toàn ngược lại — nóng thì DÃN để thoát nhiệt, lạnh thì CO để giữ nhiệt. Một nhầm lẫn khác là nghĩ mồ hôi làm mát chỉ vì da ướt — mồ hôi chỉ thực sự lấy đi nhiệt khi nó bay hơi, đây là lý do quạt gió giúp làm mát: quạt không hạ nhiệt độ không khí, mà giúp mồ hôi bay hơi nhanh hơn.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Cơ chế điều hoà ngược: thân nhiệt tăng thì mạch máu dưới da dãn và tăng tiết mồ hôi để mất nhiệt; thân nhiệt giảm thì mạch máu dưới da co và run cơ để giữ và sinh nhiệt. Mồ hôi chỉ làm mát khi bay hơi được — độ ẩm cao cản trở bay hơi nên trời oi bức khó chịu hơn trời khô cùng nhiệt độ.

Cơ chế tự nhiên này có giới hạn — bài tiếp theo học cách chăm sóc da đúng và xử trí khi cơ chế điều hoà thân nhiệt bị quá tải, như trong say nắng.