Tiếp xúc với lạnh và điều hòa thân nhiệt

Cơ thể người duy trì nhiệt độ cốt lõi gần như không đổi để chống lại sự mất nhiệt ra môi trường lạnh. Khi tiếp xúc với lạnh, cơ thể trước tiên bảo tồn nhiệt bằng cách co mạch máu dưới da, sau đó tạo nhiệt bằng cách run rẩy; khi tiếp xúc lặp lại, cơ thể sẽ thích nghi một phần. Mục này mô tả sự điều hòa thân nhiệt trong môi trường lạnh và các phản ứng sinh lý khi tiếp xúc với không khí lạnh và nước lạnh.

Definition

Điều hòa thân nhiệt trong môi trường lạnh là tập hợp các phản ứng tự chủ và hành vi tích hợp — co mạch ngoại vi, sinh nhiệt do run rẩy và không do run rẩy, và hành vi bảo tồn nhiệt — nhằm duy trì nhiệt độ cốt lõi của cơ thể khi sự mất nhiệt ra môi trường lạnh đe dọa vượt quá khả năng sản xuất nhiệt.

Scope

Mục này bao gồm cân bằng nhiệt của con người trong môi trường lạnh, các cơ chế bảo vệ tự chủ và hành vi chống mất nhiệt (co mạch, run rẩy và sinh nhiệt không do run rẩy), mối nguy hiểm đặc biệt khi ngâm mình trong nước lạnh và sự thích nghi một phần sau khi tiếp xúc lạnh lặp lại. Đây là một tài liệu tham khảo về sinh lý học và không đưa ra hướng dẫn về cách sống sót, làm ấm lại hoặc điều trị.

Core questions

• Cân bằng nhiệt được duy trì như thế nào khi môi trường loại bỏ nhiệt nhanh hơn tốc độ sản xuất nhiệt?
• Vai trò tương đối của co mạch, run rẩy và sinh nhiệt không do run rẩy là gì?
• Tại sao việc ngâm mình trong nước lạnh nguy hiểm hơn nhiều so với việc tiếp xúc với không khí lạnh?
• Những thay đổi nào xảy ra khi tiếp xúc lạnh lặp lại, và chúng làm thay đổi khả năng chịu đựng như thế nào?

Key concepts

• Nhiệt độ cốt lõi so với nhiệt độ vỏ
• Co mạch ngoại vi và cách nhiệt
• Sinh nhiệt do run rẩy
• Sinh nhiệt không do run rẩy (mô mỡ nâu)
• Phản ứng sốc lạnh và ngâm mình trong nước lạnh
• Hạ thân nhiệt
• Thích nghi lạnh (các kiểu trao đổi chất, cách nhiệt, hạ thân nhiệt)

Mechanisms

Nhiệt độ da và nhiệt độ cốt lõi giảm được các thụ thể nhiệt cảm nhận, và vùng dưới đồi điều khiển các phản ứng bảo tồn nhiệt và tạo nhiệt. Co mạch da làm giảm lưu lượng máu đến vỏ cơ thể, làm giảm mất nhiệt dẫn truyền và tăng khả năng cách nhiệt; nếu điều này không đủ, run rẩy sẽ làm tăng sản xuất nhiệt trao đổi chất, được bổ sung trong một số trường hợp bằng sinh nhiệt không do run rẩy (Castellani & Young, 2016). Nước lạnh dẫn nhiệt nhanh hơn nhiều so với không khí, vì vậy việc ngâm mình gây ra phản ứng sốc lạnh tức thì — thở hổn hển, tăng thông khí và nhịp tim nhanh — có thể gây tử vong trước khi hạ thân nhiệt phát triển, trong khi việc ngâm mình liên tục làm mát dần nhiệt độ cốt lõi (Tipton & Golden, 2003). Tiếp xúc lạnh lặp lại tạo ra sự thích nghi một phần, được mô tả là các kiểu trao đổi chất, cách nhiệt hoặc hạ thân nhiệt tùy thuộc vào việc sinh nhiệt, co mạch hay nhiệt độ cốt lõi thấp hơn được dung nạp chiếm ưu thế (Castellani & Young, 2016; Parsons, 2014).

Clinical relevance

Sinh lý học của cơ chế bảo vệ chống lạnh là nền tảng cho việc nhận biết hạ thân nhiệt và các mối nguy hiểm khi ngâm mình trong nước lạnh, đồng thời cung cấp thông tin để giải thích việc tập luyện và hiệu suất trong điều kiện lạnh. Mục này giải thích các cơ chế và cơ sở bằng chứng; việc nhận biết, làm ấm lại và quản lý hạ thân nhiệt và tổn thương do lạnh là các vấn đề lâm sàng được điều chỉnh bởi các hướng dẫn hiện hành và nằm ngoài phạm vi của mục này.

Evidence & guidelines

Các cơ chế và sự thích nghi được tóm tắt trong một bài đánh giá sinh lý học (Castellani & Young, 2016), các mối nguy hiểm khi ngâm mình trong nước lạnh trong công trình về sinh lý học ngâm mình (Tipton & Golden, 2003), và lĩnh vực rộng hơn về phản ứng của con người với môi trường lạnh trong các tài liệu tham khảo (Parsons, 2014). Việc quản lý lâm sàng hạ thân nhiệt tuân theo các hướng dẫn hiện hành không được trình bày ở đây.

History

Sinh lý học lạnh của con người được hình thành bởi các cuộc thám hiểm địa cực, kinh nghiệm hàng hải và quân sự, và các nghiên cứu tiếp xúc lạnh trong phòng thí nghiệm trong suốt thế kỷ XX, đã thiết lập trình tự co mạch và run rẩy, phân biệt các kiểu thích nghi lạnh giữa các quần thể, và làm rõ tại sao việc ngâm mình đột ngột trong nước lạnh lại đặc biệt nguy hiểm.

Debates

Ý nghĩa của sinh nhiệt không do run rẩy ở người trưởng thành

Việc phát hiện mô mỡ nâu hoạt động ở người trưởng thành đã mở lại cuộc tranh luận về mức độ đóng góp của sinh nhiệt không do run rẩy vào cơ chế bảo vệ chống lạnh và liệu nó có thể được huy động bằng cách thích nghi lạnh hay không, so với vai trò đã được thiết lập của co mạch và run rẩy.

Key figures

• John W. Castellani
• Andrew J. Young
• Michael J. Tipton

Seminal works

• castellani-young-2016
• tipton-2003

Frequently asked questions

Cơ chế bảo vệ đầu tiên của cơ thể chống lại cái lạnh là gì?

Co mạch máu dưới da, làm giảm lưu lượng máu đến bề mặt cơ thể và tăng độ dày cách nhiệt của lớp vỏ lạnh hơn, bảo tồn nhiệt ở vùng cốt lõi trước khi run rẩy được huy động để tạo thêm nhiệt.

Tại sao việc rơi xuống nước lạnh lại nguy hiểm nhanh chóng như vậy?

Nước dẫn nhiệt nhanh hơn nhiều so với không khí, và việc ngâm mình đột ngột gây ra phản ứng sốc lạnh — thở hổn hển không tự chủ, thở nhanh và tăng nhịp tim — có thể gây chết đuối hoặc các biến cố tim mạch trong vài phút đầu tiên, trước khi nhiệt độ cốt lõi giảm xuống mức hạ thân nhiệt.