Trạng thái ngủ đông, trạng thái ngủ lịm và trạng thái ngủ hè

Cách động vật sống sót qua giá lạnh, nóng bức hoặc thiếu thức ăn bằng cách đi vào trạng thái chuyển hóa giảm có điều hòa, từ vài giờ ngủ lịm hàng ngày đến nhiều tháng ngủ đông.

Definition

Trạng thái ngủ đông là một trạng thái chung của hoạt động và trao đổi chất bị đình chỉ hoặc giảm đáng kể, trong đó ngủ lịm là một giai đoạn ngắn hạn và ngủ đông là một phiên bản kéo dài, theo mùa, tất cả đều liên quan đến việc giảm có điều hòa tốc độ trao đổi chất và thường là nhiệt độ cơ thể để bảo tồn năng lượng khi điều kiện không thuận lợi.

Scope

Chủ đề này bao gồm sinh lý học của sự suy giảm trao đổi chất: ngủ lịm hàng ngày, ngủ đông theo mùa, ngủ hè và ngừng phát triển; sự giảm nhiệt độ cơ thể và tốc độ trao đổi chất trong các trạng thái này; quá trình đi vào, duy trì và thức dậy có kiểm soát; và những lợi ích về năng lượng cũng như những thách thức sinh lý liên quan. Nó đề cập đến cách các trạng thái này mở rộng khả năng chịu đựng của động vật đối với các điều kiện khắc nghiệt hoặc khan hiếm tài nguyên. Phạm vi bao phủ mang tính so sánh và cơ chế.

Core questions

• Tại sao động vật đi vào trạng thái ngủ lịm hoặc ngủ đông thay vì duy trì hoạt động?
• Nhiệt độ cơ thể và tốc độ trao đổi chất giảm đến mức nào trong các trạng thái này?
• Làm thế nào các loài ngủ đông sống sót qua giá lạnh kéo dài và định kỳ làm ấm lại?
• Các trạng thái ngủ đông khác nhau như thế nào trên các thang thời gian hàng ngày, theo mùa và phát triển?

Key theories

Suy giảm trao đổi chất có điều hòa

Ngủ lịm và ngủ đông là những sự giảm tốc độ trao đổi chất được kiểm soát một cách chủ động, thường thấp hơn nhiều so với mức mà chỉ riêng nhiệt độ cơ thể giảm có thể gây ra, cho phép tiết kiệm năng lượng lớn trong khi động vật vẫn có khả năng thức dậy để hoạt động bình thường.

Cơ sở ngân sách năng lượng của trạng thái ngủ đông

Động vật đi vào trạng thái ngủ đông khi chi phí năng lượng để duy trì hoạt động và ấm áp vượt quá nguồn tài nguyên có sẵn, do đó việc giảm trao đổi chất giúp bảo tồn năng lượng và nước dự trữ cho đến khi điều kiện thuận lợi trở lại.

Mechanisms

Trong trạng thái ngủ lịm và ngủ đông, động vật nội nhiệt hạ điểm đặt điều hòa nhiệt độ và cho phép nhiệt độ cơ thể giảm xuống gần nhiệt độ môi trường, trong khi tốc độ trao đổi chất giảm xuống một phần nhỏ so với bình thường, thường nhiều hơn mức mà chỉ riêng nhiệt độ có thể giải thích được vì quá trình trao đổi chất bị ức chế một cách chủ động. Ngủ lịm hàng ngày kéo dài vài giờ và được các loài chim và động vật có vú nhỏ sử dụng để sống sót qua những đêm lạnh hoặc nhịn ăn; ngủ đông theo mùa kéo dài vài tuần đến vài tháng, xen kẽ bởi những lần thức dậy tự phát định kỳ, trong đó động vật làm ấm lại bằng cách sử dụng chất béo dự trữ và sinh nhiệt từ mô mỡ nâu. Ngủ hè là một phản ứng tương tự đối với nhiệt và hạn hán, và ngừng phát triển là một sự đình chỉ phát triển được lập trình ở côn trùng và các động vật khác. Trong suốt quá trình này, động vật phải bảo vệ các tế bào khỏi lạnh, quản lý cân bằng axit-bazơ và ion ở nhiệt độ thấp, và duy trì khả năng thức dậy, biến các trạng thái này thành một dạng suy giảm trao đổi chất được kiểm soát chặt chẽ chứ không phải chỉ là làm mát đơn thuần.

Clinical relevance

Sinh lý học của trạng thái ngủ đông và suy giảm trao đổi chất được nghiên cứu để hiểu rõ hơn về việc bảo vệ các mô trong điều kiện nhiệt độ thấp và giảm lưu lượng máu, cũng như về sự điều hòa trao đổi chất. Mục này là tài liệu tham khảo giáo dục và không cung cấp hướng dẫn y tế.

History

Các nhà sinh lý học so sánh bao gồm Bartholomew và Pengelley đã ghi lại các kiểu ngủ lịm và những lần thức dậy theo nhịp điệu của trạng thái ngủ đông, và các nghiên cứu về mô mỡ nâu đã tiết lộ cách các loài ngủ đông làm ấm lại, thiết lập trạng thái ngủ đông như một trạng thái giảm trao đổi chất có điều hòa và có thể đảo ngược chứ không phải chỉ là làm mát thụ động đơn thuần.

Key figures

• Charles Richard Taylor
• Knut Schmidt-Nielsen
• George Bartholomew
• Eric Pengelley

Seminal works

• schmidtnielsen1997
• hill2016
• randall2002

Frequently asked questions

Ngủ đông có phải chỉ là một giấc ngủ sâu không?

Không. Ngủ đông là một sự giảm có kiểm soát tốc độ trao đổi chất và nhiệt độ cơ thể vượt xa giấc ngủ, và các loài ngủ đông định kỳ làm ấm lại; đó là một trạng thái sinh lý riêng biệt nhằm mục đích tiết kiệm năng lượng.

Sự khác biệt giữa ngủ lịm và ngủ đông là gì?

Ngủ lịm là một đợt giảm trao đổi chất ngắn kéo dài vài giờ, thường được sử dụng qua đêm, trong khi ngủ đông là một dạng ngủ lịm kéo dài, theo mùa kéo dài vài tuần đến vài tháng với những lần thức dậy định kỳ.