Cân bằng nội môi là khả năng duy trì trạng thái bên trong tương đối ổn định, tồn tại bất chấp những thay đổi trong thế giới bên ngoài. Tất cả các sinh vật sống, từ thực vật đến chó con đến người, phải điều hòa môi trường bên trong của chúng để xử lý năng lượng và cuối cùng là sống sót. Ví dụ, nếu huyết áp của bạn tăng vọt hoặc nhiệt độ cơ thể giảm mạnh, hệ thống cơ quan của bạn có thể phải vật lộn để làm công việc của họ và cuối cùng thất bại.
Tại sao cân bằng nội môi là quan trọng
Nhà sinh lý học Walter Cannon đã đặt ra thuật ngữ "cân bằng nội môi" vào những năm 1920, mở rộng trên công trình trước đây của nhà sinh lý học quá cố Claude Bernard. Vào những năm 1870, Bernard đã mô tả cách các sinh vật phức tạp phải duy trì sự cân bằng trong môi trường bên trong của chúng, hay "milieu intérieur,"để hướng đến một" cuộc sống tự do và độc lập "ở thế giới bên kia. Cannon đã mài giũa khái niệm này và giới thiệu cân bằng nội môi cho khán giả phổ biến thông qua cuốn sách" Trí tuệ của cơ thể "(Tạp chí Y học Anh, 1932).
Được ca ngợi như một nguyên lý cốt lõi của sinh lý học, định nghĩa cơ bản của Cannon về cân bằng nội môi vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Thuật ngữ này bắt nguồn từ gốc Hy Lạp có nghĩa là "tương tự" và "trạng thái ổn định". Tiền tố "homeo" nhấn mạnh rằng cân bằng nội môi không hoạt động như bộ điều chỉnh nhiệt hoặc điều khiển hành trình trong xe hơi, được cố định ở một nhiệt độ hoặc tốc độ chính xác. Thay vào đó, cân bằng nội môi giữ các yếu tố sinh lý quan trọng trong phạm vi giá trị chấp nhận được, theo đánh giá trên tạp chí Appetite.
Cơ thể con người, ví dụ, điều chỉnh nồng độ bên trong của hydro, canxi, kali và natri, các hạt tích điện mà các tế bào phụ thuộc vào chức năng bình thường. Theo một đánh giá năm 2015 trong Advances in Physiology Education, các quy trình cân bằng nội môi cũng duy trì lượng nước, oxy, pH và lượng đường trong máu, cũng như nhiệt độ cơ thể cốt lõi.
Trong các sinh vật khỏe mạnh, các quá trình cân bằng nội môi diễn ra liên tục và tự động, theo Science American. Nhiều hệ thống thường hoạt động song song để giữ ổn định một yếu tố sinh lý duy nhất, như nhiệt độ cơ thể. Nếu các biện pháp này chùn bước hoặc thất bại, một sinh vật có thể không chịu nổi bệnh tật, hoặc thậm chí tử vong.
Cân bằng nội môi được duy trì như thế nào
Nhiều hệ thống cân bằng nội môi lắng nghe các tín hiệu đau khổ từ cơ thể để biết khi nào các biến chính rơi ra khỏi phạm vi thích hợp của chúng. Hệ thống thần kinh phát hiện những sai lệch này và báo cáo lại cho một trung tâm kiểm soát, thường dựa vào não. Trung tâm kiểm soát sau đó chỉ đạo các cơ, cơ quan và tuyến để điều chỉnh sự xáo trộn. Các vòng lặp liên tục của sự xáo trộn và điều chỉnh được gọi là "phản hồi tiêu cực", theo sách giáo khoa trực tuyến Giải phẫu và Sinh lý học.
Chẳng hạn, cơ thể con người duy trì nhiệt độ lõi khoảng 98,6 độ F (37 độ C). Khi quá nóng, nhiệt trong da và não phát ra âm thanh báo động, bắt đầu một phản ứng dây chuyền khiến cơ thể đổ mồ hôi và xả nước. Khi được làm lạnh, cơ thể sẽ phản ứng bằng cách run rẩy, và giảm lưu thông máu đến da. Tương tự, khi nồng độ natri tăng đột biến, cơ thể sẽ báo hiệu cho thận để tiết kiệm nước và trục xuất lượng muối dư thừa trong nước tiểu cô đặc, theo hai nghiên cứu do NIH tài trợ.
Động vật cũng sẽ điều chỉnh hành vi của chúng để đáp ứng với phản hồi tiêu cực. Ví dụ, khi quá nóng, chúng ta có thể đổ một lớp quần áo, di chuyển vào bóng râm hoặc uống một ly nước lạnh.
Mô hình hiện đại của cân bằng nội môi
Khái niệm về phản hồi tiêu cực bắt nguồn từ mô tả của Cannon về cân bằng nội môi trong những năm 1920 và là lời giải thích đầu tiên về cách thức cân bằng nội môi hoạt động. Nhưng trong những thập kỷ gần đây, nhiều nhà khoa học cho rằng các sinh vật có thể lường trước sự gián đoạn tiềm tàng đối với cân bằng nội môi, thay vì chỉ phản ứng với chúng sau thực tế.
Mô hình thay thế cân bằng nội môi này, được gọi là phân bổ, ngụ ý rằng điểm đặt lý tưởng cho một biến cụ thể có thể thay đổi để đáp ứng với những thay đổi môi trường nhất thời, theo một bài báo năm 2015 trên Tạp chí Tâm lý học. Điểm có thể thay đổi dưới ảnh hưởng của nhịp sinh học, chu kỳ kinh nguyệt hoặc biến động hàng ngày về nhiệt độ cơ thể. Đặt điểm cũng có thể thay đổi để đáp ứng với các hiện tượng sinh lý, như sốt hoặc để bù cho nhiều quá trình cân bằng nội môi diễn ra cùng một lúc, theo đánh giá năm 2015 trong Advances in Physiology Education.
"Bản thân các điểm không cố định nhưng có thể cho thấy độ dẻo thích ứng", Art Woods, nhà sinh vật học tại Đại học Montana ở Missoula nói. "Mô hình này cho phép các phản ứng dự đoán trước các xáo trộn tiềm năng sắp tới để đặt điểm."
Ví dụ, trong dự đoán của một bữa ăn, cơ thể tiết ra thêm insulin, ghrelin và các kích thích tố khác, theo một đánh giá năm 2007 trên Appetite. Biện pháp phòng ngừa này sẵn sàng cho cơ thể cho lũ calo đến, thay vì vật lộn để kiểm soát lượng đường trong máu và dự trữ năng lượng.
Khả năng thay đổi điểm đặt cho phép động vật thích nghi với các yếu tố gây căng thẳng ngắn hạn, nhưng chúng có thể thất bại khi đối mặt với những thách thức dài hạn, chẳng hạn như biến đổi khí hậu.
"Kích hoạt hệ thống phản ứng cân bằng nội môi có thể tốt trong thời gian ngắn", Woods nói. Nhưng chúng không được thiết kế để tồn tại lâu. "Các hệ thống cân bằng có thể thất bại thảm hại nếu chúng bị đẩy đi quá xa; vì vậy, mặc dù các hệ thống có thể xử lý khí hậu mới lạ trong thời gian ngắn, chúng có thể không thể xử lý các thay đổi lớn hơn trong thời gian dài hơn."
Giữ thông tin trôi chảy
Các hệ thống cân bằng nội môi có thể đã phát triển chủ yếu để giúp các sinh vật duy trì chức năng tối ưu trong các môi trường và tình huống khác nhau. Nhưng, theo một bài luận năm 2013 trên tạp chí Trends in Ecology & Evolution, một số nhà khoa học đưa ra giả thuyết rằng cân bằng nội môi chủ yếu cung cấp một "nền tảng yên tĩnh" để các tế bào, mô và cơ quan giao tiếp với nhau. Lý thuyết đặt ra rằng cân bằng nội môi giúp sinh vật dễ dàng trích xuất thông tin quan trọng từ môi trường và tín hiệu đưa đón giữa các bộ phận cơ thể.
Bất kể mục đích tiến hóa của nó, cân bằng nội môi đã định hình nghiên cứu trong khoa học đời sống trong gần một thế kỷ. Mặc dù chủ yếu được thảo luận trong bối cảnh sinh lý động vật, các quá trình cân bằng nội môi cũng cho phép thực vật quản lý các kho dự trữ năng lượng, nuôi dưỡng tế bào và ứng phó với các thách thức môi trường. Ngoài sinh học, các ngành khoa học xã hội, điều khiển học, khoa học máy tính và kỹ thuật đều sử dụng cân bằng nội môi như một khuôn khổ để hiểu cách con người và máy móc duy trì sự ổn định bất chấp sự gián đoạn.
Bổ sung rnguồn:
