Một loài động vật có khả năng ngủ đông. Vì sao nhịp tim, nhịp thở và trao đổi chất giảm rất mạnh trong giai đoạn này?

Khi một loài động vật bước vào trạng thái ngủ đông (hibernation), mục đích chính là tiết kiệm năng lượng để có thể sống sót qua những tháng mùa đông thiếu thức ăn và nhiệt độ môi trường rất thấp. Để đạt được điều đó, cơ thể phải hạ thấp nhu cầu năng lượng xuống mức cực tiểu, và chính điều này dẫn đến việc: 1. Điều chỉnh điểm thiết lập thân nhiệt (set‐point) thấp hơn – Trung tâm điều hòa thân nhiệt ở vùng dưới đồi (hypothalamus) “hạ” nhiệt độ lý tưởng của cơ thể xuống còn chỉ vài độ C trên nhiệt độ môi trường. – Khi thân nhiệt giảm, các quá trình sinh hoá (như hoạt động men, quá trình oxy hóa glucose) diễn ra chậm lại. 2. Giảm mạnh trao đổi chất cơ bản (basal metabolic rate, BMR) – Hoạt động của các enzyme trong ty thể giảm tốc, do đó giảm tốc độ oxy hóa dưỡng chất để sản sinh ATP. – Sự tổng hợp và chuyển hóa hormon tuyến giáp (chất điều hòa tốc độ trao đổi chất) cũng bị ức chế. 3. Nhịp tim và nhịp thở giảm theo nhu cầu oxy – Khi tế bào đòi hỏi ít ATP hơn, mức tiêu thụ O₂ giảm, sinh ra ít CO₂ hơn. – Tim chỉ cần bơm máu với lưu lượng rất thấp để mang đủ O₂ đến mô, do đó nhịp tim (và cả sức co bóp) hạ xuống còn vài chục nhịp mỗi phút hoặc đôi khi chỉ vài nhịp/phút. – Hệ hô hấp phải trao đổi khí ít hơn, nên nhịp thở có thể chỉ vài chu kỳ/phút. 4. Tiết kiệm năng lượng tối đa – Bằng cách giảm thân nhiệt, giảm BMR và giảm hoạt động tim – phổi, động vật ngủ đông giữ được nguồn dự trữ mỡ nội tạng lâu nhất có thể. – Chỉ khi nhiệt độ môi trường hoặc nhu cầu sinh lý tăng (ví dụ giữa mùa đông có đợt ấm lên, hoặc khi gần hết lượng mỡ dự trữ), chúng mới “tỉnh” lại, khôi phục nhiệt độ và chuyển hoá lên mức bình thường. Tóm lại, nhịp tim, nhịp thở và trao đổi chất giảm rất mạnh trong giai đoạn ngủ đông là hệ quả tất yếu của việc hạ thấp thân nhiệt và “điều chỉnh” lại toàn bộ hệ điều hoà nội môi nhằm tiết kiệm năng lượng tối đa.