Chịu lạnh là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa và phân loại khả năng chịu lạnh

Chịu lạnh là khả năng sinh lý và thích nghi của sinh vật, đặc biệt là con người, để duy trì chức năng sống bình thường trong môi trường nhiệt độ thấp. Đây là một phản ứng tích hợp của nhiều hệ thống cơ thể bao gồm thần kinh, nội tiết, tuần hoàn và trao đổi chất nhằm giảm thiểu tổn thương do lạnh và duy trì cân bằng nội môi. Hiện tượng này có thể quan sát thấy rõ ở các dân cư vùng lạnh, người lao động ngoài trời, hoặc người luyện tập trong điều kiện khí hậu lạnh thường xuyên.

Khả năng chịu lạnh có thể được phân thành ba loại chính dựa trên thời gian tiếp xúc và mức độ thích nghi:

• Tiếp xúc lạnh ngắn hạn (acute exposure): phản ứng tức thời của cơ thể với môi trường lạnh, thường gồm co mạch, run và tăng nhịp tim.
• Thích nghi lạnh dài hạn (cold acclimatization): sự thay đổi dần dần về sinh lý và hành vi nhằm thích nghi với điều kiện lạnh kéo dài.
• Chịu lạnh hỗ trợ (behavioral cold tolerance): sử dụng quần áo, thiết bị và hành vi để tăng khả năng bảo vệ khỏi lạnh.

Yếu tố ảnh hưởng đến mức độ chịu lạnh bao gồm tỷ lệ mỡ cơ thể, khối lượng cơ, tuần hoàn ngoại vi, khả năng sinh nhiệt nội sinh và các yếu tố ngoại sinh như quần áo và môi trường sống. Ngoài ra, các yếu tố di truyền và thích nghi tiến hóa đóng vai trò quan trọng trong sự khác biệt giữa các cá thể và quần thể người.

Sinh lý học của phản ứng với nhiệt độ thấp

Khi cơ thể tiếp xúc với nhiệt độ thấp, hệ thần kinh trung ương sẽ kích hoạt các phản ứng bảo vệ sinh lý để hạn chế mất nhiệt và tăng sinh nhiệt. Phản ứng co mạch ngoại vi xảy ra đầu tiên, giúp giảm lưu lượng máu đến da và giữ nhiệt bên trong cơ thể. Tiếp theo là hiện tượng run cơ (shivering), do các cơ nhỏ hoạt động không hiệu quả để sinh nhiệt bằng cách tiêu hao năng lượng hóa học.

Một dạng sinh nhiệt khác là sinh nhiệt không do run (non-shivering thermogenesis – NST), chủ yếu diễn ra ở mô mỡ nâu (brown adipose tissue – BAT). NST có vai trò quan trọng trong việc duy trì thân nhiệt mà không gây mệt mỏi cơ bắp, và là cơ chế ưu thế ở trẻ sơ sinh và những người đã thích nghi lạnh tốt.

Mất nhiệt từ cơ thể sang môi trường chủ yếu diễn ra qua 4 con đường: bức xạ (radiation), đối lưu (convection), dẫn truyền (conduction) và bay hơi (evaporation). Phương trình mô tả mất nhiệt do bức xạ là:

$Q = \sigma \cdot \epsilon \cdot A \cdot (T_s^4 - T_e^4)$

Trong đó \Q\ là lượng nhiệt mất (W), \\sigma = 5.67 \times 10^{-8} \, \text{W/m}^2\text{K}^4\ là hằng số Stefan–Boltzmann, \\epsilon\ là độ phát xạ của da (~0.98), \A\ là diện tích bề mặt cơ thể (m²), \T_s\ là nhiệt độ da, \T_e\ là nhiệt độ môi trường tính theo Kelvin.

Các cơ chế thích nghi lạnh sinh lý

Thích nghi lạnh là kết quả của việc tiếp xúc lặp lại với môi trường nhiệt độ thấp, giúp cơ thể điều chỉnh chức năng sinh lý để tăng hiệu quả duy trì nhiệt độ lõi. Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng người thường xuyên tiếp xúc lạnh có mức sinh nhiệt không do run cao hơn, mạch máu ngoại vi phản ứng hiệu quả hơn và chịu lạnh tốt hơn mà không giảm hiệu suất hoạt động.

Các cơ chế thích nghi bao gồm:

• Tăng hoạt động của mô mỡ nâu và biểu hiện gen UCP1
• Tăng nồng độ norepinephrine và hormon tuyến thượng thận
• Điều chỉnh ngưỡng cảm giác lạnh và giảm run cơ ở nhiệt độ thấp
• Giữ ổn định nhiệt độ lõi mặc dù nhiệt độ da giảm đáng kể

Theo NCBI, việc thích nghi lạnh có thể đạt được chỉ sau 10–14 ngày tiếp xúc lạnh có kiểm soát. Quá trình này có thể đảo ngược nếu ngừng tiếp xúc lạnh, cho thấy sự linh hoạt trong điều nhiệt của cơ thể người trưởng thành.

Vai trò của mô mỡ nâu và sinh nhiệt không do run

Mô mỡ nâu (BAT) là một loại mô giàu ty thể có khả năng sinh nhiệt nhờ cơ chế "giải liên kết" (uncoupling) tại màng trong ty thể. Protein UCP1 làm rò rỉ proton qua màng trong ty thể, từ đó năng lượng từ chuỗi truyền điện tử không chuyển thành ATP mà phát tán dưới dạng nhiệt. Đây là cơ chế chính của sinh nhiệt không do run.

Mô mỡ nâu phân bố chủ yếu ở vùng cổ, quanh vai, xương đòn, cột sống và thận, nhiều nhất ở trẻ sơ sinh và giảm dần theo tuổi. Tuy nhiên, các nghiên cứu gần đây phát hiện BAT vẫn còn hoạt động ở người trưởng thành, đặc biệt khi tiếp xúc với lạnh hoặc tập thể dục thường xuyên.

Bảng so sánh đặc điểm hai loại mô mỡ chính:

Đặc điểm	Mỡ trắng (WAT)	Mỡ nâu (BAT)
Chức năng chính	Dự trữ năng lượng	Sinh nhiệt
Số lượng ty thể	Ít	Nhiều
Protein đặc hiệu	Không có UCP1	UCP1 dồi dào
Màu sắc mô	Trắng nhạt	Nâu đỏ

Sự kích hoạt BAT được xem là một mục tiêu tiềm năng trong điều trị béo phì và rối loạn chuyển hóa, vì nó giúp đốt năng lượng dư thừa mà không cần tăng hoạt động thể lực.

Ảnh hưởng của giới tính, tuổi tác và yếu tố di truyền

Khả năng chịu lạnh của con người chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi giới tính, độ tuổi và yếu tố di truyền. Các yếu tố nội sinh này quy định tốc độ chuyển hóa cơ bản, sự phân bố mô mỡ, hoạt động nội tiết và phản ứng mạch máu – từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất điều nhiệt.

Phụ nữ thường có lớp mỡ dưới da dày hơn, giúp giảm mất nhiệt qua da nhưng lại có ít mô mỡ nâu hơn nam giới. Ngoài ra, do nhiệt độ cơ thể ngoại vi của nữ giới thường thấp hơn, cảm giác lạnh xuất hiện sớm hơn và kéo dài lâu hơn. Đàn ông có khối cơ lớn hơn, sinh nhiệt chủ động hiệu quả hơn, đồng thời có tần suất run cơ cao hơn khi tiếp xúc với lạnh.

Tuổi tác cũng là yếu tố then chốt. Trẻ sơ sinh có BAT hoạt động mạnh giúp duy trì thân nhiệt dù khả năng run cơ kém. Tuy nhiên, người cao tuổi có phản xạ co mạch giảm, lưu lượng tuần hoàn ngoại vi kém, làm tăng nguy cơ hạ thân nhiệt. Các nghiên cứu trên người Inuit, Sámi và Sherpa cho thấy khả năng NST vượt trội và điều chỉnh mạch máu hiệu quả – minh chứng cho tính di truyền và thích nghi tiến hóa với lạnh.

Phân biệt giữa chịu lạnh và hạ thân nhiệt

Chịu lạnh và hạ thân nhiệt là hai khái niệm hoàn toàn khác nhau về bản chất sinh lý và ý nghĩa y học. Chịu lạnh là trạng thái điều nhiệt có kiểm soát trong khi vẫn duy trì thân nhiệt lõi ổn định (khoảng 36.5–37.5°C). Hạ thân nhiệt là một rối loạn bệnh lý xảy ra khi nhiệt độ cơ thể giảm xuống dưới 35°C, vượt ra ngoài khả năng bù trừ của cơ thể.

Hạ thân nhiệt được phân loại theo mức độ nghiêm trọng như sau:

Mức độ	Nhiệt độ lõi cơ thể (°C)	Dấu hiệu lâm sàng
Nhẹ	32–35	Run, tím tái, mất điều phối
Trung bình	28–32	Lú lẫn, loạn nhịp tim, thở chậm
Nặng	< 28	Bất tỉnh, ngưng tim, tử vong

Trong khi khả năng chịu lạnh có thể được huấn luyện và cải thiện, hạ thân nhiệt cần được can thiệp y tế khẩn cấp bằng làm ấm lõi cơ thể, truyền dịch ấm hoặc thông khí bằng khí làm ấm có kiểm soát.

Ảnh hưởng lâu dài và tiềm năng ứng dụng y sinh

Việc tiếp xúc lạnh có kiểm soát có thể đem lại lợi ích chuyển hóa rõ rệt. Một số nghiên cứu cho thấy việc kích hoạt BAT và NST giúp cải thiện độ nhạy insulin, tăng tiêu hao năng lượng và kiểm soát trọng lượng cơ thể. Vì thế, tiếp xúc lạnh đang được nghiên cứu như một liệu pháp hỗ trợ trong điều trị béo phì, tiểu đường type 2 và hội chứng chuyển hóa.

Một số ứng dụng y sinh liên quan đến khả năng chịu lạnh gồm:

• Phục hồi chức năng thần kinh sau đột quỵ nhờ liệu pháp lạnh (cold therapy)
• Cải thiện hiệu suất thể thao và phục hồi cơ sau tập luyện bằng cryotherapy
• Ứng dụng trong y học không gian để duy trì thân nhiệt phi hành gia

Trong nghiên cứu đăng trên Nature Medicine, tiếp xúc lạnh ở mức nhẹ (17–19°C) trong vài giờ mỗi ngày giúp tăng chi tiêu năng lượng tới 200 kcal/ngày ở người trưởng thành khỏe mạnh – mở ra tiềm năng cho các chiến lược quản lý năng lượng bền vững.

Chiến lược tăng khả năng chịu lạnh ở người

Tăng khả năng chịu lạnh không đòi hỏi biến đổi sinh học cố định mà có thể đạt được thông qua luyện tập và điều chỉnh hành vi. Việc tiếp xúc lạnh có kiểm soát giúp cải thiện đáp ứng thần kinh – nội tiết và tăng cường các cơ chế sinh nhiệt không do run.

Các chiến lược phổ biến bao gồm:

1. Tiếp xúc lạnh có kiểm soát: tắm nước lạnh, đi bộ ngoài trời khi trời lạnh, cryotherapy.
2. Tập thể dục thường xuyên: tăng khối cơ và cải thiện điều hòa mạch máu ngoại vi.
3. Dinh dưỡng hỗ trợ: caffeine, catechin, capsaicin có thể kích hoạt BAT.
4. Trang phục thông minh: sử dụng lớp cách nhiệt đa tầng hoặc vật liệu phản xạ nhiệt.

Việc tăng khả năng chịu lạnh nên được thực hiện dần dần, tránh sốc nhiệt hoặc tiếp xúc kéo dài không kiểm soát. Các chương trình huấn luyện lạnh (cold training) hiện đang được quân đội và vận động viên chuyên nghiệp sử dụng để tăng cường hiệu suất và sức bền.

Tài liệu tham khảo

• van der Lans, A. A. J. J. et al. (2018). Cold acclimation in humans. NCBI.
• Nedergaard, J. & Cannon, B. (2016). BAT physiology and cold adaptation. Cell Trends.
• Hanssen, M. J. W. et al. (2020). Glucose metabolism during cold exposure. Nature Medicine.
• Frontiers in Physiology. (2019). Human cold exposure and thermoregulation.
• PubMed. (2018). Cold-induced thermogenesis and energy expenditure.