Cân bằng nội môi (hay hằng tính nội môi, tiếng Anh: Biological homeostasis) là một đặc tính của một hệ thống mở để điều khiển môi trường bên trong nhằm duy trì trạng thái cân bằng, thông qua việc điều chỉnh các cơ chế điều hòa cân bằng động khác nhau. Chức năng của gan, thận, hệ đệm trong cân bằng nội môi rất quan trọng.
Mục lục bài viết
1. Cân bằng nội môi là gì?
Cân bằng nội môi là một đặc tính của một hệ thống mở để điều khiển môi trường bên trong cơ thể nhằm duy trì trạng thái cân bằng, thông qua việc điều chỉnh các cơ chế điều hòa cân bằng động khác nhau. Tất cả các sinh vật sống bao gồm cả đơn bào hay đa bào đều duy trì cân bằng nội môi. Cân bằng này có thể là cân bằng pH nội bào ở mức độ tế bào; hay cân bằng nhiệt độ cơ thể ở động vật máu nóng; hay cũng chính là tỉ phần khí cacbonic trong khí quyển ở mức độ hệ sinh thái.
Trong phạm vi của sinh lý học, cân bằng nội môi được hiểu là “sự giữ cho các trạng thái của môi trường bên trong tương đối hằng định”. Môi trường bên trong cơ thể được gọi là nội môi, là nơi các tế bào thực hiện quá trình trao đổi chất và hoạt động sinh lý.
Nội môi bao gồm dịch ngoại bào, huyết tương, dịch não tủy và dịch khớp. Các yếu tố quan trọng của nội môi cần được duy trì ở mức độ ổn định như nhiệt độ, pH, áp suất, độ ẩm, nồng độ các ion và các chất hữu cơ.
Các cơ quan và hệ thống trong cơ thể như hệ tuần hoàn, hệ hô hấp, hệ tiêu hóa, gan, thận, hệ cơ xương và các tuyến nội tiết đều góp phần duy trì cân bằng nội môi bằng cách cung cấp, vận chuyển, biến đổi và loại bỏ các chất vào và ra khỏi nội môi. Khi có sự thay đổi của các yếu tố ngoại cảnh hoặc nội cảnh gây ảnh hưởng đến nội môi, các phản ứng phản xạ và phản ứng nội tiết sẽ được kích hoạt để khôi phục lại trạng thái cân bằng.
Cân bằng nội môi năng lượng là một quá trình sinh học bao gồm sự điều hòa quá trình cân bằng nội môi của lượng thức ăn (dòng năng lượng) và tiêu hao năng lượng (dòng năng lượng). Bộ não con người, đặc biệt là vùng dưới đồi, đóng vai trò trung tâm trong việc điều hòa cân bằng nội môi năng lượng và tạo ra cảm giác đói bằng cách tích hợp một số tín hiệu sinh hóa truyền thông tin về cân bằng năng lượng.
Cân bằng năng lượng, thông qua các phản ứng sinh tổng hợp, có thể được xác định bằng phương trình sau: Lượng năng lượng (từ thực phẩm và chất lỏng) = Năng lượng tiêu hao (thông qua công việc và nhiệt tạo ra) + Thay đổi năng lượng dự trữ (lưu trữ chất béo và glycogen cơ thể). Cân bằng dương là kết quả của việc tiêu thụ năng lượng cao hơn mức tiêu thụ trong công việc bên ngoài và các phương tiện tiêu hao năng lượng khác của cơ thể.
Các nguyên nhân chính có thể phòng ngừa là: Ăn quá nhiều, dẫn đến tăng năng lượng; Lối sống ít vận động, dẫn đến giảm chi tiêu năng lượng thông qua công việc bên ngoài.
Việc duy trì cân bằng nội môi là rất quan trọng vì nó giúp cho các tế bào sống và hoạt động tốt nhất, từ đó bảo vệ sức khỏe và sinh tồn của cá thể.
2. Ý nghĩa của cân bằng nội môi:
– Duy trì hoạt động tế bào: Cân bằng nội môi đảm bảo rằng môi trường nội bào và ngoại bào trong cơ thể luôn trong trạng thái phù hợp để các tế bào có thể hoạt động chính xác. Điều này bao gồm việc duy trì pH, nồng độ chất điện giải và các yếu tố hóa học khác ở mức độ lý tưởng.
– Đảm bảo hoạt động enzym: Cân bằng nội môi là cần thiết để đảm bảo hoạt động chính xác của các enzym trong cơ thể. Enzym là các chất xúc tác quan trọng trong các quá trình hóa học và chuyển hóa, và chúng phụ thuộc vào môi trường nội bào và ngoại bào để hoạt động hiệu quả.
– Hỗ trợ quá trình chuyển hóa: Cân bằng nội môi là quan trọng để hỗ trợ quá trình chuyển hóa và chuyển đổi các chất dinh dưỡng thành năng lượng và các chất cần thiết cho cơ thể. Nếu cân bằng nội môi bị mất cân đối, quá trình chuyển hóa có thể bị ảnh hưởng và gây ra vấn đề sức khỏe.
– Duy trì sự cân bằng nước và điện giải: Cân bằng nội môi đảm bảo sự cân bằng nước và điện giải trong cơ thể. Điều này bao gồm điều chỉnh lượng nước và muối được tiết ra qua nước tiểu bởi thận, đồng thời điều chỉnh nồng độ các ion như natri, kali và canxi trong máu.
– Đảm bảo hoạt động chính xác của cơ thể: Cân bằng nội môi giúp duy trì hoạt động chính xác của các cơ quan và hệ thống trong cơ thể. bao gồm hệ thống thần kinh, cơ bắp, tim mạch, hệ tiêu hóa và các hệ thống khác. Sự cân bằng nội môi giúp đảm bảo rằng các quá trình sinh lý diễn ra một cách hiệu quả và ổn định.
Tóm lại, cân bằng nội môi là quan trọng để duy trì sự hoạt động và sức khỏe của cơ thể. Nó đảm bảo rằng môi trường nội bào và ngoại bào luôn trong trạng thái phù hợp để các tế bào và cơ quan hoạt động chính xác và hiệu quả.
3. Cơ chế duy trì cân bằng nội môi:
Cơ chế duy trì cân bằng nội môi là quá trình mà cơ thể điều chỉnh các trạng thái của môi trường bên trong để giữ cho chúng ổn định và phù hợp với hoạt động của các tế bào. Cơ chế này bao gồm ba bộ phận chính: bộ phận tiếp nhận kích thích, bộ phận điều khiển và bộ phận thực hiện.
Bộ phận tiếp nhận kích thích là các thụ thể hoặc cơ quan thụ cảm, có nhiệm vụ nhận biết các thay đổi của môi trường trong hay ngoài cơ thể, như nhiệt độ, áp suất, pH, nồng độ các chất hóa học… Các thụ thể sẽ chuyển hóa các kích thích thành xung thần kinh hoặc hoóc môn và truyền về bộ phận điều khiển.
Bộ phận điều khiển là trung ương thần kinh hoặc tuyến nội tiết, có vai trò nhận xung thần kinh hoặc hoóc môn từ bộ phận tiếp nhận kích thích, so sánh với giá trị chuẩn của môi trường bên trong và ra lệnh cho bộ phận đáp ứng.
Bộ phận thực hiện là các cơ quan có khả năng thực hiện các biện pháp để khắc phục sự sai lệch của môi trường bên trong so với giá trị chuẩn. Các biện pháp này có thể là tăng hoặc giảm hoạt động của các cơ quan, như hệ tuần hoàn, hệ hô hấp, hệ tiêu hóa, hệ cơ xương… để điều chỉnh nhiệt độ, pH, nồng độ các chất hóa học…
Cơ chế duy trì cân bằng nội môi được diễn ra theo sơ đồ sau:
Kích thích của môi trường (trong hay ngoài) → Bộ phận tiếp nhận kích thích (thụ quan) → Bộ phận điều khiển (trung ương thần kinh, tuyến nội tiết) → Bộ phận đáp ứng (các cơ quan)
Cân bằng nội môi là điều kiện cần thiết để duy trì sự sống và hoạt động của các tế bào và cơ quan trong cơ thể.
4. Chức năng của gan, thận, hệ đệm trong cân bằng nội môi:
4.1. Chức năng của gan trong cân bằng nội môi:
Gan là một cơ quan quan trọng trong cơ thể người, có nhiều chức năng liên quan đến tiêu hóa, chuyển hóa, miễn dịch và lưu trữ. Gan cũng có vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội môi, tức là sự ổn định của các điều kiện bên trong cơ thể như nhiệt độ, pH, độ ẩm và áp suất. Gan tham gia vào việc điều hòa cân bằng nội môi bằng cách:
– Sản xuất và tiết ra mật, một chất lỏng giúp tiêu hóa chất béo và hấp thu các vitamin tan trong mỡ.
– Chuyển hóa các chất dinh dưỡng như đường, protein và chất béo thành năng lượng hoặc lưu trữ dưới dạng glycogen hoặc triglyceride.
– Tham gia vào quá trình gluconeogenesis, tức là tạo ra đường mới từ các nguồn khác như lactate, glycerol hoặc axit amin.
– Tham gia vào quá trình ureagenesis, tức là tạo ra urea từ amoniac, một sản phẩm phụ của chuyển hóa protein. Urea được bài tiết qua thận để duy trì cân bằng nitơ trong cơ thể.
– Tham gia vào quá trình detoxification, tức là loại bỏ hoặc biến đổi các chất độc hại như thuốc, rượu, hoóc-môn hoặc các chất gây dị ứng thành các dạng ít độc hại hơn hoặc tan trong nước để bài tiết qua thận hoặc ruột.
– Tham gia vào quá trình cân bằng nước và điện giải, tức là duy trì lượng nước và các ion như natri, kali, canxi, magie và clorua trong máu ở mức phù hợp.
– Tham gia vào quá trình cân bằng acid-base, tức là duy trì pH máu ở mức ổn định khoảng 7.4. Gan làm điều này bằng cách sản xuất và tiết ra bicarbonate, một chất có khả năng trung hòa acid.
– Tham gia vào quá trình cân bằng hormone, tức là điều chỉnh lượng và hoạt động của các hormone như insulin, glucagon, cortisol, aldosterone, estrogen và testosterone.
Như vậy, gan có ảnh hưởng đến cân bằng nội môi qua nhiều cơ chế khác nhau. Khi gan bị suy giảm chức năng do các nguyên nhân như viêm gan virus, xơ gan, ung thư gan hay sử dụng quá liều thuốc hoặc rượu, sẽ gây ra các rối loạn về cân bằng nội môi. Các rối loạn này có thể gây ra các biểu hiện như:
– Suy dinh dưỡng do khó tiêu hóa và hấp thu chất béo và vitamin.
– Hạ đường huyết do không sản xuất đủ glucose mới hoặc không lưu trữ được glycogen.
– Hội chứng uremic do tích tụ urea trong máu gây ngộ độc thần kinh.
– Hội chứng xơ gan do tích tụ collagen trong gan gây tăng áp lực trong tĩnh mạch cửa (portal hypertension) và biến chứng như xuất huyết tiêu hoá, tràn dịch bụng (ascites) hay não gan (hepatic encephalopathy).
– Hội chứng Gilbert do tích tụ bilirubin trong máu gây vàng da và vàng mắt.
– Rối loạn nước và điện giải do không điều hòa được lượng nước và ion trong máu, gây ra các triệu chứng như khát nước, mất nước, sưng phù, rung tim hoặc co giật cơ.
– Rối loạn acid-base do không duy trì được pH máu ở mức bình thường, gây ra các triệu chứng như khó thở, mệt mỏi, đau đầu hoặc hôn mê.
– Rối loạn hormone do không điều chỉnh được lượng và hoạt động của các hormone, gây ra các triệu chứng như tăng cân, giảm cân, rối loạn kinh nguyệt, nam hóa nữ hoặc nữ hóa nam.
Vì vậy, gan là một cơ quan rất quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội môi. Chúng ta cần bảo vệ gan bằng cách có chế độ ăn uống lành mạnh, hạn chế rượu bia, tránh sử dụng thuốc không theo chỉ định của bác sĩ và tiêm phòng các bệnh viêm gan virus. Nếu có dấu hiệu bất thường về gan, chúng ta cần đi khám và điều trị kịp thời để tránh các biến chứng nguy hiểm.
4.2. Chức năng của thận trong cân bằng nội môi:
Thận là một cơ quan quan trọng trong việc duy trì cân bằng nội môi của cơ thể. Cân bằng nội môi là sự giữ cho các trạng thái của môi trường bên trong tương đối hằng định, thông qua việc điều chỉnh các cơ chế điều hòa cân bằng động khác nhau. Thận có hai chức năng chính là: (1) đào thải các sản phẩm độc hại và (2) điều hoà và cân bằng nước, dịch, chất khoáng, các chất hoá học như điện giải (Na+, K+,…) và acid-base của máu.
Thận tạo ra nước tiểu bằng cách lọc sạch máu và loại bỏ các chất thải, các chất hoá học không cần thiết cho cơ thể. Các chất thải này có thể là sản phẩm của quá trình biến thức ăn thành năng lượng, như urea, creatinine, acid uric, hay các chất dư thừa như nước, muối, glucose, hay các chất độc như thuốc, rượu. Nếu không được đào thải ra khỏi cơ thể, những chất này có thể gây nguy hiểm đến tính mạng.
Thận cũng có vai trò quan trọng trong việc điều hoà và cân bằng nước, dịch, chất khoáng, các chất hoá học như điện giải (Na+, K+,…) và acid-base của máu. Thận có thể thay đổi nồng độ nước tiểu để duy trì lượng nước trong huyết tương ở mức phù hợp. Ví dụ, khi lượng nước trong huyết tương thấp, thận sẽ tái hấp thu nước từ nước tiểu, trả lại cho dòng máu. Ngược lại, khi lượng nước trong huyết tương cao, thận sẽ tiết ra nhiều nước tiểu loãng để giảm lượng nước trong máu. Thận cũng có khả năng điều chỉnh lượng các chất khoáng và điện giải như Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl-, HCO3-, PO43- trong máu bằng cách tăng hoặc giảm sự tái hấp thu hoặc bài tiết của chúng qua nước tiểu. Điều này giúp duy trì sự ổn định của áp suất máu, pH máu và hoạt động của các tế bào thần kinh và cơ.
Ngoài ra, thận còn có một số chức năng khác liên quan đến cân bằng nội môi, như kích thích sản xuất hồng cầu bằng cách tiết ra hormone erythropoietin (EPO), điều hòa huyết áp bằng cách tiết ra renin và kích hoạt vitamin D để giúp hấp thu canxi từ ống tiêu hóa.
4.3. Chức năng của hệ đệm trong cân bằng nội môi:
Hệ đệm là một hệ thống gồm một chất yếu axit và một chất yếu bazơ có khả năng duy trì độ pH ổn định của dung dịch khi có sự thêm vào của một lượng nhỏ axit hoặc bazơ mạnh. Hệ đệm có chức năng quan trọng đến cân bằng nội môi, bởi vì nó giúp ngăn chặn sự biến đổi độ pH của máu và các dịch nội bào, đảm bảo cho các hoạt động sinh lý diễn ra bình thường. Độ pH của máu người được duy trì ở mức khoảng 7,4, nếu biến động quá 0,2 đơn vị sẽ gây rối loạn hoặc tử vong.
Trong máu người, có ba loại hệ đệm chính là: hệ đệm bicacbonat (H2CO3/NaHCO3), hệ đệm photphat (NaH2PO4/NaHPO4) và hệ đệm proteinat. Trong các hệ đệm này, hệ đệm proteinat là hệ đệm mạnh nhất. Ngoài hệ đệm, phổi và thận cũng đóng vai trò quan trọng trong điều hòa cân bằng pH nội môi. Phổi điều hòa pH máu bằng cách thải CO2, vì khí CO2 tăng sẽ làm tăng H+. Thận điều hòa pH máu bằng cách thải hoặc tái hấp thu các ion H+ và HCO3-.
