生理學(xué)/體熱平衡
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如第一節(jié)所述，機(jī)體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)代謝釋放出來的化學(xué)能，其中50%以上以熱能的形式用于維持體溫，其余不足50%的化學(xué)能則載荷于ATP，經(jīng)過能量轉(zhuǎn)化與利用，最終也變成熱能，并與維持體溫的熱量一起，由循環(huán)血液傳導(dǎo)到機(jī)體表層并散發(fā)于體外。因此，機(jī)體在體溫調(diào)節(jié)機(jī)制的調(diào)控下，使產(chǎn)熱過程和散熱過程處于平衡，即體熱平衡，維持正常的體溫。如果機(jī)體的產(chǎn)熱量大于散熱量，體溫就會(huì)升高；散熱量大于產(chǎn)熱量則體溫就會(huì)下降，直到產(chǎn)熱量與散熱量重新取得平衡時(shí)才會(huì)使體溫穩(wěn)定在新的水平。
（一）產(chǎn)熱過程
機(jī)體的總產(chǎn)熱量主要包括基礎(chǔ)代謝，食物特殊動(dòng)力作用和肌肉活動(dòng)所產(chǎn)生的熱量。基礎(chǔ)代謝是機(jī)體產(chǎn)熱的基礎(chǔ)?；A(chǔ)代謝高產(chǎn)熱量多；基礎(chǔ)代謝低，產(chǎn)熱量少。正常成年男子的基礎(chǔ)代謝率約為170kJ/m2.h。成年女子約155kJ/m2.h在安靜狀態(tài)下，機(jī)體產(chǎn)熱量一般比基礎(chǔ)代謝率增高25%，這是由于維持姿勢(shì)時(shí)肌肉收縮所造成的。食物特殊動(dòng)力作用可使機(jī)體進(jìn)食后額外產(chǎn)生熱量。骨骼肌的產(chǎn)熱量則變化很大，在安靜時(shí)產(chǎn)熱量很小。運(yùn)動(dòng)時(shí)則產(chǎn)熱量很大；輕度運(yùn)動(dòng)如平行時(shí)，其產(chǎn)熱量可比安靜時(shí)增加3-5倍，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，可增加10-20倍。
人在寒冷環(huán)境中主要依靠寒戰(zhàn)來增加產(chǎn)熱量。寒戰(zhàn)是骨骼肌發(fā)生不隨意的節(jié)律性收縮的表現(xiàn)，其節(jié)律為9-11次/分。發(fā)生寒戰(zhàn)的肌肉在肌電圖上表現(xiàn)出一簇一簇的高波幅群放電，這是不同肌纖維的動(dòng)作電位同步化的結(jié)果。寒戰(zhàn)的特點(diǎn)是屈肌和伸肌同時(shí)收縮，所以基本上不做功，但產(chǎn)熱量很高，發(fā)生寒戰(zhàn)時(shí)，代謝率可增加4-5倍。機(jī)體受寒冷刺激時(shí)，通常在發(fā)生寒戰(zhàn)之前，首先出現(xiàn)溫度刺激性肌緊張（thermalmuscle tone）或稱寒戰(zhàn)前肌緊張（pre-shivering tone），此時(shí)代謝率就有所增加。以后由于寒冷刺激的持續(xù)作用，便在溫度刺激性肌緊張的基礎(chǔ)上出現(xiàn)肌肉寒戰(zhàn)，產(chǎn)熱量大大增加，這樣就維持了在寒冷環(huán)境中的體熱平衡。內(nèi)分泌激素也可影響產(chǎn)熱，腎上腺素和去甲腎上腺素可使產(chǎn)熱量迅速增加，但維持時(shí)間短；甲狀腺激素則使產(chǎn)熱緩慢增加，但維持時(shí)間長(zhǎng)。機(jī)體在寒冷環(huán)境中度過幾周后，甲狀腺激素分泌可增加2倍能上能下，代謝率可增加20-30%。
（二）散熱過程
人體的主要散熱部位是皮膚。當(dāng)環(huán)境溫度低于體溫時(shí)，大部分的體熱通過皮膚的輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流散熱。一部分熱量通過皮膚汗液蒸發(fā)來散發(fā)，呼吸、排尿和排糞也可散失一小部分熱量（表7-6）。
表7-6 在環(huán)境溫度為21℃時(shí)人體散熱方式及其所占比例
| 散熱方式 | 百 分 數(shù) （%） |
| 輻射、傳導(dǎo)、對(duì)流 | 70 |
| 皮膚水分蒸發(fā) | 27 |
| 呼吸 | 2 |
| 尿、糞 | 1 |
1．輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流散熱
輻射（radiation）散熱：這是機(jī)體以熱射線的形式將熱量傳給外界較冷物質(zhì)一種散熱形式。以此種方式散發(fā)的熱量，在機(jī)體安靜狀態(tài)下所占比例較大（約占部散熱量的60%左右）。輻射散熱量同皮膚與環(huán)境間的溫度差以及機(jī)體有效輻射面積等因素有關(guān)。皮膚溫稍有變動(dòng)，輻射散熱量就會(huì)有很大變化。四肢表面積比較大，因此在輻射散熱中有重要作用。氣溫與皮膚的溫差越大，或是機(jī)體有效輻射面積越大，輻射的散熱量就越多。
傳導(dǎo)（conduction）和對(duì)流（convection）散熱：傳導(dǎo)散熱是機(jī)體的熱量直接傳給同它接觸的較冷物體的一種散熱方式。機(jī)體深部的熱量以傳導(dǎo)方式傳到機(jī)體表面的皮膚，再由后者直接傳給同它相接觸的物體，如床或衣服等。但由于此等物質(zhì)是熱的不良導(dǎo)體，所以體熱因傳導(dǎo)而散失的量不大。另外，人體脂肪的導(dǎo)熱度也低，肥胖者皮下脂肪較多，女子一般皮下脂肪也較多，所以，他們由深部向表層傳導(dǎo)的散熱量要少些。皮膚涂油脂類物質(zhì)，也可以起減少散熱的作用。水的導(dǎo)熱度較大，根據(jù)這個(gè)道理可利用冰囊、冰帽給高熱病人降溫。
對(duì)流散熱是指通過氣體或液體或交換熱量的一種方式。人體周圍總是繞有一薄層同皮膚接觸的空氣，人體的熱量傳給這一層空氣，由于空氣不斷流動(dòng)（對(duì)流），便將體熱發(fā)散到空間。對(duì)流是傳導(dǎo)散熱的一種特殊形式。通過對(duì)流所散失的熱量的多少，受風(fēng)速影響極大。風(fēng)速越大，對(duì)流散熱量也越多，相反，風(fēng)速越小，對(duì)流散熱量也越少。
輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流散失的熱量取決于皮膚和環(huán)境之間的溫度差，溫度差越大，散熱量越多，溫度差越小，散熱量越少。皮膚溫度為皮膚血流量所控制。皮膚血液循環(huán)的特點(diǎn)是，分布到皮膚的動(dòng)脈穿透隔熱組織（脂肪組織等），在乳頭下層形成動(dòng)脈網(wǎng)；皮下的毛細(xì)血管異常彎曲，進(jìn)而形成豐富的靜脈叢；皮下還有大量的動(dòng)-靜脈吻合支，這些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)決定了皮膚的血流量可以在很大范圍內(nèi)變動(dòng)。機(jī)體的體溫調(diào)節(jié)機(jī)制通過交感神經(jīng)系統(tǒng)控制著皮膚血管的口徑。增減皮膚血流量以改變皮膚溫度，從而使散熱量符合于當(dāng)時(shí)條件下體熱平衡的要求。
在炎熱環(huán)境中，交感神經(jīng)緊張度降低，皮膚小動(dòng)脈命張，動(dòng)-靜脈吻合支開放，皮膚血流量因而大大增加（據(jù)測(cè)算，全部皮膚血流量最多可達(dá)到心輸出量的12%）。于是較多的體熱從機(jī)體深部被帶到體表層，提高了皮膚溫，增強(qiáng)了散熱作用。
在寒冷環(huán)境中，交感神經(jīng)緊張度增強(qiáng)，皮膚血管收縮，皮膚血流量劇減，散熱量也因而大大減少。此時(shí)機(jī)體表層宛如一個(gè)隔熱器，起到了防止體熱散失的作用。此外，四肢深部的靜脈是和動(dòng)脈相伴走行的。這樣的解剖結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個(gè)熱量逆流交換系統(tǒng)。深部靜脈呈網(wǎng)狀圍繞著動(dòng)脈。靜脈血溫較低，而動(dòng)脈血溫度較高。兩者之間由于溫度差而進(jìn)行熱量交換。逆流交換的結(jié)果，動(dòng)脈血帶到末稍的熱量，有一部分已被靜脈血帶回機(jī)體深部。這樣就減少了熱量的散失。如果機(jī)體處于炎熱環(huán)境中，從皮膚返回心臟的血液主要由皮膚表層靜脈來輸送，此時(shí)逆流交換機(jī)制將不再起作用（圖7-7）。
圖7-7 上肢的逆流熱量交換
環(huán)境溫度降低時(shí)，熱量由肱動(dòng)脈傳向它周圍的靜脈，
動(dòng)脈血溫度因此下降到24℃。環(huán)境溫度升高時(shí)，熱量由表層靜脈發(fā)散
衣服覆蓋的皮膚表層，不易實(shí)現(xiàn)對(duì)流，棉毛纖維間的空氣不易流動(dòng)，這類情況都有利于保溫。增加衣著以御寒，就是這個(gè)道理。
2．蒸發(fā)散熱 在人的體溫條件下，蒸發(fā)（evaporation）1g水分可使機(jī)體散失2.4kJ熱量。當(dāng)環(huán)境溫度為21℃時(shí)，大部分的體熱（70%）靠輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的方式散熱，少部分的體熱（29%）則由蒸發(fā)散熱；當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，皮膚和環(huán)境之間的溫度差變小，輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的散熱量減小，而蒸發(fā)的散熱作用則增強(qiáng)；當(dāng)環(huán)境溫度等于或高于皮膚溫度時(shí)，輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流的散熱方式就不起作用，此時(shí)蒸發(fā)就成為機(jī)體唯一的散熱方式。
人體蒸發(fā)有二種形式：即不感蒸發(fā)（insesibleperspiration）和發(fā)汗（sweating）。人體即使處在低溫中，沒有汁液分泌時(shí)，皮膚和呼吸道都不斷有水分滲也而被蒸發(fā)掉，這種水分蒸發(fā)稱為不感蒸發(fā)，其中皮膚的水分蒸發(fā)又稱為不顯汗，即這種水分蒸發(fā)不為人們所覺察，并與汁腺的活動(dòng)開關(guān)。在室溫30℃以下時(shí)，不感蒸發(fā)的水分相當(dāng)恒定，有12-15g/h.m2水分被蒸發(fā)掉，其中一半是呼吸道蒸發(fā)的水分；另一半的水分是由皮膚的組織間隙直接滲出而蒸發(fā)的。人體24h的不感蒸發(fā)量為400-600ml。嬰幼兒的不感蒸發(fā)的速率比成從大，因此，在缺水時(shí)嬰幼兒更容易造成嚴(yán)重脫水。不感蒸發(fā)是一種很有成效的散熱途徑，有些動(dòng)物如狗，雖有汁腺結(jié)構(gòu)，但在高溫環(huán)境下也不能分泌汁液，此時(shí)，它必須通過熱喘呼吸（panting）由呼吸道來增強(qiáng)蒸發(fā)散熱。
發(fā)汗汗腺分泌汁液的活動(dòng)稱為發(fā)汗。發(fā)汗是可以意識(shí)到的有明顯的汗液分泌，因此，汁液的蒸發(fā)又稱為可感蒸發(fā)。
人在安靜狀態(tài)下，當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)30℃左右時(shí)便開始發(fā)汗。如果空氣濕度大，而且著衣較多時(shí)，氣溫達(dá)25℃便可引起人體發(fā)汗。人進(jìn)行勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)，氣溫雖在20℃以下，亦可出現(xiàn)發(fā)汗，而且汗量往往較多的。
汗液中水分占99%，而固體成分則不到1%，在固體成分中，大部分為氯化鈉，也有少量氯化鉀、尿素等。同血漿相比，汗液的特點(diǎn)是：氯化鈉的濃度一般低于血漿；在高溫作業(yè)等大量出汗的人，汗液中可喪失較多的氯化鈉，因此應(yīng)注意補(bǔ)充氯化鈉。汗液中葡萄糖的濃度幾乎是零；乳酸濃度主于血漿；蛋白質(zhì)的濃度為零。實(shí)驗(yàn)測(cè)得在汗腺分泌時(shí)，分泌管腔內(nèi)的壓力高達(dá)37.3kPa(250mmHg)以上。這表明汗液不是簡(jiǎn)單的血漿濾出液，而是由汗腺細(xì)胞主動(dòng)分泌的。大量的乳酸是腺細(xì)胞進(jìn)入分泌活動(dòng)的產(chǎn)物。剛剛從汗腺細(xì)胞分泌出來的汗液，與血漿是等滲的，但在流經(jīng)汗腺管腔時(shí)，由于鈉和氯被重吸收，所以，最后排出的汗液是低滲的。汗液中排出的鈉量也受醛固醇的調(diào)節(jié)。下因?yàn)楹挂菏堑蜐B的，所以當(dāng)機(jī)體因大量發(fā)汗而造成脫水時(shí)，可導(dǎo)致高滲性脫水。
發(fā)汗是反射活動(dòng)。人體汗腺接受交感膽堿能纖維支配，所以乙酰膽堿對(duì)小汗腺有促進(jìn)分泌作用。發(fā)汗中樞分布在從脊髓到大腦皮層的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中。在正常情況下，起主要作用是是下丘腦的發(fā)汗中樞，它很可能位于體溫調(diào)節(jié)中樞之中或其附近。
在感受器，沖動(dòng)傳入至發(fā)汗中樞，反射性引起發(fā)汗；②溫?zé)岘h(huán)境使皮膚血液被加溫，被加溫的血液流至下丘腦發(fā)汗中樞的熱敏神經(jīng)元，可引起發(fā)汗。溫?zé)嵝园l(fā)汗的生理意義在于散熱。若每小時(shí)蒸發(fā)1.7L汗液，就可使體熱散發(fā)約4200kJ的熱量。但是，如果汗水從身上滾落或被擦掉而未被蒸發(fā)，則無蒸發(fā)散熱作用。
發(fā)汗速度受環(huán)境溫度和濕度影響。環(huán)境溫度越高，發(fā)汗速度越快。如果在高溫環(huán)境中時(shí)間太長(zhǎng)，發(fā)汗速度會(huì)因汗腺疲勞而明顯減慢。濕度大，汗液不易被蒸發(fā)，體熱因而不易蒸發(fā)，體熱因而不易散失。此外，風(fēng)速大時(shí)，汗液易蒸發(fā)，汗液蒸發(fā)快，容易散熱而使發(fā)汗速度變小。
勞動(dòng)強(qiáng)度也影響發(fā)汗速度。勞動(dòng)強(qiáng)度大，產(chǎn)熱量越多，發(fā)汗量越多。
精神緊張或情緒激動(dòng)而引起地發(fā)汗稱為精神性發(fā)汗。主要見于掌心、腳底和腋窩。精神性發(fā)汗的中樞神經(jīng)可能在大腦皮層運(yùn)動(dòng)區(qū)。精神性發(fā)汗在體溫調(diào)節(jié)中的作用不大。
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