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人体核心部分温度的相对恒定是机体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件
 
来源:《生理学第二版》  编辑:xjh  2014-09-16

人和高等动物机体都具有一定的温度,这就是体温。人体核心部分温度的相对恒定是机体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件。

一、表层体温和深部体温

人体的外周组织即表层,包括皮肤、皮下组织和肌肉等的温度称为表层温度(shell temperature)。表层温度不稳定,各部位之间的差异也不大。在环境温度为23℃时,人体表层最外层的皮肤温,如足皮肤温为27℃,手皮肤温为30℃。躯干为32℃,额部为33-34℃。四肢末稍皮肤温最低,越近躯干、头部,皮肤温越高。气温达32℃以上时,皮肤温的部位差将变小,在寒冷环境中,随着气温下降,手、足的皮肤温降低最显著,但头部皮肤温度变动相对较小。

皮肤与局部血流量有密切关系。凡是能影响皮肤血管舒缩的因素(如环境温度变化或精神紧张等)都能改变皮肤的温度。在寒冷环境中,由于皮肤血管收缩,皮肤血流量减少,皮肤温随之降低,体热散失因此减少。相反,在炎热环境中,皮肤血管舒张,皮肤血流量增加,皮肤温因而上升,同时起到了增强发散体热的作用。人情绪激动时,由于血管紧张度增加,皮肤温度、特别是手的皮肤温度便显著降低。例如手指的皮肤温可从30℃骤降到24℃。当然情绪激动的原因解除后,皮肤温会逐渐恢复。此外,当发汗时由于蒸发散热,皮肤温也会出现波动。

机体深部(心、肺、脑和腹腔内脏等处)的温度称为深部温度(core temperature)。深部温度比表层温度高,且比较稳定,各部位之间的差异也较小。这里所说的表层与深部,不是指严格的解剖学结构,而是生理功能上所作的体温分布区域。在不同环境中,深部温度和表层温度的分布会发生相对改变。在较寒冷的环境中,深部温度分布区域较缩小,主要集中在头部与胸腹内脏,而且表层与深部之间存在明显的温度梯度。在炎热环境中,深部温度可扩展到四肢,如图。

在不同环境温度下人体体温分布图
A: 环境温度20℃ B:环境温度35℃

二、体热平衡

机体内营养物质代谢释放出来的化学能,其中50%以上以热能的形式用于维持体温,其余不足50%的化学能则载荷于ATP,经过能量转化与利用,最终也变成热能,并与维持体温的热量一起,由循环血液传导到机体表层并散发于体外。因此,机体在体温调节机制的调控下,使产热过程和散热过程处于平衡,即体热平衡,维持正常的体温。如果机体的产热量大于散热量,体温就会升高;散热量大于产热量则体温就会下降,直到产热量与散热量重新取得平衡时才会使体温稳定在新的水平。

(一)产热过程

机体的总产热量主要包括基础代谢,食物特殊动力作用和肌肉活动所产生的热量。基础代谢是机体产热的基础。基础代谢高产热量多;基础代谢低产热量少。正常成年男子的基础代谢率约为170kJ/m2·h。成年女子约155kJ/m2·h在安静状态下,机体产热量一般比基础代谢率增高25%,这是由于维持姿势时肌肉收缩所造成的。食物特殊动力作用可使机体进食后额外产生热量。骨骼肌的产热量则变化很大,在安静时产热量很小。运动时则产热量很大;轻度运动如平行时,其产热量可比安静时增加3-5倍,剧烈运动时,可增加10-20倍。人在寒冷环境中主要依靠寒战来增加产热量。

(二)散热过程

人体的主要散热部位是皮肤。当环境温度低于体温时,大部分的体热通过皮肤的辐射、传导和对流散热。一部分热量通过皮肤汗液蒸发来散发,呼吸、排尿和排粪也可散失一小部分热量。

1.辐射、传导和对流散热

辐射(radiation)散热:这是机体以热射线的形式将热量传给外界较冷物质一种散热形式。以此种方式散发的热量,在机体安静状态下所占比例较大(约占部散热量的60%左右)。辐射散热量同皮肤与环境间的温度差以及机体有效辐射面积等因素有关。皮肤温度稍有变动,辐射散热量就会有很大变化。四肢表面积比较大,因此在辐射散热中有重要作用。气温与皮肤的温差越大,或是机体有效辐射面积越大,辐射的散热量就越多。

传导(conduction)和对流(convection)散热:传导散热是机体的热量直接传给同它接触的较冷物体的一种散热方式。机体深部的热量以传导方式传到机体表面的皮肤,再由后者直接传给同它相接触的物体,如床或衣服等。但由于此等物质是热的不良导体,所以体热因传导而散失的量不大。另外,人体脂肪的导热度也低,肥胖者皮下脂肪较多,女子一般皮下脂肪也较多,所以,他们由深部向表层传导的散热量要少些。皮肤涂油脂类物质,也可以起减少散热的作用。水的导热度较大,根据这个道理可利用冰囊、冰帽给高热病人降温。

对流散热是指通过气体或液体或交换热量的一种方式。人体周围总是绕有一薄层同皮肤接触的空气,人体的热量传给这一层空气,由于空气不断流动(对流),便将体热发散到空间。对流是传导散热的一种特殊形式。通过对流所散失的热量的多少,受风速影响极大。风速越大,对流散热量也越多,相反,风速越小,对流散热量也越少。

辐射、传导和对流散失的热量取决于皮肤和环境之间的温度差,温度差越大,散热量越多,温度差越小,散热量越少。皮肤温度为皮肤血流量所控制。增减皮肤血流量以改变皮肤温度,从而使散热量符合于当时条件下体热平衡的要求。

在寒冷环境中,交感神经紧张度增强,皮肤血管收缩,皮肤血流量剧减,散热量也因而大大减少。此时机体表层宛如一个隔热器,起到了防止体热散失的作用。

衣服覆盖的皮肤表层,不易实现对流,棉毛纤维间的空气不易流动,这类情况都有利于保温。增加衣着以御寒,就是这个道理。

2.蒸发散热 在人的体温条件下,蒸发(evaporation)1g水分可使机体散失2.4kJ热量。当环境温度为21℃时,大部分的体热(70%)靠辐射、传导和对流的方式散热,少部分的体热(29%)则由蒸发散热;当环境温度升高时,皮肤和环境之间的温度差变小,辐射、传导和对流的散热量减小,而蒸发的散热作用则增强;当环境温度等于或高于皮肤温度时,辐射、传导和对流的散热方式就不起作用,此时蒸发就成为机体唯一的散热方式。

人体蒸发有二种形式:即不感蒸发(insesible perspiration)和发汗(sweating)。人体即使处在低温中,没有汁液分泌时,皮肤和呼吸道都不断有水分渗也而被蒸发掉,这种水分蒸发称为不感蒸发,其中皮肤的水分蒸发又称为不显汗,即这种水分蒸发不为人们所觉察,并与汁腺的活动开关。在室温30℃以下时,不感蒸发的水分相当恒定,有12-15g/h·m2水分被蒸发掉,其中一半是呼吸道蒸发的水分;另一半的水分是由皮肤的组织间隙直接渗出而蒸发的。人体24h的不感蒸发量为400-600ml。婴幼儿的不感蒸发的速率比成从大,因此,在缺水时婴幼儿更容易造成严重脱水。不感蒸发是一种很有成效的散热途径,有些动物如狗,虽有汁腺结构,但在高温环境下也不能分泌汁液,此时,它必须通过热喘呼吸(panting)由呼吸道来增强蒸发散热。

发汗汗腺分泌汁液的活动称为发汗。发汗是可以意识到的有明显的汗液分泌,因此,汁液的蒸发又称为可感蒸发。

人在安静状态下,当环境温度达30℃左右时便开始发汗。如果空气湿度大,而且着衣较多时,气温达25℃便可引起人体发汗。人进行劳动或运动时,气温虽在20℃以下,亦可出现发汗,而且汗量往往较多的。

汗液中水分占99%,而固体成分则不到1%,在固体成分中,大部分为氯化钠,也有少量氯化钾、尿素等。

发汗是反射活动。在温热环境下引起全身各部位的小汗腺分泌汗液称为温热性发汗。温热性发汗的生理意义在于散热。若每小时蒸发1.7L汗液,就可使体热散发约4200kJ的热量。但是,如果汗水从身上滚落或被擦掉而未被蒸发,则无蒸发散热作用。

发汗速度受环境温度和湿度影响。环境温度越高,发汗速度越快。如果在高温环境中时间太长,发汗速度会因汗腺疲劳而明显减慢。湿度大,汗液不易被蒸发,体热因而不易蒸发,体热因而不易散失。此外,风速大时,汗液易蒸发,汗液蒸发快,容易散热而使发汗速度变小。

劳动强度也影响发汗速度。劳动强度大,产热量越多,发汗量越多。

精神紧张或情绪激动而引起地发汗称为精神性发汗。主要见于掌心、脚底和腋窝。精神性发汗的中枢神经可能在大脑皮层运动区。精神性发汗在体温调节中的作用不大。

三、体温调节

恒温动物包括人,有完善的体温调节机制。在外界环境温度改变时,通过调节产热过程和散热过程,维持体温相对稳定。例如,在寒冷环境下,机体增加产热和减少散热;在炎热环境下,机体减少产热和增加散热,从而使体温保持相对稳定。

来源::《生理学第二版》,姚泰,人民卫生出版社,第23章:体温和体温调节,p315-p321
http://www.med126.com/edu/200708/13686.html
http://www.med126.com/edu/200708/13686_2.html
http://www.med126.com/edu/200708/13686_3.html


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