生理學(xué)/體熱平衡
| 醫(yī)學(xué)電子書 >> 《生理學(xué)》 >> 能量代謝和體溫 >> 體溫及其調(diào)節(jié) >> 體熱平衡 |
| 生理學(xué) |
|
|
如第一節(jié)所述，機體內(nèi)營養(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)到機體表層并散發(fā)于體外。因此，機體在體溫調(diào)節(jié)機制的調(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。如果機體的產(chǎn)熱量大于散熱量，體溫就會升高；散熱量大于產(chǎn)熱量則體溫就會下降，直到產(chǎn)熱量與散熱量重新取得平衡時才會使體溫穩(wěn)定在新的水平。
（一）產(chǎn)熱過程
機體的總產(chǎn)熱量主要包括基礎(chǔ)代謝，食物特殊動力作用和肌肉活動所產(chǎn)生的熱量。基礎(chǔ)代謝是機體產(chǎn)熱的基礎(chǔ)。基礎(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%，這是由于維持姿勢時肌肉收縮所造成的。食物特殊動力作用可使機體進食后額外產(chǎn)生熱量。骨骼肌的產(chǎn)熱量則變化很大，在安靜時產(chǎn)熱量很小。運動時則產(chǎn)熱量很大；輕度運動如平行時，其產(chǎn)熱量可比安靜時增加3-5倍，劇烈運動時，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作電位同步化的結(jié)果。寒戰(zhàn)的特點是屈肌和伸肌同時收縮，所以基本上不做功，但產(chǎn)熱量很高，發(fā)生寒戰(zhàn)時，代謝率可增加4-5倍。機體受寒冷刺激時，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，但維持時間短；甲狀腺激素則使產(chǎn)熱緩慢增加，但維持時間長。機體在寒冷環(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，大部分的體熱通過皮膚的輻射、傳導(dǎo)和對流散熱。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)、對流 | 70 |
| 皮膚水分蒸發(fā) | 27 |
| 呼吸 | 2 |
| 尿、糞 | 1 |
1．輻射、傳導(dǎo)和對流散熱
輻射（radiation）散熱：這是機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體有效輻射面積等因素有關(guān)。皮膚溫稍有變動，輻射散熱量就會有很大變化。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，或是機體有效輻射面積越大，輻射的散熱量就越多。
傳導(dǎo)（conduction）和對流（convection）散熱：傳導(dǎo)散熱是機體的熱量直接傳給同它接觸的較冷物體的一種散熱方式。機體深部的熱量以傳導(dǎo)方式傳到機體表面的皮膚，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)這個道理可利用冰囊、冰帽給高熱病人降溫。
對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（對流），便將體熱發(fā)散到空間。對流是傳導(dǎo)散熱的一種特殊形式。通過對流所散失的熱量的多少，受風(fēng)速影響極大。風(fēng)速越大，對流散熱量也越多，相反，風(fēng)速越小，對流散熱量也越少。
輻射、傳導(dǎo)和對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)的特點是，分布到皮膚的動脈穿透隔熱組織（脂肪組織等），在乳頭下層形成動脈網(wǎng)；皮下的毛細血管異常彎曲，進而形成豐富的靜脈叢；皮下還有大量的動-靜脈吻合支，這些結(jié)構(gòu)特點決定了皮膚的血流量可以在很大范圍內(nèi)變動。機體的體溫調(diào)節(jié)機制通過交感神經(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，皮膚小動脈命張，動-靜脈吻合支開放，皮膚血流量因而大大增加（據(jù)測算，全部皮膚血流量最多可達到心輸出量的12%）。于是較多的體熱從機體深部被帶到體表層，提高了皮膚溫，增強了散熱作用。
在寒冷環(huán)境中，交感神經(jīng)緊張度增強，皮膚血管收縮，皮膚血流量劇減，散熱量也因而大大減少。此時機體表層宛如一個隔熱器，起到了防止體熱散失的作用。此外，四肢深部的靜脈是和動脈相伴走行的。這樣的解剖結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一個熱量逆流交換系統(tǒng)。深部靜脈呈網(wǎng)狀圍繞著動脈。靜脈血溫較低，而動脈血溫度較高。兩者之間由于溫度差而進行熱量交換。逆流交換的結(jié)果，動脈血帶到末稍的熱量，有一部分已被靜脈血帶回機體深部。這樣就減少了熱量的散失。如果機體處于炎熱環(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，此時逆流交換機制將不再起作用（圖7-7）。
圖7-7 上肢的逆流熱量交換
環(huán)境溫度降低時，熱量由肱動脈傳向它周圍的靜脈，
動脈血溫度因此下降到24℃。環(huán)境溫度升高時，熱量由表層靜脈發(fā)散
衣服覆蓋的皮膚表層，不易實現(xiàn)對流，棉毛纖維間的空氣不易流動，這類情況都有利于保溫。增加衣著以御寒，就是這個道理。
2．蒸發(fā)散熱 在人的體溫條件下，蒸發(fā)（evaporation）1g水分可使機體散失2.4kJ熱量。當(dāng)環(huán)境溫度為21℃時，大部分的體熱（70%）靠輻射、傳導(dǎo)和對流的方式散熱，少部分的體熱（29%）則由蒸發(fā)散熱；當(dāng)環(huán)境溫度升高時，皮膚和環(huán)境之間的溫度差變小，輻射、傳導(dǎo)和對流的散熱量減小，而蒸發(fā)的散熱作用則增強；當(dāng)環(huán)境溫度等于或高于皮膚溫度時，輻射、傳導(dǎo)和對流的散熱方式就不起作用，此時蒸發(fā)就成為機體唯一的散熱方式。
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，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，并與汁腺的活動開關(guān)。在室溫30℃以下時，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，它必須通過熱喘呼吸（panting）由呼吸道來增強蒸發(fā)散熱。
發(fā)汗汗腺分泌汁液的活動稱為發(fā)汗。發(fā)汗是可以意識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30℃左右時便開始發(fā)汗。如果空氣濕度大，而且著衣較多時，氣溫達25℃便可引起人體發(fā)汗。人進行勞動或運動時，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。實驗測得在汗腺分泌時，分泌管腔內(nèi)的壓力高達37.3kPa(250mmHg)以上。這表明汗液不是簡單的血漿濾出液，而是由汗腺細胞主動分泌的。大量的乳酸是腺細胞進入分泌活動的產(chǎn)物。剛剛從汗腺細胞分泌出來的汗液，與血漿是等滲的，但在流經(jīng)汗腺管腔時，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)。下因為汗液是低滲的，所以當(dāng)機體因大量發(fā)汗而造成脫水時，可導(dǎo)致高滲性脫水。
發(fā)汗是反射活動。人體汗腺接受交感膽堿能纖維支配，所以乙酰膽堿對小汗腺有促進分泌作用。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)境中時間太長，發(fā)汗速度會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，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。
勞動強度也影響發(fā)汗速度。勞動強度大，產(chǎn)熱量越多，發(fā)汗量越多。
精神緊張或情緒激動而引起地發(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)可能在大腦皮層運動區(qū)。精神性發(fā)汗在體溫調(diào)節(jié)中的作用不大。
 體溫 | 體溫調(diào)節(jié)  |
| 關(guān)于“生理學(xué)/體熱平衡”的留言： |  訂閱討論RSS
|
|
目前暫無留言 | |
| 添加留言 | |