熱交換中的體溫調控

本文節選自《運動生理學》第四版

作者：Jack H. Wilmore

David L. Costill

W. Larry Kenney

譯者：王瑞元　汪　軍審譯：曹建民

我們一生中都能將體溫嚴格控制在很小的波動範圍。如果不限制排汗和蒸發散熱，並且避免機體接觸熱物體表面時，機體可能承受住極高的環境溫度（如短期處在高於200℃的烤箱內）。另一方面，細胞存活的溫度範圍在0℃（冰晶形成）到45℃（細胞內蛋白質開始降解），因此人類只能在極短時間內承受低於35℃或高於41℃的體溫。為了將體溫維持在一定範圍內，機體會對冷熱刺激產生非常有效的、特異性的生理反應，這些反應是體內幾大系統協同作用的結果。

安靜狀態下，體溫大約在37℃（98.6℉）。運動時，機體散熱速度通常小於產熱速度。在極特殊情況下，體溫會超過40℃（104℉），運動肌肉超過42℃（107.6℉）。肌肉溫度稍有增高，它的產熱量即可發生明顯提高，當體溫高於40℃時，神經系統受到抑制，減少機體進一步產熱。機體是如何控制體溫呢？下丘腦起到了重要作用（圖11-5）。

視前區-下丘腦前部:體溫調節中樞

儘管體溫調控機制比空調的冷熱控制更為複雜、精確，我們依然可以將體溫調控機制簡單比作房間空調器。溫度感受器能感知溫度變化，並將信息輸送到視前區-下丘腦前部（POAH）的體溫調節中樞，經過中樞整合後，再調整與體溫有關的產熱和散熱反應。下丘腦就如室內空調，提前設定溫度或調定點，然後按照設定溫度來調節體溫。即使溫度與調定點有很小偏差，體溫調節中樞也會重新調整體溫。

溫度感受器遍布全身，但主要集中在皮膚和中樞神經系統。皮膚內的外周感受器感知隨外界環境變化的皮膚溫度，並將信息傳遞到POAH和大腦皮層，使個體有意識地感知溫度並主動調節冷熱環境中的衣著增減。因皮膚溫度變化早於機體深部溫度變化，所以皮膚感受器可作為環境溫度變化的早期預警。

中樞感受器位於下丘腦、腦部某些區域及脊髓，這些敏感區域會檢測流經血液的溫度變化，中樞感受器能感知0.01℃（0.018℉）的溫度變化。因為感受器極度敏感，流經下丘腦的血液溫度稍有變化就會發生反射，有助於個體根據需要進行產熱或散熱。

改變體溫的效應器

體溫出現波動時，以下四類效應器通常會使體溫恢復到正常狀態：

（1）皮膚小動脈。當皮膚或機體深部溫度改變時，POAH通過交感神經系統（SNS）將信息傳遞至供給皮膚養分的小動脈內平滑肌，引起血管收縮或舒張，進而減少或提高皮膚血流量。儘管其他神經遞質也會導致皮膚血管收縮，但SNS釋放的神經遞質——去甲腎上腺素是引起皮膚血管收縮的主要遞質，進而通過減少乾熱交換來保存熱量。熱應激時，皮膚血管舒張是比較複雜的過程，目前了解較少。增加皮膚血流量有利於通過傳導、對流和輻射（間接方式，皮膚溫度升高時可進行蒸發散熱）等方式向環境散失熱量。皮膚血流量的精細調節是機體隨時調節熱平衡與熱交換的生理機制。此調節方式速度較快，並且不需要消耗體內熱量。

（2）小汗腺。當皮膚溫度或機體深部溫度進一步升高時，POAH同樣通過SNS將信息傳遞至小汗腺，汗腺將汗液分泌到皮膚表面。小汗腺的神經遞質主要是乙醯膽鹼，因此人體的汗腺主要接受交感膽鹼能纖維支配。與皮膚小動脈相似，汗腺對機體深部溫度升高的反應程度是皮膚升高相同溫度時的10倍。如前所述，汗液蒸發能帶走皮膚表面的熱量。

（3）骨骼肌。當機體需要產生更多熱量時，骨骼肌會參與供能。在寒冷環境，皮膚內的溫度感受器感知寒冷後將信息傳遞給下丘腦。同樣，中樞溫度感受器也會感知到血液溫度的降低。下丘腦接受神經衝動後激活大腦皮層的骨骼肌控制區域，該區域興奮導致肌肉出現寒顫，即骨骼肌進行快速、無意識地收縮和舒張。因為寒顫僅能產熱，不能做有用功，所以肌肉的這種快速運動是維持或升高體溫的理想產熱方式。

（4）內分泌腺。體內有幾種激素能提高細胞的代謝率，代謝率升高又會增加熱生成繼而影響機體熱平衡。體溫降低可激活甲狀腺釋放甲狀腺激素，而甲狀腺激素可100%提高機體代謝率；另外，體溫降低還能激活腎上腺素和去甲腎上腺素（兒茶酚胺類）釋放，SNS興奮性增強。實際上，這些激素都能直接影響全身細胞的代謝率。

「

小　結

● 人是恆溫動物，在不考慮環境溫度變化時機體能通過體溫調節系統將體溫保持在36.1℃～37.8℃（97.0℉～100.0℉）。

● 機體通過傳導、對流、輻射和蒸發四種途徑散熱。安靜狀態下，輻射是散熱主要方式；運動時，蒸發散熱是熱量散失的最重要途徑。

● 在任何環境溫度，高濕度都會降低機體蒸發散熱的能力。

● 下丘腦-視前區是機體溫度控制中樞。就像空調器，監測溫度並根據需要增加產熱或散熱。

● 兩類溫度感受器能為溫度控制中樞提供溫度信息。皮膚內的外周溫度感受器接收並傳遞皮膚及環境溫度變化，下丘腦、腦部某些區域及脊髓內的中樞溫度感受器能接收並傳遞體內溫度信息。中樞溫度感受器對溫度變化的感知要比外周溫度感受器敏感得多。

● 效應器被下丘腦激活後能改變體溫。骨骼肌活動加強會增加代謝產熱；增強汗腺活動能通過蒸發散熱來降低體溫；皮膚小動脈內的平滑肌能引起血管舒張及血流量增多，繼而提高散熱量，或收縮血管以保持體溫；腎上腺素和兒茶酚胺類物質也能提高機體代謝率，進而產熱增多。

」

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