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体温调节中的产热和散热的类型和机制

产热和散热的类型和机制

(一)产热 产热机制可简单地分为两类，一类包括骨骼肌的，一类不包括骨骼肌的，后一类又称“无寒颤产热”。

1．骨骼肌的产热

鸟和哺乳动物在冷的环境下有一种非常特殊的反应，即寒颤。寒颤是骨骼肌接受由神经下达的冲动时，发生的一种不自主的颤动，植物性神经系统并不参与。寒颤可使产热增加到基础水平的2～5倍，为体温调节提供了一个快速而多变的产热源。

在因冷而不舒服的情况下，骨骼肌的自主运动一般也增加了，表现在踏脚、搓手等。

当然，运动可产生更多的热，剧烈运动可使产热达到基础水平的20倍。但这种额外的热一般就不算在体温调节之内。

2．无寒颤产热

无寒颤产热有两个重要成分，即基础代谢和食物的特殊动力作用。因此，一个休息着的饥饿的个体，还是有稳定而持久的产热的。用餐后，产热量即增加。这两个过程是不受骨骼肌产热过程影响的。

上述产热过程均受内分泌和神经因素的影响。甲状腺和肾上腺髓质激素，都有增加产热的作用，因为它们都能直接促进细胞的代谢，称为激素的热效应。此外，交感神经有提高代谢率的作用。也可增加机体的产热量。交感神经强烈兴奋时，可使代谢率增加40—50％。实验证明，新生儿体内黄脂肪的细胞在刺激交感神经或注射去甲肾上腺素的情况下，贮存的自由脂肪酸即在细胞内氧化产热。冬眠动物在冬眠前就开始贮存黄脂肪体，由冬眠转入觉醒时它起到提供能源的作用。

(二)散热

热量从机体内部散发到周围环境，除随尿和粪散失的5％外，都是由皮肤经传导、对流、辐射和蒸发(有一部分由呼吸道蒸发)而散失的。这四个过程是一种物理过程，但涉及皮肤的作用就包括生理过程了。

1．物理散热

(1)传导和对流

因传导而散热的速度，取决于皮肤与环境间的温度以及二者接触面的大小。人在空气中活动，由于空气的导热性差，加之人体与固体环境的接触面也有限，所以传导散热是四条散热途径中最不重要的一条。在特殊情况下，如在冷的地面或进入潜水时，传导散热才有意义。

相比之下，更重要的是对流。由于空气的比热低，紧贴人体皮肤的空气层很快变温，温热空气比重较轻于是上升，并为冷空气所补充。温冷空气不断流动，从而产生对流，使皮肤与其附近的空气间存在温差，这样对流也就可以不断进行，有效地使人体表面不断散热。人在有风的地方或冷水中对流速度增加，散热也增加。显然，当气温和周围物体的温度都接近于体温时，则不发生对流。

(2)辐射

辐射热是由电磁波传送的，当它落在较冷的物体上，即转而为热并为该物体所吸收。人体吸收辐射热的性能很高，落在人体上的辐射热的97％可被吸收。物体的辐射量由它和周围物体的温差所决定。在一舒适的温度环境下，辐射散热占总散热量的50％左右。人体发散的辐射热的波长约为90 000～200 000埃，是接近红外线的。由于空气不是一个良好的吸热体，所以由人体辐射出来的热往往是到环境中的固体物上的，如冷的窗玻璃、墙壁等。此外，辐射量还可与辐射面积成比例关系。夏季伸展四肢睡觉可增加辐射而促进散热；冬季卷缩睡觉可减少辐射面积而防止散热。人们在密集的小室内互相辐射，实际散热就减少。辐射是重要散热方式之一，但当周围物体(墙壁等)的温度接近人体体温时，辐射散热就失去作用。

(3)蒸发

蒸发是物质由液态变为气态的过程，需要热。在室温下，1克水从皮肤表面蒸发要从体内吸收0.58kcal热，所以蒸发是非常有效的散热方式。蒸发的总量取决于体表面积、皮肤温度、气温和空气的流动。空气流动不仅加速对流散热，更重要的是由于气流将皮肤附近的水蒸汽带走，从而促进水的蒸发，导致更大的散热。湿度的作用则相反，湿度越高，蒸发量越少。当气温和周围物体的温度接近体温时，辐射和对流都失去作用，这时散热全靠蒸发。

2．生理散热或皮肤散热：皮肤通过血管运动和汗腺的活动在散热机制中起着重要的作用。

(1)皮肤血管运动与体温调节

恒温动物由于体内不断产热致使体核温度经常高于皮肤及周围环境的温度，热就由体表向环境散失，而皮肤温度与体表温度间存在着一定的梯度。如果改变皮下导热的状况，如改变这里的血流量，这个梯度可发生变化。

在体核温度下降(体温过低hypothermia)时，走向体表的血流量往往受到限制，身体表面2—3厘米的导热性象软木一样，可起到良好的隔热保温作用。当体核温度过高(hyperthermia)时，皮肤内的小血管舒张，血流量增加，可达最低量的100倍；来自体核的血液将使皮肤温度上升，此时，体核与体表的温差几乎没有了，从而增加了体表向周围环境辐射、对流与蒸发的散热量。

由上述情况可见，皮肤血流的变更在散热的调节中起着重要的作用。至于与皮肤血流量密切相关的血管运动的调节，确实是一个复杂的过程，它主要是由于外部温度变化作用于皮肤温度感受器而引起的反射活动：因寒冷而皮肤温度下降时产生血管收缩反应；因温热而皮肤温度上升时出现血管舒张反应。

人体各部对温度变化的血管运动反应各不相同，四肢的反应最大，因而是最有效的散热器官。

皮肤表层血流的变化受来自交感神经系统的神经支配，在温热下有三种机制使血管不同程度地舒张：①缩血管纤维活动的降低；②交感舒血管纤维(释放乙酰胆碱的)活动加强；③缓激肽的舒血管作用。这三条交感神经途径的活动受下丘脑体温调节中枢的控制。

(2)出汗与体温调节

出汗是在高温下调节体温的重要机制。在温度较低的情况下，人不出汗，从皮肤和呼吸道都有水分不断渗出而蒸发。这种由皮肤蒸发的水分称为不湿汗。不湿汗与汗腺活动无关。当环境温度升高到30　℃时，开始出汗。通过汗液的蒸发可放散大量体热。35　℃以上时，出汗是唯一的散热调节机制。

出汗是由于温热作用于皮肤温感受器而出现的反射性汗液分泌活动。寒冷刺激作用于皮肤冷感受器可迅速抑制出汗。血液温度升高，也可刺激出汗，这是由于血液温度对体温调节中枢的直接作用。

人体的汗腺有大、小两种，大汗腺局限于腋窝、乳头和阴部等处，开口于毛根附近。小汗腺存在于全身皮肤，开口于表皮，在人类最为发达。

汗腺受交感神经支配。这部分交感神经节后纤维分泌的递质是乙酰胆碱；但面部、手、足的汗腺也有一些受肾上腺素能纤维支配的，当情绪激动而交感肾上腺素能神经纤维兴奋时，可出现手、足及额等部位出汗。

实验证明，汗液是汗腺细胞的分泌物，不是简单的血浆滤出液。汗液是低渗性的，水占99％，固体物不到1％。固体成分主要是氯化钠(0.1～0.2％)，也有少量氯化钾、尿素等。汗液的分泌量，在寒冷的情况下可能是零，在非常炎热的情况下每小时可达15升以上，这时Na+的丢失可达细胞外液中Na+量的1/3。因此，大量出汗，不能只喝淡水，而应补充含少量食盐(0.1～0.5％NaCl)的饮料，以免体内因盐分不足而产生热痉挛。

必须指出，出汗的散热作用乃基于汗水在皮肤上的蒸发。汗的蒸发与空气的温度有密切的关系，干燥有利于蒸发，潮湿则相反。所以气候干燥的地方夏天不觉得很热，而在潮湿的地方，同样的温度，却使人感觉闷热。因此在高温场所，保待空气干燥和流通，同降低温度一样，也是一种有效的措施。