人体的产热和散热
出处:按学科分类—医药、卫生 中山大学出版社《临床人体解剖生理学》第471页(2749字)
人体在代谢过程中,不断地产热,同时又将产生的热量不断地放散到体外。人体的产热(heat production)和散热(heat loss)保持动态平衡才能使体温保持相对稳定。
(一)人体的产热
人体热量的来源归根结底是糖、脂肪和蛋白质氧化分解产生的。体内各组织器官都在进行物质代谢,都能产生热量,但由于各器官的重量和代谢水平不同,所以它们的产热量也不一样。机体主要的产热器官是肝脏和骨骼肌,其次为心、脑和肾。安静状态下,人体的热量主要来自内脏器官,其中主要是肝脏。肝脏是体内代谢最旺盛的器官,按单位重量计算,肝组织产热量最大,但因其重量有限,所以产热的总量不及骨骼肌。骨骼肌因为重量大,即使在安静状态下产热量也较大,劳动和运动时它更成为主要的产热器官。骨骼肌产热的潜力也最大,剧烈运动时,其产热量与总产热量之比可由安静状态时的18%上升到90%。
(二)人体的散热
1.散热的途径 人体通过皮肤、呼吸道、消化道和肾将热量发散到体外。组织器官产生的热量主要经过血流带到皮肤而发散到体外,所以血液循环在体温调节方面具有重要意义。皮肤血管扩张,血流量增大,散热增多;皮肤血管收缩,血流量少,散热减少。皮肤散热量大,调节作用强,故是人体散热的主要途径。呼吸道通过水分蒸发、呼出气和加温吸入气可散发部分热量。消化道和肾通过粪、尿的排出散发少量的热量。人在温和气候中从事轻体力劳动时每日产热量约3000kcal,其散热的途径、方式及所占百分比如表10-3所示。
表10-3 人体散热的途径、方式及其所占百分比
2.散热的方式
(1)辐射散热:辐射(radiation)散热是人体以发射热射线(红外线)的形式将体热传给较冷的物体。在气温较低,人体处于安静状态下,辐射散热占的比例较大,达总散热量的60%左右。辐射散热量同皮肤与环境的温度差以及辐射面积有关。温差越大,有效辐射面积越大,散热量就越多。
(2)传导散热:传导(conduction)散热是指人体将热量直接传给与它相接触的较冷的物体,如衣服、床、椅等。传导散热量除与温差和接触面积有关外,还和物体的导热性有关。平时人所接触的物体如床、木器家具等都是热的不良导体,因此传导散热不多。人体脂肪的导热性也较差,所以肥胖者一般传导散热量要少些。水和冰是热的优良导体,因此临床上应用冰袋、冷水湿敷给高热患者降温。
(3)对流散热:空气的流动称为对流(convection)。对流散热是指人体随着空气的流动而散热。人体周围围绕着一层空气,体表的热量先通过传导传给这层空气,使其温度升高,由于空气不断流动,将加热了的空气带走,人体又与新来的较冷的空气接触,又将体热传给新来的空气,这样通过空气的流动使体热不断发散到体外。对流散热首先必须通过传导的方式把体热传给空气,所以对流散热实际上是传导散热的一种特殊形式。对流散热受风速的影响。风速越大,对流散热也越多。夏天吹电风扇可增加对流散热。冬季棉毛衣物覆盖于体表,形成不流动的空气层,减少对流散热而利于保暖。
辐射、传导、对流三种散热方式只有在体表温度高于外界气温的条件下才能进行,随着外界气温的增高这三种方式的散热量将减少,一旦外界气温等于或高于体表温度时,辐射、传导、对流散热即将停止,蒸发便成为人体散热的唯一方式。
(4)蒸发散热:液体转变为气体的现象称为蒸发(evaporation)。液体气化而带走热量称为蒸发散热。1g水从体表蒸发能带走0.58kcal的热量。人体蒸发散热有两个途径,一是通过呼吸道;二是通过皮肤,皮肤是主要的。蒸发散热又有两种方式,即不感蒸发和发汗。
a.不感蒸发(insensible perspiration)是指水分直接透出皮肤和呼吸道黏膜表面而蒸发,因未聚集成明显的水滴,不易被人察觉,所以又称为不显汗(insensible perspiration)。不感蒸发是持续进行的,每日可达1L,其中皮肤蒸发占0.6~0.8L,呼吸道占0.2~0.4L。外界温度在30℃以下,人处于安静状态时,不显汗是蒸发的主要形式。不感蒸发也随人体的活动状态和环境温度而变化,机体活动和环境温度增高时,不感蒸发也增加。不感蒸发受体温影响很大,体温每增高1℃,不感蒸发增加15%。
b.发汗(sweating)是指汗腺分泌汗液。人在安静状态下,环境温度在30℃左右时即开始出汗。汗腺细胞是以血浆为原料,通过代谢活动主动分泌汗液,汗液通过汗腺导管排到体表。人的汗腺很发达,高温时大量分泌汗液通过蒸发而散热。汗腺主要受交感神经支配,分布到汗腺的交感神经末梢主要释放乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)。发汗是一种反射活动,从脊髓到大脑皮层都存在有发汗中枢,但主要的发汗中枢位于下丘脑。
人体受到温热性刺激引起的全身发汗称为温热性发汗(thermal sweating),对体温的调节有重要意义。人在情绪紧张时,常出现手掌、足跖、前额等局部汗腺分泌,称为精神性发汗(mental sweating),这种发汗与体温调节关系不大。劳动和运动时这两类发汗形式多混合出现。汗腺分泌的汗液只有蒸发才能散热,不蒸发的汗不能起到散热作用称为无效汗(ineffective sweating)。汗液的成分99%以上是水,固体成分不到1%。固体成分中大部分是氯化钠,还有少量代谢产物如尿素、乳酸等。由于汗液在流经汗腺导管时,部分氯化钠被重吸收,所以最后排出的汗液是低渗的。
影响蒸发的因素主要有环境温度、湿度和风速。在温度高、湿度小和风速大的情况下,水分易蒸发,使机体的散热量增加,反之则减少。高温、高湿和无风的环境中,辐射、传导、对流散热减少,蒸发散热也很困难,人感到闷热甚至中暑。发热的患者使用酒精擦浴,以增加蒸发散热达到物理降温的目的。