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人体温度调节机制与失温

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发表于 2021-6-20 22:45:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
  “IfyouthinkeduCATionisexpensive,tryignorance!”(如果你认为教育的成本太高,试试无知的代价。)--哈佛大学前校长德里·克博克

  我们今天一起来学习一下运动生理学之

  ------温度调节(TemperatureRegulation)

  如果我们的体温升高到45摄氏度,酶中的蛋白质结构会遭受破坏,进而无法使细胞转换能量(ATP),将导致细胞坏死,最终造成个体死亡;

  如果体温降至34度以下,则会造成代谢迟缓与心脏功能异常(arrhythmias),也可能造成死亡。

  由此我们可以得知,人与许多动物终其一生,体温仅维持在那些容许存活的温差内。因此,为了使得生命得以延续,体温调节必须遵循合理的调控机制,我们是---Homeotherms(恒温动物)。

  1927年D.B.Dill(1891-1986)与研究团队首先在哈佛疲劳实验室(HarvardFatigueLaboratory)进行了多项有关人体与热压力的研究。

  发现人类的温度从核心温度(深层核心区:心脏、肺脏和腹部器官)到体表温度二者存在着显著的梯度。研究发现核心温度有可能高于体表温度高达20摄氏度之多,但是大多数理想状况下梯度差约为4摄氏度左右。人类发明了很多办法测量核心温度,最常见的是水银温度计(mercurythermometers)以及热敏电阻(thermistors),比较狠的有吞服核心温度测量丸(ingestiblecoretemperaturepills)等,测量位置多为直肠、鼓室、食道等。

  所以我们现在生活中遍布的红外体温测量仪仅仅测试的是皮肤温度,而皮肤温度与核心温度的差值,往往也是一项研究工作,因为这反映着身体热散失的状态。如果更加严谨一些,还有一个计算公式:

  皮肤平均温度=(额温+胸温+前臂温+大腿温+小腿温+腹部温+背部温)➗7

  热产生与热散失效应(OverviewofHeatProduction/HeatLoss)

  正如我们所知,人类虽然是恒温动物,但是环境可不恒温,所以我们需要调节。人体的体温调节器在脑部下视丘(hypothalamus)的区域。

  热是如何产生的?代谢。

  我们在休息与睡觉时产生的热量很低(够用就好)。但是剧烈运动中则会产生大量的热能。身体会通过两种方式产生热能(1)主动运动。(2)非自主性(颤抖或因甲状腺素与儿茶酚胺等激素分泌所导致的生化热产生)生热。(图一)

  


  人体在运动过程中,有70%-80%的能量消耗会产生热能,最多只有20%-30%被利用于身体活动。所以人在从事激烈运动中的热负荷是非常大的,如果长时间在湿热的环境中运动,这对于人体散热能力是极大的考验。

  同样暴露在严寒环境中的身体,为了增强热效应的产生,会不知不觉的出现寒颤现象。处于严寒环境中的人体寒颤产能是休息时的5倍还多。此外,甲状腺释放甲状腺素也会增加代谢率,进而提高人体所有细胞的代谢率(产热)。最后,增加血液中的儿茶酚胺(肾上腺素与正肾上腺素)的量,同样也会造成细胞代谢率的提升。

  热量如何消失的呢?

  4个途径:(1)辐射(2)传导(3)对流(4)蒸发。

  前三种是通过皮肤与环境之间的温差。最后一种称之为蒸发作用(evaporation),即便在安静的状态下,蒸发作用都会占到热散失的25%。蒸发作用是来自于皮肤与空气之间的蒸发压力梯度来完成的(vaporpressuregradient)。而运动中体温高于正常值时,神经系统会刺激汗腺(sweatglands)分泌汗液到皮肤表层,进而蒸发并将热能带出体外,于是皮肤温度下降。

  皮肤的汗液蒸发受到3种因素的影响:(1)环境(即温度与相对湿度)。(2)身体周边的对流作用。(3)暴露环境中的皮肤面积。高温环境中的热蒸发取决于相对湿度(RH)的高低,当湿度接近100%时,人体是无法散热的,反之低湿度状态下散热功能是最高效的。

  在冷环境下的运动(ExerciseinaColdEnvironment)

  综上所述我们说的体温过低(hypothermia)是指核心温度的大幅下降。

  长时间在寒冷气候中的运动,例如:铁人三项,或是长时间在冰冷的水温中游泳,将导致人体无法抵抗持续不断的热散失。严重的体温过低现象会导致判断能力的散失进而增高致死率。

  在低温环境中从事运动的选手会面临如下一些问题,如运动时双手暴露于低温过久,因而造成双手的麻木现象。这是因为神经传导速率的降低,以及血管收缩从而降低了血流量,这样的结果必然会使得身体灵活度降低,进而导致运动控制障碍,进而产生对身体的支配能力下降,比如更容易崴脚、投掷与接抛动作变形等。此外皮肤暴露在严寒中时,更加容易造成冻伤的情况发生,严重者需要医疗行为支持。

  失温是有梯度量表的,这个量表是通过判定核心温度来确定的:

  轻微失温

  35摄氏度---最大颤抖

  34摄氏度---记忆丧失,缺乏判断力

  中等失温

  33摄氏度---运动能力失调,无情感

  31摄氏度---声音颤抖,瞳孔放大

  29摄氏度---无意识

  严重失温

  28摄氏度---心室纤维颤动

  26摄氏度---对痛觉无反应

  24摄氏度---低血压,心跳减缓

  19摄氏度---脑电波无法探测

  13.7摄氏度---成人可存活最低体温*详情请参阅美国运动医学会(AmericanCollageofSportMedicine)以及美国运动伤害防护协会(NatoinalAthleticTrainers'Association)的声明。

  风冷指数(WindChillIndex)

  正如您所知,热散失的速率在任何温度下与风速有直接的相关性。风会增加冷空气分子与皮肤的接触比例,进而加速热量的流失。所以人们用风冷指数来表达温度与风速合并之后对于温度的影响(图二)。


  WV=风速(米/秒);10.45为常数,33是33摄氏度,皮肤温度;Ta=环境干燥球的温度。

  此公式被用了很多年,但是后来美国气象局又重新提出了一个更加直观的量表(大家可以横屏观看)

  还有一个重点是---水

  热能在水中的传递速度是空气中的25倍,因此在相同的温度下,在水中流失的的体温是空气中的25倍。所以泰坦尼克沉没的数小时就会造成大面积的死亡。与空气不同最大差异是水会使得皮肤与水之间没有隔绝的空间,所以热能会迅速的散失。反过来理解泡温泉的时候热能上升的比大部分运动都快得多。

  那么无敌的脂肪能保住我们的热能么?

  Phgh与Edholm's通过测量与观察发现,一个“胖”的人可以在16摄氏度的水中游泳7个小时而核心体温无变化。而一个“瘦”人会在30分钟之后核心温度就降到了34.5摄氏度。所以较胖的人确实更“保温”。

  文章来到最后---失温处理(DealingwithHypothermia)

  体温下降时,人体进行协调性的运动能力下降,言语不清,判断力受损。正如前面提到的,有人可能死于失温。当发生此情况时必须予以处理。以下标准步骤来自于美国运动训练协会(NATA)的声明:

  轻微失温(Mildhypothermia)

  移除潮湿的服装

  以温暖干燥衣服或毛毯使人体隔绝冷空气(划重点:覆盖头部)

  将人移动至可挡风遮雨的温暖环境

  加温时,只针对躯干以及其他可以传递热量到核心的部位,如:腋下、胸壁与腹股沟。

  给予温暖且不含酒精的液体及食物,含6-8%碳水化合物

  中等/严重失温(Moderate/severehypothermia)

  确认是否实施心肺复苏,并启动急救医疗系统。(需AED)

  移除潮湿的服装

  以温暖干燥的衣服或毛毯使人体隔绝空气(依然划重点:覆盖头部)

  将人移至可遮避风雨的温暖环境

  二次加温时只针对于躯干及热转移的部位(腋窝、胸壁、腹股沟)

  若无医疗人员在场,立即实施加温策略,并在运动途中持续进行

  在医疗/运送过程中,持续监控生命迹象及准备气道处理

  文末小结:

  这篇短文写在今天,2021年5月23日,这是一个令人悲痛、值得铭记的日子。因为在甘肃官方组织的一场越野跑比赛中,由于突遇强对流天气,导致21位越野跑爱好者不幸离世。

  以前作为户外运动爱好者的身份,会写很长的文章分析事件起因以及预防机制的建立。但是现在由于自己做公司了,反而会更加冷静的看待这件事情背后的问题。

  越野跑的历史就不在这里赘述了,总之突出特点是轻装快行,山涧穿行,补给难度大同时对参赛者个人能力要求极高。

  越野跑是跑步运动爱好者们殿堂级的挑战,导致很多机构与参赛者跃跃欲试。但是我国在全**动的时候由于没有运动安全评级体系(承办者与参赛者),最终导致这场惨剧的发生。全**动本是一件特别好的事情,因为我国现在是全球慢性病的大国,主要原因之一就是体力活动不足。然而本次事件到了现在这局面,即使政府相关监管部门与赛事举办方道再多歉赔偿再多钱,21条鲜活的人命已然不可挽回。

  体育文旅是一个好产业,做好了可以很大。但是疯狂野蛮扩张的时候一样会嗜血。以前的山难往往是个位数,原因是小的商业行为,参与人数的基数小。但是现在有组织的大规模活动愈来愈多,一次赛事动辄就达到上百人,结果我们已经看到了。钱不是谁都能赚的,如果不把资本关在笼子里,那么资本嗜血的本性是暴戾恣睢的。

  随着美国50-60年代的体育科学初步兴起,人们发现运动(PhysicalActivity(体力活动))可以有降血压、降血糖、降血脂、治疗抑郁、增进身体机能等各种利好,所以井喷式的开始了全**动的热潮,但是紧接着70-80年代,疯狂运动了10年后陆陆续续的民间运动巨星陨落,各种猝死事件不断发生。“运动致命论”走上巅峰,大批健身房倒闭,体育活动无人问津。但随着科研人员一篇篇的观察与论文的发表,大家又逐步发现通过科学的组织与科学的运动(Exercise),可以很好地控制不良反应的同时让运动的生理获益最大化。

  而我国现在的问题是,我们无论是组织者还是参赛者基本大部分处于美国50-60年代对于运动行为的认知,但是资讯的高度发达导致我们同步的是美国现在体育科学获益的信息,这种认知差就是今天这件事件的根源。参赛者和组织者,谁知道自己的无氧阈时心率(ATHR)?谁又知道自己的最大摄氧量(VO2max)?一场马拉松的必要条件是摄氧量要在45ml/Kg/min以上才会有生理获益,否则大部分都是生理代偿,很可能弊大于利。但是谁知道自己的生理数据?谁知道如何科学的训练?谁知道自己在什么情况下是有氧代谢为主?什么情况下是无氧代谢为主?谁知道自己的呼吸储备(BR)?谁知道自己运动起来的血压是多少?谁会做标准的CPR并且会用AED?

  如果这些都不知道,那么我们是否应该反思一下,我们到底在做什么?使用资本的镰刀收割血馒头?还是在通过科学的运动行为在建设自己的身体,让自己变得更加健康?

  21条人命,这应该是一个反思的起点……也算是一种告慰。

       来源8264


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