体温调节机制解读

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  【摘要】无论是植物、动物、还是人,都存在体温调节功能。体温调节是指自身的温度感受器在体内、外环境温度的刺激下,通过体温调节中枢的活动,相应地引起内分泌腺、骨骼肌、皮肤血管和汗腺等组织器官活动的改变,从而调整机体的产热和散热过程,使体温保持在相对恒定的水平。相对稳定的体温,能够让体内的酶保持最高活性,有利于细胞内各项生物化学反应的进行,正常进行各项生命活动。
  【关键词】生物学科;体温调节
  人体、动物体和外界环境进行着物质交换和能量交换,部分生物能够维持热量产生和散失的平衡,维持体温的相对稳定。相对稳定的体温,能够让体内的酶保持最高活性,有利于细胞内各项生物化学反应的进行,正常进行各项生命活动。不能够维持相对稳定体温的动物,比如,两栖类的青蛙、爬行类的蛇。当气温降低时,体温也随之降低,导致酶的活性降低,新陳代谢降低,以至于需要冬眠来度过低温季节。
  恒温动物主要包括哺乳动物和鸟类。在体温调节过程中,一些组织和器官起到的作用,值得我们去探究和发现。
  一、怒发冲冠——立毛肌
  立毛肌是平滑肌的一种,与毛囊有关,又称为“竖毛肌”。由梭形肌纤维束组成,一端与真皮的乳头层相连,另一端与毛囊中部侧面的结缔组织鞘相连。当立毛肌收缩时,使毛发在皮肤表面竖立,皮肤被扭转而出现鸡皮疙瘩;当立毛肌舒张时,真皮层回复原有位置,皮肤的拉扯作用,毛发回到原位。
  立毛肌的收缩和舒张,受到肾上腺素和神经系统的影响。当遇到恐惧、惊悚、发怒的时候,神经系统兴奋,肾上腺素分泌量增多,立毛肌就会收缩。于是,我们知道了有“怒发冲冠”这样的成语,比如说公鸡在为领地、交配等争夺打斗时,脖子上的羽毛会因为立毛肌收缩而根根竖立,提高威慑力。
  当遇到寒冷的时候,特别是鸟类的立毛肌收缩,羽毛就会更加蓬松,有利于减少热量的散失而具有保暖的作用。在人类进化形成之初,立毛肌和毛发也起着相同的作用。但是现在,相对于动物而言,人的立毛肌和毛发失去了减少热量散失的功能,只是被保留了下来。当寒冷刺激的时候,立毛肌收缩、毛发竖立,能够减少散失的热量非常有限,能够使皮肤表面扭转,形成鸡皮疙瘩,在一定程度上减少了皮肤通过辐射、对流而散失的热量。
  二、该去油还是保湿——汗腺和皮脂腺
  在电视上,经常可以看到控油的护肤品或者保湿的护肤品,为什么要使用这些护肤品呢?什么时候使用呢?这与皮肤上的汗腺和皮脂腺有关。
  汗腺为外分泌腺,有一条细长的导管,开口于皮肤表面,形成汗孔。汗腺可以排出汗液,通过蒸发散失热量,是人体热量散失的主要途径。当天气炎热或者人体剧烈运动时,汗腺开始大量排汗,通过蒸发促进热量的散失;当天气寒冷的时候,汗腺减少排汗,减少热量的散失。排出汗液的主要成分是水,少量是氯化钠、尿素等,排汗同样属于排出代谢废物,与肾脏的功能类似。
  皮脂腺是腺泡细胞和导管组成的外分泌腺,开口于毛囊。额头、鼻、背部分布最多,分泌的皮脂在皮肤中扩散,滋润皮肤,防止水分蒸发。夏天天气炎热的时候,皮脂腺分泌较旺盛,容易出现皮肤油腻、毛孔粗大、粗糙。所以这时候,可以使用洗面奶等洗去皮脂,清洁皮肤。冬季气温寒冷的时候,皮脂腺分泌皮脂减少,皮肤容易出现干燥。所以,这时一般会使用护肤霜,让皮肤保持滋润,避免干燥。
  三、冻到脸色发白——毛细血管收缩
  在寒冷刺激下,皮肤冷觉感受器感受到刺激产生兴奋,将兴奋传递到下丘脑体温调节中枢。在下丘脑的调控下,皮肤收缩,毛细血管口径减小,血液流量变缓。这样,流经的血液减少,在皮肤散失的热量也随之减少。这是减少热量散失的一种途径,同时,因为毛细血管收缩,血管变细,血液流量减少,皮肤看起来更加白一些,这也是熟话说冻得脸色发白的原因。
  反之,在炎热天气或者剧烈运动之后,毛细血管舒张,血液的流量增大,有利于经过皮肤散失热量,保持热量的产生和散失平衡,从而维持体温的相对恒定。
  四、人体的自我保护——骨骼肌颤栗
  当遇上寒冷天气,而衣物穿得较少的情况下,人往往会冻得发抖,也就是骨骼肌颤栗,这种抖动是不自觉的、不由自主的,也可以叫做骨骼肌不自在收缩。因为肌肉是不自在地收缩,所以该神经调节过程为非条件反射。
  寒冷的信息通过神经系统传递到下丘脑体温调节中枢,下丘脑控制骨骼肌收缩、运动,产生热量来补充散失掉的热量,以维持体温相对稳定。这样的骨骼肌运动并不是有大脑皮层的躯体运动中枢调控下的有意识运动,是为了补充热量而进行的被动运动。所以,是人体的自我保护。
  当遇到这种情况是,应该及时补充衣物减少热量散失。若长时间散失热量过多,容易因体温调节失衡出现局部冻伤,呼吸、心率加快、头痛等低温症状。
  五、小物质大作用——增加产热的激素
  在寒冷刺激下,两类激素的分泌量会明显增多。一是甲状腺分泌的甲状腺激素;二是肾上腺分泌的肾上腺素。
  甲状腺激素为含碘的氨基酸衍生物,由甲状腺分泌。当寒冷或者紧张刺激时,刺激下丘脑分泌促甲状腺激素释放激素作用于垂体,促进垂体分泌促甲状腺激素作用于甲状腺,促进甲状腺分泌甲状腺激素。甲状腺激素可以增加细胞膜上钠钾泵的合成并增加其活性,提高组织细胞消耗氧气的速率,增加产热。甲状腺激素能够增加细胞代谢率,1mg的甲状腺素可增加产热4000KJ。
  甲状腺激素可以提高促进生长发育,尤其是神经系统的发育,提高神经系统的神经系统的兴奋性。甲状腺功能亢进者,身体消瘦、精神过盛;甲状腺功能低下者,体态臃肿、精神不振。
  在肾脏的髓质细胞合成的去甲肾上腺,经过苯乙胺-N-甲基转移酶作用,使去甲肾上腺素甲基化成为肾上腺素。当在寒冷条件下,或者经历兴奋、恐惧、紧张等刺激时,人体会分泌这种激素,促进呼吸加快,为机体提供大量氧气,心跳加快,为身体提供更多能量。   肾上腺素可以使心肌收缩力加强,心率加快,促进血液循环。同时,还能增强新陈代谢、提高血糖浓度等功能,所以在临床上可以用来抢救病危病人。肾上腺素能够快速有效的舒张支气管,因为可以用于严重的支气管哮喘,特别是过敏性哮喘急性发作时应急使用。
  六、发热的花朵——“恒温”的植物
  不仅有恒温的动物,还有“恒温”的植物。北方的冬天,厚厚的雪地上,偶尔能看到没有被冰雪覆盖的地方。那里鲜花盛开,小动物群聚。这种植物是臭菘,一种能够发热的植物。在長达14天的花期中,即使气温到了零下30℃,花苞中一直保持着22℃左右的温度,发热的花朵可以使周围的冰雪融化。
  科学家研究发现,喜林芋、海芋、摸鱼、天南星等植物也有这种能力。当环境温度降低到4℃时,喜林芋的花朵可以一直保持30-37℃。之所以能保持较高的温度,是因为花朵消耗氧气多,细胞呼吸作用强,产生大量的热量。
  植物发热保持较高的温度,可以维持酶的活性,有利于细胞的物质运输和生物化学反应,维持机体的正常生命活动,还可以促进花朵中挥发性气体物质散发出去,吸引昆虫,并为昆虫提高一个温暖舒适的环境,有利于传粉受精。即使是在冰天雪地、没有昆虫的酷寒天气下,发热的花朵与周围空气形成温差,使空气形成小涡流,花粉粒随着空气涡流,从雄蕊旋转落到雌蕊的柱头处被粘住,这样,即使没有昆虫,也可以完成传粉受精。
  如果使用基因工程等技术,将这些植物产热的能力转移到农作物和经济作物上,即使在寒冷的冬季,瓜果蔬菜可以不用借助大棚也能正常生长,长出新鲜的瓜果蔬菜,甚至培养出发热的花卉,放进室内,成为既美观又暖房的“火炉花”。
  七、身边的中草药——治疗感冒发热
  当受到风冷寒凉的时候,超过了身体体温调节的范围,这时候就会出现感冒发热的症状。中华民族五千年的传统文化中,积累了许许多多治疗疾病的中医药精华,有一些是身边随处可见的治疗感冒发烧的中草药,如:
  1.车前草:多年生宿根草本。
  2.鱼腥草:别名折耳根。
  3.紫苏:一年生草本植物。具有特异的芳香,叶片多皱缩卷曲,完整者展平后呈卵圆形。
  4.藿香:多年生草本植物,茎直立,四棱形,叶心状卵形至长圆状披针形,花冠淡紫蓝色
  5.薄荷:多年生草本植物,全株青气芳香。
  6.马齿苋:一年生草本植物。肥厚多汁,无毛。
  7.夏菇草:它是一年或二年生草本,可以治疗清热解毒,凉血平肝。
  8.夏枯草:与上面的 “夏菇草”不同,是两种不同的草本植物,但它们都是药效良好的日常药用植物。
  其他的常见草药还有很多,如,板蓝根、桑叶、茅根、蒲公英、过路黄等,这些都可以用作感冒发烧还有咳嗽治疗的,这些草药都是我们身边常常见到的,采集方便,药用价值高。
  人体的体温调节是一个复杂的过程,有些调节机理仍然需要进一步探索。了解与体温调节有关的组织、器官以及其他方面的知识,能够更好地活跃课堂,提升学生的学习兴趣,增加学生的知识面,或许可以在学生心中埋下一颗种子,静待他日发芽生长。
  参考资料:
  [1]鲍晓明.人体的体温调节解读与分析[J].中学生理科应试,2018(2):34-35.
  [2]杜新满.人体的温度与调控[J].科技信息,2014(4):94-94.
  [3]张一,陶勇.立毛肌收缩是增加产热还是减少散热?——对中图版高中生物教科书“体温调节机制图”的讨论[J].中学生物教学,2013(5):72-72.
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