相比變溫動物,恒溫動物是一種更高級的生命形式,因為在任何環境下都可以保持體溫恒定,所以能夠更好地適應環境的變化,也可以在棲息地不再適合生存時,選擇向遠處遷徙。
人就是一種恒溫動物,不管是生活在北方極地的愛斯基摩人,還是居住在炎熱赤道地區的人類,都可以將體溫維持在36.5℃到37.5℃之間。當然,不同的人種、不同的性別、不同的年齡都可能存在體溫上的差異,但體溫絕不會隨環境溫度而上下波動。那么,人體是如何維持體溫恒定的呢?熱量是由哪個器官產生的呢?
要想維持體溫恒定,首先就得有一套溫度控制系統。
人體溫度控制系統的一道關就是皮膚,皮膚是人身上表面積最大的器官,也是可以直接與外界接觸的器官,所以在皮膚上存在著溫度感受器,它會將接收到的溫度信息傳遞給大腦。當環境溫度過于寒冷時,大腦馬上就會接收到皮膚傳遞的信息,接下來下丘腦就要開始工作了。下丘腦位于丘腦和垂體之間,是大腦的重要組成部分,它是人體自主神經系統的重要組成部分,負責內分泌的調節,同時也是身體溫度的調節中樞。
下丘腦會按照接收的信號,將“設定溫度”與實際體溫進行對比,如果實際溫度低于設定溫度,就要根據具體情況來啟動升溫機制了,而升溫又分為兩個部分,產熱和減少散熱。
人體日常產生熱量的60%以上,都是通過細胞線粒體的氧化代謝來實現的,具體來講就是細胞線粒體會分解身體中的葡萄糖、脂肪和蛋白質,并將其轉化為能量,在此過程中會持續產熱。這一過程每時每刻都在進行,而當外部環境過于寒冷時,需要加大熱量的生產,就必須相應地加快這一過程的進行。
此時,甲狀腺激素會加速分泌,這會導致線粒體數量的增加和代謝酶活性的提升,簡言之就是提升全身的基礎代謝率,以此來增加熱量的產生。
當然,只是調節基礎代謝率還不夠,想要快速升溫,還需要肌肉的幫助,在寒冷的環境之下,運動神經元會觸發肌肉無意識高頻收縮,具體表現就是骨骼肌的快速收縮,也就是顫抖。為了維持肌肉的高速運動,細胞會加速產生能量,而這種骨骼肌的快速收縮本身能量利用率很低,所以產生的能量大部分都轉化為了熱量。
肌肉的顫抖可以說是一種快速的應急機制,在幾分鐘內便能顯著提升產熱量,大概是基礎值的2至5倍。
在顫抖性產熱之外,還有非顫抖性產熱,寒冷會刺激腎上腺素和去甲腎上腺素分泌,進而激活棕色脂肪產熱,棕色脂肪在嬰兒體內含量較多,成人的棕色脂肪主要分布在脖頸和鎖骨處。當然,只是提升產熱量是不夠的,為了穩固勝利果實,同時還要減少散熱。
交感神經會觸發外周血管收縮,減少體表血流,降低熱量散失。
同時豎毛肌會收縮,以減少空氣流動導致的散熱,也就是我們平時所說的起雞皮疙瘩。為什么長期生活在寒冷地區的人更不怕冷呢?這是因為長期的寒冷刺激會使身體機能發生變化,具體來講就是基礎代謝率長期保持較高水平,棕色脂肪的活性增加以及皮下脂肪的增厚。當然,因為不同的個體之間是存在差異的,所以每個人對于寒冷的適應情況也不同,這就是為什么有人更怕冷,而另一些人更怕熱的原因。
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