10.1 体温调节

10.1.1 按照调节体温能力的不同动物可以分为3类

地球上气温变化很大,从零下70℃到零上60℃。
在这个变化范围内生活的动物按照调节体温的能力可
以分为变温动物、异温动物和恒温动物3类。

• 变温动物又称为冷血动物,在一个小的温度范围内体温随环境温度的改变而改变。当气温过高时它就换个阴凉的地方,当气温过低时就到日光下取暖或钻入洞穴内进入冬眠状态,这种通过动物的行为来调节体温的方式称为行为性体温调节。
• 恒温动物又称为温血动物,能在更大的气温变化范围内保持比较恒定的体温(35-42℃)。恒温动物主要是通过调节体内生理过程来维持比较稳定的体温,这种调节方式称为生理性体温调节。在广大的动物界只有鸟类和哺乳动物的大多数是恒温动物,而其余的绝大多数是变温动物。
• 在变温动物与恒温动物之间还有一类为数很少的异温动物,包括很少几种鸟类和一些低等哺乳动物。它们的体温调节机制介乎变温动物与恒温动物之间,例如,其中一些动物(如刺猬)在非冬眠季节能维持相当恒定的体温,和恒温动物一样;在冬眠季节进入冬眠状态,体温维持在环境温度之上约2℃,随环境的变化而变化。

10.1.2 恒温动物通过调节供热与散热来维持稳定的体温

1. 人体的体温
   人是恒温动物,体温是相当稳定的。但并不是全身各部分的体温都相同。身体表层的温度称为体壳温度,身体内部的温度称为体核温度。人体体壳温度可随环境温度和衣着情况的不同而有所变化,约为32℃左右。在临床上常测直肠、口腔和腋窝3处的温度来表示体核温度。直肠温度的平均值为37.5℃,口腔温度比直肠温度低0.2_{0.3℃,腋窝温度又比口腔温度低0.3}0.5℃,平均值为36.8℃。人体正常体温并不是一个固定的温度水平,而是一个范围。
   此外,人体的体温还有周期性的变化。在一昼夜中,凌晨的体温最低,下午5-7时体温最高,以后下降。成年女性的体温随月经周期而变化。每天在早晨起床前清醒静卧时测口腔温度,发现月经前体温较高,月经来时体温下降0.2-0.3℃,在排卵日体温降低0.2℃,排卵后立即升高约0.5℃,达到月经前期水平。这是由于卵巢中孕激素分泌增加,孕激素有产热效应所引起的。
   2.人体的供热机制
   人体在安静时主要由内脏、肌肉、脑等组织的代谢过程提供热量。人体增加供热量有几个途径,最主要的是增加肌肉活动,骨骼肌收缩时释放大量的热。在体温调节中骨骼肌是主要的供热器官。在寒冷环境中,机体出现战栗,温度越低,战栗越强,供热越多,热量增加几倍,因而可保持体温不变。战栗是骨骼肌的反射活动,由寒冷作用于皮肤冷感受器所引起的。在哺乳动物中,所有的组织都释放热。除肌肉组织以外,在低温时,在激素的刺激下肝也释放大量的热;全身脂肪代谢的酶系统也被激活起来,脂肪被分解、氧化,释放热量。
   3.人体的散热机制
   恒温动物在低温中要及时减少散热增加供热才能维持体温相对的稳定。在高温中要减少供热增加散热才能维持体温相对稳定。人体也和无机物一样,通过传导、辐射、对流、蒸发等物理方式散热。

• 空气是不良导热体,人在空气中活动,传导不是主要的散热方法。只有裸露的皮肤与良导热体接触时才发生有效的传导散热,如坐在冰凉的石板上,浸泡在凉水中。
• 辐射是一种重要的散热方式,温度较高的物体表面发射红外线,由温度较低的物体接收。在气温约为25℃的正常舒适的环境中,哺乳动物的皮肤温度约为32℃,这种温度差是够大的,足以使大部分身体的热经由辐射散失。如果周围温度接近体温时,则辐射散热失去作用。
• 对流也是一种散热的方式。紧贴身体的空气由于辐射的结果温度升高,体积膨胀而上升,冷空气接着来补充,因而不断带走热量。当周围温度与体温相近时,不发生对流。
• 蒸发是非常有效的散热方式。每蒸发1g水从体内吸去2424J(580cl)热。当气温和周围物体温度接近体温时,辐射和对流都失去散热的作用,只能靠蒸发散热。所以蒸发是重要的散热方式。人体每小时蒸发量大约为37g水,1/3从呼吸道表面排出,2/3从皮肤蒸发。
• 人体除了像无机物一样以传导、辐射、对流、蒸发等物理方式散热以外,还调节机体内部的生理过程来增加或减少散热。物理散热过程都发生在体表,所以皮肤是主要的散热器官,而皮肤的散热机制主要是血管运动和汗腺活动。
• 在一般情况下,皮下、皮肤中血管运动导致皮肤血流量的改变,皮肤血流量决定皮温,这是调节体温的主要机制。皮肤血管运动主要是外部温度变化作用于皮肤温度感受器所引起的反射活动。在寒冷作用下,皮温降低产生血管收缩反应。皮肤微动脉收缩,皮肤中血流量减少,甚至截断血流,皮温下降,散热量减少。在温热作用下,皮温升高产生血管舒张反应,皮内微动脉舒张,血流量大为增加。由于体核温度高于皮温,来自体核的血液使皮温上升,从而增加辐射、对流、蒸发的散热量。
• 当通过辐射、对流以及蒸发等都不能阻止体温继续上升时(例如,在高温环境中或从事体力劳动时),汗腺受到神经的刺激开始出汗,汗水在皮肤上蒸发,带走大量的热。出汗是有效的增加散热的机制。一般情况,当环境温度为29℃时人开始出汗,35℃以上出汗成了唯一有效的散热机制。有些哺乳动物和所有的鸟类没有汗腺,这些动物(如狗与猎)在高温时出现喘气,通过呼吸道增加蒸发量以增加散热。
  4.体温调节中枢
  人体最重要的体温调节中枢位于下丘脑。恒温动物下丘脑中存在调定点机制,即体温调节类似恒温器的调节机制。恒温动物有一确定的调定点的数值(如37℃),如果体温偏离这个数值,则通过反馈系统将信息送回下丘脑体温调节中枢。下丘脑体温调节中枢整合来自外周和体核的温度感受器的信息,将这些信息与调定点比较,相应地调节散热机制或供热机制,维持体温的恒定。

10.1.3 发热是一种病理反应

发热对人体的影响可以从两方面看:

• 一方面,发热时白细胞增多,抗体生成加快,肝的解毒功能增强,能使机体的抵抗力有所提高。可以说,一定程度的发热是机体对疾病的生理性防御反应。
• 但是,长期过高的发热会使人体内各种调节功能紊乱,给患者带来不良影响。当体温超过41℃时,体温调节中枢就会失去调节体温的能力,许多细胞开始破坏。当体温升高到43℃,如果不采取有效措施(如以酒精擦拭身体,或以冰水冷却身体等)使体温迅速恢复到正常范围,则患者将有生命危险。阿司匹林等解热药对下丘脑体温调节中枢的作用与细菌毒素等致热原的作用相反,它们使体温调节中枢的调定点降低,从而使体温下降。不过阿司匹林不降低正常体温。

10.2 渗透调节与排泄

10.2.1 渗透调节与排泄

维持内环境的稳定首先要保证体内有适量的水分,还要保证在体液中含有适量的盐类和营养物质。因此,人体必须有相应的机制来保证体内水分和盐类的稳定,这种稳定也是整个体内环境稳定的重要组成部分。如果体内水和盐类不能维持稳定,整个内环境也不能保持稳定,这就会危及生命。体内水和盐类含量的调节,也就是体液渗透压的调节,所以又称为渗透调节。

10.2.2 排泄系统在稳态中的作用

人体参与排泄的器官包括:呼吸器官由肺出二氧化碳和少量的水;消化器官,肝分泌胆色素经肠排出大肠黏膜排出无机盐;皮肤通过汗腺排出水、盐和尿素等;肾,人体最重要的排泄器官。
肾作为排泄器官的功能是多方面的,可以概括为:
①清除体内代谢终末产物,如尿素、尿酸等;
②清除体内异物和它们的代谢产物;
③维持体内适当的水含量;
④维持体液中钠、钾、氯、钙、氢等离子的适当浓度;
⑤维持体液的一定的渗透浓度。
后3项就是渗透调节的功能,所以排泄器官也是渗透调节器官。这5项功能都在维持内环境的稳定中起着重要的作用。#####10.2.3肾是人体最重要的排泄器官
肾、输尿管、膀胱和尿道构成了人体的泌尿系统。人体排出的尿是在肾中产生的。肾位于腹腔的背面,脊柱的左右侧各一个,相当于拳头大小,红棕色。输尿管是肌肉性管道,连接肾与膀胱。左右两条输尿管通过蠕动将尿从肾输送到膀胱。膀胱是中空的肌肉性器官。它的容积随着尿的输入而逐渐扩张,可达600mL左右。尿道从膀胱通到体外。

10.2.4 尿是怎么生成的？

尿生成的过程包括超滤、重吸收和分泌3个过程。在肾小球
中进行超滤；滤液经过肾小管时被重吸收掉一些溶质和水分,再由肾小管分泌一些溶质,使滤液的成分和体积都发生改变,最后生成尿。
1.超滤
1924年美国生理学家A.N. Richards等人用直径10μm的微吸管刺入蛙的肾小囊中,取出少量囊内液进行微量分析,发现囊内液除了基本上没有蛋白质外,尿素、氯化钠、葡萄糖和磷酸根的浓度以及电导率等都与血浆相同,实际上是去蛋白质的血浆。这个实验证明了原尿(囊内液)是血液的超滤液。
2.重吸收
肾小球过滤仅仅是生成尿的第一步。滤液在肾小管内还要经过重吸收和分泌等过程。在近曲小管滤液中,约67%的钠离子被主动转运出去,相应数量的水和些溶质,如氯离子也被动地随着转运出去,葡萄糖、氨基酸维生素等营养物质几乎全部被重吸收,滤液体积缩小。在近曲小管的末端,滤液缩减到原体积的1/4。
3.分泌
肾单位的近曲小管、远曲小管等部位又将血浆中的一些物质分泌到管腔中。这些物质包括钾离子、氢离子、氨、有机酸和有机碱等。肾单位还可分泌其他许多物质,其中包括药物、毒物和内源性的以及天然的分子。肾单位怎能识别这么多的各式各样的物质并将它们转运出去呢?这是由于肝修饰了这些分子,使它们能与肾单位壁上的转运系统发生作用,就可以被这些系统转运出去。

10.2.5尿渗透压的调节

经过超滤、重吸收和分泌3个过程所生成的尿还必须根据体内水分的情况调节其渗透压,以维持体内水量的稳定。在体内水量过多时尿的渗透压降低出的水量增加;当体内水量减少时则尿的渗透压升高排出的水量减少。
流出近曲小管的滤液流经髓袢再流出远曲小管时渗透压变化很小。但是在流过集合管时,液体中的分越来越多地被集合管所重吸收因而管内渗透压越来越高。集合管为什么会吸收水分呢?这是由于集管的外周细胞间液从皮质到髓质的渗透压越来越高形成了一个浓度梯度。这种浓度梯度又由一套逆流交换机制所产生的。
总之尿的生成是从血液在肾小球过滤开始在曲小管滤液被浓缩,几乎全部营养物质、75%的盐以相应的水分被重吸收,留下尿素和一些其他的物滤液通过髓袢和远曲小管后,渗透压的净变化很小是由于逆流倍增机制的作用在髓袢内外形成了一个
皮质到髓质的浓度梯虔。这个浓度梯度使渗透压较的滤液沿集合管下行从皮质到髓质时,其中的水分浓度越来越高的细胞间液所吸收。尿生成的过程没有水的主动转运过程,水分都是从滤液中被动收掉的。
10.2.6水重吸收的控制——抗利尿激素的作用
水分在集合管中下行时被动吸收的速率决定于集合管壁上皮细胞的水通透性。垂体后叶释放的抗利尿激素(ADH)增强集合管的水通透性,因此,调节抗利尿激素的释放就能控制尿排出的水量。血液中的抗利尿激素水平越高,则集合管上皮细胞的水通透性越大,因此,当尿流经集合管时便会有更多的水被吸走。血液中抗利尿激素的水平决定于血浆渗透压。下丘脑中有对渗透压敏感的神经元,在血浆渗透压升高时发放冲动的频率增加。这些神经元是神经分泌细胞,它们的轴突伸到垂体后叶,在神经冲动的作用下从神经末梢释放抗利尿激素到血液中。这些细胞的发放增加,便会增加抗利尿激素的释放提高血液中抗利尿激素的水平,使更多的水通过集合管壁回到血液中。血液中水增加,则血浆渗透压降低,逐渐接近渗透压调定点的水平,便会使下丘脑神经分泌细胞减少发放,从而减少神经末梢释放抗利尿激素,这也是一个负反馈过程。血量增加也会抑制下丘脑神经分泌细胞产生和释放抗利尿激素。左心房以及循环系统其他部分的容量感受器将血量增加的信息传送到中枢神经系统。任何增加血量的因素都会抑制下丘脑细胞释放抗利尿激素,使通过尿排出体外的水量增加。相反,任何减少血量的因素都会反射性地引起抗利尿激素释放从而保持体内水分。因此,当饮入大量清水时,由于血浆渗透压降低和血量增加导致抗利尿激素的分泌受到抑制,水在集合管中下行时吸收减
少,排出大量稀释的尿。

10.2.7泌尿系统的功能障碍及肾功能减退的救治

尿道感染是泌尿系统常发生的疾病,在女性中特别容易发生。这是因为女性的尿道较短,比男性更易遭受细菌的侵袭。细菌侵袭尿道引起尿道炎,侵袭膀胱引起膀胱炎,如果再进一步侵袭到肾则可引起肾盂肾炎。肾小球遭受损伤可引起肾小球堵塞,没有液体流入肾小管;也可引起肾小球的通透性超过正常值。如果肾小球通透性过高,蛋白质、白细胞,甚至红细胞都可在尿中出现。
由于肾在维持内环境稳态中的重要作用,肾全部甚至部分停止活动(肾衰竭)就成为危及生命的疾病。有多种原因可引发肾衰竭:如血液中的有毒物质、某些免疫反应、严重的肾感染、血流突然减少(如外伤引起的大量失血)等。肾衰竭可突然发生,称为急性肾衰竭。肾功能也可逐渐减退,形成慢性肾衰竭。如诊断为肾衰竭应立即治疗。如果是双侧肾衰竭就需要进行
肾透析以清除血液中的有害物质。肾透析有血液透析和腹腔透析两种方式。血液透析是将患者的血液从腕部动脉引入透析器中的由半透膜制成的管道系统,血液流经半透膜管道时与管道外的透析液进行物质交换,除去血液中的有害物质(如代谢废物等)后再流回患者的静脉。腹腔透析则是通过安装在腹壁上的塑料管将透析液直接注入腹腔。腹腔中周围器官的代谢废物和水分子扩散进入透析液,4~8小时后将透析液排出。在腹腔透析时,患者可以进行正常的活动。