备课素材：体温调节问题释疑-2023-2024学年高二上学期生物人教版选择性必修1

体温调节问题释疑 人的体温为37℃，为何身处35℃，就会觉得很热？ 根本原因在于： 热量从高温传向低温，人体要散热，就必须形成一个温度梯度。 从舒适环境进入35℃的环境，人体不仅不会散热，反而会吸热。 ② ② ② ⑤ ⑤ Core Shell ⑧ ⑨ Hot Thermoneutral Cold 33C 28-30℃ 20C Air temperature Site A(C) B(c) c(c) Scalp 36.0 348 328 2 Chest 35.8 34.5 313 Axilla 36.5 36.4 364 Arm 35.9 33.5 27.6 5 Finger 35.9 332 21.0 6 Thigh 352 33.4 27.8 35.3 30.1 252 8 Foot 35.5 297 22.7 9 Toe 36.2 29.1 214 人体正常活动时，仅仅一个细胞内就发生着千万次的生化反应， 从而源源不断地产生热量。 这些热量从核心部位不断向外传递，会形成一个逐步降低的温度 梯度。 不仅人体存在温度梯度，人体皮肤要把热量不断释放到空气里， 与空气也会存在一个温度梯度。 皮肤 对流散热 口辐射敲热 ■汗液蒸发 存服 呼吸散失 也即：人体核心温度>皮肤温度>空气温度。 当人体不存在明显机械功时，人体的热平衡满足这样的关系： M-Qb-Qsk (M是人体新陈代谢总功率，躺平70W左右，看书写字等正常 活动100W左右。Qb为人体向皮肤的热传导总功率。Qsk是皮肤总 散热功率，包括皮肤辐射散热、空气对流散热、皮肤蒸发散热三个 部分。) 由于呼吸散热很小，本公式己忽略。 我们的皮肤之所以要通过感受器感觉热和冷，本质上是通过这样 的机制，提醒人避开高温和低温，让人体的散热，保持在一个最适宜 的程度[2]。 当人处于最适宜的冷热状态时，皮肤温度大约为33℃左右。 10 8 6 温 痛 痛 2 0 ℃ 0 10 20 30 40 50 60 1温 热 在不同温度时冷感受器、温感受器 和痛神经纤錐的冲动发放频率 <13℃和>50℃以痛觉为主；3346℃只有温觉；<25℃只 有冷觉；33℃为舒适状态。 由于皮肤要不断向环境散热，当人处于最适宜状态时，环境温度 大约28℃左右。 28℃比起35℃，足足低了约7℃。 当人从28℃的舒适环境走到35℃的环境内，由于环境温度高于 皮肤温度，人体不再是对外散热，而是直接从环境吸收热量，导致体 表温度升高。 人体皮肤温度要一直升高到，释放的热量等于人体新陈代谢热量 才会停止。 辐射 对流 蒸发 传导 建立新平衡后，人体皮肤温度达到多少呢？ 计算一下：皮肤对外释放的总量热量，主要为辐射散热、对流散 热，以及蒸发散热，总平衡关系有： 辐射换热蒸发QskQ辐射+Q换热+Q蒸发 根据斯特藩-玻尔兹曼定律：j*=e6T4 人体辐射散热为： Q辐=A△*=A6(T-T) (ε为辐射系数，取值为1.6为斯特藩-玻尔兹曼常量，取值 5.67×10-8w/m^2·K^4,T为热力学温度。) 根据，牛顿冷却定律，皮肤表面空气对流散热为： Q换热=hA△T (h为自然对流换热系数，有经验公式：h=1.48×△T^0.25[3] 人体表面积A为1.52m^2,不妨取个中值1.75m2) 皮肤蒸发散热：Q发=SW, r为水的汽化潜热。 SW为皮肤出汗速率，有经验公式： SW=8.47×10-5×「(0.1×Ts+(0.9×T)-36.6 根据以上三个公式，可计算出环境温度为35℃、人体热功率100W 时，皮肤表面温度为：36.7℃ 此时，辐射散热约19W。对流散热5W。皮肤蒸发散热76W。 这个温度，足足比皮肤舒适温度高了3.7℃。 低于适宜温度时，人体几乎不怎么发汗，稍高于舒适温度，通常 蒸发散热25%的总热量。 此时的蒸发散热超过了75%。 这还是考虑人体发出的汗液，全部被蒸发的情况。如果湿度过高， 皮肤汗液蒸发不及时，皮肤温度可超过37℃。 热量 汗滴 蒸发的汗 汗的形成 角质居 表皮尾 汗孔 管 真皮 汗腺细胞 脂肪尼 汗腺 在这样的皮肤温度下，人体核心温度也会大大升高。 人体的热传导，根据傅里叶定律，有： M-0。= (入为皮肤热导率。人体含水70%，皮肤热导率约0.432 W/(m·k)A为皮肤表面积。△T为核心温度与皮肤表面的温差。 L为皮肤平均导热厚度，非寒冷状态下约为3cm。) 由于Qb与温差成正比，那么皮肤温度升高多少，核心温度就会 升高多少。 核心温度将高达：40.7℃(37+3.7) 而轻症中暑体温超过38°C,重度中暑可达41°C。 可知长期（静息状态>3h,运动状态<3h)呆在35℃环境下， 在没有其它降温措施的情况下，至少会出现轻度中暑，部分超重甚至 肥胖人群（人体散热更差）甚至可能重度