问题

为什么发烧时,产热量等于散热量?

回答
关于“发烧时,产热量等于散热量”的说法,其实是一个对发烧机制的 误解。

准确来说,发烧时是 机体主动调高了体温调节的“设定点”,但在这个新的、更高的设定点下,产热量和散热量会再次趋于平衡。 这并不意味着在整个发烧过程中,产热量就和之前的正常体温时的散热量相等。

为了讲清楚这一点,我们得先理解一下身体是如何控制体温的,以及发烧是怎么发生的。

1. 身体是如何控制体温的?就像一个精密的空调系统

我们的身体就像一个非常精密的恒温器,维持着一个相对稳定的核心体温,通常在37℃左右。这个调控中心位于大脑的 下丘脑。下丘脑会接收来自全身的各种信号,监测血液的温度,并且会根据身体的“设定点”来调节产热和散热的平衡。

产热的来源:
基础代谢: 身体所有的基本生命活动,比如细胞呼吸、心跳、大脑活动等等,都会持续产生热量。这是最主要的产热来源。
肌肉活动: 运动、甚至轻微的肌肉收缩都会产生热量。
食物消化吸收: 消化食物的过程也会产生热量,这被称为“食物热效应”。
甲状腺激素: 这种激素可以提高身体的基础代谢率,从而增加产热。
其他激素和递质: 比如肾上腺素等也会在特定情况下增加产热。

散热的途径:
辐射: 通过皮肤向周围环境辐射热量。
传导: 通过与物体接触来传递热量。
对流: 通过空气或水的流动带走热量。
蒸发: 最主要的散热方式是 出汗,汗液蒸发时会带走大量的热量。
呼吸: 呼出的气体也带有一部分热量。

在正常情况下,下丘脑就像一个称职的“空调控制员”,它会根据体温传感器传来的信息,精细地调节产热和散热的机制,让体温保持在一个狭窄的范围内。当体温略有升高时,它会增加散热(比如微微出汗、皮肤血管扩张),当体温略有下降时,它会减少散热(比如皮肤血管收缩、打寒颤增加产热)。

2. 发烧是怎么发生的?“设定点”被上调了!

发烧并不是因为身体的产热机制失控了,也不是因为散热机制失效了。发烧的根本原因是 下丘脑的体温“设定点”被升高了。

这通常发生在身体受到感染(细菌、病毒)或损伤时。这些病原体或受损的细胞会释放出一些物质,叫做 内源性致热源(endogenous pyrogens),比如细胞因子(IL1, TNFα, IL6 等)。这些致热源会进入血液循环,最终到达大脑的下丘脑。

在下丘脑,这些致热源会刺激一些细胞释放出 花生四烯酸。花生四烯酸经过一系列酶的作用,会转化为 前列腺素E2 (PGE2)。PGE2是发烧过程中最重要的介质之一,它能够作用于下丘脑的特定区域,改变体温调节的“设定点”。

举个例子,本来身体的设定点是37℃。当致热源作用后,下丘脑会把这个设定点调高到38.5℃或39℃。

3. 发烧的初期:为什么会感觉冷,会发抖?

当身体的设定点被调高到39℃时,但你实际的体温还是37℃。这时候,你的身体会感觉 “冷”,因为它认为你现在的体温(37℃)低于“正常”的设定点(39℃)。

为了尽快达到新的设定点,身体会启动一系列 主动产热 的机制:

寒战(发抖): 肌肉不自主地快速收缩和放松,这是非常有效的产热方式,就像在给自己“发电机”加速。
皮肤血管收缩: 皮肤表面的血管会收缩,减少流向皮肤的血液,从而减少皮肤表面的热量散失,把热量“锁”在身体核心。这就是为什么发烧时会感觉手脚冰凉。
基础代谢率可能略有升高: 一些激素也可能参与进来,增加整体的代谢产热。

在这个阶段,身体的 产热量远远大于散热量。所以,即使你感觉很冷,身体也在拼命地制造热量,直到你的核心体温逐渐升高,逼近或达到新的设定点(比如39℃)。

4. 发烧过程中(达到新的设定点后):产热量与散热量趋于平衡,但处于更高温度

一旦你的核心体温升高到了新的设定点(比如39℃),身体就会再次进入一个相对平衡的状态。在这个新的、更高的体温水平上,身体的“空调系统”会重新工作,确保产热和散热的平衡,以维持在39℃这个新的“正常”体温。

产热量: 仍然会持续产生热量以维持基础代谢,但此时不再像发烧初期那样疯狂地加班加点产热。
散热量: 同样也会有散热,但由于体温已经达到了新的设定点,散热的目的是 维持在39℃,而不是把它降下来。此时,皮肤血管可能会稍微扩张,汗腺也可能开始分泌少量汗液,以确保体温不会继续升高。

所以,在这个阶段,可以说 产热量大致等于散热量,但这个平衡点是在 一个更高的体温 上。

5. 退烧时:设定点又被调低了!

当引起发烧的病原体被清除,或者感染得到控制后,致热源的信号会减弱。下丘脑会收到信息,然后把体温的“设定点”重新调回到正常的37℃。

这时候,你的实际体温(比如39℃)就高于新的设定点(37℃)了。身体就会感觉 “热”,并且会启动 主动散热 的机制:

大量出汗: 汗腺会大量分泌汗液,汗液蒸发带走大量热量。
皮肤血管扩张: 皮肤表面的血管会扩张,将更多的血液带到皮肤表面,增加辐射和对流散热。

在这个退烧阶段,身体的 散热量大于产热量,所以体温会逐渐下降,直到回到37℃。

总结一下:

“发烧时,产热量等于散热量”这句话,在 发烧的初期和中期 并不完全准确。

发烧初期: 产热量 远大于 散热量,身体通过寒战等方式快速升温。
发烧中期(体温稳定在高位时): 此时产热量 约等于 散热量,但这个平衡点是在一个 比正常体温高的“设定点” 上。身体正在努力维持这个高体温。
退烧时: 散热量 远大于 产热量,身体通过出汗等方式降温。

所以,更准确的理解是:发烧是 机体主动调高体温调节的设定点,然后身体会努力通过改变产热和散热的平衡来实现这个新的、更高的体温目标。当新的体温目标达成后,产热和散热会再次趋于平衡,但此时的体温是升高的。

网友意见

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“发烧时产热量等于散热量”的说法是片面的,只适用于“持续发烧,体温维持在38摄氏度之类定值”的状态,所谓“等于”也不是恒等,而是约等。

“体温从38摄氏度上升到42摄氏度的过程中”人体的产热量大于散热量,“体温从42摄氏度下降到38摄氏度的过程中”人体的产热量小于散热量,这两种情况同样处在“发烧时”。

题目里这个“就是不懂人体温不是比环境温度高吗?那产热应该恒大于散热啊”的表达,不是生物老师的责任,是物理老师的责任。在你的体温比环境温度高的条件下,设你在一段时间内向环境散失了x焦耳的热能,如果你的身体在这段时间里产出了x+y焦耳的热能,你不觉得你的体温应该按照y焦耳的热能、你的体重与你的身体的比热容而有所上升么。

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