避都医学院学报2013年第8卷第5期Journal of Chengdu Medical College,2013,Vo1.8,No.5 网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1705.R.20131021.0843.003.htm[ doi:10.3969/j.issn.1674 2257.2013.05.036 ・综 述・ 老年人体温调节的研究进展 杨永录 ,卜舒,陈冰 (成都医学院体温与炎症四川省高校重点实验室,成都610500) 【关键词】 衰老;体温;温度敏感性;散热:产热 【中图分类号】 R364.6 【文献标志码】 A 体温恒定是机体进行新陈代谢和生命活动的必 要条件。但健康老年男性和女性的体核温度较健康 青年男性和女性低0.4℃,虽然差异有统计学意义, 少;环境温度进一步降低时,机体必须通过骨骼肌的 战栗性产热和棕色脂肪组织(brown adipose tissue, BAT)非战栗性产热,补充丢失到环境中的热量,否 则将出现低温。引起代谢率增加的热中性温度区的 下限温度被称为“下临界温度”(1ower critical temperature)。当环境温度进一步降低,代谢产热 但在生理学上对机体没有影响[1。]。老年人暴露于 冷环境或热环境中均会引起低温或体温过高,也会 给身体带来一定的风险,并且发病率和死亡率高于 青年人[_1 ],了解衰老对体温调节功能的影响与 不能补偿丢失的热量时,机体的体核温度就会降低, 并可能因低温而导致死亡 ]。 环境温度高于热中性温度区时,皮肤血流量增 机制对老年人健康的防护有重要意义。本文简要综 述了目前关于老年人体温调节功能变化与机制的研 究进展。 1体内热量平衡的意义 加引起皮肤温度升高。但必须指出,即使皮肤血流 量达到最大水平,皮肤温度也不会超过体核温度。 当环境温度接近体核温度时,皮肤温度和环境温度 使用体温计测量体核温度的变化方法简便,且 能准确评估体内热量的变化。机体内热量维持相对 恒定是由于产热(机体代谢产热、运动产热或暴露于 热环境中吸收的热量)与散失到周围环境中的热量 处于平衡状态。人和哺乳动物中枢神经系统的温度 维持在正常范围内,才能使机体保持警觉状态和完 成各种生理活动,若脑温度低于正常水平则会引起 警觉降低,且出现生理功能紊乱 ]。 机体新陈代谢率和皮肤散热量处于最低状态, 耗能最少,感到最舒适的环境温度被称为热中性温 度区(thermoneutral zone)。在此温度范围内,机体 主要通过调节皮肤血流量控制散热,不需改变机体 的温差就会越来越小,使皮肤传导、对流和辐射散热 明显减少或停止。因此,环境温度高于热中性温度 区,机体通过蒸发散热的方式保持机体热平衡,这种 环境温度被称为上临界温度(upper critical temperature),是体核温度和代澍水平增加的临界 点。在上临界温度,机体的血液重新分布,体表的血 流量增加,使皮肤温度升高到接近体核温度。当环 境温度进一步升高,皮肤和体核温度会同步升高,直 到体温调节功能出现障碍。在这种高温状态下,蒸 发散热功能降低,使体核温度逐渐升高,最后可导致 机体因温度过高而死亡。 研究证明,当机体在冷环境或热环境下,维持体 代谢率或蒸发散热来维持体温恒定。当环境温度低 于热中性温度区,外周血管收缩,使皮肤血流量减 温恒定几乎涉及全身所有系统,即心血管、呼吸、内 分泌、肾脏、骨骼肌和免疫系统的相互协同和整 基金项目:国家自然科学基金资助项目(NO:30870901)}四川省教育 合[1。]。但随着年龄的增加,这些系统的功能会自然 衰退,且在全身会出现功能共鸣性(functions resonates)衰退,包括体温调节功能L1j。例如,骨骼 肌的衰老不仅会出现肌张力降低和收缩功能减退, 厅科研基金资助项目(NO:12ZB204);成都医学院学科建设项目专项 经费资助项目(NO:CYXK2012003) 通讯作者:杨永录,E—mail:ylyang @cme.edu.cn 成都医学院学报2013年第8卷第5期Journal of Chengdu Medical College,2013,Vo1.8,No.5 而且会出现战栗产热减少,导致体温降低-夕 周动脉 硬化不仅危害心脑功能,同时由于收缩力降低可引 起机体散热过多而致体温降低;尤其是当体温低于 35℃时,患者意识模糊,思维反应迟钝,动作不协调, 呼吸和心跳减慢,若不及时采取升温保暖等措施,极 易造成心跳骤停而猝死l】 ]。 2老年人心血管系统变化对体温调节的影响 皮肤的血液循环在皮下形成一个快速变化的保 温层(heat insulator),靠近皮肤表面血流量的多少 决定了保温层的厚度。流经皮肤的血流量越多,血 流中的热量传导到体表的距离就越短,有利于机体 在热环境中热量的散失。反之,流经皮肤的血流量 越少,血液中热量传导到体表的距离就越大,有利于 机体在冷环境中热量的储存。 2.1 衰老对冷暴露皮肤血流量和散热的影响 皮肤血管的舒缩受交感神经活动的控制。青年 人支配皮肤血管的交感神经放电频率增加,其末梢 释放去甲肾上腺素和其共存递质(CO—transmitter) 神经肽Y(NPY)与血管平滑肌上的肾上腺素a 和 a。受体以及NPY Y 受体结合引起血管平滑肌收 缩,使血管直径变小,而减少皮肤血液流量,使皮肤 温度降低到接近环境温度,有利于减少机体在冷环 境中热量的散失。另一个交感神经共存递质三磷酸 腺苷(ATP)及其受体P 也参与平滑肌舒缩的调 节,事实上这也是机体受到寒冷刺激时皮肤血管的 反射性反应_8 j。 老年人暴露于冷环境中,不仅能引起支配皮肤 血管的交感神经的放电率明显降低,而且去甲肾上 腺素合成和释放也减少l6 ,推测后者可能是随着 年龄的增加,体内酪氨酸羟化酶的必须辅助因子 (essential cofactor)生物效率降低,导致合成去甲肾 上腺素减少。酪氨酸是合成去甲肾上腺素的基本原 料,在酪氨酸羟化酶的催化作用下合成多巴,再经多 巴脱羧酶作用合成多巴胺,后者进入囊泡中,由多巴 胺J3一羟化酶催化进一步合成去甲肾上腺素,并与 ATP和嗜铬颗粒蛋白结合,贮存于囊泡中。老年人 NPY和ATP的合成与释放基本停止,交感神经释 放共存递质功能几乎完全丧失 。老年人皮肤血 管收缩功能减弱,在寒冷环境中保持热量的能力降 低,从而导致体核温度下降。 2.2 衰老对热暴露皮肤血流量和散热的影响 正常人暴露于热环境中,会引起皮肤和体核温 度上升,伴随着交感缩血管纤维紧张性降低使皮肤 血管舒张;如果体核温度持续上升,支配皮肤的交感 舒血管神经纤维兴奋释放乙酰胆碱与血管平滑肌细 胞膜上M受体结合引起血管舒张,进一步提高皮肤 血液流量,促进皮肤散热。同时乙酰胆碱与汗腺上 M受体结合后引起出汗反应,增加蒸发散热。 老年人暴露于热环境中,血管反射性舒张开始 的时间延迟,血管最大舒张力降低[1 “]。用精氨酸 酶抑制剂治疗能提高老年人在热环境中的血管舒张 反应 。 用热刺激正常成人局部皮肤,使伤害性热觉瞬 时感受器电位V1传入神经纤维兴奋,能引起局部 血液流突然而短暂的增加。热刺激引起一氧化氮的 释放使血管平滑肌舒张;一氧化氮也能抑制去甲肾 上腺素能神经纤维的活动,使血管舒张。然后,血管 舒张反应会逐渐减弱,目前不清楚反应减弱是血管 舒张功能的降低还是血管紧张性的恢复 ]。 老年人对热刺激局部皮肤使伤害性热觉瞬时感 受器电位V1传人神经纤维兴奋引起局部血管舒张 反应降低,这与老年人全身热暴露时皮肤血管舒张 反应减弱是相似的l1 。其原因一方面是由于老年 人精氨酸生物利率降低使一氧化氮合成减少,另一 方面是由于活性氧族的积聚引起一氧化氮降解增 多¨1],降低了老年人在热环境中散热的能力,导致他 们体核温度升高。 2.3 衰老引起心血管系统变化对体温调节的影响 冷暴露或热暴露引起皮肤血流量的变化不是单 一的皮肤血管反应,而是机体对内外环境温度变化 引起心输出量重新分布和维持血压恒定的综合性心 血管反应。 老年人暴露于热环境中,心输出量增加反应明 显小于青年人,通常认为是老年人肾上腺素能受体 敏感性降低所致;分布于心脏J3 一受体敏感性也降 低,影响与交感神经末梢释放的去甲肾上腺素的结 合,使心脏的每搏输出量减少。老年人在热环境中 内脏血流量的增加多于皮肤血液流量的增加,这可 能与老年人内脏交感神经的紧张性放电减少引起内 脏血管舒张有关 引。老年人暴露于冷环境,心血输 出量只有少量的增加;但血压较青年人升高,特别是 从热中性温度区突然转移到冷环境中血压升高更明 显,这与老年动脉硬化有关。随着年龄的增长 皮肤逐渐老化,真皮层萎缩变薄和皮下脂肪减少也 是导致老年人在冷环境中皮肤温度降低的原因 之一[ 。 成都医学院学报2013年第8卷第5期Journal of Chengdu Medical College,2013,Vo1.8,No.5 3老年人出汗功能的变化 在热中性温度区,总散热量等于产热量,临床上 曾采用称患者体质量的方法计算每天的能量平衡。 当环境温度高于皮肤温度时,皮肤传导、对流和辐射 散热减少甚至停止,机体出汗散热。老年人暴露于 热环境中,全身和局部出汗反应减弱现象并不是在 全身汗腺同时出现,而是随着年龄增大逐渐减弱,首 先出现下肢出汗减弱,然后逐渐发展到躯干、上肢 体,最后是前额_1 。进一步研究发现,老年人不仅 热刺激激活汗腺的数量减少,而且汗腺分泌汗液的 功能降低的更明显,这种现象是汗腺结构的变化(汗 腺萎缩)还是汗腺对胆碱能纤维敏感性降低所导致 出汗减少,目前不清楚。 4老年人机体产热功能的变化 人体在冷环境中不断散热的情况下,要维持体 温的恒定必须依靠机体完善的产热机能。人体产热 主要是通过骨骼肌的战栗性产热及BAT的非战栗 性产热完成。在冷环境中骨骼肌战栗产热量大约占 机体总热量的1/3c¨],但这种产热作用随着机体的 衰老产热量逐渐降低[1 ]。老年人骨骼肌产热减少 的主要原因是在自然增龄过程中,多因素作用于神 经肌肉链一个或多个环节引起骨骼肌的质量下降和 肌张力降低l】 。 机体除了骨骼肌的战栗性产热外,所有组织器 官都有非战栗性代谢产热的功能,其中BAT的代 谢产热量最多,约占非战栗产热总量的70 El 6]。人 和动物在冷环境中,BAT的生热量是基础条件下的 2倍 ]。将啮齿类动物暴露在1O℃环境中5~10 d 后,BAT及解偶联蛋白1(UCP )含量显著增加。 这一过程是通过交感神经释放去甲肾上腺素与 BAT细胞膜I3。一肾上腺受体结合,激活细胞内腺苷 酸环化酶,催化ATP生成3’,5,一环磷酸腺苷 (cAMP),触发BAT胞内脂滴中甘油三酯水解为甘 油和脂肪酸,并在线粒体中氧化 ]。BAT线粒体内 膜上分布的UCP 通过促进氧化呼吸链驱出的质子 重新进入线粒体,而造成氧化磷酸化解偶联,使能量 绕过ATP合成,产生热量以增加体温_1 。因此, BAT是冷环境下非战栗产热的主要来源,在维持体 内能量平衡和体温调节中起重要作用。 老龄大鼠的BAT和UCP1均减少,可能导致 老龄大鼠维持体核温度的能力下降50 ~6O ,而 出现低温现象[1 6,1 7]。去甲。肾上腺素可增加BAT线 粒体中UCP1的数量,说明BAT产热很大程度上 受交感神经的调节 。老龄大鼠交感神经的活动 不仅未减弱,反而出现活动增强现象,说明交感神经 传出到BAT的信号增强,但其引起BAT产热作用 却减弱l7j。给大鼠去甲。肾上腺素后,青年大鼠耗氧 量大于老龄鼠,表明同样强度的刺激作用于老龄鼠 和青年大鼠的交感神经,青年大鼠产热效应要大于 老龄鼠,提示这种现象可能与BAT的肾上腺素B受 体变化有关l7]。目前认为,老年人在冷环境中产热 减少主要与BAT细胞萎缩,BAT线粒体中UCP1 的数量和8肾上腺受体减少所致有关口 ]。 5老年人皮肤温度敏感性的变化 准确地感知环境温度对启动冷暴露和热暴露引 起的生理反应非常重要,特别是皮肤温度感觉能为 维持体温的最佳恒定状态提供调节输入信号 。 但老年人的温度敏感性随年龄增加而降低,尤其是 热感觉比冷感觉降低的更明显口 。当老年人所处 环境温度降低到热中性温度区以下,并允许将室内 温度调节到自我感觉舒适的温度时,其反应所需要 的时间比青年人长E 。青年人能够分辨1℃左右的 温差,而老年人通常不能分辨<4℃的温差,这样就 不能及时将温度信号传人到体温调节中枢,因而也 不能快速做出防御性体温调节反应[1 ]。老年人温 度敏感性和温度感知能力降低的特点是先从下肢远 端减弱,然后逐渐发展到上肢和躯干_2 。 老年人温度敏感性和温度感知能力降低的原 因,可能与皮肤老化而引起皮肤温度感受器的密度 降低、皮肤血流量减少、感觉神经纤维的损耗以及传 导速度降低有关_1 。在老年人非暴露部位皮肤观 察到,每3 mm。横截面积皮肤中的微小血管数量较 青年人减少达30 l2引。在灵长类动物中发现,冷觉 感受器的功能活动高度依赖氧的供给 。所以,当 老年人皮肤微血管减少引起皮肤血液供应量降低, 可导致供氧不足影响皮肤温度感受器的功能,最终 可导致与年龄相关的温度敏感性降低。 用共聚焦显微镜在人体发现,神经纤维支配紧 靠表皮下的真皮乳头层微血管,皮肤微血管循环功 能降低,会直接影响温度敏感神经纤维的功能 。 目前认为外周神经纤维损耗以及传导速度降低也是 老年人温度敏感性降低的两个主要因素[13。在老龄 小鼠外周神经和背根神经节中发现,由于参与动作 电位上升支80 9/5内向电流形成的电压依赖性钠离 子通道Nav1.8和参与体温调节的温度敏感性阳离 子通道瞬时感受器电位V1均明显减少,因而影响 成都医学院学报2013年第8卷第5期Journal of Chengdu Medical College,2013,Vo1.8,No.5 ・ 627・ 膜通道蛋白对外周传人信号的转导|2 。另外,下肢 神经Nav1.8和TRPV1减少更明显,与前面提到的 老年人下肢远端的温度敏感性降低最明显的临床特 点一致 。 6 老年人行为性体温调节的变化 人体体温相对恒定有赖于自主性体温调节和行 为性体温调节的功能活动。在热中性温度区,体温 的恒定主要依赖自主性体温调节。但在极端环境温 度条件下,自主性体温调节则不能维持体温的恒定, 而主要依赖于行为性体温调节。行为体温调节反应 通常出现在自主性调节之前,只要皮肤温度感受器 感受到环境温度的变化或眼睛看到以及耳朵听到温 度变化的信息,就会增减衣服和打开保暖或降温设 置。目前对于老年人行为性温度调节的研究比较 少,但通常认为老年人行为性体温调节能力较青年 成人降低,主要是老年人温度敏感性的降低,延缓了 对环境温度变化的感知,而延迟了行为性调节活 动 ]。另外,中枢神经系统的调节功能减弱也可能 是行为性体温调节能力降低的原因之一 J。 7 小结 综上所述,老年人不仅体温调节功能降低,而且 对高温和低温环境的耐受力也有限。其主要原因 是:1)体温调节几乎涉及全身所有系统,老年人机体 各系统功能的自然衰退在体内产生共鸣效应(包括 体温调节系统),而影响了体温恒定的维持;2)老年 人不仅动脉管壁硬化和弹性降低,而且暴露于冷环 境中支配皮肤血管的交感神经放电率降低和去甲肾 上腺素合成与释放也减少,使血管收缩功能减弱,引 起机体散热增加,导致机体保持热量的能力降低;3) 老年人冷暴露时战栗性产热能力减弱与衰老伴随骨 骼肌质量降低和皮肤血流量减少有关;4)老年人 BAT非战栗性产热能力减弱与BAT质量和/或 UCP水平降低有关;5)老年人暴露于热环境中散热 功能降低与全身出汗减少和皮肤血管反射性舒张功 能减弱有关;6)老年人行为性体温调节能力降低,主 要由老年人温度敏感性降低而延缓了对环境温度变 化的感知和中枢神经系统的调节功能减弱所致。 参考文献 [1] Blatteis CM.Age—Dependent Changes in Temperature Regulation—A Mini Review[J].Gerontology,201 1,58(4): 289—295. 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