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）

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，但在生理学上对机体没有影响［1－3］。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［1，2，4，5］，了 解 衰 老对体温调节 功 能 的 影 响 与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

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［6］。

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”（lower critical temperature）。当环境温度进一步降低，代谢产热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［1，7］。

环境温度高于热中性温度区时，皮肤血流量增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），是体核温度和代谢水平增加的临界点。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合［1－3］。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［1］。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，而且会出现战栗产热减少，导致体温降低；外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［1，2，4，5］。

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a1和a2受体以及NPY Y1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P2x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［8，9］。

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［6，10］，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β－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［10］。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［10，11］。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［1］。

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［9］。

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传入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［10］。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β1－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［12］。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，这与老年人大动脉硬化有关。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［1］。

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［13］。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1/3［13］，但这种产热作用随着机体的衰老产热量逐渐降低［1，7］。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［1，15］。

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%［16］。人和动物在冷环境中，BAT的生热量是基础条件下的2倍［1］。将啮齿类动物暴露在10℃环境中5～10d后，BAT及解偶联蛋白1（UCP1）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β3－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＇-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［1］。BAT线粒体内膜上分布的UCP1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［16］。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%～60%，而出现低温现象［16，17］。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［18］。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［7］。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β受体变化有关［7］。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β肾上腺受体减少所致有关［1，3］。

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［19］。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［1，20］。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［7］。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入到体温调节中枢，因而也不能快速做出防御性体温调节反应［1，20］。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［21］。

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［1，20］。在老年人非暴露部位皮肤观察到，每3mm2横截面积皮肤中的微小血管数量较青年人减少达30%［22］。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［20］。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［23］。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［1］。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%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，因而影响膜通道蛋白对外周传入信号的转导［24］。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［21，24］。

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［1］。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［8］。

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。

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