第4章体温调节系统的仿真与建模.ppt

第四章 体温调节系统的 仿真与建模主要内容;4.1 体温调节系统的生理机制;一、体温;体核温度;由于体内各器官的代谢水平不同，它们的温度略有差别。 由于血液的不断循环，深部各器官的温度会经常趋于一致，因此体核血液的温度可以代表内脏器官温度的平均值。 ;因为体核温度及体核血液温度不易测试，临床上通常用腋窝温度、口腔温度和直肠温度来代表体温。 直肠温度：36.9～37.9℃ 口腔温度：36.7～37.7℃ 腋窝温度：36.0～37.4℃ ;体表温度;体表温度;（二）体温的正常变动;1. 昼夜节律;2. 性别;3. 年龄;4. 其他;4.1 体温调节系统的生理机制;二、体热平衡;（一）产热;几种组织、器官的产热量比较;人在寒冷环境中主要依靠战栗来增加产热量。 除战栗产热外，机体热量的另一重要来源是褐色脂肪组织。;机体的产热活动受神经、体液等多因素的调节。 体液因素： 肾上腺素和去甲肾上腺素：可刺激产热，作用迅速，持续时间短； 甲状腺激素：作用缓慢但持久。;;（二）散热;1. 热量由体核向体表的转移 ;2. 散热;（1）辐射;（1）辐射;（2）传导;（3）对流;辐射、传导和对流散失的热量取决于皮肤与环境之间的温度差，而皮肤温度受皮肤血流量的控制。 机体的体温调节机构正是通过交感神经控制皮肤血管的口径从而调节皮肤的血流量。;以上几种散热方式对体温的调节是在皮肤温度高于环境温度的前提下实现的，当环境温度高于或接近皮肤温度时，皮肤不仅不能散热，反而以辐射和传导的方式从周围环境中获得热量。 此时蒸发散热便成了唯一有效的散热方式。;（4）蒸发散热;不感蒸发;发汗;在环境温度为21℃时人体几种散热方式散热量的比较;4.1 体温调节系统的生理机制;三、体温调节 ;（一）温度感受器;1. 外周温度感受器;2. 中枢温度感受器;（二）体温调节中枢 ;当外界环境温度变化时，温度信息的传入： 皮肤温度感受器的刺激，将温度变化的信息沿躯体传入神经经脊髓到达下丘脑的体温调节中枢； 通过血液引起机体深部组织温度改变，直接作用于下丘脑前部； 脊髓和下丘脑以外的中枢温度感受器将温度信息传送给下丘脑前部。;下丘脑前部和中枢其他部位对信息进行整合，发出传出指令: 通过交感神经系统调节皮肤血管舒缩反应和汗腺分泌； 通过躯体神经改变骨骼肌的活动如战栗等； 通过甲状腺激素、肾上腺素、去甲肾上腺素等分泌活动的改变调节机体的代谢率。 通过上述复杂的调节过程，使机体温度在外界环境改变时仍能维持相对稳定。 ;（三）体温调定点学说 ;;;4.2 体温控制系统的简化模型 为了表征和研究体温控制系统的特性和规律，建立的一个高度简化黑箱模型。 这一黑箱模型是以负反馈为基本特征的闭环控制系统，其基本框图如下。 ;当下丘脑温度偏离调定温度时，所导致的调温反应与这两个温度之差成正比，其比例系数为k。即存在： R0为当Ty=Ts时的基础体温调节活动；k为对应于调温反应的比例常数。 该式所表示的体温控制规律亦称之为控制系统定律。在式中，R和Ty为系统的因变量和自变量，而R0、k和Ts则为系统常数，是表征系统特征量。; 那么，当系统处于不同状态的时候，这些特征量是否也随之改变呢？ 例如，当进行剧烈运动和睡眠时，人体的调定温度是否一样？ 此时的调温比例系数是否改变？;Hammel等人在1963年做了如下实验，他们为静息清醒状态的狗测定其在不同室温下的代谢率，所得结果如图所示： 对于不同外界温度，其下丘脑温度和代谢率的关系基本为斜率不变的直线，而对应于不同的环境条件，这一直线与基础代谢水平的交点不同。 这一实验结果说明，当外界条件变化时，体温控制的调定点也在相应改变。; 对运动状态下的狗进行实验 对非睡眠和睡眠状态的狗的体温进行观测 狗在运动状态下的散热率变化可以同样解释为体温控制系统中的调定点的改变。 狗在睡眠状态下的体温将相对下降，而这一下降也可解释为相应调定点的变化。;因此，对于各种不同的状态与外界环境的变化，体温控制定律中的调定温度具有不同的调定值，而其调温反应的比例系数则基本保持不变。 ;4.3 体温控制系统的 热交换模型及仿真;对于体温调节来说，体温恒定是仅对体核而言的，即身体的核心部分，包括体内深部组织和内脏，这部分的温度基本维持不变。 而体表的温度变化的幅度较大，一方面是受外界环境温度的影响，另一方面也随着皮肤表面的散热状况而改变。;在这内外两层之间为肌肉和脂肪组织，这些组织既有产热的作用，又有在内外两层间传导热量的作用。 为了研究热量在体内产生、传导、分布和散发的过程，将人体视为有三个不同层次的同心圆柱体。 体核部分不仅通过中间层的传导与皮肤交换热量，同时也通过由体核流入皮肤的血流（由于其速度很快，当其经过中间层时，其热量不会发生增减）直接与体表进行热量交换