高溫環境對機體生理功能影響的研究進展

耿瑤 李光華

摘 要：隨著碳排放的增多，全球氣候變暖趨勢明顯，氣候變暖對環境與機體都造成了很大危害。本文就高溫環境對機體神經—內分泌、心血管系統、骨骼肌—能量代謝及泌尿等生理功能的影響進行了綜述，以期為深入研究熱環境對機體的作用機理以及高溫防護課題的相關研究提供一定的理論依據。

關鍵詞：熱暴露;神經-內分泌系統;心血管系統;生理功能

由于工業化、人口增長、環境污染等因素，造成了全球氣候變暖趨勢明顯、高溫時間不斷延長，讓人們處于熱環境的機會越來越多。持續的高溫環境會不同程度地影響或損害人類的生存和健康，甚至危及生命，特別是對于從事建筑、煉鋼、戶外訓練的職業性高溫暴露人群，如果補充水分不夠及時，就更容易引起機體產生一系列非特異性變化。而這種對機體的影響和變化越來越引起國內外學者的關注和重視[1-2]。熱應激是高溫環境熱暴露的一種典型表現，是指當環境溫度超過機體調節平衡范圍，機體將產生的一系列反應[3-4]。

近年相關研究提示，熱應激可引起機體生理功能的改變，如抑制機體的免疫功能、誘發心血管系統結構改變、影響注意力、肌肉工作能力的準確性與協調性等，本文就高溫環境熱應激條件下機體多系統生理功能的改變做一綜述。

一、高溫環境對機體神經—內分泌功能的影響

HPA軸，即下丘腦—垂體—腎上腺軸，是神經內分泌系統的重要部分，其參與控制機體應激反應、維護內環境穩定，讓機體適應不斷變化的外部環境[5]。應對高溫環境，HPA軸以及交感-腎上腺髓質系統（SAM）通過分泌應激激素使機體適應熱應激[6-7]。HPA軸是協調神經—內分泌—免疫系統的樞紐，通過它的調節使血液中的糖皮質激素迅速升高，其作用機理主要是下丘腦釋放促腎上腺皮質激素釋放激素（CRH），其作用于門脈系統，刺激垂體前葉釋放促腎上腺皮質激素（ACTH），ACTH可作用于腎上腺皮質細胞刺激其合成并分泌糖皮質激素（GC），適量的GC可增強機體對有害刺激的抵抗力，但過量則會引起靶細胞分解、代謝紊亂、淋巴細胞溶解，對機體產生免疫抑制。

當機體因環境溫度及代謝變化等因素處在熱應激狀態下時，可引起交感神經系統興奮，激活交感神經末梢及腎上腺髓質嗜咯細胞，合成并釋放兒茶酚胺，兒茶酚胺包括去甲腎上腺素、腎上腺素、多巴胺，它們可與淋巴細胞中的腎上腺素能受體以旁分泌或血流方式結合，起到免疫抑制作用。

二、高溫環境對機體心血管功能的影響

（一）對血壓的影響

熱環境下，機體通過減弱皮膚血管的交感神經活動，增強內臟血管的交感神經活動，增加心肌收縮頻率和強度以適應散熱和供氧的需求，隨著心肌產能及耗氧量的增加，導致雖然心輸出量增加了，但血液重新分布，大量的血液流入體表，使有效循環血量進行性下降，這時機體就會以增加心臟搏動次數加以補償。心率的不斷增加，會縮短舒張期、減少冠脈血流量，使心肌活動受限;同時，高熱環境又使排汗增多，體液進一步丟失，引起血液濃縮、黏稠度增高、外周血管擴張，使每搏輸出量減少，導致平均動脈壓降低[8]。而有研究表明，長期暴露在高溫環境下可使收縮壓、舒張壓、脈壓升高，胸主動脈血管反應性升高，主動脈血管內膜粗糙、內皮細胞連接松散甚至脫落、不完整，心臟前后負荷增加，心肌在高耗能、高代償狀態下持續做功，久而久之心臟會出現代償性肥大，導致高血壓發病率增高[9-10]。

（二）對心功能及血液流變學等因素的影響

職業性研究顯示，長期在高溫環境中工作，會引起心臟指數、每搏輸出量、心輸出量減少，總外周阻力顯著增高[12]，長時間還會出現心肌缺血等情況[13];還可使植物神經功能紊亂、副交感神經興奮，竇房結自律性降低，導致竇性心動過緩[14]。進一步研究提示高溫作業人員全血比黏度的高切變、低切變、血沉、紅細胞壓積、纖維蛋白含量、血漿比黏度均有顯著性差異;同時血糖、血尿酸、總膽固醇、低密度和高密度脂蛋白的比值均高于在常溫環境下工作的人員[15-16]。

（三）對心肌組織及血管內皮細胞的影響

研究表明，心肌組織HSP60的含量在熱暴露過程中明顯増加，而HSP60具有免疫調節和促進炎癥反應的作用，和冠心病的發生發展密切聯系。機體在熱暴露下產生過多的HSP60可以活化免疫細胞[17]，誘導巨噬細胞、內皮細胞分泌大量細胞間黏附因子-1、腫瘤壞死因子-a等炎性細胞因子，機體血漿中腫瘤壞死因子-a和細胞間黏附因子-1的増加，首先可激活體內炎癥系統，HIF-1a（缺氧誘導因子）表達增加，進一步加重了機體炎癥反應，在sCAM-1的介導下[18]，白細胞、血小板可實現黏附聚集，炎癥細胞不僅會粘附于血管內皮，而且能夠滲透到內皮細胞下分泌細胞活性物質，破壞內皮細胞結構，使其通透性增高，導致血管平滑肌源性泡沫細胞的形成，促進動脈粥樣硬化的發生發展，甚至引起血栓形成;心臟組織SOD也在高溫環境下活性降低，致使氧自由基過多，血液中的脂蛋白氧化加劇，產生大量膽固醇，這些膽固醇可以穿透內膜，沉積在血管內壁上，從而促進動脈粥樣硬化的形成。

三、高溫環境對骨骼肌-能量代謝的影響

機體在高熱環境中運動時，糖的氧化供能增多，使糖代謝產生改變，進而加速肌糖原的分解，乳酸堆積，使肝糖原分解加速，從而引起的血糖增高[19]。與常溫環境下相比[20]，機體在熱環境下能量消耗會增加5%—9%。職業性研究中發現，沙漠中訓練的士兵在21.2～29.4℃時能量消耗差別不明顯，而在29.4～37.8℃時能量消耗率差別顯著。實驗研究發現，在溫度從35℃上升至40℃，離體骨骼肌的等張收縮力下降20%，肌肉耐力下降25%，收縮功能和舒張功能不全。肌肉局部溫度升高不僅影響物質和能量代謝水平，還會改變代謝途徑，主要表現為有氧代謝比例下降，無氧代謝比例升高[21]，蛋白質分解代謝增強，乳酸水平增高，呼吸商增加[22，23]。

四、高溫環境對機體腎臟（泌尿）功能的影響

高溫環境下機體散熱增加，隨著溫度的持續升高，體溫調節能力減弱，體液丟失，血液濃縮，導致腎血流量及濾過率下降;同時，機體為了能量平衡，新陳代謝會加強，血流速度及心率加快，導致肌酐、尿素氮等代謝產物增多，增加了腎臟的代謝負荷，腎功能出現異常[24];此外，隨著呼吸頻率的加快使CO2大量排出，出現呼吸性堿中毒，而酸堿失衡通常和電解質的變化相關，從而影響腎小球酸堿平衡的調節[25，26]。在職業性研究中發現[27]，職業性高溫暴露會對<50歲的男性鋼鐵工人腎功能異常有影響;高溫高強度軍訓對士兵腎功能的影響較大[28]，對新兵的影響更顯著;在動物實驗中也得到相似結論，高溫環境會影響犬腎上腺皮質激素的釋放，影響腎小管的重吸收以及腎小球濾過率[29];高溫環境下對力竭運動后的大鼠腎臟水通道蛋白2（AQP2）的轉錄水平進行檢測發現，磷酸化的AQP2表達水平增強[30]。

綜上所述，高溫環境特別是脫水式熱暴露條件下，對機體生理功能的影響是多器官、多系統、復合性的，環境溫度如果超出人體的適應范圍，就會引起機體各系統功能紊亂，甚至引發相關疾病，如高血壓、心肌損害、電解質紊亂、腎功能異常等，而在研究中也發現長期處于高溫環境或反復多次進行熱暴露，機體會產生熱習服、熱適應。因此，深入研究高溫環境特別是在脫水狀態下機體生理功能的改變，將有利于進一步了解極端熱環境對人體的影響機制，并將其應用于職業衛生、勞動權益保護等政策研究及實踐指導中。

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基金項目：2020年度第二批寧夏自然科學基金項目“ErbB2/PI3K/e-NOS信號通路在脫水式熱暴露致大鼠胸主動脈血管內皮細胞損傷中的作用及機理研究”（2020AAC03149）

作者簡介：耿瑤（1982— ），女，漢族，河北深州人，碩士，副教授，研究方向：熱應激與心血管功能變化。

*通訊作者：李光華，男，博士，教授，主要從事應激與心血管功能損傷方面的研究。