高溫環(huán)境對(duì)機(jī)體生理功能影響的研究進(jìn)展

耿瑤 李光華

摘 要：隨著碳排放的增多，全球氣候變暖趨勢(shì)明顯，氣候變暖對(duì)環(huán)境與機(jī)體都造成了很大危害。本文就高溫環(huán)境對(duì)機(jī)體神經(jīng)—內(nèi)分泌、心血管系統(tǒng)、骨骼肌—能量代謝及泌尿等生理功能的影響進(jìn)行了綜述，以期為深入研究熱環(huán)境對(duì)機(jī)體的作用機(jī)理以及高溫防護(hù)課題的相關(guān)研究提供一定的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：熱暴露;神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng);心血管系統(tǒng);生理功能

由于工業(yè)化、人口增長(zhǎng)、環(huán)境污染等因素，造成了全球氣候變暖趨勢(shì)明顯、高溫時(shí)間不斷延長(zhǎng)，讓人們處于熱環(huán)境的機(jī)會(huì)越來(lái)越多。持續(xù)的高溫環(huán)境會(huì)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(duì)于從事建筑、煉鋼、戶外訓(xùn)練的職業(yè)性高溫暴露人群，如果補(bǔ)充水分不夠及時(shí)，就更容易引起機(jī)體產(chǎn)生一系列非特異性變化。而這種對(duì)機(jī)體的影響和變化越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和重視[1-2]。熱應(yīng)激是高溫環(huán)境熱暴露的一種典型表現(xiàn)，是指當(dāng)環(huán)境溫度超過(guò)機(jī)體調(diào)節(jié)平衡范圍，機(jī)體將產(chǎn)生的一系列反應(yīng)[3-4]。

近年相關(guān)研究提示，熱應(yīng)激可引起機(jī)體生理功能的改變，如抑制機(jī)體的免疫功能、誘發(fā)心血管系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變、影響注意力、肌肉工作能力的準(zhǔn)確性與協(xié)調(diào)性等，本文就高溫環(huán)境熱應(yīng)激條件下機(jī)體多系統(tǒng)生理功能的改變做一綜述。

一、高溫環(huán)境對(duì)機(jī)體神經(jīng)—內(nèi)分泌功能的影響

HPA軸，即下丘腦—垂體—腎上腺軸，是神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的重要部分，其參與控制機(jī)體應(yīng)激反應(yīng)、維護(hù)內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，讓機(jī)體適應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境[5]。應(yīng)對(duì)高溫環(huán)境，HPA軸以及交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)（SAM）通過(guò)分泌應(yīng)激激素使機(jī)體適應(yīng)熱應(yīng)激[6-7]。HPA軸是協(xié)調(diào)神經(jīng)—內(nèi)分泌—免疫系統(tǒng)的樞紐，通過(guò)它的調(diào)節(jié)使血液中的糖皮質(zhì)激素迅速升高，其作用機(jī)理主要是下丘腦釋放促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素（CRH），其作用于門脈系統(tǒng)，刺激垂體前葉釋放促腎上腺皮質(zhì)激素（ACTH），ACTH可作用于腎上腺皮質(zhì)細(xì)胞刺激其合成并分泌糖皮質(zhì)激素（GC），適量的GC可增強(qiáng)機(jī)體對(duì)有害刺激的抵抗力，但過(guò)量則會(huì)引起靶細(xì)胞分解、代謝紊亂、淋巴細(xì)胞溶解，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生免疫抑制。

當(dāng)機(jī)體因環(huán)境溫度及代謝變化等因素處在熱應(yīng)激狀態(tài)下時(shí)，可引起交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮，激活交感神經(jīng)末梢及腎上腺髓質(zhì)嗜咯細(xì)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(xì)胞中的腎上腺素能受體以旁分泌或血流方式結(jié)合，起到免疫抑制作用。

二、高溫環(huán)境對(duì)機(jī)體心血管功能的影響

（一）對(duì)血壓的影響

熱環(huán)境下，機(jī)體通過(guò)減弱皮膚血管的交感神經(jīng)活動(dòng)，增強(qiáng)內(nèi)臟血管的交感神經(jīng)活動(dòng)，增加心肌收縮頻率和強(qiáng)度以適應(yīng)散熱和供氧的需求，隨著心肌產(chǎn)能及耗氧量的增加，導(dǎo)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(huán)血量進(jìn)行性下降，這時(shí)機(jī)體就會(huì)以增加心臟搏動(dòng)次數(shù)加以補(bǔ)償。心率的不斷增加，會(huì)縮短舒張期、減少冠脈血流量，使心肌活動(dòng)受限;同時(shí)，高熱環(huán)境又使排汗增多，體液進(jìn)一步丟失，引起血液濃縮、黏稠度增高、外周血管擴(kuò)張，使每搏輸出量減少，導(dǎo)致平均動(dòng)脈壓降低[8]。而有研究表明，長(zhǎng)期暴露在高溫環(huán)境下可使收縮壓、舒張壓、脈壓升高，胸主動(dòng)脈血管反應(yīng)性升高，主動(dòng)脈血管內(nèi)膜粗糙、內(nèi)皮細(xì)胞連接松散甚至脫落、不完整，心臟前后負(fù)荷增加，心肌在高耗能、高代償狀態(tài)下持續(xù)做功，久而久之心臟會(huì)出現(xiàn)代償性肥大，導(dǎo)致高血壓發(fā)病率增高[9-10]。

（二）對(duì)心功能及血液流變學(xué)等因素的影響

職業(yè)性研究顯示，長(zhǎng)期在高溫環(huán)境中工作，會(huì)引起心臟指數(shù)、每搏輸出量、心輸出量減少，總外周阻力顯著增高[12]，長(zhǎng)時(shí)間還會(huì)出現(xiàn)心肌缺血等情況[13];還可使植物神經(jīng)功能紊亂、副交感神經(jīng)興奮，竇房結(jié)自律性降低，導(dǎo)致竇性心動(dòng)過(guò)緩[14]。進(jìn)一步研究提示高溫作業(yè)人員全血比黏度的高切變、低切變、血沉、紅細(xì)胞壓積、纖維蛋白含量、血漿比黏度均有顯著性差異;同時(shí)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(huán)境下工作的人員[15-16]。

（三）對(duì)心肌組織及血管內(nèi)皮細(xì)胞的影響

研究表明，心肌組織HSP60的含量在熱暴露過(guò)程中明顯増加，而HSP60具有免疫調(diào)節(jié)和促進(jìn)炎癥反應(yīng)的作用，和冠心病的發(fā)生發(fā)展密切聯(lián)系。機(jī)體在熱暴露下產(chǎn)生過(guò)多的HSP60可以活化免疫細(xì)胞[17]，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞分泌大量細(xì)胞間黏附因子-1、腫瘤壞死因子-a等炎性細(xì)胞因子，機(jī)體血漿中腫瘤壞死因子-a和細(xì)胞間黏附因子-1的増加，首先可激活體內(nèi)炎癥系統(tǒng)，HIF-1a（缺氧誘導(dǎo)因子）表達(dá)增加，進(jìn)一步加重了機(jī)體炎癥反應(yīng)，在sCAM-1的介導(dǎo)下[18]，白細(xì)胞、血小板可實(shí)現(xiàn)黏附聚集，炎癥細(xì)胞不僅會(huì)粘附于血管內(nèi)皮，而且能夠滲透到內(nèi)皮細(xì)胞下分泌細(xì)胞活性物質(zhì)，破壞內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)，使其通透性增高，導(dǎo)致血管平滑肌源性泡沫細(xì)胞的形成，促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，甚至引起血栓形成;心臟組織SOD也在高溫環(huán)境下活性降低，致使氧自由基過(guò)多，血液中的脂蛋白氧化加劇，產(chǎn)生大量膽固醇，這些膽固醇可以穿透內(nèi)膜，沉積在血管內(nèi)壁上，從而促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化的形成。

三、高溫環(huán)境對(duì)骨骼肌-能量代謝的影響

機(jī)體在高熱環(huán)境中運(yùn)動(dòng)時(shí)，糖的氧化供能增多，使糖代謝產(chǎn)生改變，進(jìn)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(huán)境下相比[20]，機(jī)體在熱環(huán)境下能量消耗會(huì)增加5%—9%。職業(yè)性研究中發(fā)現(xiàn)，沙漠中訓(xùn)練的士兵在21.2～29.4℃時(shí)能量消耗差別不明顯，而在29.4～37.8℃時(shí)能量消耗率差別顯著。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，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(zhì)和能量代謝水平，還會(huì)改變代謝途徑，主要表現(xiàn)為有氧代謝比例下降，無(wú)氧代謝比例升高[21]，蛋白質(zhì)分解代謝增強(qiáng)，乳酸水平增高，呼吸商增加[22，23]。

四、高溫環(huán)境對(duì)機(jī)體腎臟（泌尿）功能的影響

高溫環(huán)境下機(jī)體散熱增加，隨著溫度的持續(xù)升高，體溫調(diào)節(jié)能力減弱，體液丟失，血液濃縮，導(dǎo)致腎血流量及濾過(guò)率下降;同時(shí)，機(jī)體為了能量平衡，新陳代謝會(huì)加強(qiáng)，血流速度及心率加快，導(dǎo)致肌酐、尿素氮等代謝產(chǎn)物增多，增加了腎臟的代謝負(fù)荷，腎功能出現(xiàn)異常[24];此外，隨著呼吸頻率的加快使CO2大量排出，出現(xiàn)呼吸性堿中毒，而酸堿失衡通常和電解質(zhì)的變化相關(guān)，從而影響腎小球酸堿平衡的調(diào)節(jié)[25，26]。在職業(yè)性研究中發(fā)現(xiàn)[27]，職業(yè)性高溫暴露會(huì)對(duì)<50歲的男性鋼鐵工人腎功能異常有影響;高溫高強(qiáng)度軍訓(xùn)對(duì)士兵腎功能的影響較大[28]，對(duì)新兵的影響更顯著;在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中也得到相似結(jié)論，高溫環(huán)境會(huì)影響犬腎上腺皮質(zhì)激素的釋放，影響腎小管的重吸收以及腎小球?yàn)V過(guò)率[29];高溫環(huán)境下對(duì)力竭運(yùn)動(dòng)后的大鼠腎臟水通道蛋白2（AQP2）的轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，磷酸化的AQP2表達(dá)水平增強(qiáng)[30]。

綜上所述，高溫環(huán)境特別是脫水式熱暴露條件下，對(duì)機(jī)體生理功能的影響是多器官、多系統(tǒng)、復(fù)合性的，環(huán)境溫度如果超出人體的適應(yīng)范圍，就會(huì)引起機(jī)體各系統(tǒng)功能紊亂，甚至引發(fā)相關(guān)疾病，如高血壓、心肌損害、電解質(zhì)紊亂、腎功能異常等，而在研究中也發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境或反復(fù)多次進(jìn)行熱暴露，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生熱習(xí)服、熱適應(yīng)。因此，深入研究高溫環(huán)境特別是在脫水狀態(tài)下機(jī)體生理功能的改變，將有利于進(jìn)一步了解極端熱環(huán)境對(duì)人體的影響機(jī)制，并將其應(yīng)用于職業(yè)衛(wèi)生、勞動(dòng)權(quán)益保護(hù)等政策研究及實(shí)踐指導(dǎo)中。

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基金項(xiàng)目：2020年度第二批寧夏自然科學(xué)基金項(xiàng)目“ErbB2/PI3K/e-NOS信號(hào)通路在脫水式熱暴露致大鼠胸主動(dòng)脈血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中的作用及機(jī)理研究”（2020AAC03149）

作者簡(jiǎn)介：耿瑤（1982— ），女，漢族，河北深州人，碩士，副教授，研究方向：熱應(yīng)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(yīng)激與心血管功能損傷方面的研究。