高溫環(huán)境對機體生理功能影響研究
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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(huán)境與機體都造成了很大危害。本文就高溫環(huán)境對機體神經(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行了綜述，以期為深入研究熱環(huán)境對機體的作用機理以及高溫防護課題的相關(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、環(huán)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(huán)境的機會越來越多。持續(xù)的高溫環(huán)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(xùn)練的職業(yè)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(chǎn)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(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)，是指當環(huán)境溫度超過機體調(diào)節(jié)平衡范圍，機體將產(chǎn)生的一系列反應(yīng)［3-4］。近年相關(guān)研究提示，熱應(yīng)激可引起機體生理功能的改變，如抑制機體的免疫功能、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)激條件下機體多系統(tǒng)生理功能的改變做一綜述。
一、高溫環(huán)境對機體神經(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，其參與控制機體應(yīng)激反應(yīng)、維護內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，讓機體適應(yīng)不斷變化的外部環(huán)境［5］。應(yīng)對高溫環(huán)境，HPA軸以及交感-腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)(SAM)通過分泌應(yīng)激激素使機體適應(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)細胞刺激其合成并分泌糖皮質(zhì)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(chǎn)生免疫抑制。當機體因環(huán)境溫度及代謝變化等因素處在熱應(yīng)激狀態(tài)下時，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(jié)合，起到免疫抑制作用。
二、高溫環(huán)境對機體心血管功能的影響
(一)對血壓的影響熱環(huán)境下，機體通過減弱皮膚血管的交感神經(jīng)活動，增強內(nèi)臟血管的交感神經(jīng)活動，增加心肌收縮頻率和強度以適應(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)血量進行性下降，這時機體就會以增加心臟搏動次數(shù)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(huán)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(dǎo)致平均動脈壓降低［8］。而有研究表明，長期暴露在高溫環(huán)境下可使收縮壓、舒張壓、脈壓升高，胸主動脈血管反應(yīng)性升高，主動脈血管內(nèi)膜粗糙、內(nèi)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(tài)下持續(xù)做功，久而久之心臟會出現(xiàn)代償性肥大，導(dǎo)致高血壓發(fā)病率增高［9-10］。
(二)對心功能及血液流變學(xué)等因素的影響職業(yè)性研究顯示，長期在高溫環(huán)境中工作，會引起心臟指數(shù)、每搏輸出量、心輸出量減少，總外周阻力顯著增高［12］，長時間還會出現(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)致竇性心動過緩［14］。進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(huán)境下工作的人員［15-16］。
(三)對心肌組織及血管內(nèi)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(diào)節(jié)和促進炎癥反應(yīng)的作用，和冠心病的發(fā)生發(fā)展密切聯(lián)系。機體在熱暴露下產(chǎn)生過多的HSP60可以活化免疫細胞［17］，誘導(dǎo)巨噬細胞、內(nèi)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(nèi)炎癥系統(tǒng)，HIF-1a(缺氧誘導(dǎo)因子)表達增加，進一步加重了機體炎癥反應(yīng)，在sCAM-1的介導(dǎo)下［18］，白細胞、血小板可實現(xiàn)黏附聚集，炎癥細胞不僅會粘附于血管內(nèi)皮，而且能夠滲透到內(nèi)皮細胞下分泌細胞活性物質(zhì)，破壞內(nèi)皮細胞結(jié)構(gòu)，使其通透性增高，導(dǎo)致血管平滑肌源性泡沫細胞的形成，促進動脈粥樣硬化的發(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，從而促進動脈粥樣硬化的形成。
三、高溫環(huán)境對骨骼肌-能量代謝的影響
機體在高熱環(huán)境中運動時，糖的氧化供能增多，使糖代謝產(chǎn)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(huán)境下相比［20］，機體在熱環(huán)境下能量消耗會增加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(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，還會改變代謝途徑，主要表現(xiàn)為有氧代謝比例下降，無氧代謝比例升高［21］，蛋白質(zhì)分解代謝增強，乳酸水平增高，呼吸商增加［22，23］。
四、高溫環(huán)境對機體腎臟(泌尿)功能的影響
高溫環(huán)境下機體散熱增加，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(dǎo)致肌酐、尿素氮等代謝產(chǎn)物增多，增加了腎臟的代謝負荷，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(xùn)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(jié)論，高溫環(huán)境會影響犬腎上腺皮質(zhì)激素的釋放，影響腎小管的重吸收以及腎小球濾過率［29］;高溫環(huán)境下對力竭運動后的大鼠腎臟水通道蛋白2(AQP2)的轉(zhuǎn)錄水平進行檢測發(fā)現(xiàn)，磷酸化的AQP2表達水平增強［30］。綜上所述，高溫環(huán)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(tǒng)、復(fù)合性的，環(huán)境溫度如果超出人體的適應(yīng)范圍，就會引起機體各系統(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)長期處于高溫環(huán)境或反復(fù)多次進行熱暴露，機體會產(chǎn)生熱習服、熱適應(yīng)。因此，深入研究高溫環(huán)境特別是在脫水狀態(tài)下機體生理功能的改變，將有利于進一步了解極端熱環(huán)境對人體的影響機制，并將其應(yīng)用于職業(yè)衛(wèi)生、勞動權(quán)益保護等政策研究及實踐指導(dǎo)中。
作者：耿瑤 李光華 單位：寧夏醫(yī)科大學(xué)護理學(xué)院