《能量与体温》专题.doc

能量与体温专题一，体温计的发明体温计是在意大利科学家伽利略，于1592年发明的温度计的基础上改进而成的。所发明的第一支温度计是一根有刻度的直形细长玻璃管，封闭的一端呈球形，未封闭的一端插在水里；当周围的气温发生变化时，管内水柱的高低也随之发生变化，由此得知气温的高低。1659年，法国天文学家布里奥利用水银沸点较高的特性，制成了水银温度计，可测得357的高温，也可测得-39的低温。在1867年，英国伦敦的一位名叫奥尔巴特的医生根据测量人体体温的特点和需要，研制出一种专门用于测量人或动物体温的水银温度计。二，詹姆斯.焦耳（James Prescott Joule）对发现能量转化和守恒定律的贡献詹姆斯.焦耳（JamesPrescottJoule,18181889）出生在英国的曼彻斯特，他是第一个用较精确的试验测定热功当量的科学家，对后来能量守恒定律和热力学第一、二定律的发现过程起了重大作用，并成为这些定律发现的主要实验基础，因而得到科学界的高度评价。青年时期，焦耳有幸认识了著名的化学家道尔顿，他给予了焦耳热情的教导，使焦耳对自然科学，特别是对实验科学产生了浓厚的兴趣，在他的鼓励下，焦耳才开始走上从事科学研究工作的道路。焦耳的主要贡献是他研究了热和机械功之间的当量关系。焦耳最初的研究方向是电磁机，他想将父亲的酿酒厂中应用的蒸汽机替换成电磁机以提高工作效率。1837年，焦耳制成了用电池驱动的电磁机，但由于支持电磁机工作的电流来自锌电池，而锌的价格昂贵，用电磁机反而比用蒸汽机成本高。焦耳虽然没有达到最初的目的，但他从实验中发现了电流可以做功的现象。三，恒温动物的体温是如何确定哺乳纲和鸟纲动物体温不随外界环境温度的变化而改变，能够维持在稳定的水平，称为恒温动物或温血动物。其代谢水平较高，通常体温保持在高于外界环境温度的水平。爬行类、两栖类和鱼类等动物体内所产生的热量不足以抵消丢失的热量，故体温随环境温度变化而改变，特别是通过借助吸收太阳的热能来提高体温，所以称变温动物或冷血动物。那么，在动物进化过程中为什么会出现恒温动物呢？在某些动物能够保持体温恒定的开始时间，几乎恰好和他们从水生变成陆生的时间相吻合。生存于水底下的生物，特别是在深水中，周围的温度几乎可以保持不变。相反，生活于地表上的动物则必须承受环境温度的变动。至于为什么会有一部分物种进化为恒温动物，目前还不清楚，有人提出以下的假说：因为有机体进行的各种生命活动是依靠生物分子进行的生物化学和生物物理反应，而温度可以改变这些反应的速度甚至反应过程，特别是在复杂的动物，要适应生存环境，需要脑的精细调控，而脑则在恒温下运作得最为稳定。例如，在追逐猎物或被追逐时，脑要迅速做出判断，采取果断的行为。如果脑温变动很大，必然导致动物体内的各种复杂化学反应的不同，脑的思维和判断随之发生改变，进而影响相应的行为。因此，动物保持恒温能使脑对环境变化的反应性稳定，这样动物生存的机率以及把基因传给下一代的机会必然会增加。所以在长期的自然选择中，恒温的动物被选择下来。试想如果学习时其生物学反应过程发生在不同的脑温下，每次的成果可能都不一样。因此，保持恒定的体温是动物的最佳进化选择，保持恒温能够让复杂的化学反应固定在最佳的状态。在低等动物，中枢神经系统的结构简单，他们所选择的生存方法是他们适应自己所处的环境的最佳方式。那么，为什么人体体温设定在37呢？当200多万年以前人类刚出现在非洲时，白天的平均温度在25左右，在这种气候下计算正常活动时身体的产热率和散热率，由于两种速率都随体温而改变，当体温为37时两个速率大约相等，也就是身体得到热的速率与散发热的速率相等。因此，这个温度就被机体“选定”了。恒温动物的体温大多在3540范围，这是在生物进化过程中，生物链中的捕食者和被捕者耐力较量的结果，即为动物捕食活动等生存竞争过程的平衡点。四，体温异常体温异常包括体温升高或体温降低。（一）体温升高：体温升高分为调节性体温升高，即发热（fever），及非调节性体温升高（又称为过热），如中暑。1.发热是在致热原（pyrogen）的作用下，使体温调节中枢调定点上移而引起的调节性体温升高。机体发热的过程简述如下：外源性致热原（病原菌及代谢产物等）作用于体内的单核巨噬细胞，使之产生内源性致热原，例如白细胞介素1（interleukin1,IL-1）、干扰素（interferon,IFN）、肿瘤坏死因子（tumornecrosisfactor,TNF）、白细胞介素6（interleukin6,IL-6）等。内源性致热原通过以下途径作用于体温调节中枢：通过血-脑屏障直接进入脑内；作用于终板血管器及邻近结构的内皮细胞、巨噬细胞、神经胶质细胞；通过兴奋外周神经-膈下迷走神经，直接将信息传入脑内。进而，诱导体温调节中枢产生发热介质PGE2、cAMP等，使体温调定点上移，机体增加产热，减少散热，引起机体发热。2.中暑是当机体处在高温、高湿的环境下，体热积聚在体内不能适当向外发散而发生高热的症状。在机体大量出汗，丢失体液的情况下，没有及时补充足够的水分和盐，或体温调节中枢的功能活动出现障碍，由此引发机体出现各种症状，简述如下。（1）热痉挛（heatcramp）：在高温环境下进行剧烈运动，机体大量出汗，而在补充水分的同时没有给予足够的盐，由于丢失大量的NaCl而呈现低渗性脱水，导致肌肉的兴奋性增强，引起小腿和大腿骨骼肌的痉挛，有时也引起腹肌的痉挛，通常情况下体温正常。（2）热衰竭（heatexhaustion）：多见于患有心脏疾病、高血压等慢性疾病的老年人。在高热、高湿的环境下，发汗增强，体液和NaCl大量丢失，表现为疲乏、无力，头痛、眩晕，恶心、呕吐，体温略有升高。此外，伴有呼吸和循环功能的改变。（3）热射病（sunstroke）：在高温环境下进行重体力劳动或剧烈运动，或由于体温调节功能障碍，使散热减少，引起高热（体温可达40以上），出现意识丧失。由于能够造成多脏器损伤，死亡率很高。（二）低体温通常是由于长期暴露在寒冷环境下，使体温低于35，而导致生理功能紊乱。当体温在3532时，机体出现肌肉震颤、心率和呼吸加快，有房性心律不齐，血压升高，多尿等。当体温在3228时，出现表情淡漠，运动失调或昏睡，神经反射消失，有室性心律不齐和心室纤颤。当体温低于28时，心脏活动停止，脑电活动消失。五，各种动物采取的避暑行为1.家兔：兔子有两只长长的耳朵，耳朵上有丰富的毛细血管。在炎热的环境下，兔耳血管舒张，血流量增大，通过辐射、传导和对流进行散热，将体内热量排出体外，从而免受炎热之苦。2.狗：狗没有汗腺，天气热时狗就会爬在阴凉的地方，张口伸舌喘气，通过快速呼吸散发体内的热量。3.袋鼠：生活在澳大利亚的袋鼠，在烈日照射下弓起了身子，这样就能减少机体受照射的面积；当气温达到3540时，他们还会不断地用舌头舔自己的前爪，前爪的皮毛润湿后通过蒸发散热，将一部分体热带走，使体温下降。4.松鼠：天气炎热时，小松鼠会将尾巴直竖起来，就像打起一把太阳伞一样遮住身体，给自己带来一片阴凉。5.长尾猴：长尾猴的长长的尾巴上有一条粗大的静脉，天气热时，长尾猴通过摆动尾巴，可以有效地将体内的热量散发出去。6.大象：炎热的时候，大象喜欢玩水，用鼻子向上喷水进行“淋浴”，并不时地扇动大耳朵，将热量散发到环境中。大象还喜欢在水中打滚。7.海象：炎热的时候，海象爬在沙滩上，不断地将湿沙拨在身上，以此吸热降温。8.蜜蜂：在炎热的盛夏，为了给蜂房降温，一部分蜜蜂开始忙着运水，洒在窝眼周围；另一部分蜜蜂则在蜂房的入口处整齐地排成一行，他们摆动双翼，使劲地扇着风，蜂房内刮起的阵阵风加快了水分的蒸发，带走了蜂房内的热量，蜂房内的温度也就降低了。9.会爬树的鱼在南非，有一种体型粗壮的鱼，他们运用胸鳍和尾部推动力以及身体的弹跳力可以爬树，到了夏天，它就会爬到树上的阴凉处，睡上两个多月