การสัมผัสความเย็นและการควบคุมอุณหภูมิ

มนุษย์รักษาระดับอุณหภูมิแกนกลางของร่างกายให้คงที่ใกล้เคียงกับปกติเพื่อป้องกันการสูญเสียความร้อนสู่สภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น เมื่อสัมผัสกับความเย็น ร่างกายจะสงวนความร้อนโดยการหดตัวของหลอดเลือดที่ผิวหนังก่อน จากนั้นจึงสร้างความร้อนโดยการสั่นสะเทือน และเมื่อสัมผัสซ้ำๆ ร่างกายจะปรับตัวได้บางส่วน บทความนี้อธิบายถึงการควบคุมอุณหภูมิในสภาพอากาศหนาวเย็นและการตอบสนองทางสรีรวิทยาต่อการสัมผัสอากาศเย็นและน้ำเย็น

Definition

การควบคุมอุณหภูมิในสภาพอากาศหนาวเย็นคือชุดของการตอบสนองทั้งแบบอัตโนมัติและพฤติกรรมที่ทำงานร่วมกัน ได้แก่ การหดตัวของหลอดเลือดส่วนปลาย การสั่นสะเทือนและการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือน และพฤติกรรมการสงวนความร้อน ซึ่งทั้งหมดนี้มีจุดประสงค์เพื่อรักษาระดับอุณหภูมิแกนกลางของร่างกายเมื่อการสูญเสียความร้อนสู่สภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นมีแนวโน้มที่จะเกินกว่าการผลิตความร้อน

Scope

บทความนี้ครอบคลุมถึงสมดุลความร้อนของมนุษย์ในสภาพอากาศหนาวเย็น การป้องกันการสูญเสียความร้อนโดยระบบประสาทอัตโนมัติและพฤติกรรม (การหดตัวของหลอดเลือด, การสั่นสะเทือน และการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือน) อันตรายพิเศษจากการจมน้ำเย็น และการปรับตัวบางส่วนที่เกิดขึ้นหลังจากการสัมผัสความเย็นซ้ำๆ เป็นข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยาและไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับการเอาชีวิตรอด การทำให้ร่างกายอบอุ่นขึ้น หรือการรักษา

Core questions

• สมดุลความร้อนถูกรักษาไว้อย่างไรเมื่อสภาพแวดล้อมดึงความร้อนออกไปเร็วกว่าที่ร่างกายผลิตได้?
• บทบาทของการหดตัวของหลอดเลือด การสั่นสะเทือน และการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือนมีความสัมพันธ์กันอย่างไร?
• ทำไมการจมน้ำเย็นจึงอันตรายกว่าการสัมผัสอากาศเย็นมาก?
• มีการเปลี่ยนแปลงอะไรบ้างเมื่อสัมผัสความเย็นซ้ำๆ และการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นส่งผลต่อความทนทานอย่างไร?

Key concepts

• อุณหภูมิแกนกลางเทียบกับอุณหภูมิเปลือกนอก
• การหดตัวของหลอดเลือดส่วนปลายและการเป็นฉนวน
• การสร้างความร้อนจากการสั่นสะเทือน
• การสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือน (เนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาล)
• การตอบสนองต่อภาวะช็อกจากความเย็นและการจมน้ำเย็น
• ภาวะอุณหภูมิกายต่ำ
• การปรับตัวต่อความเย็น (รูปแบบการเผาผลาญ การเป็นฉนวน ภาวะอุณหภูมิกายต่ำ)

Mechanisms

อุณหภูมิผิวหนังและอุณหภูมิแกนกลางที่ลดลงจะถูกรับรู้โดยตัวรับอุณหภูมิ และไฮโปทาลามัสจะกระตุ้นการตอบสนองเพื่อสงวนความร้อนและสร้างความร้อน การหดตัวของหลอดเลือดที่ผิวหนังช่วยลดการไหลเวียนของเลือดไปยังส่วนนอกของร่างกาย ลดการสูญเสียความร้อนโดยการนำ และเพิ่มการเป็นฉนวน หากไม่เพียงพอ การสั่นสะเทือนจะเพิ่มการผลิตความร้อนจากการเผาผลาญ ซึ่งเสริมด้วยการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือนในบางสถานการณ์ (Castellani & Young, 2016) น้ำเย็นนำความร้อนได้เร็วกว่าอากาศมาก ดังนั้นการจมน้ำจะกระตุ้นการตอบสนองต่อภาวะช็อกจากความเย็นทันที ซึ่งได้แก่ การหายใจเฮือก การหายใจเกิน และภาวะหัวใจเต้นเร็ว ซึ่งอาจเป็นอันตรายถึงชีวิตก่อนที่จะเกิดภาวะอุณหภูมิกายต่ำ ในขณะที่การจมน้ำอย่างต่อเนื่องจะทำให้อุณหภูมิแกนกลางลดลงเรื่อยๆ (Tipton & Golden, 2003) การสัมผัสความเย็นซ้ำๆ จะทำให้เกิดการปรับตัวบางส่วน ซึ่งอธิบายได้ว่าเป็นรูปแบบการเผาผลาญ การเป็นฉนวน หรือภาวะอุณหภูมิกายต่ำ ขึ้นอยู่กับว่าการสร้างความร้อน การหดตัวของหลอดเลือด หรืออุณหภูมิแกนกลางที่ลดลงที่ร่างกายทนได้นั้นเด่นชัดกว่า (Castellani & Young, 2016; Parsons, 2014)

Clinical relevance

สรีรวิทยาของการป้องกันความเย็นเป็นพื้นฐานในการรับรู้ภาวะอุณหภูมิกายต่ำและอันตรายจากการจมน้ำเย็น และให้ข้อมูลสำหรับการตีความการออกกำลังกายและประสิทธิภาพในสภาพอากาศหนาวเย็น บทความนี้อธิบายกลไกและหลักฐานเชิงประจักษ์ การรับรู้ การทำให้ร่างกายอบอุ่นขึ้น และการจัดการภาวะอุณหภูมิกายต่ำและการบาดเจ็บจากความเย็นเป็นเรื่องทางคลินิกที่อยู่ภายใต้แนวทางปฏิบัติปัจจุบันและอยู่นอกขอบเขตของบทความนี้

Evidence & guidelines

กลไกและการปรับตัวสรุปไว้ในบทวิจารณ์ทางสรีรวิทยา (Castellani & Young, 2016) อันตรายจากการจมน้ำเย็นในงานวิจัยสรีรวิทยาการจมน้ำ (Tipton & Golden, 2003) และสาขาที่กว้างขึ้นของการตอบสนองของมนุษย์ต่อสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็นในตำราอ้างอิง (Parsons, 2014) การจัดการทางคลินิกของภาวะอุณหภูมิกายต่ำเป็นไปตามแนวทางปฏิบัติปัจจุบันที่ไม่ได้นำเสนอซ้ำในที่นี้

History

สรีรวิทยาความเย็นของมนุษย์ได้รับอิทธิพลจากการสำรวจขั้วโลก ประสบการณ์ทางทะเลและการทหาร และการศึกษาการสัมผัสความเย็นในห้องปฏิบัติการตลอดศตวรรษที่ยี่สิบ ซึ่งได้สร้างลำดับของการหดตัวของหลอดเลือดและการสั่นสะเทือน แยกแยะรูปแบบการปรับตัวต่อความเย็นในประชากรต่างๆ และชี้แจงว่าทำไมการจมน้ำเย็นอย่างกะทันหันจึงเป็นอันตรายอย่างยิ่ง

Debates

ความสำคัญของการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือนในผู้ใหญ่

การค้นพบเนื้อเยื่อไขมันสีน้ำตาลที่ทำงานอยู่ในผู้ใหญ่ได้จุดประกายการถกเถียงอีกครั้งว่าการสร้างความร้อนโดยไม่สั่นสะเทือนมีส่วนช่วยในการป้องกันความเย็นมากน้อยเพียงใด และสามารถกระตุ้นได้ด้วยการปรับตัวต่อความเย็นหรือไม่ เมื่อเทียบกับบทบาทที่ได้รับการยอมรับของการหดตัวของหลอดเลือดและการสั่นสะเทือน

Key figures

• John W. Castellani
• Andrew J. Young
• Michael J. Tipton

Seminal works

• castellani-young-2016
• tipton-2003

Frequently asked questions

การป้องกันความเย็นครั้งแรกของร่างกายคืออะไร?

การหดตัวของหลอดเลือดที่ผิวหนัง ซึ่งช่วยลดการไหลเวียนของเลือดไปยังผิวหนังและเพิ่มความหนาของฉนวนของเปลือกนอกที่เย็นลง ทำให้เกิดการสงวนความร้อนในแกนกลางก่อนที่จะมีการสั่นสะเทือนเพื่อสร้างความร้อนเพิ่มเติม

ทำไมการตกลงไปในน้ำเย็นจึงอันตรายอย่างรวดเร็ว?

น้ำนำความร้อนได้เร็วกว่าอากาศมาก และการจมน้ำอย่างกะทันหันจะกระตุ้นการตอบสนองต่อภาวะช็อกจากความเย็น ซึ่งได้แก่ การหายใจเฮือกโดยไม่ตั้งใจ การหายใจเร็ว และอัตราการเต้นของหัวใจที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจทำให้จมน้ำหรือเกิดภาวะหัวใจวายได้ภายในไม่กี่นาทีแรก ก่อนที่อุณหภูมิแกนกลางจะลดลงถึงระดับภาวะอุณหภูมิกายต่ำ