案例人体温度调节.doc

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1、人体温度调节一、问题背景关于人体的问题我们常常有这样的疑问：1．人体周围空气的温度随时都在变化着，有时变化会很剧烈，为什么人的体温不随环境温度改变而总是维持在37℃左右呢？2．运动后会使体温升高吗？3．感冒时，医生告诉我说我发热，但为什么我却感觉到冷呢？人体体温的调节是一个复杂的过程，我们下面试图通过系统动力学建模的方法来探索这些问题。二、因果环图分析1．知识链接机体具有两种控制体温的系统，即行为调节和自身调节系统，两者相互配合，以调节机体温度的稳定。变温动物体温的行为调节，表现在动物身体向有利的温度环境方向运动。如蜥蜴

2、就会时而靠近热环境，时而靠近冷环境，使温度保持在28℃～38℃之间。人的行为调节是有意识的活动，如在不同温度环境中，人以增减衣服或人工地改变环境温度来祛暑御寒。这些称为体温的行为调节。体温的自身调节又是通过神经体液的调节作用而实现的。分布在机体表层的温、冷觉感受器和深部的温觉感受器接受了机体内外环境变化的刺激，发出信息，作用于体温调节中枢；这些信息经体温调节中枢整合后，引起了骨骼肌、内分泌腺、皮肤血管等活动的变化，改变了机体的产热和散热能力，使体温维持于相对稳定状态。人类皮肤上有丰富的神经感应器，有热感应器，也有冷感应器

3、。皮肤受到热刺激时，热感应器增加放电；皮肤受到冷刺激时，冷感应器增加放电。神经纤维把这些感应信号传输到人的下丘脑。下丘脑是人体热量调节中心，它能通过植物神经和脑垂体来协调人的新陈代谢和一系列分泌过程。当下丘脑的细胞核接受到热感应器传来的信息时，便调整皮肤毛细血管舒张和汗腺分泌，促进人体散热，防止体温过高上升；当下丘脑接受到冷感应器传来的信息时，它又控制皮肤毛细血管收缩，并使新陈代谢加快，增加身体产热。在下丘脑的控制下，人体热量得失始终处于动态平衡。 2.因果环图结合上述知识，我们可以可以绘制如下体温调节因果环图：Gap1

4、=实际体温—标准体温Gap2=皮肤温度—环境温度三、系统动力学模拟与分析1．环境温度恒定人体温度的平衡（模型1）（1）模型栈流图（2）方程体温(t)=体温(t-dt)+(升温-降温)*dtINIT体温=37INFLOWS:升温=产热机制OUTFLOWS:降温=对流、辐射、传导+散热机制标准温度=37环境温度=37环境温度差=体温-环境温度温差=体温-标准温度下丘脑调节=热冷觉感应产热机制=GRAPH(下丘脑调节)(-5.00,2.00),(-4.00,1.97),(-3.00,1.91),(-2.00,1.58),(-1

5、.00,1.04),(0.00,0.19),(1.00,0.19),(2.00,0.19),(3.00,0.19),(4.00,0.19),(5.00,0.19)对流、辐射、传导=GRAPH(环境温度差)(-5.00,-1.23),(0.00,0.00),(5.00,0.12),(10.0,0.21),(15.0,0.39),(20.0,0.57),(25.0,0.69),(30.0,1.08),(35.0,1.44),(40.0,2.15),(45.0,2.67),(50.0,2.96)热冷觉感应=GRAPH(温差)(

6、-5.00,-5.00),(-4.00,-4.40),(-3.00,-3.50),(-2.00,-2.55),(-1.00,-0.05),(0.00,0.00),(1.00,0.05),(2.00,2.65),(3.00,3.70),(4.00,4.50),(5.00,5.00)散热机制=GRAPH(下丘脑调节)(-5.00,0.19),(-4.00,0.19),(-3.00,0.19),(-2.00,0.19),(-1.00,0.19),(0.00,0.19),(1.00,0.96),(2.00,1.37),(3.00

7、,1.67),(4.00,1.88),(5.00,2.00)（3）模拟与分析。①在该模型中设定环境温度常量为37℃时，改变体温的初始值，如下图所示，体温初始值分别是37℃、39℃、20℃，经过调节，体温恒定在37℃。②当人体初始温度是37℃时，改变环境温度的初始值，我们看看结果。图中环境温度分别定为37℃、30℃、20℃、0℃，由图可以看出，人体问题略有下降，达到一个新的平衡，人体有冷的感觉。但当人体温度和环境温度相差不大时，人体温度几乎没有变化，人体也几乎没有冷觉。但当人体温度和环境温度相差很大时，人体体温下降了，感觉

8、到很冷。这时候人体的自身调节已经不起作用了，需要通过穿衣服等行为调节方式来保暖，否则就会被冻伤。总的来说。在环境问题变化不大时人体能维持恒温。2．运动后会使体温升高吗？（模型2）（1）栈流图（2）方程体温(t)=体温(t-dt)+(升温+运动-降温)*dtINIT体温=37INFLOWS:升温=产热机制运动=step