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最近有訪客問了一個「體溫」的問題。若突然問「體溫」怎麼來的?大部分的人會朝下視丘(Hypothalamus)的「體溫調節」去想,本篇版主想對教科書上的Shivering 及Non-shivering heat production讓醫學生瞭解,原來Harrison那一長串抽象的文字意思是這樣!

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民國五十年代台灣的火車站都有運煤車,燃煤產生能量(U)使火車發動(做功W)冒煙(溫度T x 亂度S),U=W+TS 這包括熱力學第一及第二定律
第一定律能量守恆,能量不會無中生有。
第二定律一筆能量經由某種形式產生後不可能全部用於做功,例如煤的碳氫化物(C-H)經燃燒變成CO2與H2O,從有秩序的大分子(煤)變成較沒秩序的小分子(CO2 + H2O),亂度增加,會有熱量經由C-H + O2 ---> CO2 + H2O 化學鍵結中釋出,稱為熵增(TS),不能用來做功。人的體溫即來自葡萄糖/脂肪酸氧化及ATP水解所產生的熵增

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煤燃燒,高能電子(C.與H)產生能量推動火車前進,變成低能電子。不穩定的低能電子C.與H.之間的鍵結C-H越來越弱C-----H,在即將斷裂的一瞬間與空氣中的O2形成穩定的CO2H2O,釋放殘餘的熱量,就是火車的黑煙。

Shivering heat production,指的是動態的肌肉收縮做功產生的熵增,若單指肌肉收縮做功,熵增由ATP--->ADP + Pi 化學鍵結中釋放出來。但交感神經會促使肌肉細胞氧化葡萄糖來產生能量(ATP)
Glucose--->Pyruvate--->Acetyl-CoA---->Citric acid cycle--->NADH---->Oxidation-Phosphorylation in mitochondria
這過程中Glucose所含的高能電子(H.)由NADH攜帶,在粒線體電子傳遞鏈中轉變成低能電子,低能電子裂解O2,如同燃煤中的C-H燃燒生能後的低能電子(H.)會去搶空氣中的O2,產生更穩定的H2O。Glucose--->CO2 + H2O + ATP,從熱力學第一第二定率可知,會有熵增(T△S)「熱」散入宇宙,當這個熱還沒散入宇宙時可維持人體的溫度。

Non-shivering heat production,指的是靜態的葡萄糖與脂肪酸氧化產生ATP,代表器官是肝臟與脂肪組織

1.
肝臟是蛋白合成的工廠,合成需要能量(ATP),肝臟的葡萄糖養化非常活躍
Glucose--->CO2 + H2O + ATP
會有熵增,
ATP
--->ADP + Pi用於蛋白合成時也會有熵增。
2.
當你在寒冷的地方(如攝氏4度),交感神經會活化脂肪組織的Lipase,促使脂肪酸釋出並氧化--->CO2 + H2O + ATP。ATP提供給肌肉加強Shivering heat production。

Non-shivering heat production不只存在於肝臟與脂肪組織,全身所有細胞都會氧化葡萄糖,因此都會不斷引發
熵增而生熱,就像古老的火車冒煙一樣。




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