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科学解析:人究竟是怎么被冻死的?

最早知道人会被冻死,是在安徒生的童话中,读到那个可怜的女孩儿在新年夜里燃尽了她所有的火柴,最终因饥寒交迫蜷缩街头的角落里死去。从此我便明白,寒冷不仅可以令人缩手缩脚,还能致人死亡。

  凛冬将至,万物肃杀

  尽管身处南方的我依然穿着T恤和大裤衩享受秋天舒适的暖阳,但从新闻里已经可以感受到北方寒风的肃杀了。凛冬将至,北方的朋友们想必早已换上厚厚的冬装,将自己严密地包裹起来。

  年少时生活在江南,那里没有东北那种滴水成冰的传说,由于屋子里没有暖气,彼时的冬天也是极难熬的。最早知道人会被冻死,是在安徒生的童话中,读到那个可怜的女孩儿在新年夜里燃尽了她所有的火柴,最终因饥寒交迫蜷缩街头的角落里死去。从此我便明白,寒冷不仅可以令人缩手缩脚,还能致人死亡。

科学解析:人究竟是怎么被冻死的?

  卖火柴的小女孩

  最大规模人员被冻死的例子多半来自于战争,比如1812年冬天拿破仑军队被迫从俄罗斯撤退时,寒冷的天气造成了数以千计的人员死亡。拿破仑的顾问考兰高(Armand de Caulaincourt)后来在回忆录中这样描述:“我所讲述的关于极端寒冷的影响,以及这种被冻死的情况,是基于我所看到的发生在成千上万人身上的事情。路上全是他们的尸体。”

科学解析:人究竟是怎么被冻死的?

  油画《拿破仑从俄罗斯撤军》

  为什么人会冻死?这需要从我们维持体温的机制说起。

  人的体温生理学

  与其他绝大多数哺乳动物一样,人属于温血动物。温血动物与“冷血动物”最大的区别是,温血动物主要是通过细胞新陈代谢产生热量来维持体温的。新陈代谢需要酶的参与,温度高低决定酶的活性,尽管酶的活性最初随温度升高而增加,但酶在较高的温度下会开始变性并丧失功能,温血动物维持其最佳生命活力的体温范围被称为核心温度。人体的核心温度在36.5°C至37.5°C之间的“体温带”中受到严格调节,在此温度范围之外,通常会激活人体温度调节反应。

  人的体温会发生小幅度变化,不仅在一天之中会有不同,包括情绪波动、休息或劳累、饥饿、局部炎症、生病及治疗、女性生理周期等等都会对体温造成影响,这从根本上要归结于环境和各种活动的刺激,以及人体组织新陈代谢对刺激的反应。

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  运动可以升高体温,同时通过出汗维持体温平衡

  运动可以升高体温。成人通常需要通过激烈的运动或持续长时间的运动刺激才可以让身体暖和起来;幼儿只需要温和的游戏就可以出现较高的体温,甚至玩得满头大汗;而老年人的体温不容易出现变化,他们对环境温度的改变更敏感。

  在人体温度众多的影响因素中,季节变化和环境温度的影响非常重要。我们知道人体是一个有机统一的生命体,为了维持这个生命体的核心温度,我们的大脑会指令身体各个部分协同行动,散发或产生热量,以使核心温度保持在正常范围之内。当环境温度升高时,我们皮肤上的毛孔会张开出汗,蒸发带走热量;当感觉寒冷时,我们会全身颤抖以产生热量维持体温。

  我们是如何调节体温的?

  冷血动物严重依赖环境来调节体温,蛇、蜥蜴和青蛙会通过晒太阳取暖,或在阴凉处把体温降下来。温血动物也会通过改变外部条件调节体温,但主要是通过身体各部分的变化进行主动调节。

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  蜥蜴在阳光下会更加活跃一些

  排汗

  人体平均有200万~400万个汗腺,当环境温度上升时,我们大脑下丘脑的热敏神经元会监测到皮肤温度升高,从而降低下丘脑设定的出汗阀值。在这种情况下,我们皮肤上的毛孔张开,同时分泌出汗液,汗液的蒸发会带走热量,从而使皮肤降温。皮肤和浅表血管的温度降低,冷却后的静脉血液返回到人体的核心,以抵消核心温度的升高。

  值得注意的是,我们并非热才会出汗,相反地,寒冷也可以令我们出汗。当我们进入到一个很冷的环境时,身上会起“鸡皮疙瘩”,这是汗毛竖起排汗的结果。

  鸡皮疙瘩是人体对于寒冷的自然反应,也是从我们远古祖先遗传下来的残余反射。当皮肤感受器感觉到寒冷刺激,它会首先向下丘脑发送电讯号,下丘脑指令皮肤下面的绒毛直立肌收缩,同时排出皮肤里的汗液。起鸡皮疙瘩的时候你会感觉发冷,这是汗液蒸发的结果,汗液的蒸发会令皮肤变得干燥,从而增强抵御寒冷的能力。

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  1)表皮 2)绒毛直立肌 3)毛囊 4)真皮层

  颤抖

  鸡皮疙瘩并不能使我们感觉到温暖,当寒冷持续,大约有90%的热量通过皮肤迅速散失,另有10%的热量通过我们呼出的气体流失。在皮下脂肪层不足以抵御时,我们会不由自主地颤抖。

  在低温下,发抖是一种通过肌肉活动产生热量的身体保护性反应。静止时,人体通过细胞代谢产生的热量大约为每平方米表面积产生40-60千卡,其中最主要的热量来自肝脏和心脏。随着横纹肌收缩,热量产生越来越多;发抖可以使身体发热量增加2-5倍。

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  颤抖是人体自我保护机制之一

  血管收缩

  除了指令身体颤抖外,下丘脑还通过增加甲状腺素和肾上腺素的水平来增加热量,同时收缩周围血管来保存热量。事实上颤抖是人体维持体温稳定的最后手段,它的激发阀值比血管收缩要低1℃。

  外围血管的收缩可以促使更多的血液流向心脏、肝脏、大脑和其它体内重要器官,同时随着温度的降低,心率和血压下降,脉搏微弱。这些都是身体调节机制在向着保护内脏并最终保护大脑在起作用。

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  冬泳的时间不能太长

  致命的体温过低

  当人体所有自我保护机制启动,仍然无法抵御身体热量的流失时,我们将面临体温过低的危险。以下是体温降低与身体反应的对比:

  36°C – 感觉到发冷,轻度至中度发抖。

  35°C – 强烈发抖,皮肤发蓝、发灰,感觉麻木;心率失调。

  34°C – 剧烈发抖,皮肤发蓝,手指冻僵。某些行为上可能会发生变化。

  33°C – 精神中度至重度混乱、嗜睡、反射减弱,身体颤抖逐渐停止,心律缓慢,呼吸浅。可能对某些外部刺激无反应。

  32°C – 出现幻觉、说胡话、精神错乱、极度嗜睡;没有颤抖,有些人会脱衣服。可能没有反射或反射很小。

  31°C – 昏迷,无反射;呼吸很浅,心律缓慢。

  28°C – 严重心律失常,并且呼吸可能随时停止;濒临死亡。

  24–26°C或更低 – 心跳或呼吸停止引起死亡。

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  冷冻集装箱会很快要人性命

  为什么冻死前会脱光衣服?

  有的人在临死前会说自己很热,热到不能忍受,他们会把自己的衣服扒光,往往给人以生前遭受性侵害的假象。这究竟是为什么呢?

  我们在前面说了寒冷会造成外周围血管收缩,以保证在心率下降的情况下核心器官的血液与热量供应。但在持续寒冷的施压下,身体急剧的颤抖会迅速耗尽体内储存的糖原,同时神经系统越来越疲劳,最终崩溃。当下丘脑温度管理机制失调,血管舒缩功能丧失时,收缩外周血管壁的肌肉会突然放松,大量血液涌向身体外围,导致四肢及体表血流激增,酷热难当的错觉加上大脑思维的错乱会导致受害者主动将衣服扒光。失去衣服的保护,新一轮血管的收缩与扩张会迅速夺人性命。

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  血管突然舒张会给人以酷热的假象

  总结:

  人不能像蛇或青蛙那样在严寒的环境中靠冬眠生存下来,主要因为人是温血动物,我们依赖身体器官产生的热量以及各组织统一而且精密的调节系统来维持体温。

  人体正常核心温度在36.5°C至37.5°C之间,通常通过下丘脑根据身体状态以及环境温度调节新陈代谢来进行调整。

  当环境温度过热,我们会通过皮肤汗水的蒸发作用来带走热量;而当遭遇寒冷时,我们的皮肤会变得干燥、激素分泌增加、收缩体表血管和颤抖来维持核心体温。

  如果这一切不奏效,我们将面临体温过低,持续的体温过低会严重伤害心肺功能、导致思维混乱、幻觉、嗜睡,并最终在睡眠中走向死亡。

科学解析:人究竟是怎么被冻死的?

  露宿街头的无家可归者常常在睡梦中死去

  所以,我们一方面需要了解科学,在冬天注意保暖,做好必要的防护,同时要避免去到那些低温且没有保护的环境,如果你不小心掉进冰窟窿或被关进冷库里,结果会是悲惨的。

  凛冬将至,请保护好自己。

作者:老粥科普

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