Cell Metab | 解密寒冷刺激的產(chǎn)熱機(jī)制：戰(zhàn)栗與非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱的模式差異

撰文 | 風(fēng)

事實(shí)上，生物的進(jìn)化是與環(huán)境的對抗與妥協(xié)史。基于體溫調(diào)節(jié)方式，動(dòng)物可以分為恒溫動(dòng)物和 變溫動(dòng)物。 變溫動(dòng)物通過冬眠或者遷徙適應(yīng)溫度變化。恒溫動(dòng)物一方面可以通過遷徙、筑巢、運(yùn)動(dòng)和穿衣等行為抵御寒冷，另一方面依賴進(jìn)化的產(chǎn)熱增加和散熱減少等機(jī)制維持核心溫度。機(jī)體產(chǎn)熱可以分為戰(zhàn)栗產(chǎn)熱和非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱。戰(zhàn)栗產(chǎn)熱來自于骨骼肌不隨意的和節(jié)律性的收縮將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為熱能，而非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱通過提升組織代謝獲得熱能，尤其是棕色脂肪組織和白色脂肪組織等。研究顯示在寒冷刺激時(shí)個(gè)體產(chǎn)熱量和戰(zhàn)栗強(qiáng)度存在明顯差異【1】。這種差異可能來源于遺傳因素、環(huán)境適應(yīng)以及刺激溫度和方式等檢測技術(shù)因素【2-5】。因此，目前對戰(zhàn)栗產(chǎn)熱與非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱的協(xié)同關(guān)系及性別差異認(rèn)知仍存在不足。

近 日 ， 加拿大舍布魯克大學(xué)醫(yī)院研究中心的 Denis P. Blondin 團(tuán)隊(duì) 在 Cell Metabolism 雜志 在線 發(fā)表 了 題為 Shivering, but not adipose tissue thermogenesis, increases as a function of mean skin temperature in cold-exposed men and women 的 研究文章 。 該研究 通過閉環(huán)皮膚溫度控制技術(shù)， 系統(tǒng)性探討人體在冷刺激時(shí)不同產(chǎn)熱機(jī)制的響應(yīng)模式，揭示戰(zhàn)栗與心肌氧化代謝是全身產(chǎn)熱的核心因素，且隨皮膚溫度降低呈線性增加，而脂肪組織非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱呈“全或無”的“閾值效應(yīng)”，為人體體溫調(diào)控的機(jī)制理解、冷適應(yīng)訓(xùn)練和代謝疾病干預(yù)提供新的科學(xué)依據(jù) 。

為了標(biāo)準(zhǔn)化冷刺激，本研究采用閉環(huán)溫度控制技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)控制的液冷服精準(zhǔn)維持皮膚溫度在 30℃或26℃ ，消除傳統(tǒng)冷卻方式的溫度波動(dòng)誤差。研究招募14名健康志愿者（男性8名，女性6名），并采用交叉實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案減少個(gè)體差異。與此同時(shí)，團(tuán)隊(duì)使用全身能量消耗、表面肌電圖（肌肉活動(dòng)）、PET-CT 成像（棕色脂肪/心肌氧化代謝）和同位素示蹤（糖/脂代謝）技術(shù)綜合檢測個(gè)體產(chǎn)熱模式。首先，數(shù)據(jù)顯示個(gè)體能量消耗隨皮膚溫度降低顯著增加，且男女的相對產(chǎn)熱并無性別差異。此外，戰(zhàn)栗強(qiáng)度分析顯示皮膚溫度降低引起平均戰(zhàn)栗強(qiáng)度以及戰(zhàn)栗模式（連續(xù)戰(zhàn)栗強(qiáng)度、爆發(fā)式戰(zhàn)栗頻率與強(qiáng)度）顯著增加。肌電圖分析發(fā)現(xiàn)在30 °C 時(shí)，個(gè)體優(yōu)先動(dòng)員上身核心肌群（如胸大肌和斜方肌），而在26 °C 時(shí)，個(gè)體大量招募強(qiáng)大的下肢肌群（如股四頭肌）參與產(chǎn)熱。有趣的是，女性在低溫下表現(xiàn)出更強(qiáng)的下肢肌肉招募，這可能是由于女性肌肉總量差異需要?jiǎng)訂T更多肌纖維補(bǔ)償。其次，在 26°C時(shí) 心肌的氧化代謝、灌注和底物攝取 顯著高于30°C 和室溫，提示心臟除了作為血液循環(huán)動(dòng)力器官也是冷刺激時(shí)的重要產(chǎn)熱器官。最后，作者監(jiān)測脂肪組織代謝。分析顯示棕色脂肪組織的氧化代謝和葡萄糖攝取在30 °C 時(shí)已被明顯激活，但在更低的26 °C 時(shí)并未進(jìn)一步升高。白色脂肪組織的脂解在冷刺激時(shí)升高，但 30℃與26℃ 并 無 差異。這些數(shù)據(jù)提示脂肪組織的產(chǎn)熱是“全或無”模式，不隨冷刺激強(qiáng)度升級。不僅如此，作者猜測可能存在交感神經(jīng)飽和機(jī)制，即只需最小閾值的冷刺激，就足以使支配脂肪組織的交感神經(jīng)釋放去甲腎上腺素并達(dá)到飽和受體的水平，從而最大程度激活下游信號。

綜上所述，這 項(xiàng) 研究 首次在人體中精確描繪出寒冷刺激時(shí)機(jī)體產(chǎn)熱的響應(yīng)模式，并發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)栗產(chǎn)熱隨冷刺激強(qiáng)度“漸進(jìn)”增加，而脂肪組織的非戰(zhàn)栗產(chǎn)熱則呈現(xiàn)“全或無”式的響應(yīng)模式，為理解人類體溫調(diào)節(jié)提供了全新范式。

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2025.06.010

制版人： 十一

參考文獻(xiàn)

1. Denis P, Blondin., Frédérique, Frisch., Serge, Phoenix., Brigitte, Guérin., éric E, Turcotte., Fran?ois, Haman., Denis, Richard., André C, Carpentier.(2017). Inhibition of Intracellular Triglyceride Lipolysis Suppresses Cold-Induced Brown Adipose Tissue Metabolism and Increases Shivering in Humans.Cell Metab, 25(2), 438-447. doi:10.1016/j.cmet.2016.12.005

2. Fran?ois, Haman., Olivier L, Mantha., Stephen S, Cheung., Michel B, DuCharme., Michael, Taber., Denis P, Blondin., Gregory W, McGarr., Geoffrey L, Hartley., Zach, Hynes., Fabien A, Basset.(2016). Oxidative fuel selection and shivering thermogenesis during a 12- and 24-h cold-survival simulation.J Appl Physiol(1985), 120(6), 640-8. doi:10.1152/japplphysiol.00540.2015

3. Sander L J, Wijers., Wim H M, Saris., Wouter D, van Marken Lichtenbelt.(2007). Individual thermogenic responses to mild cold and overfeeding are closely related.J Clin Endocrinol Metab, 92(11), 4299-305. doi:10.1210/jc.2007-1065

4. Kyle, Gordon., Denis P, Blondin., Brian J, Friesen., Hans Christian, Tingelstad., Glen P, Kenny., Fran?ois, Haman.(2019). Seven days of cold acclimation substantially reduces shivering intensity and increases nonshivering thermogenesis in adult humans.J Appl Physiol(1985), 126(6), 1598-1606. doi:10.1152/japplphysiol.01133.2018

5. John W, Castellani., Dean A, Stulz., David W, Degroot., Laurie A, Blanchard., Bruce S, Cadarette., Bradley C, Nindl., Scott J, Montain.(2003). Eighty-four hours of sustained operations alter thermoregulation during cold exposure.Med Sci Sports Exerc, 35(1), 175-81. doi:10.1097/00005768-200301000-00026

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