逆流热交换:血管形成的复杂网络有着逆流热交换的作用,当血液从双脚回流到身体时可以对其加热。如图所示的温度变化机制可以减少热损耗,从而节省大量的能量。
像海鸥和鸭子这样的鸟类可以忍受长时间站在冰上,这是由于局部异温性的缘故,即保持核心体温(指个体胸腔腹腔和中枢神经的温度也就是身体内部的温度,区别于外周体温)的前提下,肢体末端温度(外周体温)可以偏离核心体温。
要保持双脚整体的温度需要耗费大量的能量,因此鸟类选择让脚就这么冻着。在逆流热交换效应下,温暖的血液仍然会流到双脚,血液冷却后从脚内的静脉流回身体,而后聚集于动脉的血液加热后再流到脚内。如此循环,热量便从动脉转移到静脉。
逆流热交换效应对于保持核心体温非常高效。定期给双脚供血,只需要很少的一部分热量就可以避免脚被冻住。
鸟类的双脚主要由肌腱和骨骼组成,辅以少量的肌肉和神经组织,因此可以忍受低温而毫发无损。人类的双脚和鸟类差异很大(含有更多的肌肉和神经),因此逆流热交换效应并不足以避免我们的双脚冻伤。
尽管鸟类的核心体温达到38℃,但脚趾的表面温度仅仅比冰点稍高。但大多数鸟类脚上并不会生冻疮,因为它们脚内的细胞液含量稀少,并且血液循环速度很快,不会冻住。
虽然不清楚脚冷是否会困扰像欧绒鸭(Somateria mollissima)或者雪鹀(Plectrophenax nivalis)这样的在北半球高纬度生存鸟类,但可以确信它们脚内的疼痛神经受体很少,而且腿和脚的血液循环可以双管齐下——血液流入和流出双脚的血管彼此相邻,因此流回身体的血液会被流入双脚的血液加热(即上文提到的逆流热交换作用)。脚内刚冷却的血液可以减少热量流失,而流回身体的血液被提前加热,鸟类的身体也不会受冷。
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