|
【画船听雨眠的回答(35票)】: 我们的皮肤对温度的感知能力来自于分布在表皮下的温度感受器。 不仅仅是皮肤，粘膜和内脏也分布有温度感受器，所以我们的口腔、食道等都能感知温度。 人体不同区域温度感受器的分布不同，所以不同部位对温度的感受也有差异。 温度感受器是个很奇妙的东西。它除了感受温度外，还和痛觉有关，所以温度过高会让我们感觉“痛”（比如烫）；也和味觉有关，所以我们对不同的食物有着不同的温度偏好（比如热咖啡、冰啤酒）。 既然我们通过这些广泛分布的温度感受器来感知温度，那么这些温度感受器是什么？ 从生物学的角度来看，这些温度感受器是一类特殊的离子通道（一种蛋白质）——瞬时受体电位通道（TRP channel）。 比如下图所展示的是TRPV1的结构，当温度超过43℃的时候，这个离子通道会打开，引起一系列反应，最终通过神经电流传递到神经中枢，我们也就感知了这个温度。  图-1 TRPV1结构图-1 TRPV1结构 这个离子通道可能许多人都听说过，它和痛觉有关，还和我们对辣的的感知关系密切。 目前人们对温度感受器的研究并不完善，已经鉴定出来的出来的和温度感受相关的例子通道主要有六个，它们的分布和对温度的反应有所差异，也有部分重合：  可以看出不同的温度感受器响应的温度范围包含了冷、凉爽、温暖、热等四种主要感受。 下面一个最重要的问题就是，这些温度感受器是如何响应不同温度的呢？ 关于这些感受温度的离子通道如何被冷或热激活目前还是一个无法很好地回答的问题，不同的离子通道受温度调控的方式也有所不同。 关于TRPV1和TRPM8的研究提供了TRP离子通道被温度激活的一个假说。 TRPV1和TRPM8是电压门控的离子通道，也就是膜内外的达到一定的电势差的时候，离子通道会打开，而温度则会影响影响这两个离子通道的电压门控激活曲线。比如在42℃下，激活TRPV1的电压更接近正常生理条件下膜内外的电势差，从而打开的频率更高；而在较低温度下，TRPV1需要较高的电压才能将其激活，从而TRPV1打开的频率就很低。因而温度可以通过调控==影响TRP离子通道电压门控的激活阈值来调控TRP离子通道。 下面是在不同温度下，TRPV1达到最大打开频率的二分之一所需要的电压：  图-2 不同温度下的V1/2 而人的神经纤维的静息电位一般为-70～-90mv，可以看出在40~45℃时，TRPV1的V1/2正好在该范围内。 到这里，还有一个问题是虽然这些温度感受器能够受到不同温度的激活，但我们是如何区分在同一感受范围内的温度差异的？ 实际上虽然TRP离子通道受到某一温度的激活，但是在低于这些温度时，这些离子通道也有一定程度的激活，并且在不同温度下，这些离子通道被激活的频率也有所不同。 TRPV1的激活温度时≥42℃，下图展示的是在不同温度下，TRPV1的电压激活曲线，也就是不同电压下，TRPV1打开的频率。  图-3 TRPV1在不同温度下的激活曲线图-3 TRPV1在不同温度下的激活曲线 由于正常生理条件下静息电位在-70～-90mv，所以我们只需要看-100mV附近TRPV1打开的频率。可以看出在35℃的时候TRPV1也有明显的激活，但是42℃TRPV1的打开频率更高。 这些负责温度感受的离子通道在不同的温度下会有不同程度的激活，从而产生不同的动作电位，最终传递到神经中枢。对于这些各种不同的电信号的组合，我们的大脑可以很容易的分辨出来，我们也就能够区分不同的温度了。 但是有一点值得注意的是，我们对温度的感受是有一定精确度的，我们并没有能力区分十分细微的温度差异，我们也无法凭感觉判断自己所处的具体温度。 参考文献： Dhaka A, Viswanath V, Patapoutian A (2006) TRPion channels and temperature sensation. Annual Review of Neuroscience 29:135–161 Voets,T.; Droogmans, G.; Wissenbach, U.; Janssens, A.; Flockerzi, V.; Nilius, B. Theprinciple oftemperature-dependent gating in cold- and heat-sensitive TRP channels. Nature2004, 430, 748–754 Wetsel WC)Sensing hot and cold with TRP channels. NorthAmerican Hyperthermia Group 201127(4):388–398 【MeowDemi的回答(13票)】: 皮肤温度感受器是一个蛋白质结构，在受热后能量提高得以变形，打开离子通道产生神经电流，所以我们才感受到热。这不只是物理层面上分子运动这么简单了，而是一个化学反应速度和最低能量槛的表现。 【FengYang的回答(4票)】: 谢邀。 温度是物理学中的一个基本概念，最开始是在热力学第零定律中规定的，处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度。而温度相等是热平衡之必要的条件。 从分子动理论的角度来看，温度其实表征了热力学系统中分子（也可以推广为所有微观粒子）的平均动能。分子平均动能（热激发能）正比于  ,其中  为波尔兹曼常数，  为热力学常数。也就是说，温度越高，分子热运动越剧烈。当分子热运动能为0时， ，即为绝对零度（0K= -273.15℃），热力学第三定律说明了绝对零度只能无限逼近，不能达到。由于量子效应，绝对零度不是没有能量，还有真空零点能。 至于温度与熵的关系，可以用克劳修斯的公式：  ，  为系统的熵变化，  表示系统获得的热量，这里用 表示这个量不一定是可积分的。热力学第二定律昭示孤立系统的熵不可能减少。后来统计物理才揭示了熵的物理意义——系统的无序程度，用公式表示为 ，其中 表示系统微观量子态的总数目。熵其实表征系统宏观态出现的概率，熵增加原理本质上是概率法则在起作用，即自然界的自发倾向总是从宏观概率小的状态向宏观概率大的状态过渡，系统只会自己变得越来越乱。一般而言，温度越高，热运动越剧烈，系统也就越混乱，熵也就越大（注意这里只是一般而言，并不能因此就说温度完全由熵来决定）。但当系统的温度升高到一定程度（无限高温）之后，随着温度的升高，熵会由极大值减小，也就是说系统会变得越来越有序，正如一个系统已经乱的不能再乱了这时候再打乱它就等于让它有序化，这就出现了负温度的情况。负温度不是比绝对零度要低，而是比无限高温度还要高。 其实人一般能感受到的是身体与外界及身体各部分之间的热交换。当身体与外界或者身体各部分之间温度不同时，就会发生热量交换，人能感受到热量流入或者流出，所以就能感到凉热了。 至于皮肤对温度感知的具体机理，就是生物学研究的问题了。 以上就是我对温度的一些理解，不知道能不能对题主以及邀请者有所帮助，欢迎大家批评指正。 【厄运之眸的回答(3票)】: 谢邀。 温度的实质前面几位朋友讲得很好，我以前也不太明白。那么我来用微不足道的专业知识试着说说人体如何感受温度。 一般认为，温度觉的产生是人体内两种温度感受器的存在引起的。 不同于节肢动物（它们的感受器是把突起伸向表皮细孔中的初级感觉细胞），对于人类，卢芬尼小体（Ruffini’s body）被认为是温感受器（warmth receptor）或是温器官，它们在温度升高时发放频率增加；而克劳斯（Krause）小体（球状小体）则被认为是冷感受器（cold receptor）或冷器官，它们在温度降低时发放频率增加。前者形大，呈树枝状分布的游离神经末梢，位于皮肤的较深部（300余微米），后者呈小柱形结构，位于皮肤浅层。 皮肤和舌的上表面上有这两种温度感受器，呈点状分布，冷感受器多于温感受器（面部皮肤上冷感受器每平方厘米约有16~19个，而温感受器只有几个）。温度感受器将皮肤及外界环境的温度变化传递给体温调节中枢。人类在实际生活中，当皮肤温为30℃时产生冷觉，而当皮肤温为35℃左右时则产生温觉。腹腔内脏的温度感受器，可称为深部温度感受器，它能感受内脏温度的变化，然后传到体温调节中枢。 两种感受器适宜的刺激都是热量的变化，即皮肤上热量丧失或获得的速率。因此，当手与温度同样都是10°C的铁块和木材接触时并不感到同样的冷，而是铁块更冷些，因为铁块的热容大，传热快，从皮肤上带走热量更快些。 而感受温度的分子机制，我赞同@Meow Demi和 @画船听雨眠 。较高或较低的温度会激活细胞膜上的一些离子通道，即一些由蛋白质形成的微小孔洞。它们控制特定化学物质流入或流出神经，产生电信号。至于化学物质是什么，我还不太清楚，个人认为还是钠钾泵的作用。 【吴昊昊的回答(2票)】: 首先说温度是分子的不规则运动是错误的。 这也是初高中物理教学中几个很让人影响深刻的误导概念。 嘛，要说温度要先知道熵是什么啦。 在统计学上熵简单来说就是系统的不规则度，进一步准确的说是一个系统内出现各种微状态的可能性，可能性越多，熵越大。 比如投硬币这个事件的熵值就比投骰子的熵值小。（这里栗子不是很圆润，但是能帮助更好的理解熵的概念，免得温度没有说清楚，熵的概念还搞乱了） 真要说熵是什么的话，就只能看数学公式了 如 @王力乐 同学而言的公式。在系统内粒子数和系统体积不变的情况下，温度是和熵以及系统中的热量决定的。 其中又要说明一下： E=U+W， E是系统的总能量，W是系统做的热功，U（也可以写做Q）就是系统内的热量。 所以呢，结论是什么呢？ 温度并不是分子的内能热运动。温度的实质是一个系统无序性和所持能量的体现；或者你也可以把温度理解为是一个系统能量传递的度量：系统做功与否，熵值如何都会影响到温度。 ———— 至于皮肤感知温度的这个问题，就要召唤学生物的小伙伴了，物理狗表示无能为力（顿时感到科学的复杂和美丽啊～～）：） BTW： 虽然温度有国际标准单位，但是还是不要把它当成和米啊，千克之类一类的东西，这两类单位的定义方法至少在定义它们的时候是完全不同的。 【李双林的回答(0票)】: 从物理角度来讲，温度是反映系统熵滴物理量。通俗点讲就是反映系统的有序性程度，是一盘散沙还是排成一队或者一个方针。 【李道兵的回答(0票)】: 对于气体来说，温度体现了分子的动能的平均值，同时温度又决定了分子在各种能级的分布情况，具体看看这本书好了，李政道写的。 【水赛兰的回答(0票)】: 谢邀。我们说的温度是物体冷热的程度，那这个程度怎么造成就是分子热运动的剧烈程度。关于我们皮肤如何感知这个分子热运动的程度，是靠细胞表达的感知温度的基因，如TPRV3的编码基因。当膜蛋白TPRV3表达感受到温度后打开离子通道，使离子通过，产生信号，传递给大脑，我们就感知到温度了。 【林则徐是我偶像的回答(0票)】: 谢邀，温度不是分子无规则的运动；皮肤感知温度排名前几位的朋友已经回答，就不多说了 【长辰化的回答(0票)】: 泻药。。。但是看前面几位的答案已经非常全面了，再回答也是重复了。。。。处女答竟然是捏个样子滴。。。但是还是非常肥肠泻药滴。。。 【pengchen的回答(0票)】: 一般人可以简单的理解为，皮肤感受的冷或者热，其实就是热量从身体表面流逝速度的快或者慢，流逝的越快，就感觉越冷，反之如果成了净流入，那就是快熟透了，皮肤不能直接感受到温度，想象一下大冬天里零下几十度的，放在屋外的铁坨子和木头块，温度都一样，哪个你敢摸呢？ 【史小样的回答(0票)】: 谢谢邀请，俺来晚了，前面的大婶们已经回答的非常清晰了，我就不班门弄斧了。 【杜爱玲的回答(0票)】: 前面的各位朋友已经从物理学，化学，生物学各个角度解释了温度感知的问题。在神经生物学上真正的感知来自中枢神经系统的神经元对信号的分析处理并合理输出，在信号传入以及传出的过程中，其形式有很多种，各种类型的神经递质，或者电信号等等。简而言之，我认为温度感知其实是生物体对能量作出的反应。 【知乎用户的回答(0票)】: 微观粒子的动能 【王力乐的回答(4票)】: 你管什么叫温度的实质都行，但一个比较好的定义方式是 。这就不一定跟分子的“热运动”有关了。 一般情形下，皮肤不能直接感受温度，只能感受热流，这与接触皮肤的东西与皮肤的温度差有关，但也与其他很多东西有关。这就得请生物和医学相关的人来回答了…… 原文地址:知乎 |
|
|
