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人體溫度降低 難道還是微生物的鍋?

http://finance.sina.com   2020年03月17日 18:35   北京新浪網

  來源:科學大院

  這段時間,因爲疫情,差不多全國人民都在測體溫,最近,國外人民也加入了測體溫的隊伍,很多國家開始爆發疫情,也都開始了體溫監測。

  在隔離期間,筆者測量了14天的體溫,基本上都是36.5℃,而同一個羣裏的羣友基本上都是這個水平,沒有超過37℃的。

  難道我們一直認爲的正常體溫37℃已經成爲了歷史?

  人類體溫一直在下降?

  還真是!2019年1月7日,美國斯坦福大學醫學院教授朱莉·帕森內特(Julie Parsonnet)團隊在《elife》發表了一項研究,他們發現自19世紀以來,成年人的平均體溫在持續下降,不到200年間下降了0.4℃,從37℃降到36.6℃。2017年,英國開展的一項研究分析了超過3.5萬名患者的25萬條體溫記錄,結果發現英國人的平均體溫爲36.6℃。

  美國的這個調查數據量更大,時間跨度也很長,他們使用了三個隊列的數據,共計50多萬人,包括:內戰的聯盟退伍軍人(23,710人;測量年代1860–1940),國家健康與營養檢查調查I(15,301人;1971–1975年)和斯坦福大學轉化研究綜合數據庫(150,280人;2007–2017年)。通過統計,他們在本世紀初出生的男性比19世紀初出生的男性體溫要低0.59攝氏度,這意味着每十年穩步下降0.03攝氏度。女性的體溫變化降幅也差不多,自19世紀90年代以來下降了0.32攝氏度。

 1840-1940年間的男性體溫變化(圖片來自:參考資料1) 1840-1940年間的男性體溫變化(圖片來自:參考資料1)
白人和黑人,男性和女性的體溫變化(圖片來自:參考資料1)白人和黑人,男性和女性的體溫變化(圖片來自:參考資料1)

  誰在控制我們的體溫?

  關於人類體溫下降的原因還沒有確切的說法,影響體溫的因素非常多。

  人是恆溫動物,理論上體溫是可以保持恆定的,但是,由於每個人的身體狀況不一樣,實際上體溫是一個變化範圍。

  體溫的調節是受大腦中特定的腦區控制的,初級(SI)和次級(SII)體感皮層可能會導致與溫度變化相關的感覺。扣帶回皮層中部的前部區域(aMCC)也涉及感覺過程,包括編碼溫度感覺的愉悅性或不適感,以及在控制自主神經反應中的作用。後扣帶回皮質(PCC)也與溫度變化的反應有關。

調節體溫的腦區(圖片來自:參考資料11)調節體溫的腦區(圖片來自:參考資料11)

  據報道,大腦的這些區域在持續的全身溫度變化下也會失活,比如長時間的升溫和冷卻過程中,大腦調控體溫的相關區域活化會失靈,體溫調控失靈,如體溫過熱會出現熱射病。

  能夠解釋體溫變化的外部因素可能是全球變暖。目前,全球氣溫一直在升高,據世界氣象組織發佈的數據,2018年全球平均溫度比1981~2010年平均值高出0.38℃,較工業化前(1850~1900年平均值)的水平高出約1.0℃;並且,2014-2018年是有完整氣象觀測記錄以來最暖的五個年份。

1850~2018年全球平均溫度距平(相對於1850~1900年平均值)(圖片來自:參考資料5)1850~2018年全球平均溫度距平(相對於1850~1900年平均值)(圖片來自:參考資料5)

  中國是屬於異常偏暖最明顯的國家之一。1951-2018年間,中國年平均氣溫每10年升高0.24℃,升溫率明顯高於同期全球平均水平。不知道中國人的體溫變化是不是跟美國人的一致,正好過去的幾個月全國進行了大範圍的測量體溫,有心的科研團隊應該已經抓住機會,收集全國的數據,來看看中國人的體溫變化,看這個氣溫變化趨勢,說不定,中國人的體溫比美國下降的還低呢。

1901~2018年中國和亞洲年平均氣溫距平 (相對於1981~2010年平均值)(圖片來自:參考資料5)1901~2018年中國和亞洲年平均氣溫距平 (相對於1981~2010年平均值)(圖片來自:參考資料5)

  氣候變化引起體溫下降的可能機制是,外部氣溫的增加有可能幫助人體節省了一部分能量消耗,人體不再需要這麼多的能量維持體溫了,基礎代謝也就隨之下降,體溫當然也會跟着降。當然,這只是猜測,還沒獲得驗證。

  除了氣溫的改變,人的生活環境實際上也在發生着劇變,特別是近一兩百年,隨着工業的發展,人類的生活習慣,生活環境也發生了巨大變化,比如空調的使用,居住條件的改變,衛生條件的大幅提高等,都有可能影響體溫。 

  體溫調節還可能跟微生物有關係。人在受到病原體感染時會通過提高體溫來應對感染,也就是我們說的“發燒”。有科學家認爲,隨着衛生、醫療和飲食條件的改善,現代人不會像過去一樣,容易染上各種炎症疾病,自然也不用爲了殺滅病原體而提高體溫。所以人類的體溫也跟着降低了。

  然而,筆者認爲這個解釋並不合理,因爲,殺死病原體的溫度並沒有改變,也沒有證據表明,現在的病原體可以耐受的溫度有所降低。隨着氣候變暖,病原體的耐溫能力應該升高才對。

  微生物和體溫的關係到底是什麼呢?

  腸道微生物的減少,加速人類體溫降低?

  工業化進程的加速,還導致了人體內腸道微生物的變化。

  抗生素的使用、衛生設施的加強和醫療化生產等消滅致病菌的手段拯救了無數人的生命,也改變了人們的生活方式。天然食品比例的降低,加工食品比例升高的飲食方式,嬰兒配方奶粉、現代藥物和衛生設施的使用等,都可以明顯的改變腸道菌羣組成。

工業化對人體微生物的影響(圖片來源:KELLIE HOLOSKI/SCIENCE, 8)工業化對人體微生物的影響(圖片來源:KELLIE HOLOSKI/SCIENCE, 8)

  腸道微生物已經與人類共生了數百萬年,經歷了成千上萬代的合作。現在,相對於“傳統”菌羣,“工業”菌羣微生物多樣性更低,數量更少。

  人類現在的生活方式,在幫助人抵抗病原菌的同時,也在傷害人本身的正常微生物。只使用5天環丙沙星就可以嚴重破壞腸道菌羣,殺死大量細菌,而要想恢復到用藥前的水平,則需要幾周甚至幾個月,還不一定能完全恢復。

  人們現在食用的幾乎都是無菌食品和水,這倒好了,一邊殺菌,一邊不給提供菌,這就減少了人體的菌羣數量。有研究發現,尼泊爾人和非洲的哈扎人,這些年生活方式的變遷,飲用水和食物的改變,已經導致腸道菌羣組成顯著改變,乾淨的食物和飲食干擾並加劇了某些細菌的消失。

  上世紀九十年代,人們已經注意到,如果把動物體內的微生物清除掉,動物的體溫都會下降。比如,研究發現無菌動物的體溫普遍比有菌時低大約2℃;如果用抗生素把兔子,老鼠和豬等動物的腸道微生物給殺死,它們的體溫都會下降1-2℃。

無菌動物的體溫更低(圖片來自:參考資料9)無菌動物的體溫更低(圖片來自:參考資料9)

  無菌動物體溫降低是被動的。有很多動物還可以主動調節體溫,比如冬眠的動物,在冬眠期間,它們的體溫會下降,同時代謝率會下降。有研究調查了松鼠,棕熊等冬眠動物的體溫,同時檢測了它們的腸道菌羣。結果發現,隨着體溫的降低,這些動物的腸道微生物也會跟着改變:比如細菌多樣性降低,厚壁菌門以及沙門氏菌等致病菌相對丰度下降,而擬桿菌的數量增加。

  與松鼠不同的是,冬眠的棕熊,腸道菌羣中的Verrucomicrobia菌幾乎完全消失了。這可能是因爲Verrucomicrobia菌(比如,著名的以腸道粘液爲食的阿克曼氏菌)在低至20℃的溫度下就能生長。也許,這些菌爲了維護宿主健康,主動退出了動物腸道,它們忍受不了長時間的冬眠。

 冬眠動物的微生物變化(圖片來自:參考資料6) 冬眠動物的微生物變化(圖片來自:參考資料6)

  增加微生物,就能升高體溫?

  在大約30年前,已經有人做過實驗,他們通過調控腸道微生物就能調控動物的體溫。

  他們分別給保持無菌狀態的小鼠接種了微生物,第一組接種了一億個大腸桿菌,第二組則是接種了處理後的腸道混合物。然後飼養幾周,測試它們的體溫。

  結果,發現,接種大腸桿菌對體溫沒有明顯影響。而使用了腸道微生物則會導致體溫迅速升高(下圖1)。與無菌對照相比接種了腸道微生物的小鼠體溫升高了0.5℃(下圖2),而常規小鼠的平均溫度比無菌小鼠的平均溫度高0.4℃。也就是說,接種腸道微生物就能把降低的體溫完全恢復過來。

 接種腸道微生物可以升高體溫(圖片來自:參考資料10) 接種腸道微生物可以升高體溫(圖片來自:參考資料10)

  人類也是如此嗎?

  這方面的研究還很少,也許通過提高微生物多樣性,增加某些微生物可以升高體溫,期待有興趣的研究人員能夠給我們證據。

  不過,這方面也有一些潛在證據。比如,2019年,中科院遺傳與發育生物學研究所的科學家們於《Cell report》發文,探究了腸道菌羣在激活棕色脂肪中的作用。棕色脂肪具有很好的產熱能力,這種非顫抖性的生熱能提高體溫。

UCP11基因參與了體溫調節(圖片來自:參考資料7)UCP11基因參與了體溫調節(圖片來自:參考資料7)

  棕色脂肪是近年來肥胖研究中的“超級明星”。在嬰兒的肩胛骨處,有很大一塊棕色脂肪組織。它的工作是吸收營養物燃燒能量,產熱以調節體溫。隨着嬰兒逐漸長大,棕色脂肪則漸漸變小,成人體內可能都消失了。

  2009年,首次證明,成人還保留了一點棕色脂肪,尤其在頸部、鎖骨、腎臟和脊髓等部位,只是並不太活躍,當身體變冷時就會被激活。大量研究證實,和瘦人、健康人相比,肥胖和糖尿病人羣身上更難發現棕色脂肪。

棕色脂肪分佈Labros Sidossis/Rutgers University(圖片來源:http://www.proteanservices.com/)棕色脂肪分佈Labros Sidossis/Rutgers University(圖片來源:http://www.proteanservices.com/)

  研究人員發現,當他們給小鼠服用抗生素“除掉腸菌”後,小鼠的棕色脂肪會受到損傷,產熱能力下降。沒有了腸菌的小鼠,UCP1基因的表達就不能增加,白色脂肪褐變的水平也降低了。2018年,有研究表明,如果給小鼠口服灌胃常見細菌的代謝物丁酸鹽後,這種損害得到了部分逆轉:丁酸鹽顯著增強了抗生素處理小鼠的棕色脂肪水平,增加了能量消耗,並部分逆轉了由於微生物羣耗盡而引起的產熱受損。

  這說明,調節腸道菌羣提高體溫還是很有希望的,至少補充微生物代謝物丁酸鹽就已經看到了趨勢,也許補充特定的微生物後,降低的體溫就能夠補回來。

  一個體重70KG的人,

  腸道微生物每小時可以產生70瓦熱量?

  對用微生物來提高體溫這事,還真有人認真探討過。以色列特拉維夫大學的Rosenberg, Eugene教授在2016年發表過一篇文章,在裏面詳細探討了腸道微生物與體溫的關係。像所有細胞一樣,微生物只要活着就會產生熱量,並且它們轉化熱量的效率比動物還要高。通常,微生物的熱量產生和生長速率成反比:生長越快,單位重量產生的熱量速率越低。

  微生物究竟能產多少熱量呢?據報道,使用微熱量計測量以葡萄糖爲底物的一種厭氧菌的生長後,算出細菌的比熱產生速率爲可以達到247毫瓦/克。花費的時間約爲4h,考慮到哺乳動物腸道細菌的平均倍增時間爲3h左右,因此,預計動物體內細菌的產熱量爲168±11mW/g。

  由於1W=0.24cal/sec,因此,腸道細菌估計平均產熱量爲168mW/g,相當於每g細菌0.0403cal/sec。人類結腸的常駐細菌的重量大約爲300g乾重(NIH人類微生物組計劃2012年估計值),這將產生約12cal/sec或43kcal/h的熱量。假設熱量散佈在70公斤體重的人身上,並且沒有熱量散失,則腸道細菌會使這個人的體溫升高約1.0°C/h。相比之下,一個人在靜止時產生的總測得熱量約爲1W/kg,對於一個普通人來說也就是70W,相當於60kcal/h。這幾乎佔到了靜止狀態時,人體約70%的體內熱量。也就是說理論狀態下,腸道細菌代謝產生的理論能量可以佔到人體能量的這麼多。

  當然,這只是理論推測,實際情況可能會有差異,不過,我們可以明確的是,對維持體溫這事,微生物似乎參與了不少工作。

  通過腸道菌羣調節體溫 非常有可能

  人類體溫降低這事有可能對人類健康不利。人體分泌的各類酶最適反應溫度大都是37℃,體溫的降低可能會降低人體代謝效率,增加能量攝入,還可能降低人體的免疫力,增加炎症風險。有研究發現,節食會降低體溫,但同時降低了代謝率,增加了脂肪存儲,節食過後,反而不利於減肥。

  目前,對於體溫降低對人體健康的影響的研究還很少,如果體溫降低確實影響了健康,那麼調節腸道微生物把體溫升上去也就具有了重要意義。如何調節?下面有幾個小建議:

  避免抗生素的濫用,它們會大幅度清除腸道微生物。

  避免過潔的生活習慣,人體微生物種類和數量的減少可能會導致體溫降低。

  補充多樣化的食物,因爲人體微生物的種類衆多,需要滿足它們的胃口就需要不同的食物。推薦每天食物種類超過12種,每週食物種類超過25種。

  儘量避免超加工食物,這些食物的特徵是已經看不出是什麼原料了,並且裏面可能添加了大量的防腐劑,保鮮劑,調味劑,這些成分有可能傷害腸道微生物。

  適當攝入膳食纖維含量高的食物,膳食纖維是腸道微生物喜歡的食物。

  多進行戶外活動,環境中有大量的微生物,這些微生物都有可能是人體微生物的成員。同時,環境中的溫度變化也有助於人體的溫度調節機制的正常。

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