Cell Metab | 解密寒冷刺激的产热机制：战栗与非战栗产热的模式差异

撰文 | 风

事实上，生物的进化是与环境的对抗与妥协史。基于体温调节方式，动物可以分为恒温动物和 变温动物。 变温动物通过冬眠或者迁徙适应温度变化。恒温动物一方面可以通过迁徙、筑巢、运动和穿衣等行为抵御寒冷，另一方面依赖进化的产热增加和散热减少等机制维持核心温度。机体产热可以分为战栗产热和非战栗产热。战栗产热来自于骨骼肌不随意的和节律性的收缩将化学能转换为热能，而非战栗产热通过提升组织代谢获得热能，尤其是棕色脂肪组织和白色脂肪组织等。研究显示在寒冷刺激时个体产热量和战栗强度存在明显差异【1】。这种差异可能来源于遗传因素、环境适应以及刺激温度和方式等检测技术因素【2-5】。因此，目前对战栗产热与非战栗产热的协同关系及性别差异认知仍存在不足。

近 日 ， 加拿大舍布鲁克大学医院研究中心的 Denis P. Blondin 团队 在 Cell Metabolism 杂志 在线 发表 了 题为 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 。 该研究 通过闭环皮肤温度控制技术， 系统性探讨人体在冷刺激时不同产热机制的响应模式，揭示战栗与心肌氧化代谢是全身产热的核心因素，且随皮肤温度降低呈线性增加，而脂肪组织非战栗产热呈“全或无”的“阈值效应”，为人体体温调控的机制理解、冷适应训练和代谢疾病干预提供新的科学依据 。

为了标准化冷刺激，本研究采用闭环温度控制技术，通过计算机控制的液冷服精准维持皮肤温度在 30℃或26℃ ，消除传统冷却方式的温度波动误差。研究招募14名健康志愿者（男性8名，女性6名），并采用交叉实验设计方案减少个体差异。与此同时，团队使用全身能量消耗、表面肌电图（肌肉活动）、PET-CT 成像（棕色脂肪/心肌氧化代谢）和同位素示踪（糖/脂代谢）技术综合检测个体产热模式。首先，数据显示个体能量消耗随皮肤温度降低显著增加，且男女的相对产热并无性别差异。此外，战栗强度分析显示皮肤温度降低引起平均战栗强度以及战栗模式（连续战栗强度、爆发式战栗频率与强度）显著增加。肌电图分析发现在30 °C 时，个体优先动员上身核心肌群（如胸大肌和斜方肌），而在26 °C 时，个体大量招募强大的下肢肌群（如股四头肌）参与产热。有趣的是，女性在低温下表现出更强的下肢肌肉招募，这可能是由于女性肌肉总量差异需要动员更多肌纤维补偿。其次，在 26°C时 心肌的氧化代谢、灌注和底物摄取 显著高于30°C 和室温，提示心脏除了作为血液循环动力器官也是冷刺激时的重要产热器官。最后，作者监测脂肪组织代谢。分析显示棕色脂肪组织的氧化代谢和葡萄糖摄取在30 °C 时已被明显激活，但在更低的26 °C 时并未进一步升高。白色脂肪组织的脂解在冷刺激时升高，但 30℃与26℃ 并 无 差异。这些数据提示脂肪组织的产热是“全或无”模式，不随冷刺激强度升级。不仅如此，作者猜测可能存在交感神经饱和机制，即只需最小阈值的冷刺激，就足以使支配脂肪组织的交感神经释放去甲肾上腺素并达到饱和受体的水平，从而最大程度激活下游信号。

综上所述，这 项 研究 首次在人体中精确描绘出寒冷刺激时机体产热的响应模式，并发现战栗产热随冷刺激强度“渐进”增加，而脂肪组织的非战栗产热则呈现“全或无”式的响应模式，为理解人类体温调节提供了全新范式。

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

制版人： 十一

参考文献

1. Denis P, Blondin., Frédérique, Frisch., Serge, Phoenix., Brigitte, Guérin., Éric E, Turcotte., François, 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. François, 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., François, 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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