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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(黄色箭头)机制可以减少热损耗,从而节省大量的能量。
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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(的前提下,肢体末端温度可以偏离核心体温。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。
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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。
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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。
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虽然不清楚脚冷是否会困扰像欧绒鸭或者雪鹀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。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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