Physiology · 8.10
温度受容器。体温調節。皮膚循環の調節。
Thermoreceptors. Thermoregulation. Regulation of the circulation of the skin.
🧠 体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）は「コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）（固定されたセットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）37℃）」と「皮膚循環（cutaneous circulation、可変な熱交換インターフェース）」の2層構造である。 視床下部はサーモスタットthermostatサーモスタット（thermostat）thermostat（サーモスタット）として中枢受容器（コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）を直接検知）と末梢受容器（TRPチャネルtransient receptor potential channelTRPチャネル（transient receptor potential channel）transient receptor potential channel（TRPチャネル）、セットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）を修飾）の両方から入力を受け、SYM（交感神経、sympathetic）活動の増減という単一のレバーを介して血管収縮/拡張・発汗・戦慄を統合的に制御する。
温度受容器
前外側路lateral pathway外側路（lateral pathway）lateral pathway（外側路）（脊髄視床路、spinothalamic tract）が温度感覚（＋痛覚）の伝達を担う。熱・痛覚感知線維は自由神経終末free nerve ending自由神経終末（free nerve ending）free nerve ending（自由神経終末）であり、自由神経終末free nerve ending自由神経終末（free nerve ending）free nerve ending（自由神経終末）を特定の感覚に特化させるのはTRP（transient receptor potential）チャネル——高温・酸性pHにより開口する陽イオンチャネルcation channel陽イオンチャネル（cation channel）cation channel（陽イオンチャネル）である。皮膚の正常温度（34℃）を基準に、外気・物体温度との差から生じる温度感覚を3クラスの非適応性受容器non-adapting receptor非適応性受容器（non-adapting receptor）non-adapting receptor（非適応性受容器）が認識する。
| 受容器クラス | 線維 | 受容体 | 感受温度 | 活性化物質 |
|---|---|---|---|---|
| 冷受容器cold receptor冷受容器（cold receptor）cold receptor（冷受容器） | Aδ線維A-delta fiberAδ線維（A-delta fiber）A-delta fiber（Aδ線維）（有髄myelinated有髄（myelinated）myelinated（有髄）、伝導速度conduction velocity伝導速度（conduction velocity）conduction velocity（伝導速度）速い） | TRPM8 | ≤28℃ | メントールmentholメントール（menthol）menthol（メントール） |
| 冷受容器cold receptor冷受容器（cold receptor）cold receptor（冷受容器） | Aδ線維A-delta fiberAδ線維（A-delta fiber）A-delta fiber（Aδ線維） | TRPA1 | <17℃ | ニンニク・大根（侵害性冷感cold sensation冷感（cold sensation）cold sensation（冷感）） |
| 温受容器warm receptor温受容器（warm receptor）warm receptor（温受容器） | Aδ＋C線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維）（C線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維）は低感度・低速） | TRPV4 | ≥27℃ | — |
| 温受容器warm receptor温受容器（warm receptor）warm receptor（温受容器） | Aδ＋C線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維） | TRPV3 | ≥34℃（正常皮膚温） | カンフルcamphorカンフル（camphor）camphor（カンフル） |
| 熱侵害受容器heat nociceptor熱侵害受容器（heat nociceptor）heat nociceptor（熱侵害受容器） | C線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維）（無髄unmyelinated無髄（unmyelinated）unmyelinated（無髄）、低伝導速度conduction velocity伝導速度（conduction velocity）conduction velocity（伝導速度）） | TRPV1 | ≥43℃ | カプサイシンcapsaicinカプサイシン（capsaicin）capsaicin（カプサイシン） |
| 熱侵害受容器heat nociceptor熱侵害受容器（heat nociceptor）heat nociceptor（熱侵害受容器） | C線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維） | TRPV2 | ≥52℃ | — |
⭐ スポーツ外傷に冷罨法cold pack冷罨法（cold pack）cold pack（冷罨法）を用いる理由は、冷刺激cold冷刺激（cold）cold（冷刺激）が二次痛覚過敏secondary hyperalgesia二次痛覚過敏（secondary hyperalgesia）secondary hyperalgesia（二次痛覚過敏）を減弱させニューロンの興奮性を低下させ、疼痛を緩和するためである。
逆説的冷感覚paradoxical cold sensation逆説的冷感覚（paradoxical cold sensation）paradoxical cold sensation（逆説的冷感覚）：温度は実際には熱いのに冷たく感じる現象。例えば熱い風呂に足を入れた瞬間、最初は冷たく感じ、その後実際には熱いと気づいて足を引く。この機序は温度感覚を媒介する線維の性質による——熱・侵害性温感覚はC線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維）（無髄unmyelinated無髄（unmyelinated）unmyelinated（無髄）、低伝導速度conduction velocity伝導速度（conduction velocity）conduction velocity（伝導速度））が媒介し、冷感cold sensation冷感（cold sensation）cold sensation（冷感）覚はAδ線維A-delta fiberAδ線維（A-delta fiber）A-delta fiber（Aδ線維）（有髄myelinated有髄（myelinated）myelinated（有髄）、高伝導速度conduction velocity伝導速度（conduction velocity）conduction velocity（伝導速度））が媒介する。脚からの熱感覚が皮質に達するのに約1秒かかるのに対し、冷感cold sensation冷感（cold sensation）cold sensation（冷感）覚ははるかに速く（ほぼ瞬時に）伝わる——つまり冷感cold sensation冷感（cold sensation）cold sensation（冷感）覚は熱感覚の一部として先行するに過ぎない。
体温調節
体温は全身で均一ではない。脳・心臓/胸腔・腹腔はコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）37℃を維持するが、涼しい環境では皮膚・四肢はコアより低温になり、温暖な環境（例：30℃）では身体の広い部分がコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）に近づく——体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）は可変な環境下でコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）を守るために重要である。
コア温度
37℃はCNS（中枢神経系、central nervous system）にコード化された「セットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）」であり、身体が維持しようとする最適温度である（サーモスタットthermostatサーモスタット（thermostat）thermostat（サーモスタット）、thermostatのように機能する）。生命維持にはコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）が30〜42℃の範囲にある必要がある。
| コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度） | 主な影響 |
|---|---|
| <30℃ | 心機能への影響が最も顕著（心臓は寒冷に最も敏感）→各種不整脈 |
| >42℃ | 脳機能への影響が主体→異常反射の出現、CNS機能障害によりさらに体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）が破綻する |
体温を上昇させる機序
① 化学的熱産生chemical thermogenesis化学的熱産生（chemical thermogenesis）chemical thermogenesis（化学的熱産生）：生体の代謝が化学的熱を産生する。
| 種類 | 内容 |
|---|---|
| 非戦慄性熱産生nonshivering thermogenesis非戦慄性熱産生（nonshivering thermogenesis）nonshivering thermogenesis（非戦慄性熱産生） | 褐色脂肪組織brown adipose tissue褐色脂肪組織（brown adipose tissue）brown adipose tissue（褐色脂肪組織）（brown adipose tissue、専業の熱産生組織、新生児に多い）＋主要臓器（心臓・腎臓・肝臓・脳、高いBMR（基礎代謝率basal metabolic rate (BMR)基礎代謝率（basal metabolic rate (BMR)）basal metabolic rate (BMR)（基礎代謝率）、basal metabolic rate）がコア体温に寄与）。成人ではベージュ脂肪細胞beige adipocyteベージュ脂肪細胞（beige adipocyte）beige adipocyte（ベージュ脂肪細胞）が優位 |
| 戦慄性熱産生shivering thermogenesis戦慄性熱産生（shivering thermogenesis）shivering thermogenesis（戦慄性熱産生） | 骨格筋が担う。コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）低下時に戦慄反射shivering reflex戦慄反射（shivering reflex）shivering reflex（戦慄反射）が誘発され、小さな震え運動→筋活動増加→熱産生 |
② 物理的熱獲得：皮膚温（34℃）より高い気温を要するため、暑熱環境でのみ有効。
体温を低下させる機序
① 物理的熱放散physical heat loss物理的熱放散（physical heat loss）physical heat loss（物理的熱放散）（受動的過程、環境と身体間の温度勾配で決まる。熱は高温側から低温側へ移動する）：
| 様式 | 内容 |
|---|---|
| 対流convection対流（convection）convection（対流） | 風による冷却——移動する空気が放射熱を除去する |
| 伝導 | 直接接触による熱の移動 |
| 放射 | 電磁放射electromagnetic radiation電磁放射（electromagnetic radiation）electromagnetic radiation（電磁放射）の放出 |
② 蒸発evaporation蒸発（evaporation）evaporation（蒸発）：水の蒸発evaporation蒸発（evaporation）evaporation（蒸発）による熱喪失。温度勾配ではなく空気中の湿度に依存する。
| 種類 | 内容 |
|---|---|
| 不感蒸泄insensible perspiration不感蒸泄（insensible perspiration）insensible perspiration（不感蒸泄） | 調節不能な必須の熱喪失——呼吸（15%）＋皮膚（85%）を通じて1日約1Lの水分が蒸発evaporation蒸発（evaporation）evaporation（蒸発） |
| 発汗（有感蒸泄、sensible perspiration） | 調節可能 |
熱平衡
体温上昇過程と低下過程は釣り合わなければならない——化学的熱産生chemical thermogenesis化学的熱産生（chemical thermogenesis）chemical thermogenesis（化学的熱産生）＝物理的熱放散physical heat loss物理的熱放散（physical heat loss）physical heat loss（物理的熱放散）。断熱insulation断熱（insulation）insulation（断熱）（脂肪組織・衣服・体毛）は寒冷時にはコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）を保護し熱放散を減らすが、温暖時には逆効果になりうる——ただし皮膚循環の調節機構regulatory mechanisms調節機構（regulatory mechanisms）regulatory mechanisms（調節機構）により、皮膚への血流増加increased blood flow血流増加（increased blood flow）increased blood flow（血流増加）が体から環境への熱移動を可能にする。
皮膚循環
皮膚循環は安静時100〜300 mL/分だが、暑熱環境では8 L/分まで増加しうる。
| 尖端皮膚acral skin尖端皮膚（acral skin）acral skin（尖端皮膚） | 非尖端皮膚non-apical skin非尖端皮膚（non-apical skin）non-apical skin（非尖端皮膚） | |
|---|---|---|
| 部位 | 無毛部：掌・口唇・鼻・耳・指先 | 有毛部：体表の大部分 |
| 特徴 | 動静脈吻合arteriovenous anastomosis (AVA)動静脈吻合（arteriovenous anastomosis (AVA)）arteriovenous anastomosis (AVA)（動静脈吻合）を持つ——動脈系と静脈系を直接連結couple直接連結（couple）couple（直接連結） | AVAなし、動脈は基礎緊張basal sympathetic tone基礎緊張（basal sympathetic tone）basal sympathetic tone（基礎緊張）が高く神経緊張は低い |
| 神経支配 | SYM支配、基礎緊張basal sympathetic tone基礎緊張（basal sympathetic tone）basal sympathetic tone（基礎緊張）により収縮。NE（ノルエピネフリンnorepinephrineノルエピネフリン（norepinephrine）norepinephrine（ノルエピネフリン）、norepinephrine）などの血管収縮物質に高感受性 | 汗腺が存在（コリン作動性cholinergicコリン作動性（cholinergic）cholinergic（コリン作動性）SYM支配、mAChR（ムスカリン性muscarinicムスカリン性（muscarinic）muscarinic（ムスカリン性）アセチルコリン受容体cholinergic receptorコリン受容体（cholinergic receptor）cholinergic receptor（コリン受容体）、muscarinic acetylcholine receptor）） |
| 機能 | SYM活動亢進で収縮→体熱を保存 | 通常のSYM活動 |
皮膚血流の調節因子
- 血管収縮：寒冷環境で血流減少（<7 mL/分、SYM緊張亢進）——熱を保存
- 血管拡張：温暖環境で血流増加increased blood flow血流増加（increased blood flow）increased blood flow（血流増加）（>100 L/分、SYM緊張抑制）——熱を放散。汗腺の活性化が血管拡張性vasodilatory血管拡張性（vasodilatory）vasodilatory（血管拡張性）物質を産生する
- 情動：血管拡張機序で説明される、CNSによる皮膚循環への影響（特に顔面）——恐怖→皮膚循環不良で蒼白、恥ずかしさ→皮膚循環増加で紅潮flushing紅潮（flushing）flushing（紅潮）
発汗のメカニズム
汗腺は非尖端皮膚non-apical skin非尖端皮膚（non-apical skin）non-apical skin（非尖端皮膚）に存在し、発汗量は空気の湿度に依存する。汗はタンパク質を含まない低浸透圧性液体hypotonic fluid低浸透圧性液体（hypotonic fluid）hypotonic fluid（低浸透圧性液体）である。
flowchart TD
A["一次分泌（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='acinar cell'>腺房細胞</span>）：血漿に近い組成（Na⁺/Cl⁻高い）"] --> B["Na⁺/K⁺/2Cl⁻<span class='jp-term jp-term-diagram' title='cotransporter'>共輸送体</span>で基底外側から<span class='jp-term jp-term-diagram' title='net ion flux'>イオン流</span>入"]
B --> C["Cl⁻輸送体でCl⁻を管腔へ、傍細胞Na⁺輸送＋経細胞水輸送"]
C --> D["二次再吸収（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='duct cell'>導管細胞</span>）：Na⁺再吸収（<span class='jp-term jp-term-diagram' title='aldosterone-dependent'>アルドステロン依存</span>性）"]
D --> E["Cl⁻は<span class='jp-term jp-term-diagram' title='electrochemical gradient'>電気化学的勾配</span>に従い再吸収"]
E --> F["水の再吸収なし→最終的な汗は低浸透圧性"]汗のイオン組成は流量に依存する：高流量high flow高流量（high flow）high flow（高流量）では[Na⁺]・[Cl⁻]が高く（二次再吸収の時間が不足するため）、低流量では低くなる（再吸収がより効果的に行われるため）。嚢胞性線維症ではCl⁻チャネルが機能せず、汗中の[Na⁺]・[Cl⁻]がともに高値となる。
発汗の血管拡張機序
SYMコリン作動性cholinergicコリン作動性（cholinergic）cholinergic（コリン作動性）支配：ACh（アセチルコリン、acetylcholine）→PLC（ホスホリパーゼCphospholipase CホスホリパーゼC（phospholipase C）phospholipase C（ホスホリパーゼC）、phospholipase C）活性化→Ca²⁺シグナル→カリクレインkallikreinカリクレイン（kallikrein）kallikrein（カリクレイン）産生→ブラジキニンbradykininブラジキニン（bradykinin）bradykinin（ブラジキニン）→皮膚局所血管の拡張。つまり発汗が活性化されると皮膚循環も同時に活性化される。
体温調節の中枢
視床下部が最も重要な調節中枢regulatory center調節中枢（regulatory center）regulatory center（調節中枢）である——局所的な血管収縮を刺激する「寒冷中枢」と血管拡張を刺激する「温熱中枢」を持つ。
| 受容器 | 局在 | 役割 |
|---|---|---|
| 中枢受容器 | 視床下部・肝臓・脊髄骨髄など深部 | コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）の変化を感知——最も重要な温度受容器thermoreceptor温度受容器（thermoreceptor）thermoreceptor（温度受容器） |
| 末梢受容器 | 皮膚・口腔など | 気温を検出。TRPチャネルtransient receptor potential channelTRPチャネル（transient receptor potential channel）transient receptor potential channel（TRPチャネル）ファミリーに属し皮膚温を感知。セットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）値を修飾し、コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）に影響する |
温暖環境での調節
- 断熱insulation断熱（insulation）insulation（断熱）の減少
- 血管運動vasomotor activity (vasomotion)血管運動（vasomotor activity (vasomotion)）vasomotor activity (vasomotion)（血管運動）活性の低下（SYM緊張↓）→血管拡張
- 発汗運動sudomotor activity発汗運動（sudomotor activity）sudomotor activity（発汗運動）活性の増加→発汗の活性化
- 複雑な行動変化（より涼しい場所へ移動する等）
寒冷環境での調節
- 物理的熱放散physical heat loss物理的熱放散（physical heat loss）physical heat loss（物理的熱放散）の減少→SYM活動増加による皮膚血管収縮で断熱insulation断熱（insulation）insulation（断熱）を強化
- 化学的熱産生chemical thermogenesis化学的熱産生（chemical thermogenesis）chemical thermogenesis（化学的熱産生）の増加（SYM反応）：骨格筋活動増加（戦慄・運動）、甲状腺（緩徐な効果）、褐色脂肪組織brown adipose tissue褐色脂肪組織（brown adipose tissue）brown adipose tissue（褐色脂肪組織）（成人では主にベージュ脂肪組織Beige adipose tissueベージュ脂肪組織（Beige adipose tissue）Beige adipose tissue（ベージュ脂肪組織））
⚠️ 飲酒は血管拡張を引き起こし、末梢温受容器warm receptor温受容器（warm receptor）warm receptor（温受容器）が活性化されてセットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）が低下する——結果として、環境が寒冷であるにもかかわらずコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）がさらに低下しうる。
体温調節が破綻したときの病態
| 病態 | 機序 |
|---|---|
| 熱疲労heat exhaustion熱疲労（heat exhaustion）heat exhaustion（熱疲労） | 高温による血管拡張＋発汗増加→循環血液量減少hypovolemia循環血液量減少（hypovolemia）hypovolemia（循環血液量減少）、Na⁺・Cl⁻喪失→低浸透圧性循環血液量減少hypovolemia循環血液量減少（hypovolemia）hypovolemia（循環血液量減少）→CO（心拍出量、cardiac output）低下・BP（血圧、blood pressure）低下＝循環性ショックcirculatory shock循環性ショック（circulatory shock）circulatory shock（循環性ショック）。水分・電解質の補給が必要 |
| 高体温症hyperthermia高体温症（hyperthermia）hyperthermia（高体温症） | 発汗が効果を失いコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）が上昇→CNS機能障害→体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）能がさらに低下→さらなる体温上昇→致死的になりうる |
| 発熱 | 高体温症hyperthermia高体温症（hyperthermia）hyperthermia（高体温症）とは異なり体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）は機能しており、セットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）値自体を上昇させることで生じる。発熱物質pyrogen発熱物質（pyrogen）pyrogen（発熱物質）（外因性：細菌/ウイルス、内因性：免疫系細胞）により誘導される |
| 低体温症hypothermia低体温症（hypothermia）hypothermia（低体温症） | コア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）低下→心機能障害（不整脈）→致死的になりうる |
まとめ
- 3クラスの非適応性non-adapting非適応性（non-adapting）non-adapting（非適応性）温度受容器thermoreceptor温度受容器（thermoreceptor）thermoreceptor（温度受容器）（冷：TRPM8/TRPA1、温：TRPV3/V4、熱侵害：TRPV1/V2）が皮膚正常温34℃を基準に温度感覚を担い、逆説的冷感覚paradoxical cold sensation逆説的冷感覚（paradoxical cold sensation）paradoxical cold sensation（逆説的冷感覚）はAδ線維A-delta fiberAδ線維（A-delta fiber）A-delta fiber（Aδ線維）（冷、速い）とC線維C fiberC線維（C fiber）C fiber（C線維）（熱、遅い）の伝導速度conduction velocity伝導速度（conduction velocity）conduction velocity（伝導速度）差から生じる。
- 体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）はコア温度core temperatureコア温度（core temperature）core temperature（コア温度）37℃という固定セットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）を中枢受容器・末梢受容器（TRPチャネルtransient receptor potential channelTRPチャネル（transient receptor potential channel）transient receptor potential channel（TRPチャネル））からの入力に基づき視床下部が維持する系であり、化学的熱産生chemical thermogenesis化学的熱産生（chemical thermogenesis）chemical thermogenesis（化学的熱産生）（非戦慄性・戦慄性）と物理的熱放散physical heat loss物理的熱放散（physical heat loss）physical heat loss（物理的熱放散）（対流convection対流（convection）convection（対流）・伝導・放射・蒸発evaporation蒸発（evaporation）evaporation（蒸発））のバランスで成り立つ。
- 皮膚循環は尖端皮膚acral skin尖端皮膚（acral skin）acral skin（尖端皮膚）（AVA、SYM支配、体温保存の血管収縮）と非尖端皮膚non-apical skin非尖端皮膚（non-apical skin）non-apical skin（非尖端皮膚）（汗腺、コリン作動性cholinergicコリン作動性（cholinergic）cholinergic（コリン作動性）、血管拡張による熱放散）に機能分化しており、情動もこの血管拡張/収縮機序を介して皮膚循環に影響する。
- 発汗は一次分泌（血漿様組成）と二次再吸収（アルドステロン依存aldosterone-dependentアルドステロン依存（aldosterone-dependent）aldosterone-dependent（アルドステロン依存）性Na⁺再吸収、水の再吸収なし）の2段階で生成され、嚢胞性線維症ではCl⁻チャネル異常により高濃度Na⁺・Cl⁻の汗となる。
- 体温調節thermoregulation体温調節（thermoregulation）thermoregulation（体温調節）破綻の病態は熱疲労heat exhaustion熱疲労（heat exhaustion）heat exhaustion（熱疲労）（循環血液量減少hypovolemia循環血液量減少（hypovolemia）hypovolemia（循環血液量減少））・高体温症hyperthermia高体温症（hyperthermia）hyperthermia（高体温症）（調節機構regulatory mechanisms調節機構（regulatory mechanisms）regulatory mechanisms（調節機構）自体の破綻）・発熱（セットポイントset pointセットポイント（set point）set point（セットポイント）の意図的intentional意図的（intentional）intentional（意図的）な上昇）・低体温症hypothermia低体温症（hypothermia）hypothermia（低体温症）（心機能障害）に分類され、発熱と高体温症hyperthermia高体温症（hyperthermia）hyperthermia（高体温症）は「調節が機能しているか」で本質的に区別される。