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走路和跺脚为什么能够使脚温暖? 精选

已有 4359 次阅读 2018-1-9 08:28 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦| 能量, 三九天, 走路, 脂肪细胞, 鞋跟

走路和跺脚为什么能够使脚温暖?

老温:嘿!老华!

老华:你好!散步呢?

老温:是啊!太阳这样好,走走。一起走!

老华:时间很快,小寒都过好几天了。

老温:三九四九冰上走。一年之中,最冷的几天往往就是从小寒到大寒半个月。

老华:现在生活条件好,房子保温性能好,肚子里又有东西,感觉到一个冬天也很快就能够过去的。

老温:小时候觉得冬天特别冷。我记得我那个小学是庙里的房子,又暗又四面透风,到冬天上课真是冷。

老华:我上的小学也是庙改的,是冷。下课时,同学们到处乱跑、乱跳,在墙角乱挤,很热闹。上课时最冻脚。有的同学脚实在冻得受不了,就乘老师在黑板上写字的时候,偷偷地跺脚。有一次,大家都偷偷地跺脚,老师就说,现在大家一起跺一会儿,跺完了就好好上课,不许再跺了。于是大家一起跺脚,真热闹。

老温:跺脚就能够使脚略微暖和一点,起来走走就更不容易冻脚。是不是由于血液流通更快?血带来了更多的热?

老华:走一走,跺一跺,使得心跳加快,血液循环更快一点的肯定的。但是并不是带来热量那么简单的事情。心跳加快,全身的血液循环都加剧,好像没有听说我们的血管系统有这样的控制机关,光加剧腿上脚上的循环。更重要的是,血液能够带多少一点热啊?动脉血与静脉血的温差没有多少。所以,简单地用血液带来热肯定不能解释走路或跺脚能够使脚暖和的问题。

老温:那你说该怎么解释呢?

老华:我们来说说我们的脚吧!我们的脚,有骨头,有肌肉,有皮肤。在脚底,还有一层脂肪垫,特别在脚跟和脚掌部分,脂肪垫还是很厚的。脚趾头的底下也是。手上也有,掌根和手掌前沿、边沿也都还有一些,只是不像脚上那样多而厚。所谓手指肚里也有它。

老温:那是脂肪啊?我以为是肌肉呢。

老华:那里的脂肪,显然与肚皮上的脂肪不一样。在脂肪垫里,脂肪细胞被紧紧地包裹在强劲而密集的网状胶原之中。

老温:我猜出来了,这可以在皮肤和骨头中间形成的缓冲。这样我们在走路的时候就不是骨头贴着皮肤直接着地,这对皮肤和骨头都是保护。

老华:不错,这些被包裹在网状胶原蛋白中间的脂肪细胞,就像千千万万个很结实的气球(气球里装的是气体,脂肪细胞里装的是脂肪)。气球一压就会扁一些,松开,就复原了。脂肪垫在骨头与皮肤之间起到很好地缓冲作用。

我们来看看走路过程中能量的变化。

我们在走路或跺脚的时候,踩下去,脂肪细胞被压缩。用中学物理里面讲的道理,这个过程,是脚向下运动的动能,转化为被压缩的脂肪细胞的势能。

由于脂肪细胞有复原的倾向,脂肪垫有向上的力作用于骨头,又有作用于地使自己向上弹起的力。我们抬腿的过程,不但有肌肉向上拉的力,也有脂肪垫的弹力。这个过程中,被压缩的脂肪细胞的势能将转变为脚向上运动的动能。

老温:这个能量的转换过程,是不是与拍皮球中的过程很相似?

老华:是的,整个走路的过程,与向地上拍球一拍一弹的过程有相似的地方。正是这样的能量转换(动能变势能,势能又转化为动能),帮助我们的腿一上一下地运动。但是,这个过程中动能和势能的相互转化,其效率并不是百分之百的。

老温:你把转化效率这个问题再解释一下。

老华:我们往地下拍皮球,拍下去使皮球压缩,然后弹起来。如果皮球的气打得不足,那么弹起来就要可能不够高。这是因为气体并没有足够压缩,也就是动能并没有完全转化为势能。脂肪细胞的压缩也是如此。因此,上面所说的动能-势能-动能的这种机械能的转化并不是百分之百的,而是要打一个折扣。大概最多百分之七十。

老温:还有百分之三十哪里去了?

老华:这就是我们要说的主题了,这约百分之三十的能量就转变成了热。也就是说,提高了脂肪细胞的温度,然后又传递到脚的各处去,使我们感到温暖。

老温:这些能量是从哪里来的?它不可能凭空产生。

老华:当然不可能凭空产生。这原始的动能是从哪里来的?那是我们的脚在往下踩,抬起来,再往下踩……。也就是说,这是我们的肌肉在一伸一缩。

我们的腿部肌肉为什么能够一伸一缩,归根结底,那还是血液给它们带来了葡萄糖和氧气。葡萄糖和氧气发生了氧化反应,当然这不是直接的燃烧,而是在人体的温度下,由酶帮助下进行的较为复杂的生物化学反应。但最后的结果是

葡萄糖 +氧气 二氧化碳 + 水

在这个反应的过程能够放出能量,供肌肉的伸缩运动。

老温:我知道了,还是血液带来了能量,不过并不是直接的“热血”造成了脚的温暖,而是血液带来了“燃料”和氧气,从而使肌肉运动。而肌肉的运动,通过了主要是脚部脂肪垫的压缩和复原,从而产生热,使得脚部的温度得以保持。

老华:这是一个走路或跺脚使得脚部保持温暖的主要过程。所以,这里涉及到的有葡萄糖、蛋白质、脂肪等化学物质。葡萄糖是“燃料”。肌肉的主要成分中是蛋白质,足垫的主要成分是脂肪细胞,这里的脂肪不是可能被作为燃料使用的脂肪,而是被胶原蛋白包裹好的脂肪细胞,它是作为结构组织的一部分。也就是说,我们人体的脂肪(“甘油三酯”),不光可以作为燃料,也有一些是机体的结构组织。

老温:那我们还是要好好保护这些组织的。

老华:你说的对,很多老年人常常足跟痛,其可能的原因之一,就是这些足跟脂肪垫出了毛病。由于这些脂肪组织内的毛细血管很细很少,所以一旦出了毛病,受到了损伤,其修复非常困难。所以,我们一定要好好保护好这些组织。

老温:有些什么办法来保护呢?

老华:最重要的办法就是选择好鞋子。过去,我们中国人经济条件不好,人们穿自己做的布鞋,这种布鞋现在还有些人喜欢穿,说是透气,但是,它的最大缺点就是鞋底太薄太硬而且无根,走路时对脚跟的伤害大。现在的鞋如运动鞋就比较适合我们的生理特点。鞋要有高度和软硬合适的鞋跟,使得足弓能够起作用,走路时能够减少足跟的受力,从而在一定程度上保护了足跟脂肪垫。

老温:这是一个重要的知识,过去人们不大注意,还以为足跟痛是老年人必定的事情,看来还真是一个问题。

老华:好,今天我们就聊到这里?

老温:好的,再见!




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