皮膚被熱水燙傷有怎樣的微觀機制？

01-06

我們知道溫度是衡量組成系統的微觀粒子的平均熱運動的量。更高溫的水意味著更高速的水分子的平動動能(液體不考慮分子間振動)，高溫的水接觸到皮膚也就意味著更高速的水分子在撞擊皮膚。粗略情況下，可以根據能量均分定理得v**2正比於溫度T，照此90度的水並不會比30度的水平動動能大多少。那麼高溫的水是怎麼快速破壞皮膚組織的？
對於高溫固體，有更強的原子振動，有更多的聲子傳遞能量。被固體和液體燙傷有啥不一樣？

1. 題目描述中的動能是想說因為水分子熱運動，進而導致一些化學鍵斷裂，引起細胞的結構破壞和壞死么？

2.首先明確我們正常的生命活動是依賴於蛋白和細胞的。

細胞是組成我們的最小生命活動單元，本身具有損傷修復機制。

蛋白質是生命活動的表現，也就是外在表象，受到細胞本身的調節，從而表現出不同的功能。

3.蛋白質的變性和失活

蛋白質本身是具有複雜的空間構象的，具有三維結構內在靠化學鍵，氫鍵，范德華鍵等維繫，一個氨基酸的改變就可導致蛋白質的空間構象改變從而導致蛋白質性質發生改變。

蛋白質在一定條件下發生空間結構的改變，即可導致變性，依據程度的不同分為可逆變性，不可逆變性。並不需要外界分子的直接撞擊破壞蛋白質的結構，其內部本身就具有內在的穩定平衡機制，在輸入外界能量的情況下，這個穩定機制被打破，蛋白質即失活。

可逆的變性，指在一定條件下，蛋白質沉澱，但是空間結構不改變，當撤去變性條件後，蛋白恢復活性。例如鹽析，在高濃度鹽中蛋白質變性沉澱，但加入適量水使鹽溶液濃度降低時，蛋白質又溶解，恢復活性。
不可逆的變性，指在一定條件下蛋白質的空間結構改變，即使撤去了變性條件，蛋白活性依然無法恢復。例如高溫加熱使蛋白失活後，降低溫度蛋白仍然無活性。

4.細胞的功能維持依賴於蛋白的作用

細胞本身需要多種蛋白質維持正常的功能，尤其是膜結構的穩定，在細胞膜上存在大量的離子泵（本身就是一種蛋白質），如Na+-K+-ATP泵，不斷泵出細胞內的Na+，泵入細胞外的K+，維持細胞的張力和代謝功能。當這個離子泵功能失活，即可導致細胞水腫，壞死，繼而引發炎症反應。當然，在損傷不嚴重的情況下，細胞具有一套自我修復的能力，將細胞膜上失活的蛋白通過泡飲作用自噬，送至分解代謝的場所（溶酶體）進行分解，另外合成新的蛋白質來替換失活的蛋白。

5.高溫燙傷嚴重程度取決於接受熱量的程度，這和接觸面積，接觸時間均有關係。在接觸高溫熱源過程中，正常有神經的高等生物均會產生本能防禦機制，即逃避反射來躲避熱源，然而熱液損傷通常是潑，這樣接觸面積較大，而且液體具有一定粘附性，無法立即擺脫，所以持續傳遞熱量。而固體通常情況下和皮膚接觸面積有限（炮烙之刑除外），並且可以快速擺脫，故人體接受到的總熱量有限。

6.我們機體是一個有血管的系統，外界刺激引發炎症。

具有血管系統的活體組織對損傷因子所發生的防禦反應為炎症

因此，初期致傷因素作用以後，我們很快感覺到疼痛，繼而出現典型的紅腫熱痛表現。這取決於上面所說的蛋白質變性程度和細胞結構的完整程度，當細胞結構破壞引起壞死後會釋放炎症因子，這會激發下一步的炎症反應。根據臨床上燒傷分級，受累的程度越深，受到波及的細胞越多，炎症反應越重。

這裡包含生理學問題，單純理解為物理問題可能欠妥，表皮上層是有很多內部包含大量脂類並有蛋白質細胞骨架連接細胞縫隙的層角質死細胞構成，本身是凹凸不平的，下方是表皮基質的活細胞，再下面才是帶有幹細胞和血管的真皮。

固體接觸表皮的面積是有限的，熱運動只直接傳遞給表層，液體對錶皮凹凸不平的結構具有一定「侵襲」能力，對蛋白骨架也有破壞作用，擴大間隙以後會進一步侵入，化學成分為脂類溶劑的液體由於可以直接溶解角質層的脂類而「侵襲」能力更強。

在一個中間只有薄膜的袋子，一邊裝上高溫水，另一邊裝上常溫水，很快兩邊的水就都變成平均溫度，水的流動性反而增加了這個交換效率。

細胞內主要成分是水，而細胞的正常功能依賴生理功能的蛋白質構象，蛋白質構象需要蛋白質周圍的「水分子籠」一起維持，低溫燙傷的情況下，高溫液體的振動傳遞向細胞內，細胞內的水分子的平均動能也增加，蛋白質變性，細胞正常功能被破壞，人體細胞最適合溫度在37—38℃，超過40℃大部分蛋白質的生理功能就喪失了，有些物種的基礎體溫高，蛋白質可以維持到接近50℃，再高就無法維持了。

而較高溫的燙傷，快速傳熱就像加熱一個裝滿水的塑料袋，不用到達水的沸點，少部分氣化的水就已經使細胞膜結構損壞了。

而更高的溫度下，高溫液體以及被加熱的細胞組織成分之間就會直接發生化學反應。固體燙傷乾熱下水分蒸發，組織會碳化。而如果是某些化學成分的液體，或者固體是某些金屬，高溫下還會與生物組織發生各種「奇怪」的反應。。。

即使液體會有流動性和蒸發等各種因素損耗熱，但在溫度沒有高於角質層脂類和皮下脂肪熔點的較低溫度下，同等溫度、同等比熱容的液體和固體在表皮上接觸同等時間，恐怕還是液體的燙傷更嚴重。更高的溫度就沒什麼區別了。

這個問題看起來就覺得疼，不能換成其它表面嗎，非要說皮膚。。。

第一問：更高溫有更強的穿透力，從表層加溫組織後進一步向深部傳導。人體組織最適溫度為37-38℃，加溫的結果是破壞細胞完整性導致細胞死亡裂解，隨溫度溫度升高甚至脫水碳化。深ⅲ度燒傷可以傷及骨頭。

第二問：固體呈物型皮損，邊界清晰。

液體皮損形態不規則。

至於效力？可能意義不大，因為表層細胞原位崩裂，組織大量實體成分損傷後作為支架，內部並不直接接觸高溫物體而是依賴熱傳導。