人体代谢与体温在线视频

同学们大家好

今天我开始给大家讲第四讲

人体对热湿环境的反应

这一讲由我和曹彬老师来给大家讲

本讲有六部分内容

第一部分是人体对热湿环境反应的

生理学和心理学基础

包括人体热平衡

温度感受系统与调节系统

热感觉与热舒适

后面五部分分别是

人体对稳态热环境的反应

人体对动态热环境的反应

其他热湿环境的物理度量

热环境与工作效率

以及二节点模型

曹彬老师将为大家介绍后面四个部分

首先我要给大家介绍的是

人体对热湿环境反应的

生理学和心理学基础

人体靠摄取食物维持生命

食物在人体中分解氧化

释放出热量

维持人体的代谢需求

那么 人体的基本生理要求

就是维持体温基本恒定

在这里我们要经常用到

代谢率Metabolic Rate这个概念

就是人体新陈代谢反应过程中

能量释放的速率

这是人体与环境之间热交换的一个示意图

可以看到红色部分表示的身体

皮肤层与服装

人体内部进行能量代谢M

做功消耗掉了一部分W

剩下的就变成了热量

需要往外散

这些热量一部分会通过呼吸排出去

大部分都会在身体的表面

通过与空气的对流换热

与环境表面的长波辐射换热

以及出汗蒸发散发到外界

人体的产热量和散热量的热平衡方程

就可以表示成这种形式

代谢率M

减去人体做的功W

人体对外界的对流散热量C

对外界的辐射散热量R

汗液蒸发与呼吸散热量E

以及人体的蓄热率S

最终等于0

要维持体温基本恒定

这个蓄热率S就应该是0

这个公式中各项

都是以单位人体皮肤表面积的

产热和散热来表示的

那么人体皮肤表面积到底是多少呢

比较经典的是DuBois于1916年

提出的经验公式

根据这个公式我们可以算出

一个身高1米78 体重65kg的人

皮肤的表面积大约为1.8平米

人体各部分的温度是不一样的

肝脏的温度最高

一般维持在38℃

而皮肤的温度会比较低

尤其是肢端的温度会比较低

暴露的皮肤受外界环境温度的影响很大

比如暴露在冷空气中的手

和泡在热水里面的手

表面温度会差得很远

但是由于有血液循环把热量全身输送

使得身体各部分的温差不至于太大

无论体表温度如何改变

身体深部组织的温度却必须接近稳定

才能保证健康

这个温度称作核心温度

往往在医学上用于判断健康情况

核心温度在昼夜之间

有不超过1℃的周期性波动

可以通过腋温 口温和肛温

来进行间接测量

只有在科学研究中

通过吞入无线温度传感器

才能测出真正的人体核心温度

所以 我们把人体温度分为两个主要部分

来进行考虑

一是核心温度

Core temperature

二是表层温度

Shell temperature

核心层通常包括

脑 脊椎 心脏 肝脏 消化器官等内脏部分

体外能够测到的最接近核心温度的

就是直肠温度了

而表层通常指的是皮肤表面

到10mm以内的部分

通常包括皮肤 皮下脂肪和表层的肌肉

这是人体在不同环境温度下的

温度分布的示意图

我们可以看到无论是在偏冷的环境

还是偏暖的环境

人体的核心部分温度都是不变的

但是表层温度有很大的变化

在偏冷的环境里人体的表层温度比较低

或者说低温的区域比较大

而在偏暖的环境里

人体表层的温度也会比较高

低温的区域也变小了

由于人体表层的温度分布很不均匀

在科学研究中

只能通过测量人体的皮肤温度来进行推算

为了测出人体的平均皮肤温度

从而确定人体的平均体温

有很多学者提出了多点测量皮肤温度

并进行加权平均的测量法

如果人体热平衡方程中的蓄热项S不为零

人的体温就不能维持稳定

如果S是正值

体温就会上升

达到一定程度

人体就会感到不舒适

这个图中的温度计左侧是非病理状态下

正常人的体温

右侧是病理状态下人的异常体温

人体在正常静息状态下

体温应该在36~38℃之间

超过这个范围就不正常了

例如高于38℃就是发烧了

而在人进行激烈运动的时候

体温达到38~40℃也是正常的

但是人的体温高于40℃

就属于体温过高

会出现中暑的危险

如果体温控制不住继续上升

就会危及生命

导致死亡

一般认为人的最高致死体温为45℃

人体蓄热率S为负值

达到一定程度人会感到不适

甚至会导致生病

皮肤温度下降

是导致人感到不舒适的直接原因

但核心温度下降

就会导致更严重的生理异常

体温降到36℃以下就属于体温过低了

降到34℃以下时

就会产生健忘 口吃

和定向障碍等严重症状

再继续下降就有可能导致死亡

但医学上有低温麻醉 冬眠疗法等措施

所以目前还不能确定人的最低致死体温

但一般认为这个温度不能低于20℃

正常情况下人的核心温度是稳定的

影响人的热舒适感的主要是皮肤温度

下面看看人的皮肤温度

对人体热感觉的影响

从这里我们可以看到

人在静坐时感到不冷不热的情况下

平均皮肤温度在33~34℃之间

超过34℃就会有热的感觉了

低于31℃的时候就会感觉到冷得很不舒服

但如果你是在进行跑步

或者其他的健身运动

低一些的皮肤温度

反而会使人感到更舒适

如果皮肤温度达到39℃

人就不止是感到热

而且还会感到痛了

所以洗浴的时候接触到人体的热水温度

往往不能高于41℃

就是为了避免使得人的皮肤温度过高

而感到不适

尽管在寒冷环境下人的裸露部分

如手的温度会降得比较低

但是如果局部皮肤温度降到25℃

就会出现麻木的感觉

是应该避免的

这是几张红外摄像仪拍摄的

人体皮肤温度分布图

中间这张图是颜色越浅温度越高

其他几张图的冷色调的是低温部分

暖色调的是高温部分

可以看出人体头颈表面温度最高

躯干其次

四肢较低

但其分布又受环境空气温度 着装

和脂肪分布的影响

裸露的皮肤

往往比着装覆盖部分皮肤温度低

脂肪比较厚的部位皮肤温度也比较低

这是一个人体皮肤温度分布的测试结果

这是在环境空气温度26℃

受试者穿着短袖长裤

和凉拖鞋的情况下测试的

这也是大家很熟悉的

夏季空调比较舒适的状态

从这里我们可以看到

这个实验测量了9个部位的皮肤温度

最高温度发生在前额

平均皮肤温度是通过这九个点加权求得的

这里就是这九个点的权重系数

最后计算出来的平均皮肤温度是33.7℃

受试者感到不冷不热