人体温度调节机制与失温|代谢率|失温|热能

我们今天一起来学习一下运动生理学之

------温度调节（Temperature Regulation）

如果我们的体温升高到45摄氏度，酶中的蛋白质结构会遭受破坏，进而无法使细胞转换能量（ATP），将导致细胞坏死，最终造成个体死亡；

如果体温降至34度以下，则会造成代谢迟缓与心脏功能异常（arrhythmias）,也可能造成死亡。

由此我们可以得知，人与许多动物终其一生，体温仅维持在那些容许存活的温差内。因此，为了使得生命得以延续，体温调节必须遵循合理的调控机制，我们是---Homeotherms（恒温动物）。

1927年D.B.Dill（1891-1986）与研究团队首先在哈佛疲劳实验室（Harvard Fatigue Laboratory）进行了多项有关人体与热压力的研究。

发现人类的温度从核心温度（深层核心区：心脏、肺脏和腹部器官）到体表温度二者存在着显著的梯度。研究发现核心温度有可能高于体表温度高达20摄氏度之多，但是大多数理想状况下梯度差约为4摄氏度左右。人类发明了很多办法测量核心温度，最常见的是水银温度计（mercury thermometers）以及热敏电阻（thermistors），比较狠的有吞服核心温度测量丸（ingestible core temperature pills）等，测量位置多为直肠、鼓室、食道等。

所以我们现在生活中遍布的红外体温测量仪仅仅测试的是皮肤温度，而皮肤温度与核心温度的差值，往往也是一项研究工作，因为这反映着身体热散失的状态。如果更加严谨一些，还有一个计算公式：

皮肤平均温度=（额温+胸温+前臂温+大腿温+小腿温+腹部温+背部温）➗7

热产生与热散失效应（Overview of Heat Production /Heat Loss）

正如我们所知，人类虽然是恒温动物，但是环境可不恒温，所以我们需要调节。人体的体温调节器在脑部下视丘（hypothalamus）的区域。

热是如何产生的？代谢。

我们在休息与睡觉时产生的热量很低（够用就好）。但是剧烈运动中则会产生大量的热能。身体会通过两种方式产生热能（1）主动运动。（2）非自主性（颤抖或因甲状腺素与儿茶酚胺等激素分泌所导致的生化热产生）生热。（图一）

图一

人体在运动过程中，有70%-80%的能量消耗会产生热能，最多只有20%-30%被利用于身体活动。所以人在从事激烈运动中的热负荷是非常大的，如果长时间在湿热的环境中运动，这对于人体散热能力是极大的考验。

同样暴露在严寒环境中的身体，为了增强热效应的产生，会不知不觉的出现寒颤现象。处于严寒环境中的人体寒颤产能是休息时的5倍还多。此外，甲状腺释放甲状腺素也会增加代谢率，进而提高人体所有细胞的代谢率（产热）。最后，增加血液中的儿茶酚胺（肾上腺素与正肾上腺素）的量，同样也会造成细胞代谢率的提升。

热量如何消失的呢？

4个途径：（1）辐射（2）传导（3）对流（4）蒸发。

前三种是通过皮肤与环境之间的温差。最后一种称之为蒸发作用（evaporation），即便在安静的状态下，蒸发作用都会占到热散失的25%。蒸发作用是来自于皮肤与空气之间的蒸发压力梯度来完成的（vapor pressure gradient）。而运动中体温高于正常值时，神经系统会刺激汗腺（sweat glands）分泌汗液到皮肤表层，进而蒸发并将热能带出体外，于是皮肤温度下降。

皮肤的汗液蒸发受到3种因素的影响：（1）环境（即温度与相对湿度）。（2）身体周边的对流作用。（3）暴露环境中的皮肤面积。高温环境中的热蒸发取决于相对湿度（RH）的高低，当湿度接近100%时，人体是无法散热的，反之低湿度状态下散热功能是最高效的。

在冷环境下的运动（Exercise in a Cold Environment）

综上所述我们说的体温过低（hypothermia）是指核心温度的大幅下降。

长时间在寒冷气候中的运动，例如：铁人三项，或是长时间在冰冷的水温中游泳，将导致人体无法抵抗持续不断的热散失。严重的体温过低现象会导致判断能力的散失进而增高致死率。

在低温环境中从事运动的选手会面临如下一些问题，如运动时双手暴露于低温过久，因而造成双手的麻木现象。这是因为神经传导速率的降低，以及血管收缩从而降低了血流量，这样的结果必然会使得身体灵活度降低，进而导致运动控制障碍，进而产生对身体的支配能力下降，比如更容易崴脚、投掷与接抛动作变形等。此外皮肤暴露在严寒中时，更加容易造成冻伤的情况发生，严重者需要医疗行为支持。

失温是有梯度量表的，这个量表是通过判定核心温度来确定的：

轻微失温

35摄氏度---最大颤抖
34摄氏度---记忆丧失，缺乏判断力

中等失温

33摄氏度---运动能力失调，无情感
31摄氏度---声音颤抖，瞳孔放大
29摄氏度---无意识

严重失温

28摄氏度---心室纤维颤动
26摄氏度---对痛觉无反应
24摄氏度---低血压，心跳减缓
19摄氏度---脑电波无法探测
13.7摄氏度---成人可存活最低体温
*详情请参阅美国运动医学会（American Collage of Sport Medicine）以及美国运动伤害防护协会（Natoinal Athletic Trainers'Association）的声明。

风冷指数（Wind Chill Index）

正如您所知，热散失的速率在任何温度下与风速有直接的相关性。风会增加冷空气分子与皮肤的接触比例，进而加速热量的流失。所以人们用风冷指数来表达温度与风速合并之后对于温度的影响（图二）。

图二

WV=风速（米/秒）；10.45为常数，33是33摄氏度，皮肤温度；Ta=环境干燥球的温度。

此公式被用了很多年，但是后来美国气象局又重新提出了一个更加直观的量表（大家可以横屏观看）（图三）（Http：www.crh.noaa.gov/dtx/New_Wind_Chill.php）。

图三

还有一个重点是---水

热能在水中的传递速度是空气中的25倍，因此在相同的温度下，在水中流失的的体温是空气中的25倍。所以泰坦尼克沉没的数小时就会造成大面积的死亡。与空气不同最大差异是水会使得皮肤与水之间没有隔绝的空间，所以热能会迅速的散失。反过来理解泡温泉的时候热能上升的比大部分运动都快得多。

那么无敌的脂肪能保住我们的热能么？

Phgh与Edholm's通过测量与观察发现，一个“胖”的人可以在16摄氏度的水中游泳7个小时而核心体温无变化。而一个“瘦”人会在30分钟之后核心温度就降到了34.5摄氏度。所以较胖的人确实更“保温”。

文章来到最后---失温处理（Dealing with Hypothermia）

体温下降时，人体进行协调性的运动能力下降，言语不清，判断力受损。正如前面提到的，有人可能死于失温。当发生此情况时必须予以处理。以下标准步骤来自于美国运动训练协会（NATA）的声明：