運動過程中機體體表溫度的變化情況

楊海蘭

(蘇州大學體育學院 江蘇蘇州 215000)

20世紀初,國外就開展了關于人體熱舒適方面的研究。丹麥Macpherson定義了影響熱舒適感覺的六個因素：空氣溫度、流動速度、濕度、平均輻射溫度、新陳代謝率和衣服熱阻。人體與外界接觸的皮膚表面,溫度和濕度即是影響熱舒適的直觀感覺[1]。

國內學者研究了安靜和無輻射的情況下氣溫、氣流、氣濕等因素對皮膚溫度的影響規律,對溫度醫學、人體熱調節及個體調溫裝備做了廣泛的研究[2]。

從國內、外的研究中可以看到，學者都對體表溫度做了大量研究,但處于運動狀態下機體的體表溫度相關研究并不多。本文以高、低兩種負荷為運動條件,對人體體表溫度的變化進行了探究,旨在為熱生理、熱環境、個體調溫裝備的應用及服裝的熱濕舒適性提供理論基礎。

1 實驗對象與方法

1.1 測試對象

本實驗以在校大學生自愿者為研究對象。受試者均身體健康,神經、循環、內分泌、骨骼肌等系統無疾病,軀干及四肢無損傷史。

表1 受試者基本情況(±S)

表1 受試者基本情況(±S)

身高(cm) 體重(kg)174.2±12.7 70.1±13.4

參加實驗前,受試者對實驗的動作規范及測試流程充分地了解。測試前24h內避免劇烈運動,常規飲食及睡眠,嚴禁吸煙喝酒。受試者基本情況見表1。

1.2 測試儀器與環境

1.2.1 測試環境

整個測試過程在現代絲綢國家工程實驗室的恒溫恒濕人工氣候室進行,測試時室溫22℃,濕度30%RH,風速約0.09m/sec。

1.2.2 主要實驗器材

MONARK839E車式測功計,可以做恒功率和恒力距測試。AMI人體著裝舒適性生理量測試系統由日本AMI Techno Co.LTD開發,溫度傳感器的精度可達到0.1℃,最短間隔是1ms。

采用日本AMI人體著裝舒適性生理量測試系統的溫度傳感器測試體表溫度,測點布置如下：C——側乳頭正上方2cm處;D——側側上臂中外1/3;H——側大腿前部1/3;J——側側小腿前部1/3。

1.3 測試方法

圖1 運動過程中C點(胸部)在高低強度下體表溫度的變化

1.4 數據的統計分析

運動過程中C、D、H、J四點皮膚表面溫度的變化,采用描述性統計方法。

運動過程中不同時刻相對于運動初始狀態的變化情況,應用Microsoft Excel 2007及SPSS 19.0軟件對實驗數據進行配對樣本T檢驗,所有統計數據以平均值±標準差(±S)表示,顯著性水平為P<0.05,極顯著性水平為P<0.01。

2 研究結果

圖2 運動過程中D點(上臂)在高低強度下體表溫度的變化

運動過程中C、D、H、J四點體表溫度的變化過程。為避免個體差異,提高數據的精準性,實驗數據采用差值的形式表示,即各個時刻體表溫度與初始狀態的差。

由圖1可知,5min準備活動期間,高低兩種強度下C點的體表溫度差異不是很大,正式運動5～10min,高強度下胸部溫度先下降后上升;低強度則恰好相反趨勢。運動15～25min,兩種強度下溫度均上升,高強度更加明顯。

從圖2可以看出,準備活動期間上臂溫度基本無變化,整個運動過程中,兩種強度下的皮膚溫度均呈下降趨勢,且高強度的更加明顯。

圖3 運動過程中H點(大腿)在高低強度下體表溫度的變化

圖4 運動過程中J點(小腿)在高低強度下體表溫度的變化

由圖3可知,H點體表溫度在整人運動過程中持續升高,但是低強度的皮膚溫度較安靜狀態下降,高強度的值一直上升。

從圖4可見,J點低強度下體表溫度低于安靜狀態,且緩慢下降,高強度時皮膚溫度在1～10min時下降,15～20min之間持續上升,20～25min保持不變。

3 討論與分析

運動準備活動期間,C點(胸部)體表溫度變化平緩,原因可能是準備活動時負荷過低,機體以輕松的狀態蹬踏功率車,做功量相對較低,產生的熱量很小。運動5～15min高低強度的體表溫度均有所下降,此現象的機制尚不清楚,可能原因是：機體體表溫度與氣候室的設定溫度之間存在溫度梯度,皮膚表面與空氣進行了熱傳遞[4]。運動15～25min期間,體表溫度明顯上升,且與強度成正比,此階段肌肉大量做功,產生的熱量隨時間傳遞到體表,致使皮膚溫度明顯上升[5]。

D點在運動開始階段溫度幾乎無變化,原因同C點。運動5～25min時,體表溫度持續低于安靜狀態,可能是由于機體與氣候室22℃左右溫度梯度較大,此時主要以輻射、傳導的形式向外進行熱傳遞[6]。蹬踏功率車時,下肢傳遞到上肢的熱量不足以抗衡與空氣熱傳遞的熱量。

整個運動過程中,低強度下H點體表溫度相對于安靜狀態先下降后上升,產生這一現象的原因可能是低強度下肌肉做功較少,產生的熱量不多,加上人體與環境之間的熱傳遞作用,不足以使大腿1/3處的體表溫度上升[7]。高強度下,H點在運動10～25min的體表溫度持續上升,下肢大量做功,產生的熱量傳至體表,溫度上升[8-9]。

運動過程中,J點體表溫度在低強度下呈下降趨勢,可能由于些時肌肉做功量較少,機體體表的熱量傳送到空氣中,導致溫度下降。高強度運動中,下肢做功產生大量熱量,體表溫度上升,并在20～25min達到最高且保持不變,此階段皮膚表面循環血量減少、出汗量減少、散熱量減少。肌肉產熱傳到皮膚表面的熱量與肌肉皮膚表面的散熱量達到新的平衡,所以這段時間皮膚表面溫度變化不大。

4 結語

綜上所述,運動過程中機體不同部位的溫度變化不一致,受環境溫度、自身做功狀況及負荷大小的影響,環境溫度與皮膚溫度越接近,負荷越高,表面皮膚溫度越高,反之則越低。

[1]雷丹妮.服裝對人體熱舒適影響的實驗研究[D].重慶大學,2012.

[2]孫斌.關于服裝舒適性的評價與研究[J].山東紡織經濟,2009(4)：93-95.

[3]曾玲玲.基于體表溫度的室內熱環境影響實驗研究[D].重慶大學,2008.

[4]易學.運動過程中人體工作肌體表皮膚及鼓膜溫度的變化[J].中國組織工程研究與臨床康復,2011,15(50)：9402-9405.

[5]王瑞元,孫學川.運動生理學[M].北京：人民體育出版社,2003：158-172.

[6]田元媛,許為全.熱濕環境下人體熱反應的實驗研究[J].暖通空調,2003,33(4)：27-30.

[7]楊建均.有關人體產熱和散熱的分析[J].生物學教學,2008,33(9)：65-66.

[8]魏潤柏,徐文華.熱環境[M].上海：同濟大學出版社,1994.

[9]朱穎心.建筑環境學[M].2版.北京：中國建筑工業出版社,2005.