运动过程中机体体表温度的变化情况

杨海兰

(苏州大学体育学院 江苏苏州 215000)

20世纪初,国外就开展了关于人体热舒适方面的研究。丹麦Macpherson定义了影响热舒适感觉的六个因素：空气温度、流动速度、湿度、平均辐射温度、新陈代谢率和衣服热阻。人体与外界接触的皮肤表面,温度和湿度即是影响热舒适的直观感觉[1]。

国内学者研究了安静和无辐射的情况下气温、气流、气湿等因素对皮肤温度的影响规律,对温度医学、人体热调节及个体调温装备做了广泛的研究[2]。

从国内、外的研究中可以看到，学者都对体表温度做了大量研究,但处于运动状态下机体的体表温度相关研究并不多。本文以高、低两种负荷为运动条件,对人体体表温度的变化进行了探究,旨在为热生理、热环境、个体调温装备的应用及服装的热湿舒适性提供理论基础。

1 实验对象与方法

1.1 测试对象

本实验以在校大学生自愿者为研究对象。受试者均身体健康,神经、循环、内分泌、骨骼肌等系统无疾病,躯干及四肢无损伤史。

表1 受试者基本情况(±S)

表1 受试者基本情况(±S)

身高(cm) 体重(kg)174.2±12.7 70.1±13.4

参加实验前,受试者对实验的动作规范及测试流程充分地了解。测试前24h内避免剧烈运动,常规饮食及睡眠,严禁吸烟喝酒。受试者基本情况见表1。

1.2 测试仪器与环境

1.2.1 测试环境

整个测试过程在现代丝绸国家工程实验室的恒温恒湿人工气候室进行,测试时室温22℃,湿度30%RH,风速约0.09m/sec。

1.2.2 主要实验器材

MONARK839E车式测功计,可以做恒功率和恒力距测试。AMI人体着装舒适性生理量测试系统由日本AMI Techno Co.LTD开发,温度传感器的精度可达到0.1℃,最短间隔是1ms。

采用日本AMI人体着装舒适性生理量测试系统的温度传感器测试体表温度,测点布置如下：C——侧乳头正上方2cm处;D——侧侧上臂中外1/3;H——侧大腿前部1/3;J——侧侧小腿前部1/3。

1.3 测试方法

图1 运动过程中C点(胸部)在高低强度下体表温度的变化

1.4 数据的统计分析

运动过程中C、D、H、J四点皮肤表面温度的变化,采用描述性统计方法。

运动过程中不同时刻相对于运动初始状态的变化情况,应用Microsoft Excel 2007及SPSS 19.0软件对实验数据进行配对样本T检验,所有统计数据以平均值±标准差(±S)表示,显著性水平为P<0.05,极显著性水平为P<0.01。

2 研究结果

图2 运动过程中D点(上臂)在高低强度下体表温度的变化

运动过程中C、D、H、J四点体表温度的变化过程。为避免个体差异,提高数据的精准性,实验数据采用差值的形式表示,即各个时刻体表温度与初始状态的差。

由图1可知,5min准备活动期间,高低两种强度下C点的体表温度差异不是很大,正式运动5～10min,高强度下胸部温度先下降后上升;低强度则恰好相反趋势。运动15～25min,两种强度下温度均上升,高强度更加明显。

从图2可以看出,准备活动期间上臂温度基本无变化,整个运动过程中,两种强度下的皮肤温度均呈下降趋势,且高强度的更加明显。

图3 运动过程中H点(大腿)在高低强度下体表温度的变化

图4 运动过程中J点(小腿)在高低强度下体表温度的变化

由图3可知,H点体表温度在整人运动过程中持续升高,但是低强度的皮肤温度较安静状态下降,高强度的值一直上升。

从图4可见,J点低强度下体表温度低于安静状态,且缓慢下降,高强度时皮肤温度在1～10min时下降,15～20min之间持续上升,20～25min保持不变。

3 讨论与分析

运动准备活动期间,C点(胸部)体表温度变化平缓,原因可能是准备活动时负荷过低,机体以轻松的状态蹬踏功率车,做功量相对较低,产生的热量很小。运动5～15min高低强度的体表温度均有所下降,此现象的机制尚不清楚,可能原因是：机体体表温度与气候室的设定温度之间存在温度梯度,皮肤表面与空气进行了热传递[4]。运动15～25min期间,体表温度明显上升,且与强度成正比,此阶段肌肉大量做功,产生的热量随时间传递到体表,致使皮肤温度明显上升[5]。

D点在运动开始阶段温度几乎无变化,原因同C点。运动5～25min时,体表温度持续低于安静状态,可能是由于机体与气候室22℃左右温度梯度较大,此时主要以辐射、传导的形式向外进行热传递[6]。蹬踏功率车时,下肢传递到上肢的热量不足以抗衡与空气热传递的热量。

整个运动过程中,低强度下H点体表温度相对于安静状态先下降后上升,产生这一现象的原因可能是低强度下肌肉做功较少,产生的热量不多,加上人体与环境之间的热传递作用,不足以使大腿1/3处的体表温度上升[7]。高强度下,H点在运动10～25min的体表温度持续上升,下肢大量做功,产生的热量传至体表,温度上升[8-9]。

运动过程中,J点体表温度在低强度下呈下降趋势,可能由于些时肌肉做功量较少,机体体表的热量传送到空气中,导致温度下降。高强度运动中,下肢做功产生大量热量,体表温度上升,并在20～25min达到最高且保持不变,此阶段皮肤表面循环血量减少、出汗量减少、散热量减少。肌肉产热传到皮肤表面的热量与肌肉皮肤表面的散热量达到新的平衡,所以这段时间皮肤表面温度变化不大。

4 结语

综上所述,运动过程中机体不同部位的温度变化不一致,受环境温度、自身做功状况及负荷大小的影响,环境温度与皮肤温度越接近,负荷越高,表面皮肤温度越高,反之则越低。

[1]雷丹妮.服装对人体热舒适影响的实验研究[D].重庆大学,2012.

[2]孙斌.关于服装舒适性的评价与研究[J].山东纺织经济,2009(4)：93-95.

[3]曾玲玲.基于体表温度的室内热环境影响实验研究[D].重庆大学,2008.

[4]易学.运动过程中人体工作肌体表皮肤及鼓膜温度的变化[J].中国组织工程研究与临床康复,2011,15(50)：9402-9405.

[5]王瑞元,孙学川.运动生理学[M].北京：人民体育出版社,2003：158-172.

[6]田元媛,许为全.热湿环境下人体热反应的实验研究[J].暖通空调,2003,33(4)：27-30.

[7]杨建均.有关人体产热和散热的分析[J].生物学教学,2008,33(9)：65-66.

[8]魏润柏,徐文华.热环境[M].上海：同济大学出版社,1994.

[9]朱颖心.建筑环境学[M].2版.北京：中国建筑工业出版社,2005.