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    對非靜態情況中人體皮膚溫度與熱感覺的研究

    時間:2017-06-26 來源:西安工程大學學報 作者:尹慧,狄育慧,王麗娟 本文字數:6369字

           摘要:分析在不同運動水平下人體生理參數(皮膚溫度、皮膚導熱熱流量)以及對應主觀熱感受(人體熱感覺、滿意度)的變化情況。
      
      分別在靜坐、散步、慢跑和快跑等不同運動狀態下測試相同比例的男性與女性青年前臂的部分生理參數,并對其人體主觀感受進行問卷調查。
      
      結果表明,皮膚溫度和皮膚導熱熱流量變化趨勢與國外研究理論一致。
      
      但在活動量較小時,皮膚溫度與人體熱感覺會出現一定的偏離,在活動量較大時才會表現出相關性。
      
      此外,不同性別的人體生理參數與主觀感受變化速率存在差異。
      
      關鍵詞:不同運動水平;皮膚溫度;皮膚導熱熱流量;人體熱感覺。
      
      0引言

           人體在運動與安靜狀態下有著很大的差別,這是因為運動人體具備以下特點:(1)新陳代謝率大;(2)衣著熱阻小;(3)排汗量大;(4)輻射環境復雜[1].在不同的運動水平下,人體會通過血管的收縮和舒張、排汗以及寒顫使人體達到平衡狀態。因此,不同的運動水平下,人體的生理機能以及舒適度都會發生較大的變化。Merla[2]等人通過使用紅外熱像儀,測試田徑運動員在逐漸增加運動負荷后,運動員在運動和恢復期內皮膚溫度的變化情況,結果表明,在運動開始時,人體皮膚溫度會下降;運動結束后,皮膚溫度會下降3~5℃,隨后皮膚溫度又會出現回升。魏洋[3]提出了衣物增重法的出汗率測定方法,并用此方法研究了活動強度對人體出汗率的影響。楊海蘭[4]研究了運動過程中人體皮膚溫度的變化情況。周伯罡[5]對熱舒適條件下的人體代謝率的允許變化范圍進行了研究,發現在不同的天氣狀況下,運動強度對人體的舒適性會存在較大的影響。李百戰等[6]研究了不同情況下出汗與熱舒適的關系。但是目前的研究多集中在對人體生理參數的研究,而對于不同運動水平下的人體主觀感受較少,且在生理參數方面的研究也多以測試皮膚溫度為主,很少涉及皮膚導熱熱流量的測試。本文通過實驗測試、問卷調查的方式,測定并分析不同運動水平下的皮膚溫度、皮膚導熱熱流量以及人體的主觀感受,對非靜態情況下人體熱舒適研究具有指導意義。
      
      1實驗
       
           1.1實驗條件測試時間為2015年秋季,選取西安工程大學某辦公室作為測試室,該測試室位于一南北朝向的五層建筑的三樓,房間面積6.9m×3.9m,北面墻外窗面積2.4m×2.1m,南面墻內門面積為2.0m×1.0m.受試者均為健康在校大學生;在西安生活學習超過2年,已適應該地氣候;無不良嗜好、生活習慣;實驗前受試者保證充足的睡眠;為避免服裝熱阻影響,測試時統一著裝。測試總人數為175人次,其中在靜坐、散步、慢跑、快跑的男性受試者均為25人次,女性受試者由于受體力限制,僅做了靜坐、散步和慢跑運動,每種運動水平受試者為25人次。受試者的基本信息見表1.
      

      表一。  

      在非空調環境下分別測試了人們在不同運動水平下的生理參數和人體主觀感受以及對應的室內環境參數溫度、濕度以及風速。在不同的運動水平下,人體通過血管的舒張、收縮以及排汗和寒顫等進行身體機能的調節,人體的生理指標也會因此發生改變。文獻[7]認為皮膚溫度與周圍環境溫度、熱感覺以及熱舒適投票有較高的相關性,且在人體熱舒適生理參數研究方面,皮膚溫度的應用最為廣泛。而皮膚導熱系數則能用來判斷皮膚血管的舒張和收縮的生理調節機能。因此,本實驗選用的生理參數為皮膚溫度和皮膚導熱熱流量。由于人體上肢前臂脂肪層最薄,此處皮膚溫度以及熱流量的反應最為靈敏[8],因此選用人體上肢前臂作為測試點。
      
      生理參數的測試采用日本KEM多通道熱流儀HFM-215M,可以同時測得人體皮膚溫度和皮膚導熱熱流量,其中溫度測量顯示范圍為-40~150℃;熱流量的測試顯示范圍為0~±99 999 W/m2.環境參數的測試選用自記式溫濕度儀testo175H1,可以同時測量溫濕度值,其中空氣溫度測量范圍為-20~+55℃,精度為±0.4℃;相對濕度測量范圍為0%~100%,精度為±2%RH.風速測試選用熱線風速儀(swema3000+SWA03),風速測量范圍為0.05~3.0m/s,精度為±3%讀數值,最小誤差為±0.03m/s.
      
      1.2問卷調查

           本研究在實驗過程中需結合問卷調查進行,主要是進行熱感覺和滿意度的投票,以便于分析人體在不同運動狀態下的熱舒適性,為更準確地描述人體的熱感覺,描述精度可精確到0.1,熱感覺投票標準見文獻[9],滿意度標度為0,1,2,3,4,滿意度為:非常滿意,滿意,較為滿意,不太滿意,不滿意。
      
      1.3實驗方法

           本文采用實驗參數測試與問卷相結合的形式進行。實驗測試時間為早上8∶30~11∶30,下午測試時間為1∶30~5∶30.人體整體的熱感覺在過渡季節穩定的時間約為40min[10],受試者在每種運動狀態下停留50min,待各項生理參數以及人體的主觀感受穩定后開始進行測試,測試時每隔3s記錄1次生理參數數據,共記錄10組數據,同時進行主觀投票。環境參數由測試儀器自動記錄,測得室內環境溫度為23.7℃,室內相對濕度為70%,室內空氣風速為0.15m/s.
      
      2結果與討論

           2.1生理參數本實驗分別測試了男性女性在不同活動(男性:靜坐、散步、慢跑、快跑;女性:靜坐、散步、慢跑,由于女性體力有限故僅測試3種運動狀態)水平下的皮膚溫度以及導熱熱流量,將所獲得數據剔除壞值后平均值計算,人體在不同運動水平下的皮膚溫度如圖1所示。
      
      從圖1可以看出,在不同的運動水平下,男性和女性的皮膚溫度都發生了顯著的變化。男性在靜坐時的皮膚溫度是31.36℃,隨后進行散步運動后,人體的皮膚溫度下降到30.53 ℃,在進行慢跑和快跑運動后,人體的皮膚溫度分別為30.78℃和31.50℃,相較于散步狀態出現上升趨勢。女性在靜坐時的皮膚溫度為30.83℃,隨后進行散步和慢跑運動后,皮膚溫度分別降至29.48℃,28.82℃。關于上肢皮膚溫度在不同運動水平下的變化趨勢,文獻[11-12]研究了一定運動負荷下機體皮膚溫度的變化情況,發現當運動負荷較大時,皮膚溫度出現先下降后上升的變化趨勢,將這種現象歸因于運動開始階段,為了滿足工作肌對能量的需求,血液流向運動肌肉,皮膚血管開始收縮,致使皮膚溫度下降。在運動后期,機體產生大量熱量,為了維持正常的體溫,皮膚血管開始舒張,以增加熱量的散失。在運動量較小時,人體狀態與上述的運動開始時是一致的,而在運動量加大后,其對應的人體狀態與運動一段時間后是一致的。由此可知,本實驗關于不同運動水平下上肢前臂皮膚溫度的變化趨勢及結論與國外研究一致。
      

      圖一與圖二。  

      與男性皮膚溫度的變化趨勢有所不同,女性慢跑后皮膚溫度并沒有出現上升趨勢。因為女性體力原因,在每種運動水平下速度均低于男性,則皮膚溫度的變化相對較慢。且在每種運動狀態時,男性上肢前臂的溫度均高于女性,造成此現象的原因是因為男性與女性身體構造的不同,女性的新陳代謝率要低于男性,從而導致了男性在各運動水平下的皮膚溫度均高于女性。
      
      人體在不同運動水平下的皮膚導熱熱流量如圖2所示。 從圖2可以看出,在進行不同負荷的運動后,人體的皮膚導熱熱流量先是有所下降,隨后逐漸趨于平衡。男性靜坐時皮膚導熱熱流量最大,為73.63W/m2,散步后降至63.73W/m2,在進行慢跑后急劇降至30.78W/m2,進行快跑運動后又緩升至31.50W/m2,趨于平衡。女性熱流量變化與男性相比沒有那么明顯,靜坐時的熱流量為77.00W/m2,散步后降至60.92W/m2,在進行慢跑運動后又升至62.83W/m2.因為隨著活動量的增加,人體體內溫度與皮膚溫度的溫差逐漸減小,導熱熱流量逐漸減低,由于溫差逐漸減小以及受到人體調節機能的限制,導熱熱流量則開始趨于平衡。
      
      此外,女性導熱熱流量的變化趨勢較男性更為平緩,因為在每種運動水平下,男性的運動量均大于女性,且運動狀態多于女性,因而身體自身調節力度大于女性,則變化趨勢更加明顯。
      
      2.2人體主觀感受

          

    尹慧,狄育慧,王麗娟. 不同運動水平下生理參數與人體主觀感受測定[J]. 西安工程大學學報,2017,(02):204-208+215.
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