（运动人体科学专业论文）长期规律性运动对人体表温度分布与变化调节的影响.pdf

巾文摘要中文摘要目的：本文通过实验研究，观察长期规律性运动对不同环境温度、安静状态卜人体体表温度分布特征和运动过程中体表温度变化调节能力的影响，并探讨其可能机制。方法：按照纳入标准选取6 5 名大学生志愿者，分为四组( 运动型男性组、运动型女性组、非运动型男性组、非运动型女性组) ，利用医用红外热成像仪检测受试者不同环境温度、安静状态下体表各部位温度的分布，同时选取运动型男性和非运动型男性两组受试对象，进行中小强度运动负荷的运动( 5 0 w 、i o o w ) ，观察运动过程中体表温度的变化。另外测量了受试者基础代谢率和体成分等相关指标，为本文的机制探讨提供依据。结果：( 1 ) 不同环境温度下受试者体表温度分布特征均大致表现为额面部、腋窝、颈前和项部最高，其次为躯干部，到四肢逐渐下降，手掌和手背最低。男女体表温度的比较研究中发现，除腋窝、颈前和额面部三个部位男女之间无显著差异外其他各部位均差异较大，其中手掌和手背女性显著高丁男性( p 0 0 1 ) ，剩余部位均为男性显著高于女性( p 0 0 1 ) ；( 2 ) 人体各部位体表温度在不同环境温度下差异较大，主要表现为常温下额面、颈前、项部和腋窝四个部位的体表温度值显著低于低温( p o 0 1 ) ，胸前、胸背和腹前三个部位无显著性差异，剩余各部位均为常温高于低温( p o 0 1 ) ；( 3 ) 由于长期规律性运动，运动型人群在不同环境温度、安静状态下四肢体表温度显著高于非运动型人群( p o 0 1 ) ，颈前区、项部、腋窝、膝前、胭窝和躯干部位两种人群无显著性差异，而非运动型人群手部和额面部体表温度显著高于运动型人群( p o 0 1 ) ；( 4 ) 常温下受试对象体表温度的变化均表现为：准备活动过程中，腋窝部位体表温度显著上升，其他部位均显著下降( p o 0 1 ) ；正式运动过程中，上肢、下肢、躯干三个部位体表温度均持续下降，腋窝部持续上升，额部温度运动开始时逐步下降，之后开始上升，直至运动结束。且随着运动强度的增加，各部位体表温度变化也越快；运动结束后，各部位体表温度均逐渐恢复至安静水平；( 5 ) 由于长期规律性运动，两组受试对象体表温度变化的差异主要表现为：准备活动时，运动型男性体表温度变化幅度显著小于非运动型男性( p o 0 1 ) ：运动开始时，运动犁男性体表温度反应程度弱( p o 0 1 ) ；恢复过程中，运动型男性体农温度恢复福建师范大学硕十学位论文速度显著快于非运动型男性( p o 0 1 ) 。结论：长期规律性运动会引起人体体表温度分钿和变化调节的改变，主要表现为：不同环境温度、安静状态下，运动型人群四肢体表温度显著高丁非运动型人群，手部和额部温度显著低十非运动型人群，其他部位无较大差异；运动过程中，运动型人群相比非运动型人群具有较强的维持体表温度恒定的能力。关键词：红外热成像技术，艮期规律性运动，体表温度，分布，变化调节a b s t r a c to b i e c t i v e ：o b s e r v et h et h ei n f l u e n c eo fl o n g t e r mr e g u l a re x e r c i s et ot h ed i s t r i b u t i o na n dc h a n g er e g u i a t i o ni nd i f f e r e n te n v i r o n m e n ta n dq u i e tc o n d i t i o no nh u m a ns k i nt e m p e r a t u r et h r o u g he x p e r i m e n t m e t h o d s ：s e l e c t6 5c o l l e g es t u d e n tv o l u n t e e r sa c c o r d i n gt ot h ei n c l u s i o nc r i t e r i a ，d i v i d e dt h e mi n t of o u rg r o u p s ( e x e r c i s em a l eg r o u p e x e r c i s ef e m a l eg r o u p ，n o n - e x e r c i s em a i eg r o u p , n o n e x e r c i s ef e m a l eg r o u p ) ，d e t e c t e dt h ed i s t r i b u t i o no fh u m a ns k i nt e m p e r a t u r emd i f f e r e n te n v i r o n m e n tt e m p e r a t u r ea n dq u i e tc o n d i t i o nt h r o u g hi n f r a r e dt h e r m a li m a g i n gt e c h n o l o g y , a n dt h e nc h o o s ee x e r ci s em a l eg r o u pa n dn o n - e x e r c i s em a l eg r o u p c a r r yo ns m a iia n dm e d i u m s i z e di n t e n s i t ye x e r c i s e ( 5 0 w - 1o o w ) ，o b s e r v e dt h ec h a n g e so fs k i nt e m p e r a t u r ei nt h ee x e r c i s ep r o c e s s e x c e p tt h a t ，w ed e t e c t e db m ra n db o d yc o m p o s i t i o nt op r o v i d et h eb a s i st ot h em e c h a n is md i s c u s s t i o no fo u rr e s e a r c h r e s u l t ：( 1 ) t h eh i g h e s tp a r t so fs k i nt e m p e r a t u r ea r cf o r e h e a d ，f a c e ，n e c ka n dp o l lt oa l lt h es u b i e c t s ，a n dt h e ni st o r s e ，l i m b ss k i nt e m p e r a t u r ec o n t i n u ed e c l i n e ，t h el o w e s tp a r t sa r ep a l m sa n db a c k i nt h ec o m p a r a t i v es t u d yo fm a l ea n df e m a l e ，w ef o u n dt h e r ea r es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sa m o n ga l lt h ep a r t se x c e p ta r m p i t , n e c k , f o r e h e a da n df a c e ，p a l m sa n db a c ka m o n gt h e mo ff e m a l ea r cs i g n i f i c a n th i g h c rt h e nm a l e ( p o 01 ) ，t h er e m a i n i n gp a n so fm a l es u b j e c t sa r es i g n i f i c a n th i g h e rt h e nf e m a l e ；( 2 ) t h e r e 眦s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e s 锄o n gm o s to ft h es u r f a c ep a r t se x c e p tc h e s t ，c h e s tb a c ka n dw a i s ti nd i f f e r e n te n v i m n m e n tt e m p e r a t u r e ，f o r e h e a d ，f a c e ，n e c k , a r m p i t a n da n dp o l la r es i g n i f i c a n th i g h e ri ni o wt e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n tt h e ni nn o r m a lt e m p e r a t u r e ( p 0 0 1 ) ，o t h e rp a r t sa r ea uh i g h e ri nn o r m a lt e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n tt h e ni nl o wt e m p e r a t u r e ( p 0 0 1 ) ；( 3 ) b e c a u s eo fl o n g t e r mr e g u l a r i t ye x e r c i s e e x e r c i s eg r o u p sl i m b ss k i nt e m p e r a t u r ea r es i g n i f l c a n th i g h e rt h e nn o n e x e r c i s eg r o u p s ( p 0 0 1 ) h a n d s ，f o r e h e a da n df a c es k i nt e m p e r a t u r eo fn o n e x e r c i s eg r o u pi ss i g n i f i c a n th i g h e rt h e ne x e r c i s eg r o u p t h e r ea r cn os i g n i f i c a n td i 仟e r e n c e i no t h e rs k i np a r t sb e t w e e nt w og r o u p s ；( 4 ) t h em a i n l yc h a n g e so fs k i nt e m d e r a c u r ei nn o r m a lt e m p e r a t u r ee n v i r o n m e n ta r ea sf o l l o w s ：t h es k i nt e m p e r a t u r eo fa l lp a r t sa r ed e c l i n e ds i g n i f i c a n t l yi np r e p a r a t i o na c t i v i t i e s ( p o oi ) ，i nt h ep r o c e s so ff o r m a le x e r c i s e , t h es k i nt e m p e r a t u r eo fu p p e rl i m b s ，l o w e rl i m ba n dt o r s oc o n t i n u ed e c l i n e d ，t h es k i nt e mp e r a t u r eo ff o r e h e a dd e c li n e dw h e ns t a r t e d a n dt h e nr i s e du n t i lt h ee n d w i t ht h ei i i福建师范大学顾+ 学位论文i n c r e a s eo fe x e r c i s ei n t e n s i t y , t h es k i nt e m p e r a t u r ec h a n g e df a s t e r a f t e re x e r c i s e ，t h es k i nt e m p e r a t u r eo fa l lp a r t sr e c o v e r e dg r a d u a l l yt oq u i e tl e v e l ；( 5 ) b e c a u s eo fl o n g - t e r mr e g u l a r i t ye x e r c i s e ，t h ed i f f e r e n c eo ft h ec h a n g e so fs k i nt e m p e r a t u r eb e t w e e nt w og r o u pa r em a i n l ya sf o l l o w s ，t h ev a r i a t i o na m p l i t u d eo fn o n e x e r c i s eg r o u ps i g n i f i c a n t l yg r e a t e rt h e ne x e r c i s eg r o u p ( p 0 01 ) t h er e a c t i o nd e g r e eo fs k i nt e m p e r a t u r eo fe x e r c i s eg r o u pw a sw e a k e rt h e nn o n - e x e r c i s eg r o u p ( p 0 oi ) i nt h ep r o c e s so fr e c o v e r y , t h er e c o v e r ys p e e do f e x e r c i s eg r o u pw a sq u i c k e rt h e nn o n e x e r c i s eg r o u p ( p o 0 1 ) c o n e l u l i o a ：l o n g - t e r mr e g u l a re x e r c i s ec o u l dl e a dt ot h ec h a n g e so fs k i nt e m p e r a t u r ed i s t r i b u t i o na n dc h a n g er e g u l a t i o n ，m a i n l ya sf o l l o w s ：e x e r c i s eg r o u p sl i m b ss k i nt e m p e r a t u r ea r es i g n i f i c a n th i g h e rt h e nn o n - e x e r c i s eg r o u p s h a n d s ，f o r e h e a da n df a c es k i nt e m p e r a t u r eo fn o n - e x e r c i s eg r o u ps i g n i f i c a n th i g h e rt h e ne x e r c i s eg r o u p ，t h e r ea r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c ei no t h e rs k i np a r t sb e t w e e nt w og r o u p s i nt h ep r o c e s so fe x e r c i s e ，e x e r c i s eg r o u ph a ss t r o n g e ra b i li t yt om a i n t a i ns k i nt e m p e r a t u r e k e yw o r d s ：i n f r a r e dt h e r m a li m a g i n gt e c h n o l o g y ，l o n g t e r mr e g u l a re x e r c i s e s k i nt e m p e r a t u r e ，d i s t r i b u t i o n ，c h a n g er e g u l a t i o ni v巾文文摘中文文摘红外热成像技术是一种新兴的、无损的影像技术，i f 于其性能优良，近年来已被广泛应用于诸多学科领域。体表温度作为生理学研究的基础问题之一，与人体代谢、局部血流置及身体成分等有着密切的联系，它是分析人体体温调节、计算人体能量代谢等生理活动的一个重要参数。但是，由于体表温度易受多种因素的影响，且对检测仪器的要求较高，h 前为止，有关人体体表温度的研究并不多见。人体由于长期身体锻炼，各器官系统的形态、结构、以及生理机能等方面都将发生一系列的适应性变化，这些变化将进一步引起人体体表温度分布与调节能力的改变。基于上述推论，本文通过对比研究，揭示长期规律性运动对人体体表温度分布与变化调节能力的影响，并探讨其可能机制，旨在为运动医学领域更深入的研究人体体表温度提供理论参考，也为进一步将红外热成像技术应用于预防运动损伤、制作运动制冷服和监控训练效果等方面提供实践指导。第l 章分析了人体体表温度的生理学基础，并指出了红外热成像技术的作用及其在运动医学领域的应用，评述了前人利用红外热成像仪在人体体表温度分布与变化方面的研究进展及成果，指出了其存在的不足和亟待解决完善的问题，进而提出了本文的研究内容、研究思路及研究意义。第2 章阐述了本文的研究方法，本研究按照纳入标准将受试对象分为四组( 运动型男性组、运动型女性组、非运动型男性组、非运动型女性组) ，利用医用红外热成像仪检测受试者不同环境温度、安静状态下体表2 0 个部位温度的分布，同时选取运动型男性和非运动型男性两组受试对象，进行中小强度运动负荷的运动( 5 0 w 、l o o w ) ，检测运动过程中体表各部位温度的变化。另外测量了受试者基础代谢率和体成分等相关指标，为本文的机制探讨提供依据。所有实验数据均使用s p s s l1 6 软件包进行统计分析。第3 章是关于本文的研究结果，通过对比实验我们发现：( 1 ) 不同环境温度下受试者体表温度分布特征均大致表现为额面部、腋窝、颈前和项部最高，其次为躯干部，到四肢逐渐下降，手掌和手背最低。男女体表温度的比较研究中发现，除腋窝、颈前和额面部三个部位男女之间无显著差异外，其他各部位差异均较大，其中手掌和手背女性显著高于男性，剩余部位均为男性显著高于女性；( 2 ) 人体各部位体表温度在不同环境温度下差异较大，主要表现为常温下额面、颈前、项部和腋窝四个部位的体表温度值显著低丁低温，胸前、胸背和腹前三个部位无显著性差异，v福建师范大学颁十学位论文剩余各部位均为常温高于低温：( 3 ) 人体整体平均体表温度与体脂含量百分比呈高度负相关，而与基础代谢率呈高度止相关。人体皮脂厚度与该部位平均体表温度呈高度负相关：( 4 ) 由于长期规律性运动，运动型人群在不同环境温度、安静状态下四肢体表温度显著高于非运动型人群，颈前区、项部、腋窝、膝前、胭窝和躯十部位两种人群无显著性差异，而非运动型人群手部和额面部体表温度显著高于运动型人群；( 5 ) 常温下受试对象体表温度的变化均表现为：准备活动过程中，腋窝体表温度显著上升，其他部位均显著下降；正式运动时，上肢、下肢、躯干三个部位体表温度均持续下降，腋窝部持续上升，额部温度运动开始时逐步下降，之后开始上升，直至运动结束。且随着运动强度的增加，体表温度变化也越快；运动结束后，受试者各部位体表温度均逐渐恢复至安静水平；( 6 ) 由于长期规律性运动，两组受试对象体表温度变化的差异主要表现为：准备活动时，运动型男性体表温度变化幅度显著小于非运动型男性：运动开始时，运动型男性体表温度反应程度弱；恢复过程中，运动型男性体表温度恢复速度显著快于非运动型男性。第4 章为分析讨论部分，首先说明了本研究的主要发现，进一步分析了研究结果与前人研究结论的一致性和差异性，并深入探讨了导致其一致性和差异性的主要原因。第5 章总结了本文的主要研究成果、研究创新点，之后指出了本文研究的短处和不足，以及尚未解决的问题和今后将要继续研究的方向。绪论1 1 引言第1 章绪论红外热成像是一种新兴的、无损的影像技术，它通过接受被测物体的红外热辐射，得到被测物体的表面温度分布场信息，从而间接反映人体器官的代谢和血液循环情况，具有操作方便、迅速、非接触、无辐射等优点。目前为止，红外热成像技术已在诸多领域得到广泛应用，特别是工程和工业领域。自1 9 5 6 年英国学者r l a w s o n 乜1 第一次用红外热像仪拍摄出乳腺癌的红外热图像之后，红外热成像技术被广泛应用于医学临床诊断。目前，该技术可用于多种疾病的诊断，如：炎症、栓塞、疼痛、乳腺癌、肺癌、糖尿病性神经病足、急性筋膜综合症等馏q 引。近年来，由于其性能优良，红外热成像技术的应用逐渐向运动医学领域迈进，并取得了一些研究成果，但仍处于初始阶段。体表温度是分析人体体温调节、计算人体能量代谢等生理活动的一个重要参数，准确的观察这一指标，对于预测运动损伤、制作运动制冷服、监控训练效果等具有重要意义。人体由于长期规律性的身体锻炼，各器官系统的形态、结构、以及生理机能等方面都将发生一系列的适应性变化，如肌肉肥大、身体成分改变、呼吸系统机能增强等。体表温度调节由下丘脑体温调节中枢控制，人体生理机能的适j 花性变化将通过体温调节反馈系统传递给调节中枢，进而引起体表温度分布和调节能力的改变。但是，目前为止，由于体表温度测量易受多种因素的影响，且对检测仪器的要求较高，有关长期运动锻炼对人体体表温度分布和变化影响的研究尚缺少系统的资料和报导，有待于我们深入的研究。1 2 研究的目的和意义人体体表温度是运动生理学研究的基础问题，本文将红外热成像技术应用于体育学领域，通过对比研究，深入了解长期规律性运动对人体体表温度分布和变化调节的影响，并探讨其刘能机制，为运动医学领域更深入的研究人体体表温度提供理论参考依据，为进一步将红外热成像技术应用十预防运动损伤、制作运动制冷服和j | 【控训练效果等方面提供实践指导。丰鬲建师范大学硕十学位论文1 3 研究现状1 3 1 体表温度的生理学基础及其影响因素1 3 1 1 人体体表温度和体核温度整个机体温度的分布，可看作是一个双层结构，可分为体壳和体核两部分。人体的外周组织即表层，包括皮肤、皮下组织和肌肉等的温度称为表层温度。表层温度不稳定，各部位之间的筹异较大。人体表层最外层，即体表的温度，叫做皮肤温，也称为体表温度( s k i nt e m p e r a t u r e ) 。生理学上所说的体温是指体核温度，体核温度是指机体深部( 心、肺、脑和腹腔内脏等处) 的温度。深部温度比表层温度高，且比较稳定，各部位之间的差异也较小。临床上常以直肠温度( 3 6 9 c - 3 7 9 ) 、口腔温度( 3 6 7 一3 7 7 ) 、腋窝温度( 3 6 o c - 3 7 4 c ) 来表示，此外，食管温度和鼓膜温度也经常被用作衡量体温的指标n 7 1 。尽管机体的温度可分为表层温度和核心温度，但机体核心部分和表层部分的比例并不是固定不变的，随着环境温度的变化，其比例也发生变化，如图1 - 1 所示，在寒冷的环境中，核心温度分布区域缩小，主要集中在头部和胸腹内脏，表层温度分布区域相应扩大，表层部分和核心部分之间存在着温度梯度。相反，在炎热环境中，核心温度分布区域扩大，可扩散到四肢，而表层温度分布区域明显缩小。a 薛境擞凌2 0 b 并境翟鼢5 - c ：a ：a m b i e n tt e m p e r a t u r e ：2 0 cb - a m b i e n tt e m p e r a t u r e ：3 5 c图卜l 不同环境温度下人体体温分布图( 引自朱大年生理学)f i gl lc o r et e m p e r a t u r ed i s t r i b u ti o no fh u m a ni nd i f f e r e n t sa m b i e n tt e m p e r a t u r e绪论1 3 1 2 人体体表温度的调节机制了解人体体表温度调节机制是测定人体体表温度分布和变化的理论前提，人体体温在体温调节机制的控制下，保持相对恒定，这种平衡有赖丁产热和散热过程的动态平衡，皮肤温度是由皮下组纵流向皮肤表面的的热量和由皮肤向周围环境辐射热量之间达到动态平衡的结果。人体对体表温度的控制除了受到深部器官温度的影响外，主要还受皮肤的血流供应、人体新陈代谢和神经系统调控的影响。1 3 1 2 1 机体的产热和散热平衡过程1 3 1 2 1 1 热量的产生机体热量是伴随着代谢过程而产生的，因此肌肉运动、精神活动、食物的特殊动力效应、激素作用以及交感神经活动等可引起机体代谢增强的因素都能引起机体产热量的增加。人体处在安静状态时，肝、肠和肾等内脏器官的产热量占机体总产热量的5 0 左右，呼吸、循环及脑的产热量占3 0 9 6 ，骨骼肌的产热量只占2 0 左右。处在运动状态时，各器官的产热比例有很大变化，骨骼肌的产热量增加，成为主要的产热器官。而剧烈运动时，骨骼肌的产热量可占总产热量的9 0 9 6 以上。寒冷环境中，骨骼肌通过寒战来增加产热，根据测定，代谢率可增加4 - 5 倍7 1 。除战栗产热外，机体热量的另一重要来源是褐色脂肪组织，褐色脂肪组织内含有许多线粒体，可产生大量的a t p ，因而产生大量的热。褐色脂肪组织细胞受交感神经支配，刺激交感神经释放去甲肾上腺素，使脂肪组织分解，也使线粒体内脂肪酸氧化加强，增加机体产热量。1 3 1 2 1 2 热量的传递和散发机体为了保持体温的相对稳定，在产热的同时又以各种形式将这些热量散失到体外。机体热量的散失由深部组织器官转移到皮肤并散发到周围环境巾，因此，人体的散热可分为两步：热量由体核传导到体表；热量由皮肤散发到周围环境中体核热量向体表的传导是由血液的流动完成的，皮下有丰富的毛细血管分布，血管穿透皮下隔热组纵并立即发出许多分支，在乳头下形成动脉网，经皮下毛细血管延续为丰富的静脉丛，皮下还有大量的动静脉吻合枝。丰富的毛细血管使皮肤血流量可在大范围内波动，皮肤血流量增多，由体核传至体表的热量增多，皮肤血流量减少时，体核传至体表的热量减少。人体的热量通过多种途径不断向周围环境散发，褊建师范大学颁十学位论文由皮肤散发大多数热量；经呼吸道蒸发散发小部分热= 晕= ；随尿、粪便排泄散发及加温冷空气、冷食物而散发少量热量。皮肤散热作为人体最主要的散热途径。主要通过辐射、传导、对流和蒸发四种散热方式散发体内热能。1 辐射辐射是人体以红外线的形式将热量转移给邻近物体的一种散热方式。机体处于寒冷状态时，大部分热量以辐射的形式散失，人体在正常温度不着衣的情况下，约有6 0 的热量以这种方式散失。外界物体同样也能将热量辐射给人体，温度在冰点以上的物体都有辐射，只有在机体温度高丁周围环境的情况下，机体辐射出的热量才能辐射给周围物体。机体辐射热量的多少主要取决于皮肤与周围环境的温度差，其次取决于皮肤的散热面积，皮肤温度高于环境温度越多，机体辐射的热量就越多，皮肤面积越大，辐射的热量也越多。2 传导传导是机体的热量直接传给同他相接触的较冷物体的一种散热方式，传导的效率取决于两物体的温度差和物体的导热性能。人的表皮和皮下脂肪是热的彳 良导体，因此，空气中传导散发的热量极少。3 对流指通过气体流动来交换热量的一种散热方式。人体的热量散发到与皮肤接触空气中，再由空气流动将热量带走。流量的多少受风速的影响，风速越大，对流散热量也越多；风速越小，对流散热量也越少。4 蒸发辐射、传导和对流三种散热方式是在皮肤温度高于周围环境温度的前提下实现的，当人体温度低于周围温度时，蒸发就成了唯一的散热方式。蒸发散热是机体通过水分的蒸发来散失热量的一种方式。人体的蒸发散热有两种形式，不感蒸发和发汗。不感蒸发是指人体没有汗液分泌时，皮肤和呼吸道不断有水分渗出，在未形成明显水滴之前被蒸发掉。发汗是指汗腺的分泌活动人体在安静状态下，环境温度达3 0 左右时便开始发汗。若空气湿度大，衣着较多时，气温2 5 即可引起发汗，运动过超中，气温2 0 c 以下时，亦可出现发汗，且发汗量往往较多。每l g水分蒸发可带走热量0 5 8 千卡，气温高时，发汗和呼吸道的蒸发量增大，湿度大时发汗的散热减少。1 3 1 2 2 皮肤温度的调节皮肤是人体表面积最大的器官，由表皮真皮、皮下组织和皮肤附件构成，内含丰富的血管、淋巴管和神经，其结构如图1 - 2 。绪论一砖：图卜2 人体皮肤构成f i gl 一2s c h e m a t i co fs t r u c t u r eo f s k i n皮肤温度为皮肤血流量所控制，皮下有丰富的毛细血管分布，血管穿透皮下隔热组织并立即发出许多分支，在乳头下形成动脉网，经皮下毛细血管延续为丰富的静脉丛，皮下还有大量的动静脉吻合枝。丰富的毛细血管使皮肤血流量可在大范围内波动，皮肤血流量增多，由体核传至体表的热量增多，皮肤血流量减少时，体核传至体表的热量减少。皮肤上有丰富的神经分布，在人体的温度调节方面也发挥着重要的作用，机体的体温调节机构通过交感神经控制皮肤血管的口径，调节皮肤的血流量，使散热量能够符合当时条件下体热平衡的要求。皮肤的附属器官如血管、皮脂腺、立毛肌等均为自主神经支配，皮肤可接受机械性、温度、伤害性、湿度等不同性质的刺激，其初级传入神经元位于脑神经元和脊神经节内，神经纤维分布于真皮内。自主性传出纤维支配微动脉、竖毛肌、局泌汗腺和顶泌汗腺的肌上皮细胞，在人体绝大部分体表部位，其作用主要是控制血管舒缩、出汗、立毛等过程以调节散热引。机体的体温通过自主性体温调节使体温维持相对稳定是依靠负反馈控制系统实现的，其结构示意图如图1 - 3 。图1 - 3 人体体温调节结构示意图f i gl 一3c o r et e m p e r a t u r er e g u l a t i o no fh u m a n福建师范大学硕士学位论文1 3 1 2 3 影响体表温度的主要因素影响体表温度的主要因素可分为体内环境、皮肤、体外环境三类。如表1 1 所示。表1 - 1 影响皮肤温度的主要因素n 9 1t a b1 - 1f a c t o r si n f l u e n c et h es k i nt e m p e r a t u r e n 们1 3 2 体表温度检测工具一红外热成像技术及其在运动医学领域，的应用1 3 2 1 体表温度检测工具目前为止，人体表面温度的测量方法分为接触式和非接触式两种。接触式多采用医用热敏电阻温度计、医用电子接触式温度计或鼓膜温度计；非接触式多采用手持式额温计、红外体温监测仪、医用红外热成像仪等。热敏电阻曾被认为是最好的测温装置嘲，然而，随着红外成像测温技术的发展及应用。其检测效果受到越来越广泛的重视口蚓。m i c h a e l 等人m 1 通过比较研究发现，安静状态和运动过程中，红外热测量与接触式测量体表温度的结果均具有高度相关性( r _ o 9 5 r _ 0 9 8 ) ，但红外热测量技术更方便快捷。b u r n h a m 等人得出了类似的结论，他们通过实验研究比较了热敏电阻温度计、鼓膜温度计和红外热成像温度计三三种测量工具的可靠性、稳定性和反应性，结果表明红外热成像温度计更准确、快捷、有效。另外，z a p r o u d i n a 等人啪1 通过对健康人群体表温度的多次测量发现，红外热成像仪的测量结果可重复性也较好，平均i c c 达0 8 8 。就测量部位而言，绪论接触式体表温测量部位多为舌下、直肠、腋下或者鼓膜等，具有测量速度慢、部位局限等缺点。红外热像仪解决了这些问题，人体不断向外辐射热量，通过探测人体辐射能的变化就能了解体表温度的变化，红外热成像利用这一原理，在几秒钟内逐点扫描整个体表，经过计算机智能分析及图像处理技术形成红外热像图，以不同的色彩显示人体表面的温度分布，其测量快速、准确、全面心 。以上研究充分表明，相对于其他体表温度测量工具而言，红外热成像仪具有明显的优势。根据目前的发展和研究趋势，将来对红外热成像技术的发展将更多关注于其功能的多样性和其医学诊断能力，从而获得更多更有效的活体新数据。1 3 2 2 红外热成像技术自然界一切温度高于绝对零度的物体都在以电磁波的形式向外辐射能量，红外热成像就是通过红外探测器接受被测物体的红外辐射，再由信号处理系统转变为目标视频图像的一种技术。它将物体的热分布转变为可视图像，并在检测器上以灰度或伪色彩显示出来，从而得到被测物体的温度分布场信息。人体红外辐射的波长范围主要在5 微米- 5 0 微米之间，4 6 在8 - 1 4 微米波段，选用敏感范围在此波段的红外探测头，通过接收人体体表发出的热辐射，并利用计算机将其转换成町见光图像，就得到了代表体表温度分布的热像图。红外热测温技术有以下几个特点：( 1 ) 能够大面积扫描被测物体：( 2 ) 测温迅速，无延迟；( 3 ) 不会对被测物体本身产生任何影响；( 4 ) 利用现代计算机和信息技术，图像处理功能强大，数据存储、复制方便。其主要性能指标有热辐射度分辨率：0 0 5 ；扫描时间：5 秒帧；扫描热辐射范围：0 - 5 0 ；扫描距离：0 6 - 3 o 米；扫描空间分辨率：3 毫米。1 3 2 3 红外热成像技术检测体表温度在运动医学领域的应用价值近年来，由于红外热成像技术性能优良，其受到了医学工作者的广泛重视，并逐渐被引用至运动医学领域。片j 于展开运动对人体体表温度影响的相关研究，且取得了一些应用成果，如运动损伤的诊断和预测、训练效果的监控、运动制冷服的制作等。之后通过文献资料查阅我们发现，上述应用研究均基于人体体表温度分布和变化两个主要内容，然而到目前为止，我们尚未发现有关运动锻炼对人体体表温度分布和变化影响的系统报导，因此，深入研究运动锻炼对人体体表温度分布和变化的影响是进一步将红外热成像技术用于运动医学领域的基础，具有重要意义，现着重阐述红外热成像技术检测体表温度在运动医学领域的应用价值如卜：福建师范大学硕十学何论文1 3 2 3 1 运动损伤的诊断和预测当人体发生急性炎症或急性软组织损伤时，炎症病灶和损伤局部温度会升高。慢性炎症、慢性劳损或脓肿慢性期由丁局部血液循环下降，温度会降低。通过红外热成像仪检测损伤局部温度，可以更快更准确诊断运动损伤的发牛，预防损伤加重。例如：肌筋膜疼痛综合症因其病因繁多，症状复杂，以往没有一种仪器可以直接客观描记疼痛，这给j 下确的诊断、治疗和深入研究带来相当大的困难。傅志俭、王瑶楠。驯等报道：筋膜疼痛综合征患者腰背部的温差及患侧与临区温差明显高于正常人，红外热像为异常或明显异常。同时，应用红外热像可以鉴别肩周炎慢性期的病情变化，急性期患者皮肤温度较正常人高出3 - 4 ，慢性患者皮肤温度较正常人低3 - 4，因此可为临床诊断和指导治疗提供影像学依据。目前，红外热像虽然能通过对人体表面温度分布计测的热像图定性地对其内部病变进行诊断，但不能据此判明其内部热源的部位和大小，不能对热源进行准确的定位，给诊断带来一定的局限性伽l 。1 3 2 3 2 运动训练效果检测和评价长期系统的运动训练对人体各器官系统的形态、结构与生理机能都将产生显著的影响，从而形成运动员独特的身体形态和机能特征，这是机体对运动负荷刺激的。良性适应结果即训练效果。通过适宜的方法对训练效果进行分析和评定，可为运动训练的科学化提供参考和依据。以往的运动效果评价方法较多，特别是全身性和系统性的指标居多，对于单一肌肉或肌群训练效果的监测和评价比较缺乏洫】。肌电测试和肌肉力量测试是肌肉功能的传统检测方法，但都有其检测部位的局限性。红外热成像技术以其优良的特性，使用领域不断拓展，近年来，已有部分学者将其应用于运动训练效果的监测和评价。张栋、王淑友嘲1 等应用红外热像仪对健康志愿受试者的上、下肢和躯干运动，以及不同负重量运动前后的相应肌群进行观察，显示肌肉的红外热像图及其变化，分析和比较肌肉运动前后温度变化以及与运动时间和负重的关系。结果显示：具有定性、定位和动态优势的红外热像技术对运动后肌肉的升温反应可以记录和显示，而肌肉升温的高低与训练时间的长短、负重量的大小直接相关，红外热像法可用于运动员训练和患者康复训练的效果的评价，然而他们的研究受运动方式和实验器材的限制，体表温度的检测局限于局部肌肉，未能更为全面的对全身性体表温度进行检测。绪论1 3 2 3 3 运动制冷服的制作运动过程中体温的调节与运动成绩有着密切的关系，过高的体温将对运动训练效果和运动成绩产生负面影响，严重者将引发中暑、休克甚至死亡，因此，如何降低人体运动过程中过高的体温，一直是体育工作者关注的重点问题之一，运动制冷服随之应运而生，并得到了蓬勃发展。运动制冷服的目的就是让运动员在进行训练和比赛时穿上了一件特殊的“制冷”服装，使运动员保持适宜的体温，从而提高运动训练效果和运动成绩。从上个世纪五十年代开始研制制冷服到现在，各国研究人员共设计出了多种运动制冷服装，其制冷技术包括液体循环冷却制冷、微型换气扇制冷、化学制剂制冷、气体冷却制冷等陋驯，但在其研制过程中，多数研究者将人体各部位体表的热量散发视为相同的，未考虑到人体体表温度分布及变化的差异性。实际上，早在上个世纪八十年代，国外学者s h i t z e r 油1 和y o u n g m l 就提出运动制冷服制冷导管的布局应该根据人体体表热量散失的部位而进行，但直到目前为止，这一问题仍未得到很好的解决。因此，清楚的了解人体各部位体表温度的分布和变化特征是合理制作运动制冷服的前提。1 3 2 3 4 运动性肌肉疲劳的监测运动性疲劳是指机体生理过程不能继续机能在特定水平上进行和或不能维持预定的运动强度n 。目前判断运动性疲劳的方法很多，其中最常用的有以下几种：生物电、主观判断感觉( r p e ) 、生理生化指标等，大部分的方法操作起来比较复杂且不便在运动过程中和运动场上使用。近年来，部分学者将红外热成像技术应用于判断人体局部肌肉的运动性疲劳。许嵩、王丽萍等人h 2 1 利用红外热成像技术来探讨体表温度变化和肌肉疲劳变化的特点，研究不同负荷( 动态、静态) 对肌肉疲劳及其表面温度变化的影响以及局部肌肉疲劳和其表面温度变化之间的关系，实验结果表明，在条件控制良好的情况下，利用红外热成像技术的确能够反映人体局部肌肉的疲劳，运动疲劳时r p e 值与体表温度变化具有较高的相关性，r p e 达到疲劳程度时体表温度存在相对应的温度范i 罚，凶此，可以将人体运动时体表温度的变化作为衡量肌肉疲劳的参考依据之一。然而，此研究的不足之处在于将主观体力感觉作为判断疲劳的唯一指标、体表温度的变化与r p e 值变化的不同步、肌肉部位的选择具有片面性，因此，将温度作为唯。一衡量疲劳程度的指标是不够准确和全面的。福建师范大学硕十学位论文1 3 2 3 5 气功学的研究和检测气功学是祖国传统医学的宝贵财富，和经络一样，只可意会，不可言传。通过红外热像仪观测气功师运气、发气、收功等，可以记录到体表不同的热像分布图像为鉴别气功大小、真伪提供了客观依据h 驯。日前，红外热成像仪在该领域的应用研究极少。红外热成像仪住运动医学上的应用，还远不止上述几个方面，应用领域还住不断扩大，有待体育工作者进一步深入挖掘并充分利用。1 3 3 人体体表温度分布的研究1 3 3 1 人体体表分区检测过程中，由于实验设计需要，前人对人体体表有多种分区方法，少则将体表分为几个区域，多则几十个，按照解剖学知识分析，前人的分区方法虽无对错可言，但亦有其弊端，例如，u e m a t s us 等人n w l j ：个世纪八十年代将人体体衷划分为4 0个部位，测量人体各部位体表温度，由于受到当时仪器水平的限制，他们所采用的热像仪的计算机功能父能计算热像图上所选取的矩形区域的平均温度，因此他所划分的区域并不完全符合要求。彭见曙等人m 1 将体表划分为5 个解剖学分区检测体表温度分布，虽实验操作相对简单快捷，但测温点数相对过少，可能引起实验结果的误差较大，且未能完全区分体表不同部位的温度差异。炉庆洪等人汹1 将人体体表按照解剖学分区分为2 1 个区域，测量健康人群身体各部位体表温度平均值，测得了大量实验数据，他们对体表分区简单明了，检测相对方便快捷，具有较高的效能，因此，本研究将参照炉庆洪等人的研究，将人体划分为2 1 个区域，但考虑到本文研究内容，最终剔除脐部体表温度的测量与分析，对剩余的2 0 个体表部位进行研究，其具体体表分布如图i - 4 所示( 其中4 指腋窝，测量i 对上臂举起，不紧贴胸廓，测量的是腋窝的皮肤温，而不是通常所指的腋窝温) 。绪论罔卜4 体表分区图( 引自炉庆洪，2 0 0 6 )1 3 3 2 人体体表温度分布体表各部位的温度差值较大，波动的幅度也较大，受环境、衣着、皮下脂肪组织厚度和局部血流量等情况的影响。在环境温度为2 3 时，测定足部皮肤温度为2 7，手部皮肤温度为3 0 ，躯干为3 2 ，额部为3 3 - 3 4 ，四肢末梢皮肤温最低，越接近躯干、头部，皮肤温越高。当气温达3 2 时，皮肤温度的部位差别将变小在寒冷环境中，随着气温下降，手、足部皮肤温度降低最为显著，而头部皮肤温度的变动相对较小 。国外对人体体表温度的测量很早就有，f e l d m a n 等人呻1 1 9 8 4 年就拍摄了健康人颈椎和上肢的热像图，他们认为人体躯干两侧的温度差不超过0 6 2 。c 才是正常的，他们的研究对红外热技术的应用和发展起到了积极的推动作用，然而由于实验条件的限制，其测量部位较为局限。u e m a t s usc 4 m 1 等人测量了9 0 位健康人的热像图，他们将人体划分为4 0 个部位，分别测量了这些部位的平均温度及左右温差，得到了比较全面的数据，然而受到当时仪器水平的限制，他们所采用的热像仪的计算机功能只能计算热像图卜所选取的矩形区域的平均温度，测量结果不够精确。c i p r i a n o 硼研究报道，常压下随着外界环境温度的降低，体表温度里下降趋势，核心温度基本不变，但其并未阐明不同体表部位皮肤温度降低的特征和差异性，有必要进一步阐述。福建师范大学颀十学位论文国内对健康人群体表温度分布的研究报道尚少。台湾的h s i n g - h u an i u 等人b i j在2 0 0 1 年利用日本产的热像图测量了5 7 名台湾人的皮肤温度分布测量了人体各个区域的平均温度及两侧温差，比较了彳i 同年龄组的筹异和不同性别的筹异，其研究在常温环境_ 卜进行，测量人群为大众健康群体。本研究在此基础匕，进一步深入探讨不同环境温度下、不同人群之间体表温度分布的差异，且实验仪器相比更加精确。吕少文、王英慧等人田侧报道了