第三节 服装工效学人体生理指标的测量

人类通过使用劳动工具，扩大了手和脚的功能。同样，人类通过穿着各种类型的服装，更好地适应不同的环境条件。评价人体的着装是否符合服装工效学的要求，是否使人体感觉舒适，不影响甚至有助于提高人的工作效率，在某些特殊的环境条件下，尽量延长人的耐受极限，在不影响作业人员健康与安全的前提下，使他们能够更有效地工作，就必须要以客观的人体生理测量指标为科学依据。了解人体生理学方面的知识及其测量方法，对研究服装工效学、指导科学着装有着十分重要的意义。根据服装工效学的要求，本节讨论的人体生理指标主要包括人体的体温、能量代谢、人体表面积、体重丧失量、心率等。

一、人体的体温

人体的体温（Body Temperature）在服装工效学中是一项重要的生理指标。人体各部位的温度并不相同，体内产生的热量主要是通过体表散发到人所处的环境中。一般来说，人体深部的温度较高，也较稳定，各部位之间差异比较小；人体表层的温度则较低，由于体表容易受到环境温度变化的影响，体表各部位之间的差异较大。因此，我们可以将人体的温度分别用体核温度（Core Temperature）和皮肤温度（Skin Temperature）来表示。通常我们所说的体温度就是指体核温度。

（一）体温的调节

人和鸟类、哺乳动物一样，机体都是恒温的，也就是说，虽然一年四季的气候变化很明显，但在一定范围内不论环境温度如何变化，人仍然能维持体温的相对稳定。保持一定的体温以及体温的相对稳定是人体进行新陈代谢和正常生命活动的必要条件。使人体体温不受外界环境冷热变化的影响主要通过两个途径：第一，自主性体温调节（Autonomic Thermoregulation），即当环境温度发生改变时，依靠人体自身的体温调节中枢的活动，对产热和散热过程进行的调节；第二，行为性体温调节（Behavioral Thermoregulation），即人体有意识地通过改变行为活动而调节产热和（或）散热的方式进行的调节，如根据环境温度增减服装、人工改善气候条件等。对于人类来说，无论自主性体温调节，还是行为性体温调节，均是依靠调节人体向环境的散热速度或散热量来维持体温的恒定。而通过服装所进行的行为性体温调节则是服装工效学的一个重要研究内容。

人体各部分的温度并不相同。皮肤温度受环境温度和着装情况的影响，温度波动的幅度比较大，而且身体各部位之间的差异也比较大；体核部分（包括心脏、肺、腹腔器官和脑）的温度相对比较稳定，各部分之间的差异也较小。体核温度高于皮肤温度，由表及里存在着温度梯度。如图3-1所示，在寒冷的环境中，人体深部温度的范围缩小，主要集中在颅内、胸腔和腹腔内的器官，而表层温度的范围相应扩大；相反，在炎热的环境中，深部温度的范围扩展到四肢，而表层温度的范围相应缩小。

人体在外界环境温度发生变化时，能维持体温相对稳定。这是由于机体存在着体温的自主调节机制。体温调节实质上是产热和散热及人体内外热交换的调节过程。这一复杂、灵敏和精确的调节过程，是通过温度感受器、体温调节中枢和效应器来实现的。

温度感受器分为冷觉感受器和温觉感受器两种，它们分布于体表以及深部组织（包括内脏器官和脑内），感觉机体各部的温度变化。人体皮肤冷敏感点比温敏感点多4～10倍，而且不同部位的皮肤，冷敏感点的数目也不相等，位于脸和手的冷敏感点数目远比脑和胸部多。

图3-1 在不同环境温度下人体体温分布示意图

人体内最重要的体温调节中枢在下丘脑。下丘脑前部是散热中枢；下丘脑后部是产热中枢。来自皮肤和其他组织器官的冷、热感觉器产生的神经冲动，分别到达下丘脑的产热和散热调节中枢。散热中枢兴奋时，皮肤血管扩张出汗，以增加散热；产热中枢兴奋时，皮肤血管收缩以减少散热，骨骼肌收缩产生寒战，以增加产热。

人的体温恒定为37℃左右，是下丘脑体温调节中枢定点控制的结果，生理学上称之为调定点（Set Point）。调定点类似于恒温箱中的温度控制器，体温37℃作为不变的调定点。当中枢细胞群感觉的温度大于37.1℃时，散热中枢兴奋，同时产热中枢受到抑制，限制体温升高；若中枢细胞群感觉到的温度低于36.9℃时，则产热中枢由抑制转为兴奋，立即制止体温继续下降。

体温调节效应器的主要作用是减少身体内部重要器官的温度变化，即维持体内环境温度稳定，保证体温调节中枢正常。效应器反应包括心管系统、汗腺、呼吸系统和代谢产热四个方面。

通过温度感受器感受体表和深部组织的温度变化，并且相应的神经将此信息传至位于下丘脑的体温调节中枢，后者再激活不同的效应器，以控制产热和散热两个过程。由此所产生的效应又可经神经系统和血统反馈到控制中枢，形成一个密闭的自动控制的环路。如图3-2所示，下丘脑体温调节中枢，包括调定点神经元在内，属于控制系统。它传出的信息控制着产热装置，如骨骼肌、肝，同样也控制着散热装置，如汗腺、皮肤血管等受控系统的活动，使受控对象——机体深部温度维持一个稳定的水平。而输出变量体温总是会受到内、外环境因素的干扰，如机体的运动、环境温度、湿度、风速等的变化。此时则通过体表和深部组织的温度感受器将干扰信息反馈于调定点，经过下丘脑体温调节中枢的整合，再调整受控系统的活动，仍可建立起当时条件下的体热平衡，收到稳定体温的效果。

图3-2 体温调节自动控制示意图

人类在实际生活中，当皮肤温度低于30℃时产生冷觉，而当皮肤温度为35℃左右时则产生温觉。皮肤温度在13～33℃内波动时，由冷感觉器做出反应；皮肤温度在33～45℃范围内变化时，热感觉器兴奋。冷热两种感觉器的刺激阈值是不同的。冷感受器的刺激阈值是以每秒0.004℃的温度降低；热感受器能感觉每秒0.001℃的温度升高。产生冷、热温度感觉所需的平均最低有效热能是0.00063J/（cm²·s）。皮肤温度低于13℃和高于45℃时，冷、热感觉被疼痛感觉所取代，因为皮肤内的温度信息传递神经和痛觉传递神经是相同的。当冷、热刺激超过一定强度时就引起痛觉反应，产生痛觉的最低有效热能是0.913J/（cm²·s），温度感觉的热能阈值只有痛觉热能阈值的大约1/1450，可见温度感觉器的灵敏度是非常高的。

（二）体温的生理性波动

人体体温的恒定是相对的。在正常情况下，体温可受昼夜、性别、年龄、骨骼肌和精神活动、环境温度等其他因素的影响而发生生理性波动。

1.体温的昼夜周期性波动

体温在一天之中呈现明显的周期性波动，称为日节律（Circadian Rhythm）。清晨2～6时，人体体温最低，午后13～18时最高。人体体温在一天中的波动幅度一般不超过1℃，在早晨6时至下午18时的12个小时中，体温的正常波动为0.5～0.6℃。新生儿的体温调节功能不完善，其体温没有昼夜周期性波动。体温昼夜节律是机体的一种内在节律。

2.体温的性别差异

成年女性的体温平均比男性的高约0.3℃，这可能与女性皮下脂肪较多所致散热较少有关。女性的体温还随生理周期而呈现节律性波动，体温在月经期最低，随后轻度升高，排卵日又降低，排卵后体温升高0.2～0.5℃，直到下一月经期开始。

3.体温的年龄差异

新生儿的体温调节中枢尚未发育成熟，其体温易受环境温度的影响。出生6个月后，体温调节功能趋于稳定，2岁后体温出现明显的昼夜节律性波动。儿童和青少年的体温较高。随着年龄的增长，体温有所降低，老年人的体温最低。因此，婴幼儿和老年人应注意服装的保暖性。

4.体温随骨骼肌活动和精神活动增强而升高

骨骼肌活动增强，如运动，人体的产热量增加，体温升高。在激烈的肌肉运动时，体温可上升1℃左右，甚至更高。情绪激动、精神紧张时，骨骼肌张力升高；同时，甲状腺、肾上腺髓质等分泌激素增加，机体代谢活动增强，均可引起产热量增加，体温升高。

5.影响体温的其他因素

在环境温度较高的夏季，体温比环境温度较低的冬季时高。在相同季节，生活在南方时体温比生活在北方高。进食影响能量代谢，增加产热量，也可能影响体温。

由于人体体温可受昼夜、性别、年龄、骨骼肌和精神、环境温度等多种因素的影响。在进行服装工效学实验时，要根据所评价服装的用途与功能，合理选择实验条件、性别比例以及实验时间，确保实验数据的可信。

（三）体核温度

生理学上所说的体温是指体核温度，即机体深部的平均温度。由于体内各器官的代谢水平不同，它们的温度略有差别，人在安静状态下，肝脏的代谢活动最强，产热量最大，温度最高，约38℃；脑产热量也较大，温度接近38℃；肾脏、胰腺和十二指肠等的温度略低；直肠内的温度则更低。但由于血液沿周身不断循环，使体内各器官的温度经常趋于一致。因此，机体深部的血液温度可代表机体深部重要器官的平均温度，即体核温度。

测量体核温度应该测量足够深的组织的温度，不受体表组织温度梯度的影响。但是，在体内温度梯度是可能存在的，这取决于局部代谢、血管网的密度和血流量的不同。

正常情况下测量人体体温，在直肠内测量时为36.9～37.9℃；口腔温度（舌下部）的平均值比直肠温度低0.2～0.3℃；腋窝温度比口腔温度低0.3～0.4℃。人体体温平均值为36.8℃。可见，人体的温度多少也是有些变化的，但这个变化是很有规律的。

严格来说，测量体核温度应该测定机体深部血液的温度。但实际上血液温度不易测试。因此，可以通过测定下述身体七个不同部位的温度来近似地表示体核温度。

1.口腔（舌下部）温度（Oral Temperature）

将测量传感器放在舌下，与舌动脉的深部动脉分支紧密接触。它能比较准确地测量影响温度调节中枢的血液的温度。口腔温度的上升与锁骨下动脉温度的升高相平行。尽管如此，口腔温度易受一些因素的影响。例如，当口腔张开时，由于对流和口腔黏膜表面的蒸发，使口腔温度下降；甚至当口腔紧闭时，随着面部皮肤温度的下降，口腔温度也会下降。相反，当面部受到强辐射热的照射时，口腔温度则上升。另外，刚喝过冷或热的水、吸烟以及用口呼吸等均会影响口腔温度。

在适当的测量条件下，口腔温度和食道温度的绝对值以及变化方式是很相似的。当受试者休息时，环境温度大于40℃状态下，口腔温度可超过食道温度0.25～0.40℃。当受试者工作时，其负荷强度不超过该受试者的最大需氧功率35%条件下，口腔温度与食道温度才是一致的。

2.食道温度（Esophageal Temperature）

将测温传感器插至食道的中下部，在5～7cm的长度上，传感器与左心房的前壁和下主动脉的后表面相接触。在这个位置上测得的温度与右心的温度基本相同，其值比直肠温度约低0.3℃。食道温度能准确地反映离开心脏的血液温度，并能完全准确地反映出灌注下丘脑体温调节中枢的血液温度，即食道温度变化的过程与体温调节反应的时间过程相当一致，所以在实验研究中常以食道温度作为体核温度的一个指标。

如果把传感器放置在食道的上部，则其温度受呼吸影响；若放置的位置太低的话，则记录的是胃内温度。咽下的唾液温度也影响传感器的温度。因此，食道温度不能采用已记录温度的平均值，而要用峰值来表示。尤其在寒冷环境中特别如此，因为唾液是相当冷的。

3.腹腔内温度（Intra-abdominal Temperature）

受试者吞下测温传感器，在传感器通过人体内部管道期间所记录的温度将迅速变化，这取决于它所到达的部位，是接近大动脉壁或者接近局部代谢高的器官或者接近腹壁。当传感器位于胃部或十二指肠时，温度的变化与食道温度的变化相似，并且这两个温度之间的差别是很小的。当传感器在肠道内部通过时，温度变化的特征更加接近于直肠温度的变化。若无强辐射热照射腹部的话，则腹腔内温度似乎与环境气候条件无关。

4.直肠温度（Rectal Temperature）

测温传感器插入直肠6cm以上，被大量的腹部具有低导热性能的组织所包围，因此直肠温度与环境条件无关，所测得的温度比较接近深部的血液温度。本质上讲，直肠温度是平均体核温度的指标。人在安静休息时，直肠温度是最高的温度。当进行全身活动并且热蓄积缓慢时，直肠温度才被认为是深部血液温度，也就是体温调节中枢温度的指标。当热蓄积是低的，并且基本上是用腿进行工作的话，那么直肠温度稍高于体温调节中枢的温度。在短时间强烈的热紧张期间，热蓄积迅速增高的情况下，直肠温度上升的速率比温度调节中枢温度上升的速率要慢些。在热暴露停止后，直肠温度还继续升高，最后逐步下降。温度上升的速度和延迟的时间取决于暴露和恢复的条件。这说明直肠温度不能很好地反映血液温度的快速变化，但是它能反映发热中血液温度缓慢时的变化。

综上所述，用直肠温度来估算受试者的热紧张程度，要注意具体条件。

5.鼓膜温度（Tympanic Temperature）

放置测温传感器的位置尽可能地接近鼓膜。鼓膜的动脉部分是颈内动脉的分支，颈内动脉也灌注下丘脑，又由于耳鼓的热惯量很低，质量小，并且血管分布密，故鼓膜变化与下丘脑温度变化成比例。因此实验中常以鼓膜温度作为脑组织温度的指标。当身体核心热容量迅速变化时，鼓膜温度的变化类似于食道温度的变化。无论这热容量的变化是因为代谢引起的，还是因为环境引起的，外颈动脉也供应鼓膜，故鼓膜温度与直肠温度之间的差别，是由于耳周围和头部的皮肤表面的局部热交换的变化所引起的。

6.听道温度（Auditory Canal Temperature）

将测温传感器放在接近鼓膜的听道壁上，该区域的血液是由外颈动脉供应的，其温度受心脏动脉血液温度和耳周围以及接近头部的皮肤血液温度的影响。在听道温度和听道外口温度之间存在着温度梯度，若将耳和外境气候做适当地隔断的话，则可减小这种梯度。

听道温度与鼓膜温度一样，其变化和腹腔内温度变化是平等的。但是，在热环境中与腹内温度的正偏差或者在冷气候中与腹腔内温度的负偏差，相对于鼓腹温度要更大些。因此，听道温度可以被较好地认为是体核温度和皮肤温度两者相结合的指标，而不仅是体核温度的指标。

7.尿的温度（Urine Temperature）

膀胱及其内容物可被认为是身体核心的重要部分，因此，测定刚排出的尿的温度能够提供有关体核温度的信息。将温度传感器放在一个收集尿的装置中，来进行这种测量。依据定义，这种测量的可能性取决于膀胱中的尿量。尿的温度变化与直肠温度的变化相似，但尿温度比直肠温度低0.2～0.5℃。

腋窝温度通常也是测量人体的体核温度方法，但由于服装工效学实验过程中，受试者通常不是静止的，所以不容易测量腋窝温度。但如果受试者处于安静状态下进行实验，也可以通过测量腋窝温度的方式测定受试者的体核温度。

在上述测量人体的体核温度的测量方式中，通常以直肠温度代表体核温度。因为直肠温度受外界环境条件影响小，准确度高，安全系数大，操作较为方便。如果在口腔、腋窝等处测量体温，就必须加以校正。校正公式如下：

（1）口腔温度+0.3=体核温度；

（2）腋窝温度+0.7=体核温度；

（3）鼓膜温度=体核温度。

（四）皮肤温度

人体最表层（即皮肤）的温度称为皮肤温度。由于人体各部位存在肌肉强度、皮肤脂肪厚度、血流供应和表面的几何形状等的差别，所以机体各部位的皮肤温度相差很大。例如，在23℃的环境中测定时，额部的皮肤温度为33～34℃，躯干为32℃，手部为30℃，足部为27℃。

皮肤温度是服装工效学的重要指标之一。它一方面能够反映人体热紧张程度；另一方面可以判断人体通过服装与环境之间热交换的关系。换句话说，从服装生理卫生学角度考虑，皮肤温度既反映出体内到体表之间的热流量，也可反映出在服装遮盖下的皮肤表面的散热量或得热量之间的动态平衡状态。

在炎热的环境中，人的皮肤血管扩张，血流量增大，皮肤温度因而上升，并且各局部皮肤温度趋向均匀一致。

在普通室温环境中处于安静状态或者在气温较低的环境中进行轻度活动的人，额部和躯干部位的皮肤温度为31.5～34.5℃。当着衣部位与裸露部位的皮肤温度相差小于2℃时，明显感觉热；当相差3～5℃时，感觉舒适。胸部和脚的皮肤温度相差超过10℃时，就感觉冷；而胸部和脚的温度相差小于5℃时，则会感觉热。

在寒冷环境中，如果手和脚的皮肤温度不断下降，躯干部的皮肤温度也缓慢下降，则说明服装不够保暖。当躯干部的皮肤温度同脚或手的皮肤温度相差超过17℃时，就会产生手、脚疼痛或全身发抖的反应。人体任何一处的皮肤温度下降到2℃是寒冷耐受的临界值，达到此点时剧痛难忍。日常生活中，通常在手指和脚后跟或脚趾容易达到临界值。

在生理学和卫生学中，用得最多的是平均皮肤温度（Mean Skin Temperature）。当环境温度在35℃以下时，平均皮肤温度与温度感觉密切相关。平均皮肤温度31.5～34.5℃属于舒适范围，33～34℃时最舒适。大约30%的人，舒适温度的上限为35℃，超过35℃后，90%的人会感觉热；平均皮肤温度31.5℃是舒适的下限。在安静状态皮肤温度与主观热感觉的关系见表3-11。

表3-11 在安静状态皮肤温度与主观感觉的对应关系

测量皮肤温度的方式可以分为非接触式和接触式两种。非接触式可以用红外辐射传感器，使用红外辐射传感器，在一定距离之外可以测量裸体受试者身体上某点的皮肤温度。用这种方法测得的数据是红外辐射传感器所覆盖的皮肤面积的平均温度。Raytech非接触式红外测温仪如图3-3所示，该仪器测量范围0～50℃，测量精度为0.1℃。另一种方法是将测温传感器固定在皮肤表面上，测定该皮肤表面的温度。如图3-4所示为BXC便携式多通道生理参数测试仪，该仪器提供14个温度测量传感器和1个心率测量传感器，可以同时按所设定的时间间隔（30s或60s）测量受试者14个部位的温度和心率。此外，便携式多通道生理参数测试仪可以在现场完全脱离计算机进行测量，连续记录并贮存4h以上的数据。实验结束后再回到实验室进行数据处理，十分方便。

图3-3 Raytech非接触式红外测温仪

图3-4 便携式多通道生理参数测试仪

由于人体皮肤的温度分布很不均匀，所以通常使用平均皮肤温度作为人体皮肤温度的表征指标。根据测量目的不同，目前使用的测量平均皮肤温度的方法主要有四类，并且各自依据的原理也不相同。第一类公式是Tcichner（1958年）和Ramanathan（1964年）提出的，该方法只测量几个点的皮肤温度，各点的加权系数是通过对局部皮肤温度和计算出的“最佳”平均皮肤温度进行线性回归处理获得的。第二类公式是Nadel等（1973年）和Crawshaw等（1975年）根据不同皮肤区域具有不同的热的敏感性和自发的热反应提出“生理学公式”，其加权系统是根据特定的皮肤区域对温度中枢的相对影响而不是根据它们在热交换中的重要性来确定的。第三类公式是通过修改现有公式获得的。最后一类公式是“面积加权公式”，这是Winslow等（1936年）、Hardy和DuBois（1938年）、Mitchell和Wundham（1969年）等根据DuBois的人体表面积的测量提出的，这也是生理学和卫生学上用得最多的计算加权平均皮肤温度（Weighted Mean Skin Temperature）的方法。通常将加权平均皮肤温度简称为平均皮肤温度。平均皮肤温度是身体各部皮肤温度对于各自所占面积的百分比的加权平均值。

根据不同的测量目的、精确要求、工作环境、人体各部位的皮肤感觉器对冷、热感觉的敏感性的不同，可以选择不同方法的测量平均皮肤温度。在服装工效学研究中，主要以面积加权方式计算平均皮肤温度。比较常用的是ISO（International Organization for Standardization）平均皮肤温度的测量方法。该方法首先将人体表面分成14个面积相等的代表区，如图3-5所示，然后提出了3个计算公式，其测量部位和加权系数见表3-12。

图3-5 平均皮肤温度测量点位置示意图

表3-12 人体皮肤温度测量部位及其加权系数

由表3-12可见，测量人体平均皮肤温度t_s的公式如下：

四点法平均皮肤温度t_s计算公式：

t_s=0.28t₂+0.28t₃+0.16t₇+0.28t₁₂　　　　　　（3-2）

式中：t_s——平均皮肤温度，℃；

t₂、t₃、t₇、t₁₂——测量部位2、3、7、12处的皮肤温度，℃。

八点法平均皮肤温度t_s计算公式：

t_s=0.07t₁+0.175t₃+0.175t₄+0.07t₅+0.07t₆+0005t₇+0.19t₁₀+0.2t₁₃　　　　　　（3-3）

式中：t_s——平均皮肤温度，℃；

t₁、t₃、t₄、t₅、t₆、t₇、t₁₀、t₁₃——测量部位1、3、4、5、6、7、10、13处的皮肤温度，℃。

十四点法平均皮肤温度t_s计算公式：

式中：t_s——平均皮肤温度，℃；

t₁～t₁₄——测量部位1～14处的皮肤温度，℃。

按照一般原则，测量的点数越多，越能够代表全身皮肤温度的分布与变化情况。但是，测量点数越多，特别是在运动状态下，会有许多实际困难；而测量点数太少，在某些环境条件下会不够准确。所以，针对测量平均皮肤温度的选点数目和方法，许多学者做了大量的研究工作。目前大致可以归纳为以下几个选取测量点数的原则：

（1）根据气温：在不同的气温下，选点数不同。例如，在比较炎热的气候环境中，全身皮肤血管扩张，皮肤温度比较均匀，测量的点数可以少些，2～4个点就可以；在中等气温条件下，测量4～8个点；在低温寒冷环境中，全身各点皮肤温度相差悬殊，测量的点应多些，可以选择8～14个点。

（2）根据目的：根据研究者需要达到的预期目的，选择适合的测量部位和点数。

（3）根据活动状态：按照人体的活动状态确定测量部位，无论春夏秋冬四季气候条件如何变化，外周体温调节主要发生在四肢，皮肤温度变化显著，躯干部受到服装和其他灵敏的体温调节作用的影响，皮肤温度变化较小，所以，在安静状态时，四肢的加权系数不应小于50%。如果以腿部运动为主，且活动量较大，则下肢的加权系数还要适当增加。在进行重体力活动时，测量皮肤温度的传感器应安置在具有强大肌肉群的身体部位。

（五）平均体温

当考虑人体热平衡状态时，需采用人体的平均体温（Mean Body Temperature）。平均体温与机体深部温度和平均皮肤温度有关，可以根据机体深部温度和平均皮肤温度以及机体深部组织和表层组织在整个机体中所占的比例进行测算，其计算公式如下：

t_b=α·t_c+（1-α）·t_s　　　　　　（3-5）

式中：t_b——平均体温，℃；

α——机体深部组织在机体全部组织中所占比例；

（1-α）——机体表层组织在机体全部组织中所占比例；

t_c——体核温度，℃；

t_s——平均皮肤温度，℃。

此外，平均体温还可以依据环境气候条件而定。在通常的气候条件下，人体外周血管调节反应较小时，平均体温采用下列公式计算：

t_b=0.67t_c+0.33t_s　　　　　　（3-6）

在高温炎热的环境中，外周血管全部扩张，皮肤温度很高时，平均体温采用下列公式计算：

t_b=0.8t_c+0.2t_s　　　　　　（3-7）

在寒冷的气候条件下，外周血管完全收缩，皮肤温度较低，平均体温t_b采用下列公式计算：

t_b=0.5t_c+0.5t_s　　　　　　（3-8）

二、能量代谢

正常人的体温是相对恒定的。当体温低于34℃可引起意识丧失，低于25℃时可引起心跳停止或心室纤维性颤动；当体温高于42℃时可引起细胞的实质性损害，高于45℃时可危及生命。因此，体温的相对恒定对于维持机体生命活动的正常进行具有非常重要的意义。包括人在内的恒温动物的体温之所以能够维持相对稳定，是由于在体温调节机制的作用下，机体热含量处于动态平衡状态的结果。实际上，机体热含量的平衡取决于机体的产热（Heat Production）和散热（Heat Loss）过程的平衡。机体热含量的相对平衡状态或机体产热与散热之间的相对平衡状态称为体热平衡。当机体产热较多或散热较少时，机体热含量增加，体温就会升高；相反，当机体产热较少或散热较多时，机体热含量减少，体温就会降低。人只有在热平衡的条件下，才有可能感觉舒适，才有可能有效地工作。研究热平衡，首先要研究人的热产过程，了解人体的能量代谢。

（一）新陈代谢

新陈代谢（Metabolism）是机体生命活动的最基本特征之一，其包括两个方面，即合成代谢和分解代谢。合成代谢是机体不断从外界摄取营养物质来构筑和更新自身，并贮存能量；分解代谢是机体又不断分解体内物质，为各种生命活动提供能量。可见，在新陈代谢的物质合成与分解代谢过程中，始终伴随着能量的转移过程。因此，通过将在物质代谢过程中所伴随的能量的释放、转移、贮存和利用统称为能量代谢（Energy Metabolism）。

机体所需的能量来源于食物中的糖、脂肪和蛋白质。这些能源物质分子结构中的碳氢键蕴藏着化学能，在氧化过程中碳氢键断裂，生成CO₂和H₂O，同时释放出蕴藏的能量。这些能量的50%以上迅速转化为热能，用于维持体温，并向体外散失。其余不足50%的能量则以高能磷酸键的形式贮存于体内，供机体利用。体内最主要的高能磷酸键化学物是三磷酸腺苷（ATP），此外还可有高能硫酯键等。机体利用ATP去合成各种细胞组成分子、各种生物活性物质和其他一些物质；细胞利用ATP去进行各种离子和其他一些物质的主动转运，维持细胞两侧离子浓度差所形成的势能；肌肉还可利用ATP所载荷的自由能进行收缩和舒张，完成多种机械功。总体看来，除骨骼肌运动时所完成的机械功（外功）以外，其余的能量最后都转变为热能。例如，心肌收缩所产生的势能（动脉血压）与动能（血液流速），均于血液在血管内流动过程中，因克服血流内、外所产生的阻力而转化为热能。在人体内，热能是最“低级”形式的能，热能不能转化为其他形式的能，不能用来做功。

通用的热量单位为焦（J），过去热量单位是卡（cal）或千卡（kcal），1cal=4.187J，1kcal=4.187kJ。1焦/秒（J/s）为1瓦（W）。由于服装工效学早期的研究都是以cal或kcal为单位，所以为了使读者更加容易理解，本书在必要的部分，会同时利用J和kcal作为热量的单位。

（二）能量代谢测定的原理和方法

根据热力学第一定律，能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，既不能增加，也不能减少，这是所有形式的能量（动能、热能、电能及化学能）互相转化的一般规律，也就是能量守恒定律。机体的能量代谢也遵循这一规律，即在整个能量转化过程中，机体所利用的蕴藏于食物中的化学能与最终转化成的热能和所做的外功，按能量来折算是完全相等的。因此，测定在一定时间内机体所消耗的食物，或者测定机体所产生的热量与所做的外功，都可测算出整个机体的能量代谢率（单位时间内所消耗的能量）。

测定整个机体单位时间内发散的总热量通常有三种方法，即直接测热法、间接测热法和简化测定法。

1.直接测热法

直接测热法（Direct Calorimetry）是测定整个机体在单位时间内向外界环境发散的总热量，此总热量就是能量代谢率。如果在测定时间内有对外做功，应将对外所做的功折算为热量一并计入。20世纪初，Arwater-Benedict设计了呼吸热量计，其结构如图3-6所示。在隔热密封的房间中，设有一个铜制的受试者居室。使用温度调节装置控制隔热壁与居室之间空气的温度，使之与居室内的温度相等，以避免居室内的热量因传导而散失。受试者呼吸的空气由进出居室的气泵管道系统来供给。此系统中装有硫酸和钠石灰，用以吸收人体呼出气中的水蒸气和CO₂。管道系统中空气中的O₂则由氧气筒定时补给。这样，受试者机体所散发的大部分热量便被居室内管道中流动的水所吸收。测定进入和流出居室的水量和温度差，

图3-6 直接测热装置示意图

乘以水的比热即可测出水所吸收的热量。当然，受试者发散的热量有一部分包含在不感蒸发量中，这在计算时也要加进去。直接测热法测得的热量等于机体一定时间内散失的总热量。

直接测热法的设备复杂，操作烦琐，使用不便，因而极少应用。一般都采用间接测热法。

2.间接测热法（Indirect Calorimetry）

机体依靠呼吸功能从外界摄取O₂，以供各种营养物质氧化分解的需要，同时也将代谢终生物CO₂呼出体外。在一定时间内机体的CO₂产生量与O₂消耗量的比值称为呼吸商（Respiratory Quotient，RQ）。由于各种营养物质在细胞内氧化供能属于细胞呼吸过程，因此可根据各种营养物质氧化时的CO₂产生量与O₂消耗量的比值计算出其各自的呼吸商。严格说来，呼吸商应该以CO₂和O₂的摩尔数来计算，但是由于在同一温度和气压条件下，容积相等的不同气体，其分子数都是相等的，所以通常都用容积数（mL或L）来计算CO₂与O₂的比值，即：

糖、脂肪和蛋白质氧化时，它们的CO₂产量与O₂消耗量各不相同，三者的呼吸商也不一样。因为各种营养物质无论在体内或体外氧化，它们的耗O₂量与CO₂产量都取决于各种物质的化学组成，所以，在理论上任何一种营养物质的呼吸商都可以根据它的氧化成终产物（CO₂和H₂O）化学反应式计算出来的。

糖的一般分子式为（CH₂O）_n，氧化时消耗的O₂和产生的CO₂分子数相等，呼吸商应该等于1。

脂肪氧化时需要消耗更多的O₂。在脂肪本身的分子结构中，O₂的含量远少于C和H。因此，另外提供的O₂不仅要用氧化脂肪分子中的C，还要用来氧化其中的H。所以脂肪的呼吸商将小于1，如甘油三酸酯呼吸商等于0.71。

蛋白质的呼吸商较难测算，因为蛋白质在体内不能完全氧化，而且它氧化分解途径的细节，有些还不够清楚，所以只能通过蛋白质分子中的C和H被氧化时所需O₂量和CO₂产生量，间接算出蛋白质的呼吸商，其计算值为0.80。

在日常生活中，营养物质不是单纯的，而是糖、脂肪和蛋白质混合而成的。所以，呼吸商常变动在0.71～1.00之间。人体在特定时间内的呼吸商要看哪种营养物质是当时的主要能量来源而定。若能源主要是糖类，则呼吸商接近于1.00；若主要是脂肪，则呼吸商接近于0.71。在长期病理性饥饿情况下，能源主要来自机体本身的蛋白质和脂肪，则呼吸商接近于0.80。一般情况下，摄取混合食物时，呼吸商常为0.85左右。

在一般情况下，体内的主要供能物质是糖和脂肪，而动用的蛋白质极少，可忽略不计。为计算方便，可以忽略蛋白质供能的情况下，测量一定时间内氧化糖和脂肪所产生的CO₂量与耗O₂量的比值，称为非蛋白呼吸商（Non-Protein Respiratory Quotient，NPRQ）。根据糖和脂肪按比例混合氧化时所产生的CO₂量与耗O₂量可计算出相应的NPRQ值，由NPRQ值可从附录3中查出氧化糖和脂肪的量以及相应的氧热价。通过这些数据即可计算出受试者的新陈代谢率。

生理学上，测定受试者的新陈代谢率，首先测定受试者一定时间内的耗O₂量和CO₂产生量，并将它们换算为标准状态下的数值。根据这些数据和查表计算人体的新陈代谢率。耗O₂量与CO₂产量的测定方法有两种，即闭合式测定法和开放式测定法。

（1）闭合式测定法：在动物实验中，将受试动物置于一个密闭的能吸热的装置中。通过气泵，不断将定量的氧气送入装置。动物不断地摄取O₂，可根据装置中O₂量的减少计算出该动物在单位时间内的耗O₂量。动物呼出的CO₂则由装在气体回路中的CO₂吸收剂吸收。然后根据实验前后CO₂吸收剂的质量差，算出单位时间内的CO₂产生量。由耗O₂量和CO₂产生量算出呼吸商。

（2）开放式测定法（气体分析法）：它是在机体呼吸空气的条件下测定耗O₂量和CO₂产生量的方法，所以称为开放法。其原理是，采集受试者一定时间内的呼出气，测定呼出气量并分析呼出气中O₂和CO₂的容积百分比。由于吸入气就是空气，所以其中O₂和CO₂的容积百分比不必另测。根据吸入气和呼出气中O₂和CO₂的容积百分比的差数，可算出该时间内的耗O₂量和CO₂产生量。

气体分析方法很多，最简便而又广泛应用的方法，是将受试者在一定时间内呼出气采集于气袋中，通过气量计测定呼气量，然后用气体分析器分析呼出气的组成成分，进而计算耗O₂量和CO₂产生量，并算出呼吸商。

服装工效学研究中，测量受试者的新陈代谢率多采用开放式测定法，测量装置如图3-7所示。

图3-7 新陈代谢率测量装置

测量的基本步骤如下：

①受试者戴上呼吸面罩，收集5～10min呼出的气体于多氏袋中。

②用气体流量计测定单位时间呼出的气量，并按下式换算为标准状态下的干空气的体积流量：

式中：V₀——标准状态下的干空气的体积，L/min；

V₁——气体流量计测定的呼出气的体积，L/min；

p——实验环境下的大气压力，mmHg；

t——实验环境的温度，℃；

b——温度为t（℃）时的饱和水蒸气压，mmHg；

β——温度系数，等于1/273。

③测量呼出气体量的同时，利用气体分析仪，测定呼出气中O₂和CO₂的浓度。

④作“氮气校正”，分析出吸入气的体积，并计算出吸入的O₂量和产生的CO₂量。

由于吸入气中的氮气不被机体所吸收利用，所以呼出气中的N₂总量和吸入气中的N₂总量是相等的，即：

V_I·F_IN2=V_E·F_EN2　　　　　　（3-11）

式中：V_I——吸入气的体积（标准状态下的），L/min；

F_IN2——吸入气中的N₂含量，79.03%；

V_E——呼出气的体积（标准状态下的），L/min；

N_EN2——呼出气中的N₂含量，%。

所以：

求出受试者吸入的O₂量如下：

V_IO2=（V_I·F_IO2）-（V_E·F_EO2）　　　　　　（3-13）

式中：V_IO2——受试者吸入的O₂量，L/min；

V_I——吸入气的体积（标准状态下），L/min；

F_IO2——吸入气中的O₂含量，20.94%；

V_E——呼出气的体积（标准状态下的），L/min；

F_EO2——呼出气中的O₂含量，%。

求出受试者产生的CO₂量如下：

V_ECO2=（V_E×F_ECO2）-（V_I×F_ICO2）　　　　　　（3-14）

式中：V_ECO2——受试者产生的CO₂量，L/min；

V_I——吸入气的体积（标准状态下的），L/min；

V_E——呼出气的体积（标准状态下的），L/min；

F_ICO2——吸入气中的CO₂含量，0.03%；

F_ECO2——呼出气中的CO₂含量，%。

⑤计算非蛋白呼吸商。

式中：NPRQ——非蛋白呼吸商；

⑥根据非蛋白呼吸商的值，查附录3得出O₂的热价P，再根据吸入O₂的量，计算出受试者代谢产热量。

M=P·V_IO2　　　　　　（3-16）

式中：M——代谢产热量，kJ/min；

P——氧的热价，kJ/min。

V_IO2——受试者吸入的O₂量，L/min。

例：某健康成人受试者，安静状态下的呼出气体量为5.2L/min（标准状态）。气体分析结果为：O₂含量16.23%，CO₂含量4.13%，N₂含量79.64%；吸入气分析结果为：O₂含量20.94%，N₂含量79.03%，CO₂含量0.03%。求受试者的新陈代谢率。

解：

①求受试者吸入的气体量：

②求受试者吸收的O₂气量：

V_IO2=（V_I·F_IO2）-（V_E·F_EO2）=（5.24×20.94%）-（5.2×16.23%）=0.253（L/min）

③求受试者产生的CO₂量：

V_ECO2=（V_E·F_ECO2）-（V_I·F_ICO2）=（5.2×4.13%）-（5.24×0.03%）=0.213（L/min）

④计算非蛋白呼吸商：

⑤根据非蛋白呼吸商的值，查附录3得出O₂的热价P为4.85kcal/L或20.31kJ/L，计算受试者新陈代谢率M：

M=P·V_IO2=20.31×0.253=5.138（kJ/min）=308.31（kJ/h）=85.64（W）

3.简化测定法

无论使用直接测热法还是使用间接测热法，虽然测量精度高，但比较麻烦，间接测热法需要拥有可以测量三种气体的分析仪器，费用也比较高。所以一些学者通过多年的实验与研究，提出了一些简化的新陈代谢率测定法，仅需要测定受试者单位时间呼出的气体量及呼出气体中的O₂含量，即可估算出受试者的新陈代谢率。

（1）方法一：需要测定受试者单位时间呼出的气体量及呼出气体中的O₂含量，计算公式如下：

M=4.187V_E·（1.05-5.015F_EO2）　　　　　　（3-17）

式中：M——代谢产热量，kJ/min；

V_E——呼出气的体积（标准状态下），L/min；

F_EO2——呼出气中的O₂含量，%。

本方法适用于轻、中和重的劳动负荷，经多年实验与使用，使用简化测定法与通过非蛋白呼吸商法测得的结果相差甚微，误差完全可以忽略不计。简化测定法的操作步骤如下：

①受试者戴上呼吸面罩，收集5～10min呼出的气体于多氏袋中。

②用气体流量计测定单位时间呼出的气量，并按式（3-10）换算为标准状态下的干空气的体积流量。

③测量呼出气体量的同时，利用气体分析仪，测定呼出气中O₂的浓度。

④计算受试者代谢产热量M。

现举例说明如下（使用例中的数据）：

V_E=5.2L/min，F_EO2=16.23%，代入公式求新陈代谢率如下：

M=4.187V_E·（1.05-5.015·F_EO2）=4.187×5.2×（1.05-5.015×16.23%）

=5.1397（kJ/min）=308.38（kJ/h）=85.66（W）

（2）方法二：仅需要测定受试者单位时间呼出的气体量，计算公式如下：

M=4.187×12.6V_E　　　　　　（3-18）

式中：M——代谢产热量，kJ/h；

V_E——呼出气的体积（标准状态下的），L/min。

本方法简单，使用仪器少，但计测结果误差稍大。该测定法的操作步骤如下：

①受试者戴上呼吸面罩，收集5～10min呼出的气体于多氏袋中。

②用气体流量计测定单位时间呼出的气量，并按式（3-10）换算为标准状态下的干空气的体积流量。

③计算受试者代谢产热量M。

现举例说明如下（使用例中的数据）：

V_E=5.2L/min，代入公式求代谢产热量如下：

M=4.187×12.6V_E=4.187×12.6×5.2=274.33（kJ/h）=76.20（W）

（三）新陈代谢的影响因素

影响人体新陈代谢率的因素主要包括肌肉活动、精神活动、食物的特殊动力作用和环境温度等。

1.肌肉活动

骨骼肌的收缩与舒张是主要的耗能过程，对能量代谢的影响非常显著。机体任何轻微的活动都可提高代谢率。人在运动或劳动时耗能量显著增加，因为肌肉活动需要补给能量，而能量则来自大量营养物质的氧化，导致机体耗氧量的增加。机体耗氧量的增加与肌肉活动的强度呈正比关系，肌肉活动时耗氧量最多可达安静时的10～20倍。因此可以用单位时间内机体的产热量，即新陈代谢率，作为评价肌肉活动强度的指标。从表3-13可以看出不活动形式时的新陈代谢率。

表3-13 不同活动形式时的新陈代谢率

续表

2.精神活动

脑的重量只占体重的2.5%，但在安静状态下，却有15%左右的循环血量进入脑循环系统，说明脑组织的代谢水平是很高。据测定，在安静状态下，100g脑组织的耗氧量为3.5mL/min（氧化的葡萄糖量为4.5mg/min），此值接近安静肌肉组织耗氧量的20倍。脑组织的代谢率虽然如此之高，但据测定，在睡眠中和在活跃的精神活动情况下，脑中葡萄糖的代谢率却几乎没有差异。可见，在精神活动中，中枢神经系统本身的代谢率即使有些增强，其程度也是不明显的。

人在安静地思考问题时，能量代谢受到的影响并不大，产热量的增加一般不超过4%。但在精神处于紧张状态，如烦恼、恐惧或强烈情绪激动时，由于随之出现的无意识的肌肉紧张以及刺激代谢的激素释放增多等原因，产热量可以显著增加。因此，在测定基础代谢率时，受试者必须摒除精神紧张的影响。

3.食物的特殊动力作用

在安静状态下摄入食物后，人体释放的热量比摄入的食物本身氧化后所产生的热量要多。例如，摄入能产100kJ热量的蛋白质后，人体实际产热量为130kJ，额外多产生了30kJ热量，表明进食蛋白质后，机体产热量超过了蛋白质氧化后产热量的30%。食物能使机体产生“额外”热量的现象称为食物的特殊动力作用。糖类或脂肪的食物特殊动力作用为其产热量的4%～6%，即当进食能够产生100kJ热量的糖类或脂肪后，机体产热量为104～106kJ。而混合食物可使产热量增加10%左右。这种额外增加的热量不能被用来对外做功，只能用于维持体温。因此，为了补充体内额外的热量消耗，机体必须多进食一些食物补充这份多消耗的能量。

食物特殊动力作用的机制尚未完全了解。这种现象在进食后1h左右开始，并延续7～8h。据研究人员推测，食后的“额外”热量可能来源于肝处理蛋白质分解产物时“额外”消耗的能量。因此，有人认为肝在接脱氨基反应中消耗了能量可能是“额外”热量产生的原因。

4.环境温度

人（裸体或只穿着轻薄服装）安静状态时的能量代谢以在20～30℃的环境中最为稳定。实验证明，当环境温度低于20℃时，代谢率开始有所增加，在10℃以下，代谢率会显著增加。环境温度低时代谢率增加，主要是由于寒冷刺激反射地引起寒战以及肌肉紧张所致。在20～30℃时代谢稳定，主要是肌肉松弛的结果。当环境温度为30～45℃时，代谢率又会逐渐增加。这可能是因为体内化学过程的反应速度有所增加的缘故，还有发汗功能旺盛及呼吸、循环功能增强等因素的作用。

三、人体表面积

在服装工效学领域中，在人体产热和散热、服装的热阻值等的计算中，为了避免人体体型所产生影响，热量单位以kJ/（m²·h）或W/m²表示。因此，必须了解人体的体表面积。事实上，生理学中的许多参数，如新陈代谢率、肺活量、心输出量、主动脉和气管横截面积等均与人体的体表面积呈一定的比例关系。目前，测量人体表面积的方法主要分为测量法和公式计算法两种。

（一）测量法

使用测量法测量人体表面积，受检者仅穿着薄内衣或紧身衣裤，并以薄塑料袋套头压紧头发，使头发成为与身体表面类似的状态。

1.纸模法

纸模法测量人体表面积可通过两种方式进行。方法一是将柔软的非织造棉纤维纸用水润湿后，按照人体曲面大小或形态将纸片贴在皮肤表面上，待干燥后取下来，用剪子剪成小纸片，将剪好的纸片在平面上展开并用面积仪测量。方法二是将一定面积的非织造棉纤维纸事先测量面积（备用面积），而后裁成宽度1～10cm不等的长条，浸湿后敷于人体皮肤表面，完成之后，再将剩余的纸铺于平板上，计算其面积（剩余面积），以备用面积减剩余面积即可得到人体表面积。纸模法需要将湿纸片直接贴在皮肤表面，所以测定所需要的时间长，会使被检测者在精神上、身体上感到疲劳。

此外，除用纸之外，也有些研究人员采用胶布进行人体表面积的测量，其原理与纸模法相同。

2.石膏绷带法

石膏绷带法是一种在立体状态下测量人体表面积的方法，并且还能得到原形平面图。测量前，先在被测者的身体表面画基准线或基准点，然后抹橄榄油或凡士林，再在上面贴石膏绷带。预先用温水粘湿石膏绷带，然后轻轻拧一下，以人体为轴按对角线方向贴下去。贴三层以上，然后用化妆棉吸石膏绷带表面的余水，最后用吹风机吹干。没有贴石膏部分的皮肤可以用毛巾保护。

等石膏凝固到一定程度时，从被测者的身体表面取下，然后在通风好的地方干燥。干燥的石膏内侧贴非织造棉纤维纸，按测定线描画出的内表面形状，然后展开进行测量。

（二）公式计算法

采用纸模法、石膏绷带法测量人体表面积，方法比较烦琐，不易推广使用。一些学者通过测量一定数量的人体表面积，并利用数理统计学的方法，分析人体表面积与人的身高和体重之间的关系，得出利用身高和体重求解人体表面积的公式。

1.Do Bois公式

Do Bois公式在欧美许多国家被普遍使用，但该公式不太适合亚洲人的体表面积的计算。Do Bois公式如下：

A_s=0.007184W^0.425·H^0.725　　　　　　（3-19）

式中：A_s——人体表面积，m²；

W——体重，kg；

H——身高，cm。

2.Stevenson公式

1937年Paul H.Stevenson在《中国生理学杂志》上撰文，称其应用修正的Du Bios公式，并测量100名中国人体表面积及身高、体重值，得出多元回归方程式的相关数据，并提出了计算人体表面积的Stevenson公式，并沿用至今。Stevenson公式如下：

A_s=0.0061H+0.0128W-0.1529　　　　　　（3-20）

式中：A_s——人体表面积，m²；

W——体重，kg；

H——身高，cm。

为了使用方便，人体表面积还可以从Stevenson体表面积检索图直接读出，即根据受试者的身高和体重在相应两条线上的两点连成一直线，此直线与中间体表面积线的交点即为受试者的体表面积。Stevenson体表面积检索图如图3-8所示。

图3-8 Stevenson体表面积检索图

3.其他公式

几十年来，极少有人验证过Stevenson体表面积公式的适用性，特别是对女性体表面积计算的适用性。尤其是近几十年来中国人营养状况发生了极大改善，体型也发生了不小的变化，有必要对Stevenson公式进行重新检测。

（1）1984年我国学者赵松山对Stevenson公式进行修改，提出一个相对更适合中国人的体表面积公式，赵氏公式如下：

A_s=0.00659H+0.0126W-0.1603　　　　　　（3-21）

（2）胡咏梅、武晓洛等选用100名受试者，其中男女各50名，采用纸模法进行人体表面积研究，得出了适用于中国人的通用公式及分别适用于中国男性、女性的人体表面积计算公式，其公式如下：

①通用公式：A_s=0.0061H+0.0124W-0.0099（3-22）

②男性公式：A_s=0.0057H+0.0121W-0.0882（3-23）

③女性公式：A_s=0.0073H+0.0127W-0.2106（3-24）

四、体重丧失量

（一）体重丧失量

人在工作期间的体重丧失量，可以有以下三个原因：

（1）皮肤表面蒸发和流失掉的汗液量。

（2）通过呼吸道蒸发掉的水分。

（3）呼出CO₂和吸入O₂之间的差。

在温暖的条件下，（2）、（3）两项可被忽略不计，可利用此期间的体重丧失量去估算因蒸发而丧失的热量以及此期间的热紧张程度。但是只有当汗完全在皮肤表面被蒸发掉时，这种方法才是正确的。在很热的条件下，情况会有所不同。体重丧失量包括两个主要部分：一是蒸发掉的汗液量；二是从皮肤表面流失掉的汗液量。那么，在这种情况下的体重丧失量被认为是热紧张的一个指标。在舒适或较冷的条件下，出汗量下降，体重丧失量才能代表汗液蒸发量。

确定在一段时间内体重丧失量的方法是测量这段时间开始时和结束时体重的差。理想的状态是裸体称重，以避免由于汗液在服装上的积累而引起的误差。同时，应加上这段时间吞下的食物饮料量，并应减去排泄物的量。所使用的人体秤的灵敏度应该准确至5～10g。称量吞咽食物饮料和排泄物的秤应该更加灵敏，称量范围是0～5kg。

（二）不显汗蒸发和发汗

蒸发散热是指当皮肤表面的水分蒸发时，由液体转变为气体时将带走热量，从而使皮肤表面变冷。蒸发1g水可散失2.43kJ（0.58kcal）的热量。因此，蒸发散热是机体散热的重要方式。蒸发主要通过皮肤和呼吸道两条途径进行。由蒸发散失的水量取决于环境条件，尤其是环境的温度和湿度。当空气的湿度达到饱和时，皮肤的蒸发就不再进行了，而呼吸道的蒸发仍可进行。因为空气进行入肺内可被加温至体核温度。当它被呼出时，由于温度升高，同样量的空气可带走更多的水分。在高气温条件下，蒸发散热显得更重要。当气温为30℃时，蒸发散热量约为人体总散热量的25%；当气温高于30℃时，蒸发散热量随着温度升高呈线性增加，以补偿辐射和对流散热的减少。当气温与皮肤温度相等时，由于人体与环境之间的温差等于零，不能以辐射、传导和对流方式来散失热量，因此，蒸发成了唯一的散热方式。

皮肤的蒸发可分为两种形式，即不显汗蒸发和发汗。不显汗蒸发是指体内水分直接透出皮肤和黏膜（主要是呼吸道黏膜）表面，并在未形成明显的水滴之前就蒸发掉的一种散热方式，所以又称为不感蒸发。身体所有的体表都以相同的速率持续地进行不显汗蒸发，而且不受环境条件的影响。人体每天以不显汗蒸发散失的体液量约为1000mL。其中通过皮肤蒸发的为600～800mL，而通过呼吸蒸发的为200～400mL。

1.不显汗蒸发的测量方法

（1）称重法：是用精确度较高的人体天平或电子秤，测量一定时间内体重的变化。计算方法如：

①时间短，无须喝水进食时：

不显汗蒸发量=开始裸体体重-最后裸体体重　　　　　　（3-25）

②进行较长，中途喝水、进食、排便时：

不显汗蒸发量=（开始裸体体重+食物量+饮水量+吸O₂量）-（最后裸体体重+尿量+大便量+CO₂排出量）（3-26）

（2）水平衡法：此法可以消除氮负平衡的影响，适合长时间实验观察。但是这种方法比较复杂，除了需要称量体重、记录尿量和大便量以外，还要测量尿液比重及血液生化分析，计算方法有以下两种：

①不显汗蒸发量=（饮水量+食物水量+食物氧化产生的水量+食物中含水量）-（尿量+大便含水量）（3-27）

②不显汗蒸发量=（开始体内含水量+饮水量+食物水量+食物氧化产生的水量）-（最后体内含水量+尿量+大便含水量）（3-28）

（3）测湿量法：在某些特殊环境中，穿着特殊保护服装（高空密闭飞行服和航天服等）时，服装内必须进行人工强迫对流通风，测量通风出口和入口空气的含湿量变化，可以计算出不显汗蒸发量。计算公式为：

不显汗蒸发量=Q_v（W_ex-W_in）　　　　　　（3-29）

式中：Q_v——通风量，kg/h；

W_ex——出口通风空气湿度，g/kg干空气；

W_in——进口通风空气湿度，g/kg干空气。

2.出汗量

人体出汗的定量分析方法主要有两种。全身总出汗量的测定主要是采用称重法；局部出汗量可以采用过滤纸浸湿法。

在裸体情况下，环境温度和湿度适宜时，汗液可以全部蒸发，出汗量等于蒸发量。在着装条件下，出汗量与蒸发量是不相等的，要依具体情况决定。当出汗不多、环境温度和风速适宜、服装的透湿性能良好时，蒸发率可以接近100%，可认为出汗量等于蒸发量；如果出汗较多，受环境或服装某种因素的影响，蒸发速度慢，服装上有汗水浸湿的情况，则出汗量不等于蒸发量。在这种情况下，不仅要称裸体重量的变化，还需要称服装重量的变化。计算方法如下：

出汗量=开始裸体重量-最后裸体重量　　　　　　（3-30）

汗蒸发量=（开始裸体重量-最后裸体重量）-（最后服装重量-开始服装重量）　　　　　　（3-31）

汗蒸发率=汗蒸发量/出汗量　　　　　　（3-32）

五、心率

1.心率的概念与测量

心率是指单位时间内的心脏跳动的次数。最简单的测量心率方法是在颈动脉或桡动脉记数心跳的次数。测量受试者心率，也可以使用ECG电极，通过遥测仪或记录仪直接将ECG的信号传给数字记录仪，并且通过计算机可以连续描绘出受试者的心率曲线。此外，目前的一些运动商品，也提供了测量心率的功能，使用十分方便，如跑步机、健身车等，受试者只需双手紧握传感器、或将测头夹在耳朵上，就可以测量出自己的心率。

为了满足在室内外运动条件下长时间连续地测量心率的要求，北京服装学院与地平线科贸公司开发了生理参数测试仪（图3-4）。受试者随身携带一个微型数据采集装置，该装置在单片机的控制之下，首先将受试者的心电信息实时地变换成数字信号，再按规定的数据格式贮存在半导体存储器中，实验完成后，将全部数据传送到计算机进行处理。

2.心率与热紧张

在某一时间间隔里的心率可认为是几个分量的总和：

Hrt=Hrt₀+Hrt_m+Hrt_s+Hrt_t+Hrt_n+Hrt_b　　　　　　（3-33）

式中：Hrt——受试者的心率；

Hrt₀——受试者坐式安静休息时的平均心率，此时的受试者的代谢率为58.15W/m²；

Hrt_m——受试者由于工作引起的心率增高量；

Hrt_s——受试者由于静态功所引起的心率增高量；

Hrt_t——受试者由于热紧张所产生的心率增高量；

Hrt_n——受试者由于情绪波动所产生的心率增高量（当受试者处于安静状态时经常看到此分量，做功时趋向消失）；

Hrt_b——与受试者呼吸节律、生理节奏的节律等有关的剩余分量。当计算30s或更长时间里的心率时，在很大程度上，呼吸分量消失，同时生理节奏分量在此也可不计。

当工作一停止，心率开始迅速下降。几分钟后，由于工作所引起的分量Hrt_m和Hrt_s实际上就消失了，只剩下因受热作用而引起的分量Hrt_t。于是，心率减速的趋向经一定的恢复时间后停顿了，工作期间的末尾的热分量可估算如下：

Hrt_t=Hrt-Hrt₀　　　　　　（3-34）

式中：Hrt_t——受试者由于热紧张所产生的心率增高量；

Hrt——受试者心率在恢复期减速趋向停顿时的心率；

Hrt₀——受试者在热的实验环境中安静休息时的心率。

恢复时间平均约为4min。如果在行前的工作期间代谢率很高的话，则恢复时间可以更长。因此，在恢复的最初几分钟，必须每30s测量一次心率或通过仪器直接观察受试者心率减速趋向的停顿点。

热紧张心率的增大，即Hrt_t，与体核温度的升高有直接的关系。将体核温度升高1℃时，心率增大的数称为心脏的热反映性，并表示为bpm/℃。热反应性的个体间变化是很重要的。即使对于同样的受试者来说，由于活动类型的不同，使用不同的肌群，又由于热刺激的差异，这种热刺激无论是由于内因（主要是代谢）或是外因（环境条件）所引起的热反应性都在变化。

体核温度每升高1℃，由于热紧张所引起的心率增大量平均是33bmp。依照上述这个极限值，确定由热紧张引起的分量Hrt_t的极限约30次/℃是可能的。Hrt_t与体核温度之间的关系因个体不同而有很大的差异。因此，在热紧张可能很高的情况下，同时跟踪测量受试者的体核温度是十分必要的。