渐变运动中跑步者皮肤温度变化的红外热成像图

人体的温度调节系统可在各种环境和物理工作条件下保持恒定的温度。与环境的热传递控制对于调节体温起着根本性的作用。在人与环境界面（皮肤）上，热量通过传导，对流，辐射和蒸发从人体带走。激烈的运动通过减少内脏区域和外皮装置的血流来激活身体的代偿性血管舒张功能。在激烈的体育活动中，核心结构和肌肉会发热。外周血管舒张使“温暖的”血液从人体核心大量转移到表面，而上述过程调节着热交换。肌肉血流量增加，使得该区域血管顺应性降低，肌肉血液总体积几乎保持不变。核心区域和皮肤层内的血液量减少，从而增加了静脉回流和心输出量。

之前研究发现，运动过程中皮肤血流的改变取决于血管舒张和血管收缩的个体。皮肤血流也影响皮肤温度（Tc）。因此，根据运动引起的皮肤血流改变，Tc也会发生变化。因此，监测Tc可提供有关运动过程中热解模式和周围血管舒张的有用信息。通常，Tc是通过接触温度探针对预定感兴趣区域（ROI）中记录的皮肤温度值进行平均来估算的。一种更准确的方法来估算总体Tc分布及其在运动过程中的变化将为改善运动表现提供重要信息。这可以通过使用现代的非接触式高分辨率红外热成像设备来实现，该设备可以定量并精确地绘制皮肤温度分布及其时间演变图。这些数字设备能够精确地测量和存储实时热图像。这些基于焦平面阵列的红外热像仪的主要特征是：高温灵敏度（即，在理想条件下能够分辨低至0.01℃的温度差的能力），高采样频率（每秒最多100张非隔行扫描图像）和高空间分辨率（每个传感器高达1毫拉德）。

图为拍摄的代表对象的上身和下身的红外热成像图

尽管红外热像仪已广泛用于诊断目的，但这些设备很少用于研究运动过程中Tc的变化。研究者使用高分辨率的红外热成像技术研究了训练有素的运动员中Tc的分布及其与分级运动有关的变化。15名男性志愿者接受了跑步机的分级测试，直到达到各自的最大心率。随着受试者开始锻炼，全身Tc降低。大腿和前臂反应最早。随着运动的进行，Tc进一步降低。运动中断时，Tc值平均比基线低3-5℃。运动恢复期间Tc升高。前臂和大腿的增加最快，其次是全身Tc的增加。红外热成像记录了由于基线和恢复期间（而非运动期间）肌肉穿孔血管的存在而导致的过热点（有时为树形）的存在。

报告的结果表明，红外热成像技术可以定量评估特定等级的整体人体在适应性体育活动期间和之后发生的热适应性变化。因此，为根据特定类型，强度和运动时间来评估局部和全身性皮肤血流适应性提供了基础，并有助于确定应该进行体育锻炼的理想条件（就环境和服装而言）支持热调节过程。

总之，在分级运动过程中，使用红外热成像可以监测人体整个前皮肤表面的温度，从而产生特定时间的皮肤温度变化。这项研究的结果表明，在进行分级运动作为热身运动时，受试者不应穿着沉重的衣服，从而有利于皮肤血管的血管收缩，从而增加流向肌肉的血液。

参考资料：

Arcangelo Merla, Peter A. Mattei, Luigi Di Donato, et al. Thermal Imaging of Cutaneous Temperature Modifications in Runners During Graded Exercise. Annals of Biomedical Engineering. 38(1):158-163, 2010.

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