寒冷的日子走到戶外,為什麼會流鼻水?
― 鼻子是把吸入的空氣加溫、潤濕的「加濕器」
明明沒有感冒,冬天早上一出門,就會流出清清的鼻水。其實這正是鼻子在工作的證明。鼻子會在冰冷乾燥的空氣抵達肺部之前,把它加溫到接近體溫,並用水氣潤濕。這份工作用的「水」滿出來,就是冷天的鼻水。
冬天早上,你走出家門,開始往車站走。空氣冰冷,呼出的氣變成白霧。
走了大約 5 分鐘,鼻尖開始癢癢的,清水般的鼻水一下子流了下來。沒有發燒,喉嚨也不痛。
可是進到溫暖的建築物裡,過一會兒鼻水就不知不覺停了。那些鼻水,到底是從哪裡來的呢?
原因大致有 2 個
從體內呼出的氣又暖又充滿水蒸氣。這股氣經過被冷空氣降溫的鼻子入口時,一部分水蒸氣會變回水。和冬天窗戶玻璃起霧是同樣的道理。
鼻子內側一感覺到冰冷乾燥的空氣,就會透過神經,向製造鼻水的小囊袋(分泌腺)發出訊號。用來潤濕空氣的水因此增加,用不完的部分就滿了出來。
這兩個原因追根究柢,都來自同一件事。鼻子是不讓外面的空氣直接進入肺部的「空氣調節室」。我們先來看看這份工作的量有多大。
鼻子每呼吸一次,就為空氣補充水分
肺的深處非常脆弱,冰冷乾燥的空氣直接送達的話,容易受傷。所以鼻子會在空氣抵達喉嚨深處前的短短距離內,把吸入的空氣加溫,並讓濕度接近 100%。
這裡的問題是,冷空氣本來就幾乎含不了水。每 1 立方公尺的空氣能含的水蒸氣有上限,溫度越低,上限越小。0℃ 時約 4.8 公克,接近體溫的 34℃ 時約 37.6 公克。
請看圖 1。左邊的長條是外面空氣含的水,右邊的長條是抵達喉嚨深處時空氣含的水。兩者的差(左邊長條上方的虛線框),全部由鼻子用自己的水補上。
如果是 0℃ 的空氣,光是正常走路,鼻子 1 小時就要交給空氣約 17 公克的水,大約是 1 大匙的量。鼻子內側就這樣不停地製造這些水。
呼出的氣,在冰冷的鼻尖「凝結」
把熱量交給吸入的冷空氣後,靠近鼻子入口的地方會變冷。這時,從身體深處回來的溫暖潮濕的氣就會流經這裡。
請看圖 2。從右往左流動的呼氣,經過變冷的入口(左側)時,空氣能含的水上限下降。含不住的水蒸氣,就會在鼻子內側變回水滴。和冬天早上房間窗戶玻璃內側起霧是一樣的。
其實這種凝結對鼻子並不吃虧。因為可以從呼氣中取回水和熱,用來加溫、潤濕下一口吸入的空氣。等於把一部分的熱和水回收再利用。只是外面越冷,回來的水越多,鼻子裡存不住的部分就會流到外面。
另一個原因:神經打開鼻水的「水龍頭」
冷天的鼻水,有時多到光靠凝結說不通。這時發揮作用的是神經反射。
鼻子內側有能感覺冰冷與乾燥的神經末梢。冰冷乾燥的空氣一碰到,訊息就會傳到腦部前方的中繼站,再把回應的訊號送到鼻子的分泌腺。於是水分多的鼻水就大量製造出來。
一般認為,這個反射原本是為了增加潤濕空氣的水。空氣越冷越乾,需要的水越多,所以這是合理的機制。只是多出來的水無處可去,就從鼻尖滴下來了。
這種因寒冷而流的鼻水,在醫學論文裡曾被稱為「滑雪者的鼻子」。因為在滑雪場有很多人為流鼻水所苦。也有報告指出,使用能阻斷鼻水神經訊號的鼻噴劑,鼻水會減少。這是神經反射確實在起作用的證據之一。
用圍巾或口罩蓋住鼻子,呼氣的一部分熱和水會留在布上。下一口吸入的空氣會先經過這塊布,變得稍微溫暖潮濕再進來。鼻子的工作量減少,所以很多人覺得比較不流鼻水。
總結
冷天的鼻水不是生病的徵兆,而是鼻子為空氣加溫、潤濕所用的「工作用水」。呼出的氣在冰冷的鼻尖凝結,加上感覺到冷空氣的神經增加水分,這 2 件事疊加起來,清清的鼻水就流下來了。不過,如果持續流黃色或綠色的黏稠鼻水、發燒,或臉部疼痛,也可能是感冒或鼻竇發炎,請向醫療機構諮詢。
冬天的鼻水,是鼻子這台加濕器滿出來的水。
鼻子每小時用約 1 大匙的水,讓冷空氣變得適合身體。
呼出的氣為什麼看起來是白的,請見「呼出的氣,為什麼到了冬天會變白?」;鼻腔中空氣通道左右輪流的現象,請見「鼻子為什麼只有一邊塞住?」。
- 在寒冷的日子,把冰涼的手鏡靠近鼻子下方,用鼻子慢慢吐氣。鏡子馬上起霧,是因為呼出的氣充滿水蒸氣。
- 在外面走 5 分鐘後,觀察會不會流鼻水。隔天用圍巾蓋住鼻子走同一條路,比較流鼻水的情況。
- 進到溫暖的房間後,量量看鼻水停止要多久。鼻子入口變暖後,凝結就會減少。
感受因人而異。一般認為,年紀增長後,不少人會變得比較容易在冷天流鼻水。
想知道更多的人 ― 名詞・算式・與課本的連結明確標示這是從國中自然科到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中自然科學到的範圍
- 高中高中「生物」「物理」學到的範圍
- 高中+高中的進階內容,或課本專欄的內容
- 大學高中不會學到、大學專業課程(生理學・熱力學)的內容
- 研究連大學也不當作「定論」教授、研究者目前正在調查的話題
國中名詞:這個現象有名字
- 飽和水蒸氣量:1 立方公尺的空氣最多能含的水蒸氣量。溫度越低,數值越小。
- 露點・凝結:空氣冷卻後,水蒸氣開始變回水滴的溫度叫露點。水滴附著在冰冷表面上就是凝結。
- 寒冷性鼻漏:吸入冷空氣時流出的水狀鼻水。和感冒或過敏是不同的東西。
國中高中用算式確認:鼻子 1 小時補多少水、取回多少水
估算鼻子補給空氣的水量,以及從呼氣中靠凝結取回的水量。設想氣溫 0℃、濕度 50% 的早晨,正常步行的情景。鼻子入口的溫度等數值,是為了說明而假設的。
| 用符號寫 | m = V ×( a出 − a入 ) |
| 用文字寫 | 補的水量 = 通過的空氣體積 ×(流出空氣每 1 立方公尺的水 − 流入空氣每 1 立方公尺的水) |
| 這個式子從哪來 | 水量守恆(流入的水蒸氣+鼻子補的水=流出的水蒸氣)。濕度近 100% 的空氣含水量 a,只由溫度決定,就是飽和水蒸氣量。凝結量也用同一個式子,只是進出的方向相反。 |
| 0℃ 的飽和水蒸氣量 | 約 4.8 g(每立方公尺) |
| 34℃ 的飽和水蒸氣量(喉嚨深處的空氣) | 約 37.6 g |
| 30℃ 的飽和水蒸氣量(假設為變冷的鼻子入口溫度) | 約 30.4 g |
| 每次吸入的空氣(步行時) | 約 0.5 公升,每分鐘約 16 次 |
| 8 公升換算成立方公尺 | 0.008 立方公尺 |
符號的意思:m 是水量(公克),V 是通過的空氣體積(立方公尺),a出、a入 是流出與流入空氣每 1 立方公尺的水(公克)。
| 外面空氣的水(濕度 50%) | 4.8 × 0.5 = 2.4 g |
| 每立方公尺鼻子補的水 | 37.6 − 2.4 = 35.2 g |
| 每分鐘吸入的空氣(公升) | 0.5 × 16 = 8 |
| 鼻子每分鐘補的水 | 35.2 × 0.008 ≒ 0.28 g |
| 鼻子每小時補的水 | 0.28 × 60 ≒ 17 g |
| 每立方公尺呼氣靠凝結回收的水 | 37.6 − 30.4 = 7.2 g |
| 每分鐘靠凝結回收的水 | 7.2 × 0.008 ≒ 0.058 g |
| 每小時靠凝結回收的水 | 0.058 × 60 ≒ 3.5 g |
| 補出去的水中,取回的比例 | 3.5 ÷ 17 ≒ 0.21 |
算起來,鼻子每小時交給空氣約 1 大匙(約 17 公克)的水,其中約 2 成靠呼氣的凝結取回。取回的水如果鼻子裡容納不下,就會變成鼻水流下來。
高中高中+熱與水「去而復返」的機制
高中鼻子內側的黏膜有許多血管通過,利用血液帶來的熱量為空氣加溫。水則從覆蓋在黏膜表面的黏液蒸發,交給空氣。蒸發時也會帶走熱量,所以黏膜會變得更冷。
高中+吸氣時變冷、呼氣時被加溫的鼻子入口,扮演暫時寄存熱與水的「熱交換器」。因為吸氣與呼氣交替流過同一條通道,所以能把從一邊接收的熱和水轉交給另一邊。
大學飽和水蒸氣量的溫度依賴與鼻的反射
飽和水蒸氣量隨溫度急遽增加,可用克勞修斯-克拉珀龍方程式說明。圖 1 的滑桿使用的是它的近似式特騰斯公式。寒冷性鼻漏的反射,一般認為始於鼻黏膜的感覺神經,經由副交感神經(膽鹼性)驅動分泌腺。已有報告指出,使用能阻斷這個訊號的抗膽鹼藥物鼻噴劑,可減少鼻水。
📖 算式的推導與更進階的內容:克勞修斯-克拉珀龍方程式(維基百科,日文) / 飽和水蒸氣量(維基百科,日文)
研究目前還不清楚的事
- 觸發因素是「冷」還是「乾」? 冷空氣同時也是乾燥的空氣,所以哪一個才是反射的主要觸發因素,各研究的看法並不一致。
- 感受冷的分子扮演的角色。 已知皮膚上感受冷的感測分子,鼻子的神經上也有,但它在鼻水反射中參與到什麼程度,目前還在調查中。
- 每個人流鼻水難易度不同的原因。 一般認為年紀較大或有鼻過敏的人比較容易流,但原因尚未完全明白。
也就是說,本文的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。凝結的量可以靠物理計算估出,但神經反射的細部機制,仍有不明白的地方。
與課本的連結(依程度)
| 程度 | 科目・單元 | 本文哪裡 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科二年級「天氣的變化(飽和水蒸氣量・露點)」 | 圖 1・圖 2、用算式確認 |
| 高中 | 生物「自律神經」、物理「熱與溫度」 | 神經反射、黏膜為空氣加溫的機制 |
| 高中+ | 進階:熱交換 | 熱與水「去而復返」的機制 |
| 大學 | 生理學・熱力學 | 克勞修斯-克拉珀龍方程式、副交感神經反射 |
| 研究 | 鼻科學・感覺分子生物學 | 反射的觸發因素、個體差異 |
| ― | 與生活的連結 | 用圍巾或口罩蓋住鼻子、就醫的參考 |
- Silvers WS. The skier's nose: a model of cold-induced rhinorrhea. Annals of Allergy, 1991.
- Cole P. The Respiratory Role of the Upper Airways: A Selective Clinical and Pathophysiological Review. Mosby, 1993.
- National Astronomical Observatory of Japan (国立天文台) 編《理科年表》(飽和水蒸氣壓表),丸善出版 (Maruzen Publishing)
- 維基百科(日文)「飽和水蒸気量」
※本文是寫給一般讀者的科學解說。文中數值是為了理解機制而給的參考與概算。若鼻水的顏色或氣味、發燒或臉部疼痛等讓你在意的症狀,請向醫療機構諮詢。