中暑為什麼會危及性命?
― 身體被自己的熱度加速
聽到「太熱而身體不適」,我們容易以為是脫水或曬太陽造成的。但真正可怕的,其實是接下來發生的事。當降溫機制跟不上時,體溫越高、體內反應就越快,反而產生更多熱,陷入停不下來的惡性循環。冬眠的文章中提到「降低體溫以延長續航」的機制,中暑正好是它的完全相反版本。
氣溫35℃的乾燥天,和氣溫32℃但濕度高的天。只看數字,乾燥的那天似乎比較熱。但實際體感卻是濕度高的那天更難受得多。
明明在流汗,身體卻完全涼不下來。汗水在皮膚上凝成水珠,只是不斷滴落。那種感覺,正是中暑的入口。
身體即使靜止不動,也一直在產生熱量。運動時產生得更多。如果這些熱無處可去,體溫就會不斷上升。
而體溫升得太高時,連負責煞車的機制也會開始故障。從這一刻起,就是與時間的賽跑。
汗水光是流出來並不會降溫。只有蒸發時才會帶走熱量。濕度一高,蒸發就會停止。
體溫越高,化學反應就越快,因而產生更多熱。比起降溫機制,加速機制先一步變強,這正是危險所在。
這兩點重疊時,就會形成被自己的熱度追著跑的狀態。接下來依序來看。
身體一直在製造熱量
即使靜止不動,體內也持續進行著化學反應。正如冰箱的文章所寫,就算靜靜休息,人也會散發約100 W的熱量。相當於一顆燈泡的熱量。
運動時,這個數字會大幅上升。劇烈運動時,據稱會產生靜止時的5~10倍熱量。如果這些熱無處可去,體溫就會不斷上升。
平常身體靠以下三種方式散熱。
- 輻射 ― 從體表向周圍散出熱量
- 對流 ― 將熱傳給周圍空氣(有風時效果更好)
- 蒸發 ― 汗水蒸發時帶走熱量
然而當氣溫接近或超過體溫時,輻射和對流就失效了。正如保溫瓶的文章所述,熱只會自然地從溫度高處流向溫度低處。一旦氣溫超過體溫,這兩種方式反而會變成讓身體變熱的一方。
於是最後的依靠,就是蒸發。正因如此,蒸發失效的狀況才最危險。
而是汗水能蒸發,才會涼快。
濕度會阻止蒸發
水要蒸發,周圍的空氣必須「還有容納水氣的空間」。濕度高,意味著空氣已經幾乎裝滿了水蒸氣。
濕度100%的空氣已經無法再接收水分。此時不管流多少汗,都無法蒸發,只會沿著皮膚滴落。「明明滿身大汗卻涼不下來」不是錯覺,而是物理上真實發生的現象。
所以判斷中暑風險時,光看氣溫是不夠的。因此有結合氣溫、濕度、日照、風速的「暑熱指數(WBGT)」作為指標。即使氣溫相同,濕度高的日子危險度也會更高。
發汗能力本身也存在個人差異與年齡差異。年紀越大,開始出汗的時間點越延遲,出汗量也越少。再加上對炎熱的感知變遲鈍,常常等到發現時,體溫已經升高了。
嬰幼兒則因為相對於體型,體表面積較大,容易受周圍熱度影響,加上有時難以主動要求補水,也難以表達炎熱不適。
「本人看起來還好」並不代表安全。周圍的人必須依氣溫與時間來判斷。
體溫越高,身體越會自我加速
這是本文最想傳達的重點。體溫上升,不只是「熱」而已。
本站曾多次使用「溫度每升高10℃,反應速度約快2倍」這個經驗法則。冬眠的文章中,我們反向運用這個法則,說明降低體溫能減少能量消耗。
而在中暑時,同樣的法則朝正向作用。體溫上升→體內反應變快→產生更多熱→體溫進一步上升。從降溫力跟不上加速力的那一刻起,這個環就開始轉動。
還有另一個雪上加霜的因素。體溫過高時,發汗機制本身可能會失效。就像煞車失靈,卻仍持續踩著油門。
提到中暑,你可能會聯想到滿身大汗、痛苦掙扎的畫面。但症狀惡化後,反而會停止流汗,皮膚變得乾燥發燙。
這是降溫機制本身正在崩潰的訊號,被視為更危險的狀態。意識模糊、對呼喚反應遲鈍、身體不由自主地抽搐――出現這些情況時,請毫不猶豫撥打119(台灣為119)。
現在就能做的事
- 移到涼爽的地方,鬆開衣物移到陰涼處或有冷氣的室內。讓患者躺下,稍微抬高雙腳有助於血液回流。請鬆開皮帶或領口。
- 集中冰敷血管較粗的部位在頸部兩側、腋下、大腿根部敷上冰涼的物品。冰袋、保冷劑都可以,沒有的話濕毛巾也行。對全身潑水並搧風的方法也被認為有效。
- 若意識清楚,補充水分與鹽分運動飲料或口服補水液較合適。但若意識模糊,請勿強行灌水,有嗆入氣管的風險。若無法自行喝水、反應遲鈍或抽搐,請撥打119。
這三項當中,「冰敷血管較粗的部位」對降溫速度效果最好。比起均勻冰敷皮膚表面,針對血液流經附近的部位冰敷,能讓冷卻後的血液更快循環全身。
預防時該記住的事
- 不要等口渴才喝水,要勤加補充水分。據稱感到口渴時,身體其實已經處於缺水狀態
- 養成查看「暑熱指數(WBGT)」預報的習慣。比起單純看氣溫,包含濕度的指標更貼近實際危險程度
- 氣溫剛開始上升的時期(盛夏之前)要特別留意。因為身體尚未適應炎熱
- 不要把通風好的衣物、陰涼處、勤休息當成忍耐比賽
第4點,正好呼應本文整體想傳達的訊息。「還撐得住」的當下,那個環可能已經悄悄開始轉動了。不依賴感覺,而是依時間與數字(氣溫、濕度、WBGT)提早休息,才是最好的對策。
總結
中暑之所以危及性命,是因為身體持續產生熱量,而高濕度卻讓汗水無法蒸發,奪走了降溫的手段。而體溫越高,體內反應就越快,又會產生更多熱,陷入惡性循環。這正好與冬眠利用「越冷、越加速冷卻」這個環的方向相反。
你不是在忍受炎熱。
而是身體,正被自己的熱度加速。
想深入了解的人 ― 術語、數值、與教科書的關聯從國中理科到研究中的話題,皆明確標示程度
- 國中國中理科課程範圍
- 高中高中「生物基礎」「物理基礎」課程範圍
- 高中+高中「生物」,或教科書中發展、專欄性質的內容
- 大學高中不會教的大學專業科目(生理學、氣象學)內容
- 研究大學也還未列為「定論」,是研究者正在探究中的話題
國中術語:中暑相關詞彙
- 氣化熱(蒸發熱):液體變成氣體時,從周圍奪走的熱量。這正是汗水帶來涼意的原理。
- 濕度:空氣中含有水蒸氣的比例。越高,就越難再容納更多水蒸氣。
- WBGT(暑熱指數):結合氣溫、濕度、日照等因素的指標。據稱比單看氣溫更貼近實際危險程度。
- 中暑:因炎熱導致體溫調節失常,身體出現各種不適的統稱。
- 核心體溫:身體內部(腦部與臟器周圍)的溫度。比起皮膚溫度,這個數值更直接攸關性命。
高中用公式驗證:汗水能為身體降多少溫
本文提到「蒸發是最後的依靠」。現在來計算這個依靠究竟有多大的力量。
能帶走的熱量 = 蒸發熱 × 蒸發的汗水量
| 能帶走的熱量 | 單位為 J(焦耳) |
| 蒸發熱 | 汗水(幾乎等同水)每 1 g 約 2260 J |
| 蒸發的汗水量 | 單位為 g |
這個2260 J的數字,也出現在天婦羅油鍋的文章和麵包的文章中。廚房裡竄起火柱的力量、讓麵包膨脹的力量,以及為身體降溫的力量,都源自同一個數字。
| 運動時產生的熱量 | 設為 600 W |
| 若全部靠汗水蒸發來抵銷 | 每秒需帶走 600 J |
| 每秒所需的汗水量 | 600 ÷ 2260 ≒ 0.266 g |
| 換算成1小時(3600秒) | 0.266 × 3600 ≒ 957 g |
| 每小時 | 約 1 公升 |
持續劇烈運動1小時,光是靠身體降溫,就需要約1公升的汗水「蒸發」。這與實際運動中回報的發汗量大致吻合。
重要的是,「蒸發的汗水量」而非「流出的汗水量」。滴落的汗水並未發揮降溫作用。
濕度高時,只有部分汗水能蒸發。以下用濕度粗略估算能蒸發的比例。
| 濕度 40%(乾燥天) | 能蒸發的比例約為 90% |
| 濕度 90%(悶熱天) | 能蒸發的比例約為 20% |
| 乾燥天:能帶走的熱量 | 600 × 0.90 = 540 W |
| 悶熱天:能帶走的熱量 | 600 × 0.20 = 120 W |
| 扣除後,殘留在體內的熱量 | 600 − 120 = 480 W |
即使流同樣多的汗,悶熱的日子裡,仍有480 W的熱量無處可去,殘留在體內。這就是體溫持續上升的原因。
※ 能蒸發的比例,也會因風力、氣溫、與皮膚溫度的差異而變動。此處僅為掌握趨勢的概算。
來看看③中殘留的480 W若持續累積在體內會如何。與冰箱的文章是相同的思路。
| 體重 | 設為 60 kg |
| 人體的比熱 | 約 3500 J/(kg·K)(略小於水) |
| 讓體溫上升1℃所需的熱量 | 60 × 3500 = 210000 J |
| 10分鐘(600秒)累積的熱量 | 480 × 600 = 288000 J |
| 10分鐘內的體溫上升 | 288000 ÷ 210000 ≒ 1.4 ℃ |
計算下來,體溫每10分鐘就上升1.4℃。即使從36.5℃開始,不到1小時就會逼近危險體溫區間。
而若再加上②中提到的「反應加速」效果,產熱的速度本身還會進一步增加。這個計算尚未納入該效果,可說是相對保守的估計。實際情況可能進展得更快。
※ 實際上只有身體部分部位會升溫,部分散熱仍會持續,情況並不單純。此處僅為掌握惡性循環速度的概算。
高中+中暑不是單一反應失效的問題
體溫過高時,身體各處會同時開始出現異常。血液大量送往皮膚以進行降溫,導致送往內臟與腦部的血流減少。因流汗而流失的水分又會減少血液總量,使問題進一步惡化。
而且高體溫會直接影響體內蛋白質的功能。據稱體溫過高時,包括酵素在內的蛋白質立體結構會開始紊亂,導致無法發揮原本的功能。植物的文章中提到「酵素只能在特定形狀下發揮作用」的特性,在這裡反過來造成影響。
換言之,中暑的重症,是脫水、血流不足、蛋白質變化同時發生、又互相加劇的結果。並非解決其中一項就能停止。正因如此,及早降溫、阻止病程繼續惡化才格外重要。
大學「濕球溫度」――另一種溫度
光靠溫度計顯示的溫度(乾球溫度),無法衡量體感的炎熱程度或危險度。因此會使用濕球溫度這個概念。
將溫度計的球部用濕紗布包裹後測量,會因蒸發降溫而得到比一般氣溫更低的數值。濕度低時蒸發旺盛,數值會大幅下降;濕度高時則幾乎不會下降。也就是說,濕球溫度代表「在這種空氣中,靠蒸發最多能降到多低」的極限。
人的皮膚經常是濕潤的,因此可以視為大致接近濕球溫度的狀態。濕球溫度越接近體溫,蒸發降溫的空間就越小。WBGT(暑熱指數)正是以這個濕球溫度作為主要構成要素。
研究「無法存活的高溫」界線,尚未確定
- 2010年的一項研究指出,在濕球溫度超過35℃的環境中,即使是健康的人,理論上也無法長時間存活。這個推論的依據是:此時皮膚已處於濕潤狀態,體感溫度等同體溫,蒸發降溫的空間降為零。
- 然而2022年進行的真人實驗顯示,即使在更低的濕球溫度(30℃出頭)下,體溫調節就可能開始失控。理論上的極限,與人體實際能承受的極限,可能並不相同。
- 在氣候變化下,達到這種「無法存活的高溫」的地區與頻率,未來會如何變化,目前預測仍有分歧。濕度與氣溫的組合因地區而異,光靠氣溫平均值無法估算。
- 個人差異(年齡、慢性病、體力、對炎熱的適應程度)對能承受的極限有多大影響,研究仍在持續進行。實驗室中的極限,與實際生活中的危險程度未必完全一致。
對於「到幾度、濕度多少以內算安全」這個問題,目前並沒有一個確定的答案。正因如此,在接近極限之前及早休息、降溫、尋求協助,是目前最可靠的對策。
與教科書的關聯(依程度分類)
| 程度 | 科目・單元 | 對應本文位置 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科・狀態變化與熱/生物的身體與體溫 | 氣化熱、體溫調節的基本原理 |
| 高中 | 物理基礎・熱量與比熱 | 汗水蒸發能帶走的熱量、體溫上升的計算 |
| 高中 | 化學基礎・反應速率與溫度 | 體溫上升導致的反應加速(與Q10相同的概念) |
| 高中+ | 生物・體內環境的恆定性 | 血流的重新分配、蛋白質結構變化 |
| 大學 | 生理學・氣象學 | 濕球溫度、WBGT的原理 |
| 研究 | 環境生理學(未解決) | 生存極限的濕球溫度、與氣候變遷的關係 |
| ― | 急救處置・防災 | 119的判斷時機、冰敷部位、給水方式 |
- 日本環境省「中暑預防資訊網站」及暑熱指數(WBGT)相關解說資料(環境省)。
- 日本急救醫學會・日本重症照護醫學會等制定之中暑診療指引。
- Sherwood, S. C. & Huber, M., An adaptability limit to climate change due to heat stress, PNAS 107, 2010(濕球溫度35℃理論上限)。
- Vecellio, D. J. et al., Evaluating the 35°C wet-bulb temperature adaptability threshold for young, healthy subjects, J. Appl. Physiol. 132, 2022(實測再檢驗)。
- 日本總務省消防廳「中暑相關救護後送狀況及急救處置」相關資料。
※ 發汗量、蒸發比例、體溫上升速度,會因個人差異與環境而有很大不同。本文所示為一般常見的參考數值。
※本文為大眾科學解說。中暑的應對方式,請以消防、地方政府、醫療機構的指示為準。若症狀嚴重、意識不清、無法自行補充水分,請勿自行判斷,務必立即撥打119通報。有慢性病者、高齡者及嬰幼兒,也請遵循主治醫療機構或地方政府的相關指引。文中所列數值僅為理解機制之用的參考值。