天冷時身體為什麼會發抖？
― 肌肉幾乎不動，只負責產生熱
冷到牙齒喀喀作響、肩膀僵硬發抖。那不是你輸給了寒冷，而是身體把肌肉當成「發熱裝置」，正急著製造熱量。而且發抖還有一個比運動更適合產熱的巧妙設計。
秋天的傍晚，你穿著單薄的衣服在外面等人，風突然變冷了。
回過神來，下巴正喀噠喀噠地輕輕抖動，手臂和背也不由自主地顫抖。你想用力止住，卻怎麼也停不下來。
明明不是你自己在動，身體到底在做什麼呢？
發抖能產生熱，只有 2 個原因
肌肉使用燃料時，只有一小部分變成動作，其餘大部分都變成熱。平常這是缺點，發抖卻反過來利用了這個特性。
發抖時，彎曲的肌肉和伸直的肌肉會快速交替，有時甚至同時收縮。力量互相抵消，不對外做功，能量幾乎全部以熱的形式留在體內。
這兩點合在一起，發抖就成了「就地把燃料變成熱」的專用動作。我們依序來看。
肌肉會把大部分燃料變成熱
身體把食物中的糖和脂肪，在肌肉裡一點一點燃燒，產生力量。不過這個轉換的效率並不高。
走路或騎自行車時，燃料的能量中，變成對外動作的大約只有 2～3 成，其餘 7～8 成都是熱。運動時身體會變暖、會流汗，就是這個緣故。
發抖是把這種「容易發熱」的特性當成目的。感覺到冷時，腦深處的體溫調節中樞會對全身肌肉下令，要它們快速細微地收縮。這是不受意志控制的，所以想止也止不住。
想看熱量會增加多少，可以操作圖 1。請用滑桿改變發抖的強度。
手臂幾乎不動，為什麼熱卻增加了？
手臂上，彎曲手肘的肌肉和伸直手肘的肌肉是面對面長著的。平常是其中一邊收縮、另一邊放鬆，手臂才會動。
發抖時，這兩邊會快速交替收縮，有時甚至同時收縮。就像拔河時兩隊用同樣的力氣拉，繩子幾乎不動。請看圖 2 的下方。
因為幾乎沒有舉起東西或搬動身體這種「對外做功」，燃燒掉的燃料能量幾乎全部以熱的形式留在肌肉裡。圖 2 上方的兩條色帶，比較了走路和發抖時能量的去向。
牙齒喀喀作響也是同樣的機制。閉合下巴的肌肉細微地顫動，這個動作就變成牙齒互相輕碰的聲音。
發抖產生熱的同時，也大量消耗燃料。據說長時間發抖，肌肉儲存的糖會減少，發抖也可能因此減弱。一般認為，肚子餓時待在寒冷的地方特別容易著涼，就是這個緣故。
據說剛出生的嬰兒靠發抖產熱的能力很弱。取而代之的是，頸部和背部有一種叫「棕色脂肪」的特殊脂肪，不必動就能直接產熱。近年發現，成人身上也還留有少量棕色脂肪。
總結
天冷時發抖，是肌肉用來產熱的動作。肌肉本來就會把大部分燃料變成熱，而發抖時，相對的肌肉又互相拉扯，幾乎不對外做功。因此燃料的能量幾乎全部變成熱，據說劇烈發抖時能產生安靜時數倍的熱。
發抖，就是把用來活動的肌肉
切換成「不會動的暖爐」。
不過，會發抖，代表身體還有能力產熱。在寒冷中如果發抖停止了，可能是危險的訊號。詳情請讀低體溫症為什麼在「沒那麼冷的日子」也會發生？；同樣是對寒冷的反應，可以參考天冷時為什麼會起雞皮疙瘩？
- 一隻手的手掌在胸前輕輕握住，用另一隻手記住手腕內側的溫度。
- 手肘維持彎曲 90 度，手臂內外兩側同時用力，讓手臂不動，「繃緊」約 30 秒。
- 放鬆後摸摸手臂。明明沒有動，你可能會發現它微微發熱，也有點疲倦。
就算手臂沒有動，肌肉仍在消耗燃料並產生熱。發抖就是全身細微而快速地重複這件事。身體不舒服或會痛的時候，請不要勉強嘗試。
想知道更多 ― 術語、算式與教科書的連結明確標示每個內容屬於國中理化到大學專業課程的哪個程度
- 國中國中自然科學會學到的範圍
- 高中高中「物理」「生物」會學到的範圍
- 高中＋高中進階內容，或教科書專欄的內容
- 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」來教、研究者目前正在探究的話題
國中術語：這個現象有名字
- 顫抖產熱（寒顫）：因應寒冷，骨骼肌不受意志控制地細微收縮而產生熱。
- 非顫抖產熱：不靠發抖就能產熱的機制，一般認為由棕色脂肪等負責。
- 拮抗肌：像彎曲手肘和伸直手肘的肌肉那樣，作用方向相反的一組肌肉。
國中高中用算式確認：劇烈發抖能讓身體暖多少？
假設體重 60kg 的人，以安靜時 5 倍的強度發抖 10 分鐘。在熱不從皮膚散失的假設下，計算體溫會上升多少。單位方面，熱用焦耳，產熱速度用瓦特（每秒的焦耳數）。
| 用符號寫 | ΔT ＝ ( P顫抖 − P靜止 ) × t ÷ ( m × c ) |
| 用文字寫 | 上升的體溫 ＝ 增加的產熱速度 × 時間 ÷ （體重 × 比熱） |
| 這個算式的來源 | 來自能量守恆（熱力學第一定律）和比熱的定義（讓物體升高 1℃ 所需的熱）。發抖時對外做功幾乎為零，所以燃料的能量就直接以熱的形式累積在體內。 |
| 符號 | 意義與單位 |
|---|---|
| P靜止 | 安靜時身體產熱的速度（瓦特） |
| P顫抖 | 發抖時身體產熱的速度（瓦特） |
| t | 發抖的時間（秒） |
| m | 體重（公斤） |
| c | 身體的比熱（讓 1 公斤升高 1℃ 所需的熱，單位為千焦耳） |
| 成人的基礎代謝（每日） | 據說約 1500 大卡 |
| 1 大卡 | 4.184 千焦耳 |
| 劇烈發抖的產熱 | 據說最多約為安靜時的 5 倍 |
| 人體的比熱 | 據說約 3.5 千焦耳（讓 1kg 升高 1℃ 所需的熱） |
| 把一天的基礎代謝換成千焦耳 | 1500 × 4.184 ＝ 6276 |
| 換算成每秒（1 天＝86400 秒，以焦耳計） | 6276000 ÷ 86400 ≒ 73 |
| 劇烈發抖的熱（瓦特） | 73 × 5 ＝ 365 |
| 比平常多出的熱（瓦特） | 365 − 73 ＝ 292 |
| 10 分鐘（600 秒）累積的熱（焦耳） | 292 × 600 ＝ 175200 |
| 讓整個身體升高 1℃ 所需的熱（千焦耳） | 60 × 3.5 ＝ 210 |
| 上升的體溫（℃） | 175.2 ÷ 210 ≒ 0.83 |
如果熱不散失，光是劇烈發抖 10 分鐘，體溫就會上升將近 1℃。實際上冷風會不斷帶走熱，所以體溫並不會上升，發抖是靠「補足被帶走的部分」來維持體溫。
| 用同樣的燃料走路時，變成對外做功的部分（瓦特） | 365 × 0.25 ≒ 91 |
走路時，這大約 91 瓦會用在搬動身體上，不會變成熱。發抖則能把這部分也轉成熱，所以用同樣的燃料來讓身體變暖，是效率很好的方法。
高中高中＋體溫調節與肌肉的能量
高中體溫由腦的下視丘中的體溫調節中樞維持。接收到皮膚的冷感受器訊號或血液溫度的變化後，會先收縮皮膚的血管，讓熱不易散失；若還不夠，就靠發抖來產熱。肌肉收縮時使用的是細胞內的能量貨幣——ATP。
高中＋肌肉分解 ATP 而收縮時，變成對外做功的比例（機械效率），在騎自行車等情況下約為 2～3 成。發抖時拮抗肌同時作用，對外做功互相抵消，效率幾乎為零，也就是能量幾乎全部變成熱。
大學顫抖產熱與非顫抖產熱
生理學把因應寒冷的產熱分為「顫抖產熱（寒顫）」和「非顫抖產熱」。後者的代表是棕色脂肪組織，其粒線體的解偶聯蛋白（UCP1）不把燃料的能量轉成 ATP，而是直接以熱的形式釋放。熱的收支由熱力學第一定律處理，體溫的變化則可以用熱容量來估算。已知人類的發抖，在記錄中呈現為持續的細微收縮，再疊加上每隔數秒一次的強弱波動。
📖 算式的推導與更進階的內容：寒顫（維基百科） ／ 棕色脂肪組織（維基百科）
研究目前還不清楚的事
- 成人的棕色脂肪究竟發揮了多少作用？ 影像診斷已確認成人也有棕色脂肪，但數量和作用的個體差異很大，對體溫與體重調節的影響有多大，仍在研究中。
- 習慣寒冷後，發抖會怎麼變化？ 有報告指出，生活在寒冷環境中發抖會減少、非顫抖產熱會增加，但其機制與個體差異仍有爭論。
- 肌肉不發抖也能產熱嗎？ 一般推測肌肉內可能有不靠收縮就能產熱的途徑，目前正在研究它對人類有多大的幫助。
也就是說，這篇文章的內容也只是「就目前所知範圍內的說明」。像發抖這樣常見的反應，仍留有尚未解答的問題。
與教科書的連結（依程度）
| 程度 | 科目・單元 | 本文中的對應處 |
|---|---|---|
| 國中 | 自然科學「動物身體的構造與作用」「能量」 | 肌肉與骨骼的機制、轉換成熱 |
| 高中 | 生物「體內環境的維持」、物理「熱與能量」 | 體溫調節中樞、運用比熱的計算 |
| 高中＋ | 生物「肌肉收縮與 ATP」 | 肌肉的機械效率 |
| 大學 | 生理學・熱力學 | 顫抖產熱與非顫抖產熱、熱力學第一定律 |
| 研究 | 代謝・能量生理學 | 成人的棕色脂肪、對寒冷的適應 |
| ― | 與生活的連結 | 肚子餓時待在寒冷處容易著涼的原因、發抖停止的意義 |
- シバリング（寒顫）- 維基百科
- 褐色脂肪組織（棕色脂肪組織）- 維基百科
- 基礎代謝（基礎代謝率）- 維基百科
- 熱力学第一法則（熱力學第一定律）- 維基百科
- Haman, F. "Shivering in the cold: from mechanisms of fuel selection to survival." Journal of Applied Physiology, 2006.
- 入來正躬 編『体温生理学テキスト』（體溫生理學教科書）文光堂
※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出的參考值與概算。若寒冷與發抖持續不退、意識模糊等，請不要猶豫，立即就醫諮詢。