第８８回愛知学院大学モーニング・セミナー

幼児・幼児・高齢者は高齢者は熱中症になりやすい熱中症になりやすい！！になりやすい！！
─なぜでしょう？
なぜでしょう？この謎
この謎を解く！─
平田晃正

名古屋工業大学大学院

日時

平成２５年７月９日（火）熱中症について
日本国内での年から2007年
年
日本国内での熱中症での熱中症による熱中症による死亡者数
による死亡者数は死亡者数は1968年
からまでの40年間
件†までの 年間で年間で6,770件† ：環境省 熱中症 環境保健マニュアル
環境保健マニュアル† † : 総務省消防庁：総務省消防庁：熱中症対策リーフレット
熱中症対策リーフレット http://www.fdma.go.jp/neuter/topics/fieldList9_2.html

熱中症について（補足）

テルモ HP（（監修・監修・朝山正己先生）
朝山正己先生）http://www.terumo-taion.jp/health/hyperthermia/01_1.html

体内の熱バランスー平常時ー
熱中症 環境保健マニュアルより環境保健マニュアルより
通常の℃
通常の体温は体温は36.5-37℃

熱吸収† ：環境省

熱中症 環境保健マニュアル
環境保健マニュアル

体内の体内の熱バランスー平常時
バランスー平常時ー平常時ー
熱中症 環境保健マニュアルより
環境保健マニュアルより

小児：
小児：脱水症状
高齢者：高齢者：脱水症状？
脱水症状？
† ：環境省

熱中症 環境保健マニュアル
環境保健マニュアル

ー小児の熱中症(1)ー
子供は子供は通常の通常の熱中症に熱中症に加えて、えて、特有の特有の「車内放置」車内放置」が知られている。
年以降）れている。年間3.5名
年間 名の死者(1990年以降死者年以降）†
子供が子供が車内等の車内等の暑熱環境下で暑熱環境下で熱中症になる熱中症になる†† 夏場の夏場の車内温度上昇 : 15 ~ 25 ℃††

成人と成人と子供の子供の形態的・形態的・機能的な機能的な相違††† 成人と成人と子供の子供の体重あたりの体重あたりの体表面積あたりの体表面積の体表面積の割合の割合の大きさの相違
きさの相違†††
 子供の子供の体温調節機能に体温調節機能に関して有用して有用な有用な情報が情報が少ない††††倫理的に倫理的に実験を実験を行えない† : 全日本遊技事業協同組合連合会 http://www.zennichiyuren.or.jp/activity/release/child.html など†† : C. McLaren, J. Null and J. Quinn, Pediatrics, vol.116, pp.109-112, (2005)††† : O. Baror, Int. J. Sport., vol.1, pp.53-65, (1980)†††† : K. Tsuzuki-Hayakawa, Japan. Soc. Home. Econ., vol.49, no.4, pp.409-415, (1998)

ー小児の熱中症(２)ー
熱負荷

暑熱環境下（暑熱環境下（外気温上昇）
外気温上昇）
太陽光

2つのつの要因
十分に考慮し考慮し、検討した検討した例
つの要因を要因を十分にした例はない

コンピュータで解析コンピュータで解析（解析（仮想的な仮想的な実験）実験）できないか？
できないか？

ー高齢者の熱中症ー
総患者数に総患者数に占める高齢者める高齢者の高齢者の割合は割合は44.1%
室内で室内で生ずる場合ずる場合がある場合がある。
がある。
エアコンをつけないことが直接的
エアコンをつけないことが直接的な直接的な原因か原因か？
加齢に加齢に伴う発汗の発汗の遅延、遅延、発汗率の発汗率の低下が低下が指摘されている
指摘されている† ,††。
成人と成人と高齢者の高齢者の形態的・形態的・機能的な機能的な相違
 高齢者は高齢者は個体差によるばらつきが個体差によるばらつきが大によるばらつきが大きくなる††† 高齢者の高齢者の体温調節に体温調節に関して測定事例
して測定事例はあるものの測定事例はあるものの、はあるものの、相違の相違の主らかにした事例はなかった
たる要因たる要因を事例はなかった
要因を明らかにした事例† : J. P. Crowe and R. E. Moore, J. Physiol. Vol.236, pp.43P-45P (1974).
†† : Y. Inoue, M. Shibasaki, J. Applied Physiol. & Occupational Physiol., vol.74, pp.78-84 (1996)††† : O. Baror, Int. J. Sport., vol.1, pp.53-65, (1980)

何を明らかにするのか？
・熱中症の熱中症の報告のほとんどは報告のほとんどは、のほとんどは、何らかの症状らかの症状が症状が出た後の対処例
・熱中症に熱中症に至る過程で過程で、ヒトの体温ヒトの体温、体温、汗はどのような時はどのような時間変化しているのか間変化しているのか？
しているのか？
・成人と成人と比べて、べて、幼児、幼児、高齢者は高齢者は何が違うのか？
うのか？

目的と内容取り組みの目的
みの目的
小児および小児および高齢者および高齢者に高齢者に対する太陽光する太陽光と太陽光と外気温を外気温を考慮できる熱中症
できる熱中症シミュレータの熱中症シミュレータの開発
シミュレータの開発と開発と熱中症に熱中症に関する物理する物理・物理・工学面からの工学面からの考察
からの考察

本日の本日の紹介内容
暑熱環境下において暑熱環境下において日本人成人男性
において日本人成人男性モデル
日本人成人男性モデル，モデル，
3歳小児
歳小児モデル歳小児モデルがモデルが太陽光を太陽光を浴びた際びた際の体温上昇と発汗量の発汗量の解析
暑熱環境下における暑熱環境下における日本人成人における日本人成人および日本人成人および高齢者
および高齢者
モデルのモデルの体温上昇の体温上昇の解析
日本人成人
日本人成人、小児、高齢者モデル
高齢者モデルの成人、小児、モデルの体内深部温度上昇の温度上昇の解析

計算機上で再現した人体
日本人成人男性モデル
日本人成人男性モデル＊高齢者も高齢者も同じモデル

3歳小児歳小児モデル
歳小児モデル各 モデル５１
モデル ５１の
５１ の 組織・組織 ・ 器官を考慮
各組織に各組織に、電気特性、電気特性、熱特性を入力
熱調整反応（脳からの指令）を考慮† ：情報通信研究機構作成

熱調整反応は何で決まる？
体温の体温の上昇

皮膚温（皮膚温（平均）平均）の上昇

脳（視床下部）
視床下部）

発汗量、発汗量、血液量の血液量の調整

生体熱輸送方程式∂T (r, t )－Tb(t))
C(r)ρ (r)= ∇ ⋅ (K (r)∇T (r, t )) + ρ(r)SAR(r) + A(r, t ) − B(r,t)(T(r,t)－∂t

境界条件− K (r )∂T (r , t )= H (r ) ⋅ (Ts (r , t ) − Te (t )) + SW(r,T(r,t))∂n2・℃)]SAR ：各セルのSAR[W/kg]
K ：熱伝達率[W/(m・・℃)] H ：熱伝達率[W/(mセルの熱伝達率
熱伝達率3]
3]
A ：代謝熱[W/m
Ts ：外気にρ ：組織の組織の密度[kg/m密度
代謝熱
外気に接する組織温度
する組織温度[℃
組織温度 ℃]3・℃)] TC ：比熱[W/℃
B ：血流定数[W/(m比熱℃]
血流定数
外気の温度[℃
温度 ℃]
a ：外気の2]
T ：組織のTb ：血液温度[℃
SW ：発汗係数[W/m
組織の温度[℃
温度 ℃]
血液温度 ℃]
発汗係数

血液温度
Qbtot (t )dt0C ρ Vb b b

Tb (t ) = Tb 0 + ∫Qbtot (t ) = ∫tWholeBodyr
B (t ) (Tb (t ) − T (r , t ) ) dV℃]
血液の初期温度 [℃
Tb0 ：血液の血液の比熱 [W/℃℃]
Cb ：血液の血液の密度 [kg/m3]
ρb ：血液の℃]
血液の体積 [℃
Vb ：血液の熱調整反応(1)A. Hirata, T. Asano, O. Fujiwara, Phys.
Med. Biol., vol.52, pp.5013-5023, 2007

血流量調節作用組織の組織の温度上昇による温度上昇による血流量変化を考慮による血流量の血流量の変化を
Handbook of physiology, D. H. K. Lee,Amer.Physiol.Soc.，，Bethesda, MD, pp.45-68, 1977
M. Hoque and O. P. Gandhi, IEEE Ttans.
Biomed.
Eng., vol.35, pp.442-449,r 1988r(T ( r ) − T0 ( r ) )血流量皮膚rr
B ( r ) =  B0 ( r ) + 17500 × (TH − TH ,0 ) + 1100 × ∆Ts  × 2∫S (T (r , t ) − T0 (r ) ) dsr∆TS =r

S

皮膚以外の皮膚以外の組織

TH ：視床下部の視床下部の温度［温度［℃］
TH,0 ：視床下部の視床下部の基準温度［基準温度［℃］
S ：表面積 [m2]r rr
B(r , T (r )) = B0 (r )r rrrB(r , T (r )) = B0 (r ) 1 + 0.8 × (T (r ) − 39 ) r rr
B ( r , T ( r )) = B0 ( r ) (1 + 5 × 0.8 )

6rT (r ) ≤ 39o C

r39o C ≤ T (r ) ≤ 44o C
r44o C ≤ T (r )

熱調整反応(2)発汗作用
発汗による発汗による放熱による放熱を放熱を考慮

A. Hirata, T. Asano, O. Fujiwara, Phys.
Med. Biol., vol.52, pp.5013-5023, 2007
D. Fiala, et al, Int J, Biometeorol., 2001.

発汗作用のモデル
発汗作用のモデル化のモデル化
 [α11 tanh(β11(TS − TS ,0 ) − β10 ) + α10 ](TS − TS ,0 ) SW (t ) = PI  / 60
 + PIff + [α21 tanh(β21(TH − TH ,0 ) − β20 ) + α20 ](TH − TH ,0 ) α 10 = 1.20 ， α 11 = 0.80 ， α 20 = 6.30 ， α 21 = 5.70
β10 = 0.19 ， β11 = 0.59 ， β 20 = 1.03 ， β 21 = 1.98
22 years male : 0.63 [g/min] ， 3 years child : 0.25 [g/min]†TS ：皮膚のTH ：視床下部の皮膚の平均温度[℃
平均温度 ℃]
視床下部の平均温度[℃
平均温度 ℃
TS,0 ：皮膚の皮膚の平均基準温度[℃
平均基準温度 ℃] TH,0 ：視床下部の視床下部の平均基準温度[℃
平均基準温度 ℃]
PI ：不感蒸散量†
S ：人体の人体の表面積[m表面積 2]

シミュレータの検証
シミュレータの検証：
検証：5歳児の歳児の体温（体温（サウナ）サウナ）
2.0
1.8

外気温70℃
外気温 ℃
湿度20%
湿度

体温上昇 [oC]1.6

外気温22℃
外気温 ℃
湿度20%
湿度

1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0200

400

600

800

1000

1200

時間 [秒秒]† : E. Jokinen, I. Valimaki et al, Pediatrics, 1990.

シミュレータの検証
シミュレータの検証：
検証：成人の成人の体温（体温（サウナ）サウナ）
1.4

外気温70℃
外気温 ℃
湿度20%
湿度

体温上昇 [oC]1.2

外気温22℃
外気温 ℃
湿度20%
湿度

1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0200

400

600

800

1000

1200

時間 [秒秒]† : E. Jokinen, I. Valimaki et al, Pediatrics, 1990.