Body temperature

Japanese: 体温 - たいおん

This refers to the temperature inside an organism's body. Of the energy released as a result of metabolism within the body, one-third to one-quarter is used for mechanical, chemical, electrical and other work, while the rest is consumed as heat. This heat dissipates from the surface of the body or is excreted from the body with urine and feces, but at the same time it also warms the body and maintains body temperature. Human body temperature is generally within the range of 37 ± 1°C, and is normally maintained at a fairly constant level. By maintaining a constant body temperature in this way, the reaction rates of various chemical changes, including the action of various enzymes, are kept constant within the body.

Mercury thermometers, thermocouple thermometers, thermistor thermometers, etc. are used to measure body temperature. It is generally believed that the inside of the human body is in a constant, uniform temperature state, and this temperature is called the "core temperature." On the other hand, the temperature decreases as one approaches the surface of the body. This is thought to be because the outer shell is surrounded by cold peripheral tissue, and this temperature is called the "outer layer temperature." In general, the temperature inside the rectum (rectal temperature) is considered to reflect the core temperature, and is constant at about 37°C regardless of the outside temperature. On the other hand, the temperature of the skin (skin temperature), or outer layer temperature, varies depending on the part of the skin and the outside temperature, and is particularly low on the hands and feet, and highest on the head and forehead. When the outside temperature is 30°C or higher, the skin temperature will be 34-36°C no matter where it is measured, but when the outside temperature is around 20°C, the skin temperature of the head remains at about 32°C, while that of the feet drops to 26-27°C. However, even when it comes to skin temperature, the temperature when the armpit is closed (axillary temperature) is quite close to rectal temperature (body cavity temperature), with the difference being about 0.8°C. Therefore, body temperature is usually measured in the armpit. In Europe and the United States, oral temperature is usually taken, which is even closer to rectal temperature, with the difference being about 0.5°C.

[Hidenobu Mashima]

Circadian rhythm

Body temperature is not always constant, and even when lying down, it fluctuates with a daily cycle. This is called the circadian rhythm. The amplitude is within 1°C, and it is highest between 3pm and 6pm, and lowest between 5am and 6am. Since this circadian rhythm is not disrupted even by staying up all night, it is thought that it is not caused only by changes in metabolic rate due to waking and sleeping. The temperature at around 6am, when body temperature is at its lowest, is called the "basal body temperature." A woman's basal body temperature fluctuates in relation to the menstrual cycle. During the menstrual cycle, basal body temperature rises at the ovulation period and enters a high temperature phase, and then drops with menstruation and enters a low temperature phase. However, if ovulation does not occur, the high temperature phase does not appear, and conversely, the high temperature phase continues throughout pregnancy. It is thought that this periodic fluctuation in basal body temperature is due to the action of the follicle hormone (estrogen) and luteal hormone (progesterone) secreted from the ovaries on the thermoregulatory center in the hypothalamus.

Exercise and mental excitement can also cause a rise in body temperature. In particular, vigorous exercise in high temperatures can raise the rectal temperature to 40°C. A rise in body temperature due to bacterial infection or other factors is called a fever, which is thought to be due to bacterial toxins or abnormal decomposition products of tissue proteins acting as pyrogens. The upper limit of body temperature is 44-45°C, and above this temperature enzymes and other proteins begin to irreversibly denature, leading to rapid death. The lower limit of body temperature is 33°C, and below this level consciousness is lost, but the body's tissue cells themselves can withstand low temperatures well.

[Hidenobu Mashima]

Heat production and loss

In order to maintain a constant body temperature, there must be a balance between the production of heat within the body and the dissipation of heat to the outside. In other words, when the outside temperature drops, heat dissipation decreases and heat production increases at the same time to prevent a drop in body temperature. Conversely, when the outside temperature rises, heat production decreases and heat dissipation increases.

The first mechanism for promoting heat production is shivering. Shivering is an involuntary contraction of skeletal muscles, which increases heat production by skeletal muscles. Also, in cold weather, the secretion of thyroid hormones and a hormone called adrenaline from the adrenal medulla increases, increasing metabolism throughout the body. Furthermore, the resulting increase in blood sugar utilization increases appetite. Conversely, when the outside temperature is high, heat production is suppressed due to a decrease in appetite and a decrease in the secretion of thyroid hormones.

Mechanisms that promote heat dissipation include the dilation of skin blood vessels and sweating. When skin blood vessels dilate, the skin temperature rises and heat dissipation from the skin increases. Sweating also promotes the dissipation of evaporative heat. In animals such as dogs, "hot panting" occurs, and evaporation from the mouth becomes active. In cold weather, skin blood vessels constrict, causing the skin temperature to drop and suppressing heat dissipation.

Temperature sensation is based on sensory receptors scattered across the skin, so when the blood vessels in the skin constrict and the skin temperature drops, we feel cold, and conversely, when the blood vessels in the skin expand due to drinking alcohol, we feel warm. However, in this case, even though it feels warm, heat loss has increased, which is detrimental to thermoregulation. In animals, when it is cold, their hair stands on end (piloerection), thickening the layer of air in close contact with the skin and suppressing heat loss. In humans, too, "goose bumps" occur when it is cold, as a vestige of piloerection, but because we have little and short body hair, it is virtually useless in suppressing heat loss.

[Hidenobu Mashima]

Animal temperature

Among animals, mammals and birds have a high ability to regulate their body temperature, and are said to be homeothermic because they maintain a nearly constant body temperature independent of the environmental temperature. They are also called warm-blooded animals. In contrast, animals below the reptile class are called cold-blooded or poikilothermic. Even homeothermic animals have different body temperatures in different parts of the body, with the deeper parts being warmer than the surface. Body temperature is measured in the armpit, mouth, or rectum. Humans and most mammals maintain a body temperature of 36-38°C, while some mammals and most birds maintain a higher temperature of 40-42°C. However, there are some fluctuations throughout the day, with humans having the lowest body temperature before dawn and the highest between 1:00 and 6:00 pm. The ability to regulate body temperature is underdeveloped when we are born, and it matures gradually.

The source of body heat is the exothermic reaction (called endothermism) that accompanies the body's metabolism, which is generated mainly in the liver and muscles. In muscles, three-quarters of free energy is converted into heat, and one-quarter is used for work. When a hibernating animal awakens from hibernation, thermogenesis in the brown adipose tissue distributed near the shoulder blades is activated. The development of body hair, feathers, and subcutaneous fat layer helps maintain a high body temperature. It is known that fish and insects, even cold-blooded animals, increase muscle activity to raise their body temperature when the outside temperature drops. Some cold-blooded animals can also absorb solar heat to raise their body temperature (ectothermism). For example, the change in a lizard's body temperature is due to a change in their orientation relative to sunlight.

Environmental temperature is sensed by the thermoregulatory center in the brain, which receives information from cold and hot spots on the skin. Motor and autonomic nerves emerge from these nerves to regulate body temperature. Apart from the nervous system, hormones such as thyroid hormone, adrenal cortical hormone, and growth hormone regulate body temperature by influencing the rate of metabolism. Cold stimulation increases the secretion of these hormones, which in turn increases the metabolism of the liver and muscles. Meanwhile, the sympathetic nerves act excitatory on the arrector pili muscles and blood vessels, reducing the amount of heat dissipated.

[Seiichiro Kawashima]

Differences in body temperature due to room temperature differences
©Shogakukan ">

Differences in body temperature due to room temperature differences

Body temperature of warm-blooded animals
©Shogakukan ">

Body temperature of warm-blooded animals

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

生物の身体内部の温度をいう。生体内における物質代謝の結果、遊離されるエネルギーのうち3分の1ないし4分の1は機械的、化学的、電気的その他の仕事として役だつが、ほかはすべて熱として消費される。この熱は体の表面から放散したり、尿や便とともに体外に排泄(はいせつ)されるが、同時に身体を温め、体温を保つ働きももっている。ヒトの体温はだいたい37プラスマイナス1℃の範囲にあり、通常はほぼ一定に維持されている。このように体温が一定に保たれることによって、体内ではいろいろな酵素の作用をはじめ、諸種の化学変化の反応速度が一定に保たれることになる。

　体温の測定には水銀温度計（水銀体温計）、熱電対温度計、サーミスター温度計（電子体温計）などが用いられる。一般に人体内部は一様な恒温状態にあると考えられ、その温度を「核心温度」という。一方、体表面に近づくにつれて温度は低下するが、これは外殻を冷たい末梢(まっしょう)組織が囲んでいるためと考えられ、その温度を「外層温度」という。一般に直腸内の温度（直腸温）は核心温度を反映するものとされ、外界の気温にかかわらず約37℃と一定である。一方、皮膚の温度（皮膚温）すなわち外層温度は、皮膚の部位および外界の気温によってまちまちであり、手足はとくに低く、頭部や額はもっとも高い。外界の温度が30℃以上の場合、皮膚温はどこで測定しても34～36℃となるが、外界気温が20℃程度になると、頭部の皮膚温は約32℃に保たれるのに対し、足では26～27℃にまで低下する。しかし、皮膚温でも腋窩(えきか)（わきの下）を閉じた場合の温度（腋窩温）はかなり直腸温（体腔温）に近く、その差は約0.8℃である。したがって、通常の体温測定は腋窩で行われる。欧米では通常、口腔(こうくう)温が測定されるが、この場合はさらに直腸温に近く、その差は約0.5℃である。

［真島英信］

日周期リズム

体温はつねに一定のものではなく、安静に臥床(がしょう)していても1日を周期とする動揺を示す。これを日周期リズムという。その振幅は1℃以内で、午後3～6時がもっとも高く、午前5～6時がもっとも低い。こうした体温の日周期リズムは、徹夜をしても乱れないことから、目覚めと睡眠とによる代謝量の変化だけによっておこるものではないと考えられる。もっとも体温の低い早朝6時ころの体温を「基礎体温」という。女子の基礎体温は月経周期に関連して変動する。月経周期内で排卵期を境として基礎体温は上昇して高温相となり、ついで月経とともに基礎体温は下降して低温相となる。しかし、排卵がおこらない場合には高温相が現れず、また逆に妊娠中は全期間を通じて高温相が持続する。このような基礎体温の周期的変動は、卵巣から分泌される卵胞ホルモン（エストロゲン）や黄体ホルモン（プロゲステロン）が視床下部の体温調節中枢に作用するためであると考えられている。

　運動や精神的興奮によっても体温上昇がおこる。とくに高温下で激しい運動をすると、直腸温は40℃にまで上昇することがある。また、細菌感染などによって体温が上昇した状態を発熱というが、これは細菌の毒素、あるいは組織タンパクなどの異常分解産物が発熱物質として作用するためであると考えられている。体温の上限は44～45℃であり、これ以上では酵素などのタンパク質が非可逆的に変性し始め、急速に死に至る。体温の下限は33℃で、これ以下では意識が失われるが、身体の組織細胞自体は低温によく耐えることができる。

［真島英信］

熱の産生と放散

体温が一定に維持されるためには、体内における熱の産生と、体外への熱の放散とが平衡していなければならない。つまり、外界の気温が低下した場合は、熱の放散を減少させると同時に熱の産生も増加して体温の低下を防ぎ、逆に外界が高温となった場合には、熱産生の減少と熱放散の増加がおこるわけである。

　熱産生促進の機序（メカニズム）として第一に「ふるえ」をあげることができる。ふるえは骨格筋の不随意収縮であり、これによって骨格筋による熱産生は増加する。また、寒冷時には甲状腺(こうじょうせん)ホルモンや副腎髄質(ふくじんずいしつ)のアドレナリンとよばれるホルモンの分泌が増加し、全身の代謝が亢進(こうしん)する。さらに、これによる血糖利用率の上昇によって食欲が亢進する。逆に外界が高温のときには食欲減退、甲状腺ホルモンの分泌低下などによって熱の産生は抑制される。

　熱放散促進の機序としては皮膚血管の拡張および発汗がある。皮膚血管が拡張すると皮膚温が上昇し、皮膚からの熱放散が増加する。また、発汗は蒸発熱の放散を促進する。イヌなどでは「熱あえぎ」がおこり、口腔からの蒸発が盛んとなる。寒冷時には皮膚血管が収縮して皮膚温が下がり、熱放散は抑制される。

　温度感覚は皮膚に散在する感覚受容器によっているため、皮膚血管が収縮して皮膚温が低下すると寒く感じ、逆に飲酒などによって皮膚血管が拡張すると温かく感じる。ただし、この場合は感覚としては温かくても、熱の放散はより増大しており、体温調節のためには不利となる。また、動物などでは寒冷時には毛が逆立ち（立毛(りつもう)）、皮膚に密接している空気の層を厚くすることによって熱放散を抑制する。ヒトでも、立毛の名残(なごり)として寒冷時に「鳥肌がたつ」が、体毛が少なく、また短いため、熱放散抑制のためにはほとんど無意味といえる。

［真島英信］

動物の体温

動物のなかでは哺乳(ほにゅう)類と鳥類は体温調節能力が高く、環境温度から独立してつねにほぼ一定の体温を保つので恒温動物といわれる。また温血動物ともいう。これに対して爬虫(はちゅう)類以下の動物は変温動物または冷血動物とよぶ。恒温動物でも体の部位によって温度が異なり、表層より深部のほうが温度が高い。体温は腋窩、口腔(こうこう)、直腸で測る。ヒトや哺乳類の多くは36～38℃、哺乳類のあるものや鳥類の多くはそれより高い40～42℃を保っている。しかし1日のうちでも多少の変動があり、ヒトは夜明け前が最低で、午後1～6時が最高である。体温調節能力は生まれたばかりのときは未発達であり、徐々に完成してくる。

　体熱の源は体内の物質代謝に伴う発熱反応（内温性という）で、おもに肝臓と筋肉で発生する。筋肉では遊離エネルギーの4分の3が熱となり、4分の1が仕事に利用される。冬眠動物が冬眠から覚醒(かくせい)するときには、肩甲骨の近くに分布している褐色脂肪組織の産熱が働いている。高体温の維持には体毛、羽毛、皮下脂肪層の発達が役だっている。変温動物でも外気温が低下したときには筋肉活動を増して体温を上げることが魚類や昆虫で知られている。また、変温動物でも太陽熱を吸収して体温を高めること（外温性）がある。たとえば、トカゲの体温の変化は日光に対する定位の変化によっている。

　環境温度は、皮膚にある冷点や温点で情報を得て、脳にある体温調節中枢が感じる。そこから運動神経や自律神経が出て体温調節に働いている。神経系とは別に、甲状腺ホルモン、副腎皮質ホルモン、成長ホルモンなどのホルモンが物質代謝の速度を左右することにより体温を調節する。寒冷刺激によりこれらのホルモンの分泌が高まり、肝臓や筋肉の物質代謝が高まる。一方、交感神経は立毛筋、血管に対して興奮的に作用し、熱放散量を減少させる。

［川島誠一郎］

室温の違いによる体温の差

恒温動物の体温

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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