【サウナの脳科学】サウナの熱について考えよう！　熱を脳科学で探る

そのような疑問に脳神経外科専門医であるへなおがお答えします。

このブログでは脳神経外科医として20年以上多くの脳の病気と向き合い勤務医として働いてきた視点から、日常の様々なことを脳科学で解き明かし解説していきます。

基本的な知識についてはネット検索すれば数多く見つかると思いますので、ここでは自分の実際の経験をもとになるべく簡単な言葉で説明していきます。

サウナと熱

現代の日本では第3次サウナブームによって多くの施設がにぎわっています。

“サウナブームの脳科学”についてはこちらの記事もご参照ください。

サウナの醍醐味（だいごみ）は何と言っても、サウナトランス＝「サウナでととのう」でしょう。

温かいサウナと冷たい水風呂、休息タイムを繰り返す温冷交代浴では徐々に体の感覚が鋭敏になってトランスしたような状態になっていきます。

トランス状態になると、頭からつま先までがジーンとしびれてきてディープリラックスの状態になり、得も言われぬ多幸感が訪れます。

これがいわゆるサウナトランスであり、そして「サウナでととのう」の状態です。

”サウナでととのうの脳科学”についてはこちらの記事もご参照ください。

サウナ―達は至高のサウナトランスを味わうためにサウナに通うわけです。

サウナは日常生活で体感できないような異常な高温多湿状態にあります。

高温多湿の根源は「熱」であり、いかに心地よい熱を感じられるかでサウナトランスを味わえるかどうかが変わってきます。

ですから熱はサウナにとって、とても重要な要素です。

”サウナと湿度の関係”についてはこちらの記事もご参照ください。

サウナについて語る時に、「サウナ室に熱がこもっていて良かった」、「壁やベンチから感じる熱がたまらなく良かった」、「サウナ室の熱の輻射が良かった」などという表現を使う人がいます。

では、サウナ室で感じる熱の正体とはいったい何なのでしょうか？

そもそも熱とは何なのでしょうか？

そして脳は熱をどのように感じているのでしょうか？

へなお

熱を脳科学で探っていきましょう。

脳は熱をどのように感じる？

へなお

まずは、いきなり熱の脳科学です。

脳は熱を直接的に感じることはありません。

体が感じた熱が脳に伝導されて感じます

へなお

では、熱の伝導を脳はどのように感じるのでしょうか

熱の伝導とは、物質の内部や接触している物体間で、高温部から低温部へと熱が移動する現象です。

この現象は、物質の構成要素である原子や分子の振動によって起こります。

では、熱の伝導を脳はどのように感じるのでしょうか。

脳は、熱の伝導を感じるために、皮膚や内臓などの体表や体内にある温度受容器と呼ばれる神経細胞を利用します。

温度受容器は、熱の伝導によって温度が変化すると、その変化を電気信号に変換して、神経線維の集合体である背骨の中を走行する脊髄や脳の最高中枢である脳幹に送ります。

この電気信号は、さらに脳の中の視床や大脳皮質という部位に伝達され、温度の感覚として認識されます。

つまり、熱の伝導を脳が感じるということは、温度受容器が熱の伝導によって刺激されたことを脳が知るということです。

温度受容器は、温度の高さによって異なる種類に分けられます。

例えば、冷たさを感じる受容器は、約10〜40℃の温度に反応し、熱さを感じる受容器は、約30〜50℃の温度に反応します。

また、痛みを感じる受容器は、約45℃以上や10℃以下の温度に反応します。

これらの受容器は、それぞれ特定のタンパク質を発現しており、そのタンパク質が温度に応じて変化することで電気信号を発生させます。

このように、温度受容器は、熱の伝導によって温度が変化したことを感知するための重要な役割を果たしています。

へなお

つまり、熱の伝導を脳は温度受容器という神経細胞を通して感じるわけです。

この仕組みは、わたしたちが温度に応じて適切な行動をとるために欠かせないものです。

例えば、熱いものに触れたときに手を引っ込めたり、寒いときに暖かいものを求めたりするのは、温度受容器が熱の伝導によって刺激されたことを脳が知ったからです。

このように、熱の伝導は、わたしたちの日常生活に密接に関わっている現象なのです。

熱について学ぼう

へなお

熱の脳科学について考えてみましたが、そもそも熱とは何なのでしょう？

まずは熱の種類について考えてみましょう。

熱とは、エネルギーの移動形態の一つで、物体間で仕事を通じて移動する以外のエネルギーの移動形態を指します。

熱は、物体の温度や状態によって、さまざまな方法で伝わります。

そして、熱の伝わり方によって、熱は大きく3つの種類に分けられます。

輻射熱

輻射熱とは、物体から放射される電磁波によって熱が移動する現象のことです。

例えば、太陽からの光や炎の熱は輻射熱によって伝わります。

輻射熱は空気に影響されず、真空中でも熱が伝わります。

輻射熱は物体の温度や波長によって変化しますし、物体の表面の状態や色によって反射や吸収の割合も異なります。

輻射熱で有名なのは太陽の熱や赤外線ですが、冷暖房や温度測定などの工学的な応用にも利用されています。

対流熱

対流熱とは、流体（気体や液体）が移動することで熱が伝わる現象のことです。

例えば、暖かい空気が上昇して冷たい空気が下降することで熱が移動するのが対流熱で、この循環によって熱が移動します。

対流熱は、流体の温度差によって発生する自然対流と、ファンやポンプなどで流体を強制的に動かす強制対流に分けられます。

対流熱は、熱伝達率という係数で表され、流体の種類や流れの状態によって変化します

対流熱は、冷暖房や熱交換器などの工学的な応用にも利用されています。

伝導熱

伝導熱とは、固体または静止している流体の内部において、高温側から低温側へ熱が伝わる現象のことです。

伝導熱は、物質の原子や分子が振動や衝突によって熱エネルギーを伝達することで起こります。

伝導熱の量は、フーリエの法則と呼ばれる式で表されます。

この式は、単位面積・単位時間当たりの熱量が、単位長さあたりの温度差と熱伝導率という比例係数に比例することを示しています。

熱伝導率は、物質の種類や温度によって異なり、熱が伝わりやすさを表します。

一般に、金属は熱伝導率が高く、熱伝導性が良いとされています。

逆に、ゴムや樹脂などは熱伝導率が低く、熱伝導性が悪いとされています。

以上が、熱の種類とその違いについての説明です。

言葉で聞いてもなかなかイメージしづらいかもしれませんが、サウナ室の熱源について考えてみると分かりやすいので、続いてはサウナ室の熱について考えてみましょう。

サウナと熱の関係

サウナ室の熱源は、先ほどご説明した輻射熱、滞留熱、伝導熱によって3つのタイプに大別されます。

ではサウナではこれらの熱がどのように活用されているか探ってみましょう。

サウナと輻射熱

サウナでの輻射熱は、主に遠赤外線ヒーターによって発生し、体に直接熱を伝えることで効率的に温めることができます。

遠赤外線ヒーターは、空気を温めにくいので、対流熱や伝導熱によるエネルギーロスを少なくすることができます。

また、遠赤外線は水分を含む物によく届くので、体の深部まで温めることができます。

つまり、遠赤外線はサウナ室の空気を温めるというより体を直接温めるので、とても効率が良いのです。

ちなみに、遠赤外線のサウナ室の発汗作用は、サウナストーンのサウナ室の約3倍と言われています。

なぜなら、輻射熱は室温計にうまく反映されないため、実際の室温計が示している温度よりも体感温度は20℃程度上乗せされるからです。

たとえば、室温計が100℃を示している時、遠赤外線のサウナ室の体感温度はおおよそ120℃と言うことになります。

さらに、遠赤外線のサウナ室は、ランニングコストが低く、スペースを節約できるというメリットもあり、サウナの熱源としてはとても優れていると言えます。

ちなみにピザやパン作りなどでよく用いられる炭火焼も輻射熱を利用した調理法です。

熱せられた石が発出する遠赤外線により輻射熱が発生して、ピザやパンが美味しく焼けるわけです。

へなお

そのように考えると、遠赤外線のサウナ室はまさにグリルで焼かれている状態と言えるかもしれません。

サウナと対流熱

サウナでは対流熱は主にサウナストーンを使ったサウナ室で活用されています。

サウナ室では、ヒーターによって温められたストーンや配管に触れた空気が熱を受け取り、その空気が体に熱を伝えます。

対流熱は、空気や壁、ベンチなども温めるので、エネルギー効率は低くなりますが、全身が熱い空気に包まれる心地良さがあります。

対流熱の活用という観点から言うと、サウナ室の換気やヒーターの位置などが重要になります。

換気は、サウナ室内の空気の循環を促進し、熱の均一化や酸素の供給を行います。

換気が不十分だと、空気が滞留し、熱がこもりすぎたり、酸素が不足したりする可能性があります 。

また、ヒーターの位置は、対流熱の流れを制御することに影響します。

ヒーターが高い位置にあると、熱い空気が天井に集まりやすく、床近くは冷たくなりやすくなります。

逆に、ヒーターが低い位置にあると、熱い空気が床から上昇し、天井から冷たい空気が下降する対流が起こりやすくなります 。

ですから、対流熱の活用には、サウナ室の設計や運用に工夫が必要です。

対流熱を上手に利用することで、サウナ室内の温度や湿度を調整し、快適なサウナ体験を提供することができます。

へなお

対流熱は、サウナ室の中で最も身近な熱の伝わり方で、これをうまく活用したのがアウフグースです。

サウナと伝導熱

サウナでの伝導熱の活用とは、サウナ室の内装やベンチなどに使われる素材の熱伝導率や比熱を考慮して、熱の伝わり方や蓄え方を工夫することです。

ちなみに、熱伝導率とは、物質の熱伝導性の良さを表す係数で、熱伝導率が高いほど熱が伝わりやすいことを意味します。

また、比熱とは、物質の温度を1℃上げるのに必要な熱量を表す係数で、比熱が高いほど熱を蓄えやすいことを意味します。

サウナ室に使われる素材は、主に木材が多いですが、塩の壁や石の壁、ガラスなども使われることがあります。

これらの素材は、熱伝導率や比熱によって熱の伝わり方や蓄え方が異なります。

例えば、木材は熱伝導率が低く、比熱が高いので、熱を伝えにくく、蓄えやすいという特徴があります。

これは、サウナ室の断熱性を高めたり、ベンチに座った時にやけどしないようにしたりするのに適していると言えます。

逆に、金属は熱伝導率が高く、比熱が低いので、熱を伝えやすく、蓄えにくいという特徴があります。

これは、サウナ室の温度を上げたり、ベンチに触れた時にやけどしたりするのに適しているとは言えないので、一般的にサウナ室では金属類は使われません。

塩や石の壁、ガラスなどは、木材と比べて熱伝導率が高く、比熱が低いので、熱を伝えやすく、蓄えにくいという特徴があります 。

一方で、サウナ室の視覚的魅力を高めたり、ヒーターまわりの汚れを防いだりするのに適しています。

しかし、これらの素材はサウナ室の断熱性を低下させたり、ベンチに座った時にやけどしたりする可能性があるので注意が必要です。

そのため、これらの素材はサウナ室の一部に使われることが多く、全面に使われることはありません。

以上のように、サウナでの伝導熱の活用とは、サウナ室の内装やベンチなどに使われる素材の熱伝導率や比熱を考慮して、熱の伝わり方や蓄え方を工夫することです。

へなお

ちなみに、サウナ室でもっとも伝導熱を感じるのは、ヒーター格納式サウナ…いわゆるボナサウナでしょう。

ボナサウナとは、サウナ室内の空気を電熱線で加熱するドライサウナの一種です。

ベンチの下や背面にヒーターが格納されているのが特徴で、足元からしっかり温まることができます。

ボナサウナでは対流熱も発生するので、上からも下からも温められ、効率よく全身が温まります。

以上のように、サウナ室では輻射熱、対流熱、伝導熱の3つのタイプの熱がうまく活用されています。

そして、サウナ室ではどれか１つの熱だけが作用しているわけではなく、3つのタイプの熱が複雑に絡み合って、極上の熱を伝導しています。

たとえば輻射熱を主に利用した遠赤外線のサウナ室でも対流熱や伝導熱は発生します。

輻射熱によって温められた壁やベンチに直接触れることで伝導熱が伝わりますし、その伝導熱はまわりの空気を温め、温まった空気によって対流熱が発生します。

横浜市金沢区にある「亀遊舘」のサウナ室は遠赤外線ヒーターですが、ブロワータイムがあり、人工的に対流熱を発生させて熱々のサウナ室を演出してくれています。

また、東京都中野区の「たからゆ」のサウナには遠赤外線ヒーターとサウナストーンのストーブの2種類が設置されています。

遠赤外線の輻射熱を浴びつつ、サウナストーンのロウリュおよびアウフグースで発生する対流熱を浴びると相乗効果で極上の熱を感じることができます。

へなお

ぜひ体感してみてください。

熱を脳科学で探る

へなお

あらためて、熱を脳科学で探ってみましょう。

わたしたちの体では、皮膚にある温度センサーで熱を感じると、その情報が脳に伝わります。

この情報は、主に脳の中の視床下部という部分にある体温調整中枢に送られます。

そして、この体温調整中枢に熱が伝わると、無意識のうちに熱を感じ取り、体温を上げたり下げたりするように体に指令を出します。

その結果としてサウナでは大量に汗をかいて体温を下げようとするわけです。

“サウナと汗の関係”についてはこちらの記事もご参照ください。

つまり、脳は直接的に熱を感じるわけではなく、皮膚の温度センサーからの情報を基に体温を調節しています。

ですから、皮膚の温度センサーがとても重要な役割をしているわけです。

サウナに入ると、脳は熱に対してさまざまな反応を示します。

まず、サウナ室の高温によって、脳は危機的な状況にあると感じ、集中力が高まります。

余計なことを考える余裕がなくなり、内側の感覚に集中します。

これは、アドレナリンなどのストレスホルモンが分泌されることで起こります。

次に、水風呂に入ると、脳は寒さに驚き、再び危機的な状況にあると感じます。

体温を保つために、血管が収縮し、心拍数や血圧が上昇します。

これは、自律神経の中の交感神経が活性化することで起こります。

最後に、外気浴に入ると、脳は安心感を得て、リラックスし、血管が拡張し、血流が増えます。

これは、自律神経の中の副交感神経が優位になることで起こります。

このとき、脳は熱いと感じるのに、リラックスしているという日常生活では起こり得ない稀有（けう）な状態になります。

これこそがサウナトランスであり、そして「サウナでととのう」という感覚の正体です。

”サウナでととのうの脳科学”についてはこちらの記事もご参照ください。

この感覚は、脳の疲労を回復させたり、アイディアを発想させたり、睡眠の質を向上させたりする効果があります。

“サウナと脳疲労の関係”についてはこちらの記事もご参照ください。

”サウナと睡眠の関係”についてはこちらの記事もご参照ください。

以上のように、サウナでの熱について脳は、環境に適応するためにさまざまな反応を示します。

体感で輻射熱、対流熱、伝導熱の種類を区別することはできません。

しかし、サウナ室の環境によって皮膚がどのようにこれらの熱を感じ、そしてその情報が脳に伝えられた後にどのような感覚を生み出すのかを考えながらサウナに入るのも楽しいかもしれません。

へなお

「サウナ」についてもっと知りたい方は、こちらの書籍を参照してみてください。

へなお

ぜひ参考にしてみてください。

“熱の脳科学”のまとめ

熱を脳科学で説き明かしてみました。

最後まで読んでくださりありがとうございました。

今後も長年勤めてきた脳神経外科医の視点からあなたのまわのありふれた日常を脳科学で探り皆さんに情報を提供していきます。

最後にポチっとよろしくお願いします。