间隔式蒸发微气候冷却技术对隔热防护服热应激的调控作用研究

【编辑推荐】为突破隔热防护服阻碍汗液蒸发的技术瓶颈，Glitz团队开展"干空气舒适度(DAC)间隔冷却"研究。通过向防护服内间歇通入30℃、相对湿度<3%的干热空气(600 l/min)，显著提升汗液蒸发效率至0.73(对照组仅0.13)，使12名受试者核心体温始终维持在38.0℃以下，有效预防劳力性热疾病(EHS)。该技术为需移动作业的防护服使用者提供了创新性热应激解决方案。

　　

在工业消防、军事作业和公共卫生应急处置中，工作人员常需穿着气密性化学防护服执行任务。这类防护服在阻隔有害物质的同时，也成为了人体散热的主要障碍——其高水蒸气阻力特性严重阻碍了汗液蒸发这一最重要的散热途径。当人体代谢产热无法及时散发时，核心体温会快速攀升，进而引发从热痉挛、热衰竭到致命性劳力性热中暑(EHS)的系列健康危机。传统持续微气候冷却技术虽能缓解热应激，但连接压缩机的通风软管严重限制了作业者的移动自由度，难以适应需要大范围移动的实战场景。

为解决这一矛盾，德国联邦国防军预防医学研究所的Glitz团队在《Journal of Occupational Medicine and Toxicology》发表研究，创新性提出"间隔式微气候冷却"策略。该研究假设：在作业间歇期向防护服内通入干燥空气可有效增强蒸发散热，阻止体热累积，从而延长安全作业时间。研究采用平衡自身对照设计，12名健康男性志愿者穿着聚氯乙烯(PVC)材质化学防护服，在25℃、50%相对湿度、0.2 m/s风速的人工气候室内，进行5组交替的工作-休息循环(每组20分钟)。工作期模拟实际作业负荷(跑步机行走3 km/h、5%坡度，同时执行搬运10公斤油罐等任务)，休息期实验组通过空气扩散内衣(DAC-S)注入30℃、相对湿度<3%的干热空气(600 l/min)，对照组则不进行主动冷却。

关键技术创新体现在三方面：一是采用空间针织结构的空气扩散内衣(DAC-S)，在胸背、四肢等高汗区建立星状气流分布系统；二是通过无线核心体温监测系统(CorTemp)与四部位皮肤温度传感器实现生理参数实时采集；三是基于称重法精确计算汗液平衡(总汗液量-衣物蓄汗量-呼吸水损失)，结合间接测热法评估代谢产热。

心率变化

间隔冷却组的心率在工作期后呈现显著恢复特征，例如第4休息期(165分钟)心率降至105.1±17.0 b/min，显著低于同期工作期(149.7±15.5 b/min)(p≤0.01)。而对照组休息期心率仍维持在138.4±15.0 b/min的高位，几乎无恢复现象(图1)。这种差异表明间隔冷却有效降低了心血管系统负荷。

核心温度调控

间隔冷却使所有受试者核心体温始终低于38.0℃的安全阈值，而对照组有5人因达到39.0℃的医学终止标准被迫中止实验。从第三工作期开始，两组核心温度出现显著分化(p≤0.05)，证明间隔冷却能有效阻断体热累积进程。

皮肤温度动态

Ramanathan加权皮肤温度显示，冷却组皮肤温度在工作期上升后能在休息期快速回落至33.2-33.4℃区间，且最低温度保持稳定(p>0.05)。对照组皮肤温度则持续攀升，休息期也无明显下降(图3)。这种差异印证了干空气对流与蒸发散热的协同效应。

汗液蒸发效率

尽管两组总汗液产量无差异(约1350 g)，但冷却组蒸发汗液量达985±244 g，蒸发效率达0.73，是对照组(0.13)的5.6倍(p≤0.001)。按每公斤汗液吸热2400 kJ计算，冷却组仅蒸发散热就达192±26 W，足以平衡代谢产热(316±48 W)。

主观感受改善

Borg主观劳累度评分(RPE)显示，冷却组休息期评分维持在7.3-8.7的"轻度劳累"范围，而对照组达9.5-13.3("稍累"至"累")。热感觉评分更呈现两极分化：冷却组休息期表现为"微凉"(-1)至"凉"(-2)，对照组则为"微暖"至"热"(1-3)。

研究结论确认，20分钟间隔的干空气冷却能通过提升汗液蒸发效率实现有效热平衡，且最低皮肤温度(33.2℃)高于引发血管收缩的临界值(32-33℃)，保障了皮肤血流散热功能。该策略突破了传统持续冷却对移动性的限制，使防护服使用者在205分钟实验期内始终保持生理安全状态。对于需轮班作业的现场，该技术可显著减少穿脱防护服的时间损耗，降低人员配置需求。未来通过结合个体化生理监测系统，可进一步优化冷却参数，为高温环境作业防护提供创新范式。