模拟野火消防作业中职业热应激的热生理反应：性别差异与体能及身体成分的影响

《Frontiers in Physiology》：Thermophysiological responses to occupational heat stress during simulated wildland firefighting in females and males: influence of fitness and body composition

　　

本研究比较了穿着标准个人防护装备（personal protective equipment, PPE）的男性和女性参与者在模拟野火消防活动中长时间职业热应激下的热生理反应。研究人员招募了22名参与者（11名女性，11名男性），在受控环境（30 °C，30%相对湿度）中完成了一次递增负荷运动测试和一项模拟野火扑灭作业的长时间亚极量方案。评估了生理反应、胃肠道温度（gastrointestinal temperature, Tg）、胸部皮肤温度（chest skin temperature, Tskin）、出汗量及热平衡组分。除主观疲劳感觉等级（rating of perceived exertion, RPE）在男性中较高外，女性在大多数生理变量上表现出较高的平均值。然而，当在匹配的相对运动强度下分析反应时，Tg未观察到有意义的性别差异，而胸部Tskin和心率在女性中仍然较高。体脂百分比与Tg和胸部Tskin呈正相关（r=0.55和0.53），而最大摄氧量（VO_2max）与Tg呈负相关（r=?0.47）。当VO_2max按去脂体重（lean body mass, LBM）归一化后，该关系消失。散热途径在两组间存在差异：男性表现出更大的蒸发散热，而女性表现出更大的干热交换贡献。这些发现提示，个体身体成分和有氧适能可能有助于职业性不可补偿热应激期间热生理应变（thermophysiological strain）的变异性。

野火消防是一项体力要求极高的职业，通常在夏季执行任务。复杂地形、烟雾暴露、重型工具操作以及高温环境等因素共同导致消防员承受巨大的生理负荷。虽然野火扑救时环境平均温度通常适中，但短期内可能出现接近120 °C的峰值温度和约10,000 W·m^?2的热通量。标准个人防护装备（personal protective equipment, PPE）虽为安全所必需，但因其多层结构降低了水蒸气渗透性并增加隔热性，显著加剧了热应力，可导致作业能力下降12%–50%。既往热应激研究多集中于男性消防员，女性野火消防员参与率仅为10%–15%，相关研究十分有限。已知两性在人体测量学、身体成分、激素调节及出汗能力等方面存在差异，但个体特征（如有氧适能和身体成分）如何影响男女在穿着PPE作业时的热生理反应仍不清楚。因此，本研究旨在描述并比较参与野火消防活动的女性与男性在长时间职业热应激下的热生理反应，并探讨有氧适能和身体成分对观察到的反应的贡献。

研究人员招募了22名西班牙参与者（11名女性，11名男性），其中男性为经验丰富的野火消防员（从业超过3年），女性除1名在职消防员外均为正在接受消防训练的女性候选人。所有参与者均通过了规定的体能测试。参与者需完成两次实验室测试：第一次进行递增负荷运动测试（graded exercise test, GXT）以测定有氧能力和通气阈（ventilatory threshold, VT）及呼吸补偿阈（respiratory compensation threshold, RCT），同时使用多频四极生物电阻抗法评估身体成分。第二次为持续125分钟的亚极量长时间测试，模拟野火扑救中的行走和强度可变作业，环境条件控制在30 °C、30%相对湿度，恢复期为23 °C、44%相对湿度。测试期间通过可消化遥测丸连续记录胃肠道温度（gastrointestinal temperature, Tg），用iButton传感器测量胸部皮肤温度（chest skin temperature, Tskin），通过心率监测和呼吸气体分析测定代谢指标，并计算生理应变指数（physiological strain index, PSI）。通过测量测试前后身体和服装质量变化估算总出汗量、蒸发量和蒸发效率。采用分体热量计模型估算热平衡各组分。统计分析使用独立t检验、重复测量方差分析和Pearson相关分析。

结果方面，测试中所有监测变量均存在显著的时间效应。性别主效应除摄氧量（VO₂）和热感觉（thermal sensation, TS）外均显著。女性在大多数生理变量上平均值较高，但主观疲劳感觉等级（rating of perceived exertion, RPE）在男性中更高且上升更快。女性的VO₂、心率和血乳酸上升速率更快，而Tg、胸部Tskin和PSI的上升速率两组相似。在匹配相对运动强度后，Tg和PSI的性别差异消失，但胸部Tskin和心率仍为女性较高。最大Tg在女性中更高（38.8±0.3 vs 38.4±0.4 °C），但最大PSI无差异。相关分析显示，体脂百分比与Tg、胸部Tskin和PSI呈正相关，VO_2max与Tg、PSI呈负相关，但按去脂体重归一化后这些关联消失。出汗方面，男性总出汗量和蒸发汗量更高，但按体表面积或体重归一化后差异减弱，女性的蒸发效率更高（82.2±10.3% vs 63.1±10.6%）。热平衡组分中，两组的热产生和热储存相似，但男性的皮肤蒸发散热更大，女性的干热交换更高。

讨论部分指出，女性较高的生理应变可能与其较低的有氧能力和较高的相对运动强度有关，但匹配相对负荷后核心温度未见性别差异，提示核心热反应主要由相对负荷而非性别决定。女性较低的出汗率和较高的蒸发效率，以及PPE因男性体型设计导致女性服装更宽松，可能促进了通风和汗液蒸发。热感觉未表现出性别差异，说明在防护服限制散热条件下，男女的主观感知可能相似。研究还存在受试者经验差异、月经周期激素未验证、样本量小、PPE合身度未量化等局限。研究结论为：尽管女性承受了更大的心血管应变且胸部Tskin较高，但Tg和热储存无显著性别差异，散热途径不同：男性蒸发散热较多，女性干热交换贡献更大。有氧适能和身体成分与个体热生理应变相关，但其独立贡献无法从本研究中确定。未来研究应扩大样本、匹配受试者并优化PPE设计和热管理策略。