高温紧逼：极端高温上升背景下人类生存能力的生理学透视——受John R. Sutton学术遗产启发

《Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism》：The tightening grip of heat: understanding human survivability in the face of rising heat extremes—a physiological perspective inspired by the legacy of John R. Sutton

　　

全球气温上升与日益频繁的热浪对人类健康构成日益严重的威胁。因此，理解人类如何耐受环境高温已成为环境生理学的核心挑战。基于John R. Sutton的科学遗产，本叙述性综述考察人类耐热性的生理决定因素及其在气候变暖背景下对健康的意义。研究人员首先讨论用于表征热应变（thermal strain）的方法，强调体温测量仅能部分反映全身热蓄积（body heat storage）与生理负荷的证据。随后，研究人员综述全身量热法（whole-body calorimetry）的进展，这些进展增进了对体温调节能力（thermoregulatory capacity）的理解，并揭示了与衰老、慢性疾病、生物学性别、体能、热习服（acclimation）及其他修饰因素相关的散热（heat dissipation）能力的显著变异。研究讨论了可补偿性热应激与不可补偿性热应激（compensable and uncompensable heat stress）的基础概念，以及近期界定临界环境限值（critical environmental limits）与人类生存阈值（human survivability thresholds）的努力。新出现的证据表明，耐热性反映的是热需求（thermal demand）与散热能力之间的动态相互作用，而非单一的生理或环境阈值。研究人员进一步考察了长时间热暴露与热浪模拟研究的结果，这些研究表明，即使机体能够维持热平衡（thermal equilibrium），生理应变仍可在热可补偿条件下发展并跨多个系统累积。这些发现凸显了极端高温事件期间人类生存能力（survivability）与宜居性（liveability）之间的重要区别。总体而言，证据支持一个整合性框架，即将人类耐热性视为由环境条件、暴露时长、恢复机会、缓解策略与个体生理能力共同塑造的动态、多系统过程。

引言部分指出，极端高温日益被视为对人类健康最大的环境威胁之一。近几十年来热浪的频率、持续时间与强度大幅增加，使越来越多的人暴露于长时间热应激之下。老年人、慢性病患者、从事持续体力活动的劳动者以及缺乏降温资源者可不成比例地易患热相关疾病与死亡。重要的是，热暴露的健康后果并非仅由环境温度决定，而是由环境条件、暴露时长、恢复机会与个体散热生理能力之间的相互作用决定。这些挑战重新激发了环境生理学中一个长期存在的问题——人体如何应对极端环境应激，以及如何准确表征与解读这些反应。尽管体温调节与热交换的基本原理已确立，但人类对热的反应仍极为复杂。热暴露期间的生理应变反映体温调节、心血管、肾脏、神经、行为与环境因素随时间和暴露条件动态演变的整合相互作用。这些挑战许多正是John R. Sutton工作的核心。通过跨越环境生理学、运动科学与临床医学的研究，Sutton帮助建立了一个理解人类对环境应激反应的整合性框架，在热暴露日益频繁与持久的时代仍高度相关。他的工作强调生理反应通过多个生物系统的相互作用而产生，理解环境应激需同时考虑实验室机制与现实世界人类经验。据此，本综述受John R. Sutton科学遗产启发，重新审视在极端高温上升背景下人类热应激反应如何被表征、解读与应用。具体而言，综述考察：(i) 热暴露期间的生理应变应如何量化；(ii) 人类散热与体温调节能力的决定因素；(iii) 当前用于界定人类耐热性生理与环境限值的方法；(iv) 长时间与反复热暴露的生理后果；(v) 旨在极端高温事件期间保护生理功能的新兴策略。综述主张建立一个整合的、以生理学为依据的框架来理解人类耐热性，该框架超越传统的体温调节衰竭与生存能力概念。

John R. Sutton与人类环境生理学部分指出，现代人类对环境应激反应的研究在很大程度上归功于John R. Sutton。尽管他以对高原生理学与缺氧研究的贡献最为知名，但其科学遗产远超任何单一环境应激源。在整个职业生涯中，他致力于理解人类如何耐受、适应并最终在环境挑战条件下失败。这一视角塑造了跨越运动生理学、环境医学、体温调节、氧运输与人类表现的研究。重要的是，Sutton的工作不仅以方法学严谨为特征，还以将实验室生理学与临床结局及现实世界环境暴露联系起来的转化哲学为特征。该方法最清晰的例证或许是"珠峰行动II"（Operation Everest II），这是有史以来最雄心勃勃的人类环境生理学研究之一。由John R. Sutton、Charles S. Houston、Avraham Cymerman及同事领导，该项目在低压舱内模拟为期40天的珠峰登顶 ascent，至今仍是在长时间环境应激下开展整合性人体生理学的里程碑。该研究纳入了在渐进性缺氧暴露期间跨越呼吸控制、心血管调节、骨骼肌代谢、血液学适应、内分泌反应、运动能力与神经功能的广泛生理测量。除科学发现外，"珠峰行动II" exemplify了在长时间环境应激下研究整合性生理反应的价值，并展示了复杂生理系统如何在极端条件下相互作用与适应。该工作中探索的许多概念挑战，包括生理应变如何发展、累积以及应如何在长时间环境暴露期间被解读，仍是当代热生理学的核心。尽管高原生理学是Sutton科学生涯的主要组成部分，但同样的原则指导了他对热应激与劳力性热病（exertional heat illness）的研究。基于Pugh及其同事早先记录马拉松跑步期间深部体温显著升高的观察，Sutton帮助证明严重高热与劳力性热病并不局限于精英耐力运动员或异常极端的环境条件。通过对参加大规模跑步赛事的业余运动员的调查，他记录了在常被视为相对温和条件下发生的严重热病病例。这些观察挑战了关于热病的流行假设，并强化了这样一个概念：只要生理产热超过机体散热能力，严重热相关损伤就可能发生。重要的是，Sutton的工作超越了对体温升高的记录。他的研究凸显了热病的多系统性质，描述了与横纹肌溶解、肾功能障碍、肝损伤及凝血紊乱的关联。在此过程中，他帮助该领域从仅将热病视为体温升高性疾病，转向更广泛地将热应激理解为由代谢产热、心血管应变、水合状态、热习服、环境条件与个体易感性相互作用产生的整合性生理与临床综合征。这种基于系统的环境应激解读在今天仍高度相关。当代热浪、职业热暴露与室内过热事件同时且常常长时间挑战多个生理系统。因此，理解人类脆弱性需要的不仅仅是识别环境阈值或临界温度，而需要认识生理应变如何在相互作用的生理系统间随时间发展、累积与调节。同时，Sutton对整合性生理学的强调提出了环境生理学家数十年来一直关注的根本问题：热应激施加于人体的生理负荷应如何表征？尽管热病与耐热性常以体温来讨论，但体温、体热含量（body heat content）与生理应变之间的关系既不简单也未达成普遍共识。准确量化这一生理负荷仍是环境生理学的核心挑战，并为理解人类散热、耐热性以及最终人类热暴露限值提供了基础。

量化热应激的生理负荷部分指出，环境生理学的一个长期核心挑战是确定如何最好地表征人体内的热应变。尽管体温传统上作为热应变的主要指标，但关于其能否充分捕捉热应激所施加生理负荷的问题已塑造环境生理学一个多世纪。因此，许多关于体温调节功能、生理限制与人类耐热性的结论从根本上取决于热应变如何被测量与解读。量化热应变的早期努力可追溯至20世纪30年代Burton及同事的开创性工作。认识到测量全身热条件的实际困难，Burton提出了一个简化的隔室模型，将身体划分为相对均匀的"核心"（core）与"外壳"（shell）。该框架为使用有限温度测量估算平均体温与体热含量变化提供了基础。在20世纪的大部分时间里，该方法成为实验室与应用环境中量化热应变的主导框架。尽管必然依赖于组织温度分布与热均匀性假设，核心-外壳概念代表了重大进步，并塑造了热生理学研究数十年。尽管有其效用，Burton模型也凸显了一个延续至今的根本挑战。热应变并非均匀分布于全身。在运动与环境热暴露期间，活动骨骼肌、皮肤与深部组织的温度可能以不同速率和幅度变化。因此，从少量解剖部位获得的测量可能无法充分代表身体整体热状态。然而，由于直接评估体热含量在技术上仍然困难，源自温度测量的估算被广泛采用为生理应变的实用指标。尽管温度测量仍是环境生理学的核心，一些研究者开始质疑仅凭体温能否充分代表热应激施加的生理负荷。20世纪后半叶的重要进展来自Jan Snellen与Paul Webb的工作。使用直接量热法与直接-间接量热联合方法，这些研究者强调体温调节根本上是热交换与体热平衡问题，而非仅仅是温度调节。他们的工作证明体温变化与体热含量变化是相关但不同的生理现象。从全身视角看，这些观察强调生理应变反映体热蓄积与环境热交换之间的动态关系，而非仅体温。在动态条件下，相似体温可能伴随不同量的蓄积热，而体热含量的显著变化可能不发生常用深部体温指标的变化。Snellen在挑战传统温度测量估算热应变假设方面尤其有影响力。通过使用全身量热法的研究，他主张常用平均体温估算方法可能产生重大误差，因为它们未考虑组织温度与热蓄积的区域异质性。Webb进一步扩展这些概念，强调生理控制系统最终调节与环境的热交换，而体温代表该调节的一种表现而非其主要目标。尽管这些概念极具影响力，直接评估它们的机会因全身量热设施稀缺而受限。结果，环境生理学大部分仍依赖温度测量方法表征热应变。因此，常规体热含量估算在多大程度上准确反映实验测量的热蓄积在很大程度上仍未解决。全身直接量热法的进展为重新审视这些问题提供了机会。基于Jan W. Snellen及同事的开创性工作，原始Snellen空气量热计在Jan W. Snellen与Paul Webb指导下于1999年在渥太华大学人类与环境生理学研究单位重新设计并重建，时值Snellen于2000年7月逝世前不久。现代化量热计通过在严格控制环境条件下同时测量全身产热、干热交换、蒸发散热与体热含量变化，使新一代人类热平衡与体温调节研究成为可能。通过将直接与间接量热法同传统温度测量相结合，可以直接比较实验测量的体热含量变化与使用常规隔室模型估算的值，从而评估热应变应如何量化。这些研究揭示，常规温度测量方法在运动与热应激期间常低估体热含量变化。重要的是，低估幅度随热应变加剧而增加。后续研究表明，这种差异大部分可归因于活动骨骼肌与其他组织中未被常规平均体温估算充分代表的区域热蓄积。这些发现强化了热应变在空间上异质的概念，以及体温测量仅部分代表身体整体热负荷。其意义超越方法学考量。如果热应变主要通过替代温度测量解读，则关于热应激严重程度、生理限制出现以及影响人类耐热性因素的结论可能取决于热负荷如何量化。这并未削弱深部体温测量的价值，其仍是环境生理学的基本工具。相反，这些发现凸显了将温度解读为体热含量或整体生理负荷直接替代指标时需谨慎。总体而言，这些发现帮助完善了当代对人类热应激反应的理解。而非仅通过体温视角看待热应变，人们日益认识到在解读对热的生理反应时必须同时考虑温度调节与全身热交换。同时，准确表征热应变仅是挑战的一部分。量化生理负荷并不能解释为何某些个体比其他人更成功地耐受热暴露。即使暴露于相似热负荷，散热与维持热平衡的能力仍存在显著差异。因此，理解这种变异性的生理决定因素已成为现代环境生理学的核心焦点。

人类散热：生理变异性的来源部分指出，如果说准确表征热应变是理解人类热应激反应的一个挑战，那么界定散热的生理能力则是另一个挑战。即使个体暴露于相同环境条件与热负荷，散热能力的显著差异也可导致生理应变水平的显著不同。数十年来，我们对人类体温调节的大部分理解源自局部散热反应的测量，包括使用通风胶囊技术评估出汗与使用激光多普勒血流仪评估皮肤血管反应。这些方法为体温效应器功能调节提供了重要的机制性见解，并增进了对散热神经与血管控制的理解。然而，当局部测量用于推断全身体温调节功能时，它们必然假设在小块皮肤区域观察到的反应代表整合性全身散热。这一假设很重要，因为出汗与皮肤血流并非均匀分布于全身。出汗与皮肤血管舒张的区域差异早已被认识。因此，局部测量可能高估、低估或未能检测到全身散热中具有生理意义的差异。结果，关于个体特征对体温调节能力影响的结论可能部分取决于所选测量解剖部位。Snellen空气量热计的重建提供了通过直接量化运动与环境热应激期间全身热交换来解决这一局限的机会。与评估孤立皮肤区域的局部方法不同，直接量热法允许同时评估分布于体表的约200-400万个外泌汗腺与负责调节散热的广泛皮肤血管系统的整合反应。通过测量全身蒸发与干热交换，量热法提供了对身体散热生理能力的直接评估。这种能力从根本上改变了体温调节功能可被评估的方式。类似于用于确定最大有氧能力的递增运动试验，全身量热法使实验范式的发展成为可能，这些范式旨在量化在渐进性增加热应激期间身体的最大散热能力。这些方法为识别热损失生理限制何时出现以及确定这些限制如何在个体间变化提供了框架。应用这些全身方法揭示了人群间体温调节能力的显著变异性。重要的是，全身评估表明许多提出的耐热性修饰因素的生理意义与长期假设不同。一些因素一致地损害散热并增加生理应变，而其他因素尽管被广泛推定损害体温调节功能，却几乎不产生可测量的影响。与散热能力受损最一致相关的因素之一是衰老。全身量热研究表明，老年人在运动与环境热应激期间表现出减弱的散热，导致相对于年轻人更大的热蓄积与升高的生理应变。重要的是，这些损害并非仅由体能或身体成分差异解释，而是反映与年龄相关的出汗与皮肤血流调节改变。在糖尿病患者中也观察到类似的散热减少。年轻1型糖尿病成人在运动-热应激期间表现出全身热损失受损，而老年2型糖尿病患者与健康对照相比表现出散热减少与热应变增加。这些发现证明散热受损为这些人群在热环境中体力活动时热应变易感性增高提供了生理基础。全身量热法还阐明了生物学性别如何影响体温调节能力。早期依赖局部测量的研究对散热性别差异得出不一致结论。然而，当使用全身方法评估时，性别相关差异被证明在很大程度上取决于所需热损失的大小与所施加热应变的水平。在需要高蒸发散热的条件下，女性通常表现出较低的全身蒸发散热，导致在不可补偿条件下更大的热蓄积。这些发现强化了在评估耐热性性别差异时评估整合性全身热损失反应而非依赖孤立生理测量的重要性。相反，全身评估挑战了关于被认为损害体温调节功能因素的若干长期假设。月经周期时相历史上被假定影响散热，因其影响静息体温与体温调节阈值。然而，直接量热测量表明，尽管改变静息热状态，月经周期时相对运动-热应激期间全身热损失影响很小。同样，激素宫内节育器使用被证明对全身蒸发与干热交换影响可忽略。此外，尽管长期假设高血压可能损害体温调节，控制良好的中年与老年高血压患者表现出与年龄匹配正常血压个体相当的散热反应。这些观察凸显了区分推定脆弱性与可测量生理散热损害的重要性。其他修饰因素产生明确且具有生理意义的影响。热习服增强蒸发散热并改善运动-热应激期间全身散热。重要的是，热习服还被证明可逆转在体力活动的中年与老年2型糖尿病患者中观察到的散热损害，导致与健康对照相当的体温调节反应。同样，较高水平的有氧体能促进给定热负荷下更大的散热，并部分抵消与年龄相关的体温调节功能损害。这些发现强调体温调节能力并非固定，而是可通过生理适应与 conditioning 修改。尽管许多体温调节能力决定因素已使用短时实验室方案确定，新出现的证据表明一些修饰因素产生情境依赖性效应，仅在长时间或反复热暴露期间显现。例如，水合状态在健康年轻成人短时暴露期间对体温调节功能影响相对温和，但在老年人中可产生更大的生理后果。同样，反复职业热暴露与睡眠剥夺已被证明损害老年人热调节反应，而在年轻人群中产生很小或无 measurable 影响。这些发现表明体温调节能力不仅反映个体特征，还反映热暴露的持续时间、频率与累积性质。结果，理解人类热脆弱性可能需要考虑在超越传统实验室研究短时方案的反复与长时间暴露中演变的生理反应。总体而言，这些观察证明体温调节能力既不均匀也无法通过孤立生理测量充分表征。相反，散热反映多个体温效应器系统在全身运行的整合功能。全身评估揭示一些先前假定影响体温调节的因素产生很小可测量效应，而其他因素显著修改生理能力与热应激脆弱性。认识和量化这种变异性至关重要，因为它最终决定热平衡得以维持的环境条件。因此，界定人类耐热性的环境与生理限值需要理解身体散热能力以及跨人群修改该能力的因素。

界定人类耐热性的限值部分指出，前一节强调体温调节能力在个体与人群间存在显著差异。这一概念的自然延伸是理解这种变异性如何影响热平衡得以维持的环境条件。界定人类耐热性的限值长期以来是环境生理学的核心目标，因为它提供了理解热平衡何时变得不可持续以及生理应变何时开始累积的生理框架。Belding与Hatch、Kuhlemeier、Lind、Wyndham及同事的开创性研究建立了通常理解这些限值的概念框架。该框架的核心原则是当热获得速率超过热损失速率时发生渐进性体热蓄积，导致生理应变增加。在此类条件下，体热含量渐进增加，热平衡不再能维持，生理应变累积。这些原则支撑了可补偿性与不可补偿性热应激的区分。在可补偿性热应激期间，出汗与皮肤血流增加等生理调整足以在环境或代谢热负荷下维持热平衡。相反，当所需热损失速率超过身体最大散热能力时发生不可补偿性热应激，导致不可避免的热蓄积与渐进性增加的生理应变。该框架深刻影响了环境生理学、职业热应激评估以及暴露指南的制定超过半个世纪。事实上，可补偿性概念仍是当代界定人类耐热性生理与环境限值努力的核心。尽管可补偿性的生理基础已被认识数十年，全身量热法与受控环境暴露方法学的进展为直接量化这些概念 underlying 的限值提供了新机会。通过在同时测量全身热交换时渐进增加热需求，研究者得以识别热平衡不再能维持的环境条件。这些研究表明从可补偿到不可补偿热应激的转变并非由单一体温阈值定义，而是由所需热损失超过身体最大散热能力的点定义。一旦超过该阈值，热蓄积变得不可避免，生理应变渐进累积。如前一节所强调，体温调节能力受众多修改散热的个体间与个体内因素影响。因此，可补偿性丧失的环境条件不太可能在人群间均匀，凸显了依赖单一阈值界定人类耐热性的局限。认识到体温调节能力在个体间变异进一步挑战了界定通用环境限值的努力。生理耐热性可能并非反映适用于所有个体的单一阈值，而是存在于受环境条件与散热能力相互作用影响的一个连续谱上。这一认识推动了制定以生理学为依据的方法来界定环境热暴露限值并评估广泛气候条件下人类脆弱性的努力。这方面的一个主要挑战是用于界定生理限值的环境条件并不总是反映现实世界热浪中遇到的条件。历史上，用于界定生理耐热性的许多证据源自运动-热应激范式，其中代谢产热对总热负荷贡献显著。这些模型对阐明热交换与体温调节控制机制非常宝贵，并为理解可补偿性提供了稳健框架。然而，热浪期间经历的环境条件与运动期间遇到的条件根本不同。在被动环境热暴露期间，代谢产热相对较低，尽管随体温升高而适度增加（Q₁₀效应），生理应变的发展主要因为环境条件限制身体散热能力。因此，源自运动模型的 enviromental 限值可能无法充分捕捉当代热浪期间长时间被动环境热暴露相关的生理挑战。随着气候变化加剧了识别可能威胁人类生存能力的环境条件的兴趣，这一区别变得越来越重要。Sherwood与Huber（2010）提出接近35 °C的湿球温度可能代表人类适应的生理上限，因为环境条件将不再允许即使静息个体充分散热。后续分析与建模研究凸显了未来气候情景下此类阈值的潜在公共卫生意义。然而，这些估算很大程度上是理论性的，基于热平衡原则而非直接生理观察。最近，努力已转向在广泛环境条件、代谢需求与人群群体中实验性界定、验证与应用临界环境限值。宾夕法尼亚州立大学人类环境年龄阈值（HEAT）项目的研究表明，不可补偿性热应激发生在显著低于常引用的35 °C阈值的湿球温度下，且临界限值强烈受空气温度与湿度组合而非仅湿球温度影响。后续研究将这些观察扩展到不同年龄组与代谢需求，证明临界环境限值可使用基于生理学的方法量化，同时强调环境背景在决定耐热性中的重要性。互补的基于生理学的建模方法进一步强调了此类限值对评估气候变化下未来人类生存能力与宜居性的更广泛意义。总体而言，这项工作将讨论从理论生存阈值转向对日益多样环境条件下人类耐热性的实验推导与生理学知情评估。其他研究试图在长时间暴露下评估这些实验推导限值的有效性。Meade等（2025a）证明超过通过热阶跃方案识别的临界限值的环境条件在长时间暴露期间导致体温渐进且不可补偿的增加，为这些阈值的有效性提供了直接生理支持。相反，Wang等（2025）报告若干预测超过体温调节限值的环境条件在健康年轻成人8小时久坐暴露期间仍保持可补偿，表明一些预测方法可能在特定环境与实验条件下低估人类耐热性。总体而言，这些研究既凸显了在界定耐热性生理限值方面取得的实质进展，也凸显了关于体温调节补偿最终失败的确切环境条件的持续科学不确定性。更广泛地说，它们强调在更密切反映现实世界热事件持续时间与复杂性的暴露条件下验证实验推导限值的重要性。这项工作涌现的最重要见解或许是，人类耐热性不能还原为单一生理变量、环境阈值或生存指标。相反，耐受性反映热需求与散热能力之间的动态相互作用。可补偿性理论、临界环境限值与生存阈值各自为理解热平衡何时不再能维持提供了宝贵框架。然而，这些实验推导限值是否充分捕捉长时间与反复热暴露的更广泛生理后果，包括对心血管、肾脏、神经及其他生理系统的影响，仍是一个重要问题。解决该问题需要超越仅体温调节补偿，考虑持续热暴露跨多个器官系统的生理后果。

从生存能力到宜居性：长时间热暴露的生理反应部分指出，前一节描述的研究大幅推进了我们对体温调节补偿失败的环境与生理条件的理解。通过受控实验室实验，研究者识别了临界环境限值并制定了生理学知情框架评估人类耐热性。尽管近期研究已开始在更长时间暴露条件下评估这些限值，但这项工作的主要目标是界定热平衡不再能维持的环境条件。然而，此类限值是否充分捕捉长时间与反复热暴露施加的更广泛生理负荷仍不确定。在许多方面，这种不确定性反映了环境生理学的更广泛转变。传统热应激研究主要关注体温调节、热交换与热平衡维持。最近，研究者日益强调热相关健康风险通过涉及心血管、肾脏、神经、内分泌与体温调节系统的整合反应产生。这一视角促使人们日益关注不仅理解体温调节补偿何时失败，还理解在长时间环境热暴露期间生理应变如何发展。一个相关发展是气候变化下人类生存能力与宜居性的生理学知情概念的涌现。基于实验推导的体温调节限值，近期工作强调在长时间热暴露期间维持生理功能可能与避免不可补偿性热应激本身同样重要。因此，越来越多注意力转向理解在代表当代热浪的条件下长时间热暴露的生理后果。现有文献的一个显著局限是，我们对人类耐热性的许多理解源自运动-热应激范式，其中代谢产热对总热负荷贡献显著。这些研究对界定热交换与体温调节控制机制具有重要作用。然而，热浪期间热相关发病率与死亡率主要发生在进行很少或没有结构化体力活动的个体中。因此，长时间被动环境热暴露代表与运动诱导热应激根本不同的生理挑战，尤其在老年人与其他脆弱人群中。此外，近期研究采用了包含被动暴露与代表日常生活活动的长时间热暴露范式，为理解现实世界热浪期间生理反应提供了更具生态相关性的框架。这些方法已开始弥合传统实验室研究与极端热暴露复杂环境、行为与生理现实之间的长期差距。近期采用长时间被动热暴露范式的研究已开始解决这一差距。在首批专门设计用于检查整日热暴露生理反应的研究之一中，Meade及同事将年轻与老年成人暴露于热干条件下9小时静息热暴露。老年人比年轻对照蓄积显著更多热并表现出更大核心温度升高，年龄相关差异随暴露时长增加而日益明显。重要的是，这些发现证明传统短时方案期间观察到的生理反应低估长时间热暴露期间年龄相关脆弱性。此外，与通常在约60分钟内达到热平衡的可补偿性运动-热应激不同，被动环境热暴露期间生理反应持续演变数小时（约3-4小时）才稳定。这些观察共同凸显了在更密切反映现实世界热浪暴露持续时间上研究热应激的重要性。基于这些观察，后续工作检查了对代表住宅热浪暴露的室内过热条件的生理反应。在一项随机交叉试验中，老年人完成对22至36 °C室内温度的8小时暴露。核心温度、心血管应变与自主心血管调节指标在26 °C以上温度渐进增加，而血压调节与体位耐受损害随室内温度升高日益明显。这些发现提供了支持提议室内温度限值的实验证据，同时证明在长时间暴露于热浪期间常见温度下可渐进发展具有生理意义的应变，尽管仍远低于实验推导的体温调节限值与传统生存阈值。总体而言，这些研究表明在体温调节补偿丧失之前很久就可能发展显著生理应变。尽管临界环境限值对识别热平衡变得不可持续的条件仍有价值，长时间被动热暴露研究表明心血管与体温调节应变可在保持热可补偿的条件下累积。这一观察支持日益认识到的热脆弱性不能仅通过体温调节衰竭视角理解，而是反映长时间热暴露施加的累积生理负荷。最近，实验室模拟热浪研究将这些观察扩展到超越整日暴露至更代表当代热浪的条件。在一项涉及老年人的3天2夜模拟热浪研究中，参与者暴露于白天34 °C与夜间26 °C温度下，条件设计为模拟住宅热浪暴露。重要的是，环境条件在整个暴露期间保持热可补偿，从而允许独立于明显体温调节失败评估生理后果。尽管维持热补偿，参与者表现出跨多个生理系统的渐进性改变，包括深部体温与心率升高、血压调节与心脏自主功能改变、肾脏与胃肠道应激生物标志物增加以及平衡与认知表现损害。若干反应未能过夜完全恢复，表明尽管环境条件仍低于实验推导的体温调节限值，生理应变跨连续天数累积。总体而言，这些发现表明仅基于体温调节补偿的评估可能低估长时间热暴露相关的累积生理负荷。维持热平衡并不必然意味着生理功能保存，尤其当暴露跨越多天且恢复机会有限时。这些观察强化了生存能力与宜居性之间的区别，表明即使环境条件保持热可补偿，生理系统也可能渐进受到挑战。来自职业与运动-热应激研究的证据进一步表明生理应变可跨反复热暴露累积。检查连续数天热中工作的研究报告心血管、体温调节与表现反应的渐进性改变，表明热暴露后果不能总是从单一暴露孤立理解。与这一视角一致，近期系统综述得出结论，累积生理应变与表现下降可能在连续数天长时间热中工作期间发展，同时强调需要在代表现实世界热浪的条件下开展额外研究。恢复已成为热暴露期间生理韧性的特别重要决定因素。传统实验室范式常假设暴露间完全恢复。相反，现实世界热浪常以夜间温度升高、睡眠中断、降温获取不足与反复每日热暴露为特征。在这些条件下，即使单次暴露仍低于传统体温调节限值，生理应变也可能跨连续天数累积。实验研究表明睡眠限制与不完全恢复改变后续对热的反应，一些效应随年龄增长日益明显。这些发现表明热脆弱性不仅由给定暴露的严重程度塑造，还由暴露间恢复的充分性塑造。长时间暴露与恢复的生理相关性得到流行病学证据的强化。热相关发病率与死亡率常与持续热事件和夜间缓解不足相关，而非孤立峰值环境温度时期。尽管将长时间热暴露与不良健康结局联系起来的机制仍未完全理解，累积证据表明跨心血管、体温调节、肾脏、神经及其他生理系统的累积生理应变可能对热脆弱性有重要贡献。总体而言，这些观察表明人类耐热性不能仅由环境阈值充分描述。相反，生理脆弱性通过环境严重程度、暴露时长、恢复机会与体温调节能力之间的动态相互作用产生。临界环境限值对识别热平衡不再能维持的条件仍必不可少。然而，当代热浪可能在此类限值达到之前很久就损害生理功能，因为持续暴露允许生理应变跨多个系统随时间累积。这一演变视角与近期超越基于生存能力框架转向纳入生理功能、恢复与长时间热暴露期间维持健康能力的宜居性评估的呼吁相平行。这一视角也对热适应与缓解具有重要意义。如果累积应变与不完全恢复对热脆弱性有重要贡献，干预措施必须不仅根据其对环境条件的影响评估，还根据其减少生理应变与促进长时间暴露期间恢复的能力评估。因此，理解热缓解策略如何在现实热浪条件下影响人体生理是关键的下一步，并构成下一节焦点。

超越降温：热浪期间保护生理功能部分指出，前面章节强调热相关生理应变超越体温调节衰竭，长时间热暴露可改变心血管、肾脏、胃肠道、神经与细胞功能，即使体温仍远低于传统上与热射病相关的温度。这些观察对热缓解策略的制定与评估具有重要意义。历史上，干预措施主要根据其对环境条件、热舒适、热感觉、体温或心血管应变的影响评估。尽管这些结局仍重要，新出现的证据表明它们可能不充分捕捉长时间热暴露的更广泛生理后果。近期工作还强调在现实再现热浪暴露的环境条件下评估缓解策略的重要性。一项综合400多项实验室热暴露研究数据的meta分析表明，常用加热模式可引发显著不同的心血管反应，封装加热方法产生比在气候控制舱中暴露于热环境条件显著更大的心血管应变。这些发现强调生态相关热浪模拟范式对理解对环境热的生理反应与评估现实应用干预措施的重要性。在短时实验室暴露期间显得有效的干预措施在长时间热浪条件下不一定提供相当的生理保护。传统热缓解策略包括空调、冷却中心、电扇使用、皮肤湿润、水合、冷却服装与旨在减少热暴露的行为修改。许多这些干预措施已证明有效减少热应变，并构成极端高温事件期间公共卫生建议的基础。然而，大多数研究集中在相对短时暴露与主要与体温调节和心血管应变相关的结局。这些干预措施是否在长时间热暴露期间充分保护生理功能仍不太清楚。电扇使用提供了一个有用例子，说明关于干预有效性的结论可能取决于所评估的生理结局。近期报告证明风扇功效关键取决于空气温度、湿度、空气流动与出汗能力之间的相互作用。实验研究表明在热湿条件下，风扇使用可增强蒸发散热并减弱热与心血管应变，而在非常热干条件下，当空气温度超过皮肤温度时，增加的空气流动可增强对流热获得。如果伴随的蒸发散热增加不足以抵消这一额外热获得，风扇使用可能增加生理应变。这些发现挑战了关于风扇使用的长期假设，并强调制定公共卫生建议时环境背景的重要性。然而，更近期采用长时间热浪模拟的研究表明，风扇使用可改善热舒适与主观症状，同时对更深层生理反应影响有限，包括与肠道损伤、免疫激活与全身炎症相关的生物标志物。总体而言，这些发现表明能够改善舒适与感知健康的干预措施不一定提供全面生理保护。因此，仅依赖热舒适可能低估长时间热暴露施加的累积生理负荷。评估干预有效性的复杂性进一步由冷却中心与短暂冷却干预研究说明。进入空调环境一致减少热与心血管应变，仍是极端高温事件期间最有效的公共卫生建议之一。模拟整日热暴露期间冷却中心使用的实验研究表明热应变减少以及对与细胞应激和生理恢复相关标志物的有利影响。然而，冷却的保护效应似乎在不同生理系统间变化。短暂冷却减少与肾脏应激相关的生物标志物，但对长时间热暴露期间胃肠道屏障功能障碍标志物影响相对有限。这些发现表明不同生理系统可能对缓解策略反应不同，不应假设任何单一干预提供普遍生理保护。因此，评估干预有效性需要考虑多个生理结局而非依赖任何单一生物标志物、生理系统或终点。近期评估低能耗冷却策略的研究进一步强化了缓解有效性可能在不同生理系统间不同的观点。水喷雾干预减弱热与心血管应变并减少暴露于非常热干环境的老年人中与急性肾损伤风险相关的生物标志物。相反，相同条件下风扇使用增加核心温度、液体损失、心血管应变与急性肾损伤风险相关生物标志物，强调选择缓解策略时环境背景的重要性。同样，足部浸没加或不加颈部冷却适度降低长时间热暴露期间心率、出汗损失、液体需求与热不适，但未有意义地减弱核心温度升高。尽管这些干预对与肾损伤、肠道肠上皮细胞损伤、免疫激活或全身炎症相关的生物标志物影响很小，新出现的证据表明它们可能影响细胞应激反应，包括自噬与热休克蛋白调节标志物。总体而言，这些发现证明缓解策略可在不同生理系统间产生不同效应，不应假设热应变、舒适或个体生物标志物的减少反映全面生理保护。前述发现提出了一个重要问题：热暴露期间什么构成有意义的保护？上述综述的证据表明，尽管没有明显热相关疾病，肾脏、胃肠道、炎症与细胞功能的生理有意义紊乱仍可发展。这些观察表明仅预防热相关疾病代表评估干预有效性的不充分基准。多个生物系统的生理有意义改变可能在临床明显疾病出现之前很久发生，凸显在评估热脆弱性与缓解时需要更广泛生理框架。总体而言，本文综述的证据支持转向生理学知情方法评估热缓解。有效干预不应仅根据其对热感觉、舒适或体温的影响判断，还应根据其保存生理功能、促进恢复与减少跨多个器官系统累积应变的能力判断。心血管调节、肾功能、胃肠道完整性、认知表现、睡眠质量、细胞应激反应与恢复在评估干预有效性时都代表重要结局。这一视角与气候变化下人类宜居性的新兴概念密切一致。随着极端高温事件变得更频繁、持久与强烈，缓解目标超越预防明显热病或维持热平衡。相反，成功的干预必须支持个体在长时间热暴露期间维持生理功能、健康与福祉的能力。因此，未来研究应优先在生态相关热浪条件下评估热缓解策略，这些条件纳入长时间暴露、反复每日热应激与现实恢复机会，同时采用更充分捕捉人类对环境热反应复杂性的整合生理结局。

人类热生理学的下一个前沿部分指出，一个多世纪的环境生理学研究大幅增进了我们对人类如何应对热应激的理解。从早期热平衡与环境限值研究到当代检查长时间热浪暴露与生理适应的研究，一个中心主题已经出现：人类耐热性不能由任何单一生理变量、环境阈值或实验模型充分描述。相反，对热的反应反映体温调节、心血管、肾脏、胃肠道、神经、行为与环境因素之间随时间和暴露条件演变的复杂动态相互作用。这一视角密切反映John Sutton大部分工作的科学哲学特征。在整个职业生涯中，Sutton强调对环境应激的生理反应产生于整合生物系统间的相互作用，而非孤立器官或测量。无论是检查缺氧、运动、职业暴露还是环境极端，他的工作一致证明理解人类适应需要考虑多个生理系统的协调反应。当代热生理学日益支持这一观点。尽管在界定体温调节限值与环境阈值方面已取得相当进展，越来越多的证据表明热脆弱性超越热平衡维持，涵盖对生理功能、恢复、健康与表现的更广泛后果。从本文综述的证据中涌现出若干总体性见解。也许最根本的是，热暴露期间的生理应变不能仅使用体温充分表征。全身量热法与人体热平衡方法学的进展证明热蓄积与散热提供无法仅从温度测量推断的关于体温调节状态的关键信息。同时，体温调节能力高度异质。年龄、身体形态、慢性疾病、热习服状态、体能、水合、睡眠与先前热暴露等因素均可影响生理反应，尽管其相对重要性在人群与环境条件间差异显著。因此，人类耐热性限值不反映固定生理值，而是从热需求与散热能力之间的动态相互作用中产生。近期界定临界环境限值的努力大幅增进了对这些相互作用的理解，同时证明生理耐受性存在于连续谱上而非单一通用阈值处。也许最重要的是，新出现的证据表明热暴露后果不能仅通过基于生存能力的框架充分理解。生理应变在体温调节补偿失败之前很久就发展，并可在长时间暴露期间跨多个器官系统累积。心血管、肾脏、胃肠道、神经、细胞与行为反应均对热脆弱性有贡献，尤其当暴露跨越多天且恢复机会有限时。这种生存能力与宜居性之间的区别代表环境生理学的重要概念转变。环境生理学家必须日益考虑长时间热暴露如何影响维持功能、恢复、健康与表现的能力，而非仅询问热平衡何时不再能维持。图1总结的概念框架通过说明从关注环境限值与生存能力的传统体温调节模型向强调累积生理负荷、恢复与跨多个生物系统功能保存的当代生理学知情宜居性概念的进展，整合了这些主题。因此，气候变化提出的核心挑战不仅是确定人类能否在日益严重的酷热中生存，而是理解他们在长时间暴露期间能够保持健康、功能与韧性的条件。图1. 总结人类热生理学演变焦点的概念框架。迄今为止，该领域大部分关注界定体温调节功能、热平衡以及热平衡不再能维持的环境条件。尽管这些方法对理解人类耐热性仍至关重要，越来越多的证据支持使用生态相关热浪范式，纳入长时间暴露、反复每日热应激、恢复机会以及衰老、慢性疾病、体能、热习服、睡眠与降温获取等个体因素。在此框架内，热脆弱性不仅反映体温调节能力，还反映跨多个器官系统的整合生理反应。因此，当代方法日益强调在长时间热暴露期间保存生理功能、恢复、健康、表现与韧性，超越传统基于生存能力的概念，转向变暖气候中人类宜居性的更广泛考量。这些观察对未来研究具有重要意义。环境生理学的许多基础文献使用旨在分离特定生理机制或识别体温调节限值的实验范式开发。尽管这些方法仍宝贵，越来越多的证据支持使用能够捕捉当代热暴露持续时间、复杂性与累积性质的生态相关热浪模拟。未来研究应继续超越仅旨在界定体温调节限值的传统努力，纳入跨多个系统的整合生理功能评估，包括心血管调节、肾脏与胃肠道健康、认知表现、睡眠、恢复、细胞应激反应与累积生理负荷。同样，缓解策略不仅应根据其减少热应变的能力评估，还应根据其在长时间热暴露期间保存生理功能与促进恢复的能力评估。这种方法还可能帮助识别优先保护特定生理系统的干预策略，从而为极端高温事件期间具有不同脆弱性的人群提供更有针对性的建议。随着气候变化继续增加极端高温事件的频率、强度与持续时间，理解人类耐热性的生理决定因素对保护人群健康将变得越来越重要。因此，人类热生理学的未来不仅在于界定人类生存能力的限值，还在于识别使个体与人群在日益变暖的世界中保持健康、功能与韧性的因素。在许多方面，这一挑战反映John R. Sutton科学遗产特征的整合生理学视角。通过将热应激认识为相互作用生理系统而非孤立变量的后果，该领域现在准备好超越界定人类生存限值，转向理解变暖气候中人类宜居性、韧性与健康的决定因素。

要点信息部分指出，人类耐热性是一个动态、多系统过程，由体温调节能力、长时间暴露、恢复与环境条件塑造。理解热脆弱性需要超越生存能力转向人类宜居性。