CALERA Research Sensor 对热适应诱导的直肠温度降低的响应性

《Journal of Thermal Biology》：Responsiveness of the CALERA Research Sensor to heat-acclimation-induced reductions in rectal temperature

　　

CALERA Research Sensor（CRS；CALERA Research Sensor，greenteg AG，Rümlang，Switzerland）在热适应期间低估了热冲动。CALERA 不能像直肠探头那样捕捉核心体温适应性变化。不建议使用 CALERA 来指导控制性高热热适应。

该研究发表于《Journal of Thermal Biology》。研究背景方面，连续监测核心体温（body core temperature，T_c）对于在温冷环境中最大化军事人群安全有效性能至关重要。尽管食管温度（esophageal temperature，T_es）和直肠温度（rectal temperature，T_re）通常被认为是 T_c 的良好指标，但在军事环境中使用 T_es 和 T_re 存在侵入性和现场活动不便等缺点。因此，需要更实用的工具来评估 T_c。非侵入性可穿戴传感器估算 T_c 提供了一种小型、易用、舒适且快速的连续估算 T_c 的替代方案。CALERA Research Sensor（CRS）基于皮肤温度（skin temperature，T_sk）、心率（heart rate，HR）和热通量使用专有算法估算 T_c。尽管 CRS 表现出较高的重测可靠性，理论上使其适合监测 T_c 随时间的变化（如热适应（heat acclimation，HA）期间以评估 HA 状态），且 HA 通常会降低 HR 和 T_sk（二者均包含在 CRS 算法中），但 CRS 在短期和中期 HA 方案中的响应性尚未得到检验。此外，在控制性高热（controlled hyperthermia）HA 中，需准确估算 T_c ≥ 38.5 °C 的时间以确定热剂量（thermal dose），而既往研究表明 CRS 可能低估热剂量，且在 T_c 较稳定的条件下是否改善尚不清楚。因此，研究人员开展本研究以评估 CRS 对 HA 诱导的静息和结束时 T_re 降低（作为 T_c 指标）的响应性，并报告 CRS 量化热剂量（T_re ≥ 38.5 °C 的时间）的准则效度。

研究人员开展了为期 9 天的控制性高热 HA 协议研究，样本队列来源于 20 名健康、定期活动且未热适应的高加索志愿者（响应性分析 N=15，热剂量分析 N=20）。主要关键技术方法包括：使用 CRS 设备和直肠探头（自插入约 12 cm 过肛门括约肌，4 秒间隔测量 T_re，1 秒间隔连续估算 T_crs）连续测量 T_c；同步记录 HR（Polar H10 胸带）和 T_sk（颈部、肩胛、大腿、小腿放置 iButtons 测 T_sk 算加权平均）；HA 每次会话含恒定静息相（安静坐 15 分钟）、恒定骑行相（1.75 W/kg 骑行 30 分钟）和控制性高热相（调整骑行性休息使 T_re ≥ 38.5 °C 累计 60 分钟）；数据处理取 1 分钟平均，剔除异常值，计算各 HA 会话末 5 分钟平均 T_re、T_crs、T_sk、HR 及与首次会话的变化得分，统计用随机截距混合模型 Bland-Altman 分析（算 ICC、均值偏差 mean bias、一致性界限 limits of agreement（LoA））和线性混合模型评估设备与 HA 会话交互作用。

研究结果如下：

3.1. Responsiveness（响应性）

静息时出现显著比例偏差（β₁ = ?1.419，95% CI: ?1.617 to ?1.228，P < 0.001），运动时亦显著（β₁ = ?0.396，95% CI: ?0.607 to ?0.178，P < 0.001），表明较大适应性（更负变化得分）伴随递增均值偏差，反映 CRS 低估增加。在文献平均 T_c 适应性 ?0.2 °C 时，静息和运动变化得分均值偏差及 LoA 分别为 0.28 ± 0.32 °C 和 0.08 ± 0.49 °C。静息和运动时 HA 诱导适应性 ICC 分别为 0.134（95% CI: 0.023 to 0.241）和 0.180（95% CI: 0.024 to 0.364）。线性混合模型显示 HA 对静息和结束时 T_c 有显著主效应（P < 0.001），静息时 HA 与测量设备交互显著（F (1, 245.05) = 23.09, P < 0.001），结束时亦显著（F (1, 247.03) = 6.17, P = 0.014）。T_re 静息每日降 0.04 ± 0.01 °C（总降 0.33 ± 0.05 °C，Cohen's d_z = 1.06），结束时每日降 0.04 ± 0.01 °C（总降 0.30 ± 0.05 °C，d_z = 1.4）；T_crs 结束时每日显著降 0.02 ± 0.01 °C（总降 0.15 ± 0.05 °C，P < 0.001，d_z = 0.8），静息无显著下降（0.004 ± 0.006 °C/day，P = 0.187）。T_re 适应性 SD 静息 0.27 °C、结束时 0.19 °C。表明 CRS 未像直肠探头那样检测 HA 诱导的 T_c 降低，静息无 T_crs 降低，结束时降低幅度小于 T_re，响应性有限。

3.2. Criterion validity for thermal dose（热剂量的准则效度）

直肠探头热剂量（T_c ≥ 38.5 °C 时间）平均 38 ± 23 分钟，CRS 为 19 ± 16 分钟。显著比例偏差（β₁ = ?0.403，95% CI: ?0.572 to ?0.234，P < 0.001），高剂量伴更大均值偏差（CRS 低估增加）。本研究平均热剂量 29 分钟时，均值偏差及 LoA 为 ?20 ± 19 分钟。热剂量 ICC 为 0.350（95% CI: 0.094 to 0.536）。表明 CRS 量化控制性高热 HA 中热剂量的准则效度低，低估热剂量。

3.3. HA adaptations in HR and T_sk（HR 和 T_sk 的 HA 适应性）

HA 第 9 天相比第 1 天，静息 HR 显著降低 6 ± 6 bpm（t (14) = 3.9, P = 0.002），结束时降 6 ± 9 bpm（t (14) = 2.6, P = 0.020）；静息 T_sk 显著降低 0.3 ± 0.4 °C（t (14) = 2.8, P = 0.014），结束时降 0.3 ± 0.5 °C（t (14) = 2.6, P = 0.022），证实 HA 协议引发预期 HR 和 T_sk 降低。

讨论部分总结：研究人员假设因 CRS 高重测可靠性和 HA 诱导 HR、T_sk 降低使其能检测 T_c 降低，但结果相反，CRS 未像直肠探头检测 HA 诱导 T_c 降低，一致性分析示比例偏差、宽 LoA、低 ICC，均值偏差和 LoA 相对 T_re 测量适应性较大，变化得分不一致相对个体间变异性大，低 ICC 示有限相对一致性，表明静息和运动时 CRS 对 HA 诱导 T_c 降低响应性有限（纵向效度有限、适应性模式不同），随适应进程正偏差递增致后期 CRS 估 T_re 准则效度降低；可能因 HA 生理适应性改变核心到皮肤及皮肤到环境热传递，改 T_c 与 CRS 所用变量关系（HA 降 T_c 出汗阈值、增全身出汗量和皮肤湿润度、重分布血流），致 T_re 降更多而 T_crs 复杂，算法未公开故属推测，未来或将 HA 状态纳入算法改善效度。结束时 T_crs 有统计显著 HA 诱导降低（0.02 °C/日，总 0.15 °C），大于既往文献最小可检测变化 0.07 °C，方向与 T_re 一致但低估，用 CRS 量化 HA T_c 变化应含金标准（如 T_re）验证或明示为保守估计；greenteg 报基于多参数热适应评分而非仅 T_c，整合 T_crs、T_sk、HR 成单一适应指标以提供 HA 状态整体评估，其正式验证需开展。热剂量方面，结果支持假设（CRS 低估热剂量），与既往研究一致（ICC 0.36、均值偏差 10% 约 12 分钟、宽 LoA ±59% 约 30 分钟比胃肠温度），低 ICC 和大偏差或因高 T_c 时 CRS T_c 预测精度降，研究显示 T_re ~38.1–38.5 °C 附近偏差转移（更大低估），>~38.2 °C 时 CRS 趋低估 T_c 致低估热剂量；未来算法训练可加高 T_c 值数据提精度，当前版本 CRS 不应用于量化控制性高热 HA 中热剂量；控制性高热非更有效 HA 法，其他升 T_c、T_sk 引出汗方法亦有效，CORE 传感器及 APP 用 T_crs 和 T_sk 量化热应变、依热应变区定热剂量（热区 3 可 T_c < 38.5 °C 当 T_sk > 34 °C），依此处方 HA 是否引可比生理适应未知待研。未来方向：当前 CRS 算法不适测 HA 诱导 T_re 变化或定控制性高热 HA 热剂量，HA 状态或影响 CRS 准则效度故或可纳入 T_crs 计算；HA 状态由 T_c、HR、T_sk、出汗率、热感觉等多变量定，未来可算个体适应状态用多变量（估 T_crs、CRS 输入 T_sk、HR、热感觉评分）；为提 CRS 量化热剂量性能需更多高 T_c 值数据。局限：仅选 T_re 作 T_c 唯一替代（HA 研究中常用），但 T_c 测部位异则 HA 诱导变化时程或不同（如静息胃肠温降更小变异性较静息 T_re 和 T_es），故有限响应性结论不能推广至其他 T_c 测部位；实验在单一环境（气候室）进行，限制推广至实战环境（风、太阳辐射等影响 CRS 效度）；未测参与者体脂，高体脂或增 CRS 偏差进而影响本研究偏差，未来应测体脂。

结论部分翻译：结果表明，当前版本的 CALERA research sensor 低估了 HA 诱导的直肠温度（作为核心体温指标）变化和以直肠温度达到及超过 38.5 °C 的时间量化的热剂量。为改善 CALERA research sensor 性能，建议在 CALERA research sensor 估算核心体温的训练集中加入更多高核心体温值和热适应状态数据。

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