低强度不可代偿性热应激中下午高峰热耐受未优于上午且行为性体温调节无改善的证据

《Experimental Physiology》：No evidence of higher peak heat tolerance in the afternoon or with opportunity for thermal behaviour during low-intensity work in uncompensable heat

　　

已知热耐受（Heat tolerance）受高脑温限制，但多数研究结果涉及人工改变基础体温后的剧烈运动，或行为调节机会受限的条件。因此，研究人员探讨了以下假设：热感知（Thermal perceptions）、过度通气（Hyperventilation）和脑血管反应（Cerebrovascular responses）在以下条件下会加剧：（1）下午（PM）相对于上午（AM）；（2）缺乏行为性体温调节（Behavioural thermoregulation）机会时。13名习惯性活跃的参与者（7名女性）穿着热水灌注服（～48°C），以25%峰值功率骑行至自愿耐受极限（Volitional tolerance），共进行三次测试：一次在上午（AM），两次在下午（PM），后两次中有一次提供或不提供面部喷雾吹风（～1.7 m/s）的机会。加热过程约2小时。AM中基础核心温度（Core temperature, Tc）低0.35°C（95%置信区间（Confidence interval, CI）：?0.55°C, ?0.16°C；P < 0.001，Hedges' g = 1.673），但在耐受极限时无差异（39.10°C ± 0.71°C vs. 39.11°C ± 0.50°C；P = 0.947，g = 0.024），因此AM的温升幅度更大（95% CI：0.00°C, 0.80°C；P = 0.047，g = 0.651）。风扇未带来更高的Tc耐受（95% CI：?0.44°C, 0.24°C；P = 0.764，g = 0.050）。建模显示AM中热不适（Heat discomfort）和过度通气的Tc阈值约低0.23°C，但敏感性无可靠差异，也不受风扇可用性的影响（P ≥ 0.098）。颈内动脉（Internal carotid artery, ICA）血流量在一天中的不同时间相似（P = 0.904），且受加热影响很小。估算颅内压（Estimated intracranial pressure, nICP）的变化在不同条件间无可靠差异。总之，PM的热储备（Thermal reserve）因较高的基础Tc而更小，心理物理（Psychophysical）、通气（Ventilatory）和脑血管反应无可靠差异。对大多数人而言，行为调节机会并未改善不适、过度通气或耐受性。

**论文解读**

**一、研究背景与问题提出**

热应激（Heat stress）下人体耐受极限的生理机制一直是热生理学领域的核心议题。已有动物模型和人体研究证实，热不耐受（Heat intolerance）由高核心温度（Core temperature, Tc）特别是高脑温所诱发，且高皮温、心血管应变和脱水等因素具有调节作用。然而，关键问题仍悬而未决：热不耐受究竟取决于Tc的升高幅度，还是取决于所达到的绝对Tc峰值？先前研究通过预冷和预热等人工手段操纵初始Tc，虽揭示了绝对Tc值的重要性，却破坏了Tc与其自主性及行为性体温调节之间的正常耦合。

另一重要背景在于，热应激可诱发过度通气（Hyperventilation），进而降低脑血流（Cerebral blood flow, CBF），可能导致脑过热、脑缺氧或颅内压（Intracranial pressure, ICP）异常升高。ICP在热应激下的变化在健康人群中研究甚少，但有间接证据提示过度通气可能通过减小颅内体积来对抗热诱导的颅内高压。此外，大多数热耐受研究排除了行为性体温调节的机会，而面部区域在热应激下具有极高的异感温度敏感性（Alliesthesial thermosensitivity），可能不成比例地贡献于热不适（Thermal discomfort）并影响生理反应。基于上述研究空白，研究人员开展了此项研究，旨在阐明：（1）自然昼夜节律所致的Tc差异是否影响低强度作业下的高峰热耐受；（2）行为性体温调节机会在热耐受生理机制中的作用。

**二、研究概述与意义**

本研究采用交叉设计（Cross-over design），13名习惯性活跃的健康参与者（6名男性，7名女性，年龄26 ± 5岁）在三种条件下完成半卧位骑行至自愿耐受极限或Tc达40°C的伦理截断值：上午条件（AM）、下午条件（PM）和下午带面部喷雾吹风条件（PM+Fan）。所有条件均穿着～48°C热水灌注服，以25%峰值功率进行低强度骑行，产生不可代偿性热应激（Uncompensable heat stress）。研究发现：AM基础Tc显著低于PM（低0.35°C），但两组达到的峰值Tc几乎相同（约39.1°C），因此AM的热储备更大；面部吹风降温并未提高Tc耐受峰值，也未可靠地减轻热不适或过度通气。该研究的重要意义在于：在低强度、高皮温的不可代偿性热应激条件下，证实了自然昼夜Tc差异影响的是热储备而非峰值耐受Tc，且明确了面部行为性降温在缓解热不适和改善耐受方面效果有限，为职业热暴露管理和运动热应激应对策略提供了新的证据基础。

**三、关键技术方法概述**

研究采用交叉设计，三个实验条件随机排序，间隔至少5天。参与者在半卧位自行车功量计（Velotron, Racermate）上以25%个体峰值功率（57 ± 15 W）骑行，穿着热水灌注服（水温48°C–49°C）并外套防水衣裤以制造不可代偿性热应激。Tc通过直肠热敏电阻（Mon-A-Therm, Covidien）测量，皮温（Skin temperature, Tsk）于大腿、前臂、肩胛和额头四处测量。脑血管评估采用双功超声（Terason uSmart t3300）测量右侧颈内动脉和椎动脉的直径与血流速度，并通过视神经鞘直径（Optic nerve sheath diameter, ONSD）超声成像经Robba等人（2017）公式转换为nICP。通气量（Ventilation, V?_E）、呼吸频率、潮气量和呼气末CO₂分压（P_ETCO₂）经流量计和气体分析仪采集。热感觉、热不适、总体感觉和主观用力评分（Rating of perceived exertion, RPE）在基线及Tc每升高0.25°C时测量。PM+Fan条件中，参与者可通过按钮激活面部喷雾风扇（风速～1.7 m/s，持续30秒），按钮按压次数用于量化行为性体温调节。统计分析采用线性混合模型方差分析（Linear mixed-model ANOVA）及配对t检验，显著性水平设为P < 0.05。

**四、主要研究结果**

**（一）参与者特征与标准化**

参与者依从了标准化要求。尿比重（Urine specific gravity）表明大多数参与者在各条件前均处于正常水合状态（AM: 1.017 ± 0.009; PM: 1.011 ± 0.009; PM+Fan: 1.012 ± 0.009）。体重平均下降1.8% ± 0.9%，各条件间无差异。12名参与者完成了全部三次试验，1名仅完成AM和PM+Fan条件。两例试验因基础Tc不典型（下午Tc < 36.5°C）被推迟。

**（二）体温测量与热耐受**

82%的暴露因参与者宣告耐受极限而终止，18%在Tc达40°C伦理截断值0.2°C以内终止。平均加热时长约2小时。AM基础Tc比PM低0.35°C（95% CI: ?0.55, ?0.16; P < 0.001, g = 1.673），但峰值Tc无差异（AM: 39.15°C ± 0.68°C; PM: 39.09°C ± 0.51°C; P = 0.947, g = 0.090），故AM的Tc升高幅度显著更大（95% CI: 0.004, 0.80; P = 0.047, g = 0.651）。PM与PM+Fan间基础Tc和峰值Tc均无可靠差异（峰值Tc: P = 0.764, g = 0.050）。AM与PM间个体峰值耐受Tc的平均差异为0.41°C ± 0.33°C，小于个体间变异性（AM中标准差0.69°C，PM中0.51°C）。基础Tsk在AM中比PM低1.26°C（P < 0.001），但末端Tsk无差异。PM+Fan中平均额头温度比PM低3.31°C ± 1.48°C（P < 0.001）。

**（三）心肺反应**

PM耐受时的通气量比AM高17%（P = 0.027），比PM+Fan高17%（P = 0.046），后者归因于潮气量增加21%，并导致更严重的低碳酸血症（P_ETCO₂平均低3.4 mm Hg）。通气量随Tc升高呈线性增长，但少数参与者在峰值耐受前出现明显非线性过度通气。通气量对Tc的斜率（敏感性）在AM与PM间无显著差异（10.2 ± 12.7 vs. 12.4 ± 9.8 L/min/°C; P = 0.207），PM与PM+Fan间亦无差异（P = 0.148）。然而，通气量增加的建模Tc阈值在AM中显著低于PM（36.92°C ± 0.38°C vs. 37.24°C ± 0.26°C; P = 0.037）。P_ETCO₂在所有条件下随Tc升高而线性下降，耐受时下降约8.9 ± 1.3 mm Hg，其斜率在条件间无统计学差异（AM vs. PM: P = 0.086），但阈值在AM中显著更低（36.95°C ± 0.44°C vs. 37.16°C ± 0.35°C; P = 0.047）。过度通气的预测阈值在所有条件中均近似于各自的基础Tc。

**（四）脑血管反应**

ICA血流量在加热过程中变化很小（AM中变化2% ± 17%，PM中变化?8% ± 17%），AM与PM间无可靠差异（P = 0.904）。PM+Fan中ICA流量相对PM降低5%，但这可能与基线ICA直径较小有关（P = 0.033），可能反映采样误差。nICP从运动基线至耐受极限无显著增加，各条件间无可靠差异（表2）。

**（五）心理物理反应**

热不适随Tc线性增加，其斜率在条件间无显著差异（AM: 4.1 ± 3.3 a.u./°C; PM: 4.5 ± 1.9 a.u./°C; P = 0.776; PM+Fan: 3.9 ± 1.2 a.u./°C; P = 0.315）。热不适的预测Tc阈值在PM中比AM高0.23°C（P < 0.001），但在PM与PM+Fan间无差异（P = 0.860）。建模的热不适起始点在三组中均近似于基础Tc。热感觉、总体感觉和RPE同样随Tc线性增加，各条件间斜率无显著差异（P > 0.158）。面部吹风降温并未减轻热不适或改善其他感知指标。

**五、讨论总结与研究结论**

在昼夜效应方面，尽管PM基础Tc显著高于AM，但峰值耐受Tc大致相同，表明末端Tc而非Tc升幅决定了热耐受能力，这与Hobson等人（2009）和Otani等人（2020）在更高运动强度下的发现一致。过度通气的Tc起始阈值在PM中相应上移，与基础Tc的昼夜变化平行，但通气敏感性在条件间无可靠差异。脑血流和nICP在峰值耐受时均未发生实质性或系统性变化，但鉴于本研究中高皮温可能导致脑动脉血温度异常升高，CBF对脑温的影响在解释上需审慎。nICP未显著升高与Gibbons等人（2021）在静息对比下观察到的升高并不矛盾，因为本研究以运动基线而非静息状态为参照。

在行为性体温调节方面，面部喷雾吹风并未如预期减轻热不适，这可能是因为随着Tc持续升高，大面积非面部皮肤的高温和高湿润度淹没了面部降温的感知益处。因此，行为性降温对热不耐受的影响在本研究中未能得到有效检验。然而，面部吹风使耐受时通气量降低14%（约6.9 L/min），低碳酸血症减轻3.4 mm Hg，表明至少在某些个体中，行为性降温可部分缓解热诱导的过度通气。

研究结论如下：PM的峰值耐受Tc并未高于AM，因此热储备更小。过度通气和热不适的阈值在全天中均保持在近似基础Tc的水平，但在此实验设置下通气敏感性相对较高（约10 L/min/°C）。脑灌注即使在峰值耐受时也未从基线可靠降低，尽管其主要依赖于动脉CO₂分压；nICP也未从运动基线发生可靠变化。CBF和nICP在条件内和条件间的稳定性无法揭示它们是否是热不耐受的中介因素。行为性体温调节机会并未减轻热不适，因此其对热不耐受的影响在本研究中仍未得到检验/解决。尽管面部降温适度降低了通气量并减轻了低碳酸血症，但这并未可测量地影响CBF或改善高峰热耐受。呼吸反应表明，对大多数人而言，峰值热耐受时的Tc不太可能由行为性体温调节自主权的增加所决定。