張馨丹，常文軍

海軍軍醫(yī)大學(xué) 海醫(yī)系海軍環(huán)境與勞動衛(wèi)生學(xué)教研室，上海 200433

高溫環(huán)境是導(dǎo)致熱損傷發(fā)生的主要因素，戰(zhàn)士是熱損傷發(fā)生的高危人群，熱損傷疾病是美軍新兵最常見的非創(chuàng)傷性死亡原因之一。近年來，南海國防、反恐、援外和高能武器列裝的任務(wù)不斷增加，維護(hù)部隊官兵在熱環(huán)境下的健康是提升軍事作業(yè)水平和完成作戰(zhàn)任務(wù)的基礎(chǔ)[1]。當(dāng)軍事人員發(fā)生熱損傷時，如果不能及時散熱，則導(dǎo)致中暑等急癥，有時危及生命[2]。因此，熱損傷是我軍軍事醫(yī)學(xué)研究的重點內(nèi)容之一，有效的防護(hù)對策對提高部隊在熱環(huán)境下的戰(zhàn)斗力具有重要意義。

1 熱習(xí)服訓(xùn)練

目前，世界公認(rèn)的最有效的使人員提升熱環(huán)境下工作效率、適應(yīng)熱環(huán)境的方法是熱習(xí)服[3]。熱習(xí)服也稱熱適應(yīng)，即機體在長期反復(fù)的熱作用下，對熱的反射性調(diào)節(jié)功能逐步完善，各種生理功能對熱環(huán)境做出適應(yīng)性反應(yīng)，從而降低熱損傷風(fēng)險[4]。熱習(xí)服可通過單純暴露于熱環(huán)境、長期有計劃的鍛煉或在熱環(huán)境下結(jié)合運動鍛煉短時間內(nèi)達(dá)到熱適應(yīng)[5]。熱習(xí)服表現(xiàn)為心血管穩(wěn)態(tài)、低代謝率、高熱耐受等[6]。熱習(xí)服程度取決于熱暴露強度、頻率及持續(xù)時間[7]。在熱環(huán)境中連續(xù)工作1 ～ 2 周，每天工作時間不少于100 min，才能達(dá)到良好的熱適應(yīng)效果，每3 d 進(jìn)行1 次熱環(huán)境訓(xùn)練較連續(xù)7 d 在熱環(huán)境中訓(xùn)練更容易誘導(dǎo)熱習(xí)服[8]。部隊?wèi)?yīng)在夏季炎熱天氣到來前，或執(zhí)行一些特定軍事任務(wù)之前，有計劃地組織訓(xùn)練?？赏ㄟ^每周2 ～ 3 次、每次1.5 ～ 2 h、持續(xù)1 ～ 2 周的熱環(huán)境(31℃ ～ 37℃) 結(jié)合運動提前使軍事人員在短期內(nèi)達(dá)到熱習(xí)服狀態(tài)，維持內(nèi)環(huán)境相對穩(wěn)定，提高熱環(huán)境下軍事作業(yè)人員的熱耐受力和健康水平[9]。另外，羅雪等[10]發(fā)現(xiàn)熱習(xí)服訓(xùn)練與耐缺氧訓(xùn)練相結(jié)合能有效地提高人體耐熱性，部隊在大規(guī)模急進(jìn)熱區(qū)的情況下，可遵循循序漸進(jìn)的原則將熱習(xí)服與復(fù)合缺氧訓(xùn)練聯(lián)合，在傳統(tǒng)訓(xùn)練中加入無氧耐力訓(xùn)練，增強軍事人員心肺功能和耐熱能力。Ashley 等[11]發(fā)現(xiàn)離開熱環(huán)境6 周后會完全脫習(xí)服，因此建議部隊離開高溫環(huán)境2 周后重新進(jìn)行熱習(xí)服訓(xùn)練4 d，離開高溫4 周后訓(xùn)練5 d，離開高溫6 周或以上訓(xùn)練6 d。梁涵[12]發(fā)現(xiàn)三甲胺氧化物和蘇氨酸可能在熱習(xí)服過程中對機體具有保護(hù)作用，可以作為熱習(xí)服的指示性標(biāo)志物用于甄選優(yōu)秀的高溫作業(yè)戰(zhàn)士。

2 防暑降溫藥物及功能性食品

高溫環(huán)境下機體基礎(chǔ)代謝快，分解加速，熱量消耗也相應(yīng)增加。要合理選擇食物、平衡膳食，注意補充能量。膳食應(yīng)含優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、微量元素、礦物質(zhì)和維生素。要及時補充鹽水，多飲用富含電解質(zhì)如鉀、鎂和鈣鹽的防暑飲料，補水量≥800 ml/h為宜，訓(xùn)練過程適宜飲水量為出汗量×80%[13]。預(yù)備充足的防暑藥物如人丹、十滴水、風(fēng)油精、藿香正氣水、清暑益氣丸、清開靈口服液、六一散等[14]。另外，以開水泡金銀花、荷葉、菊花等也具有清熱解暑的功效。

有學(xué)者認(rèn)為，高溫是熱損傷的誘發(fā)因素，內(nèi)毒素血癥才是驅(qū)動熱損傷發(fā)生發(fā)展的真正動力[15-16]。有研究表明，口服益生菌能夠通過拮抗腸道內(nèi)的有害菌以及增加腸道屏障功能，增強小鼠的耐熱能力。畜牧業(yè)方面，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種益生菌的使用能夠增強雞、鴨、鵝等禽類的抗熱應(yīng)激能力[17-18]。國外科學(xué)家發(fā)現(xiàn)提前2 d 喂食枯草芽孢桿菌BS3B 株給實驗大鼠，再將其置入45℃高溫環(huán)境中30 min，其血清內(nèi)毒素、IL-6、IL-10 水平顯著下降，腸黏膜損傷程度明顯減輕，平均核心溫度較對照組低(3.6±0.1)℃[19]。有學(xué)者用枯草芽孢桿菌BSB3 菌株給實驗小鼠灌胃2 d 后強迫其高強度跑步，發(fā)現(xiàn)BSB3 可顯著維持腸道菌群穩(wěn)定性并有效預(yù)防過度運動引起的不良反應(yīng)[20]。本課題組也證實某些益生菌能在熱應(yīng)激條件下有效保護(hù)腸道屏障、誘導(dǎo)HSP70 表達(dá)并減少血液內(nèi)毒素水平。這提示益生菌在熱損傷防護(hù)方面具有很大開發(fā)潛力。因此，深入揭示腸道益生菌在重癥中暑中的作用，針對重癥中暑篩選有防治功能的益生菌并配制復(fù)方制劑將是現(xiàn)代軍事醫(yī)學(xué)研究熱點之一。

3 單兵降溫裝備的研發(fā)

當(dāng)前，各種熱損傷問題受到許多軍事大國的關(guān)注，為提升戰(zhàn)斗力，美軍研制了一系列個體防護(hù)裝備，即微小氣候降溫系統(tǒng)(MCS)，包括便攜式蒸汽壓縮制冷系統(tǒng)(PVCS)、高級輕量微氣候制冷系統(tǒng)(ALMCS) 等[21]。我軍也研發(fā)出一些單兵降溫系統(tǒng)，但并沒有大規(guī)模列裝。目前，降溫服可以根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。

3.1 氣體冷卻服 根據(jù)循環(huán)氣體來源( 壓縮機制冷后的冷空氣，普通風(fēng)扇直接鼓吹的空氣) 分為壓縮機風(fēng)冷服及常規(guī)風(fēng)冷服。壓縮機風(fēng)冷服的冷卻介質(zhì)是冷空氣，在冷源和人體之間搭建一條冷氣管道，輸送預(yù)先經(jīng)過壓縮機冷卻的空氣進(jìn)入服裝內(nèi)，通過增大對流和蒸發(fā)對人體進(jìn)行降溫[22-23]。冷卻氣體可以降低人體皮溫并減少顯性出汗，其降溫效果主要受冷卻空氣的溫度、濕度、體積、流量、進(jìn)氣速率和冷空氣與人體接觸面積大小的影響[24]。壓縮機風(fēng)冷服降溫效果較好，但制冷成本較高，空氣壓縮機等附屬設(shè)備沉重，不適合單兵移動執(zhí)行任務(wù)。如美軍生產(chǎn)的ALLEGRO 冷卻背心為渦流壓縮機風(fēng)冷降溫服，通過壓縮空氣流經(jīng)渦流管產(chǎn)生低溫冷氣，每分鐘換氣7 次，可在高溫環(huán)境下使用，但附屬設(shè)備重30 kg，且噪音很大。由 “美國陸軍士兵系統(tǒng)研究中心” 開發(fā)的“攔截者” 風(fēng)冷式戰(zhàn)術(shù)背心，采用空調(diào)壓縮機制冷，服裝內(nèi)部采用蜂窩狀結(jié)構(gòu)，有制冷和輔助排汗的效果[25]。由于壓縮機制冷是直接往人體吹低溫氣體，可能導(dǎo)致人體產(chǎn)生過冷反應(yīng)，引起顫抖、頭暈等不良反應(yīng)。

常規(guī)風(fēng)冷服的工作原理為通過風(fēng)扇鼓風(fēng)加快空氣流動、加速蒸發(fā)散熱，是最常用、最經(jīng)濟的降溫服之一。以色列軍方使用的“Rabintex 微型風(fēng)扇氣冷服”，使用微型風(fēng)扇增大對流氣體對人體降溫，重1.2 kg，可連續(xù)工作12 h。目前常見的常規(guī)風(fēng)冷服一般在服裝兩側(cè)、后背等部位加裝微型風(fēng)扇，風(fēng)扇吹風(fēng)增大蒸發(fā)對流，進(jìn)而使人體感覺舒適。劉靜[26]將小尺寸風(fēng)扇編織進(jìn)衣內(nèi)研制了一種基于微型風(fēng)扇陣列的人體空調(diào)降溫服，可對某特定部位的溫度進(jìn)行選擇性調(diào)節(jié)。常規(guī)風(fēng)冷服的降溫效率主要取決于風(fēng)扇的個數(shù)、位置、功率等，降溫效果受環(huán)境溫濕度的影響較大，在高溫高濕環(huán)境中降溫能力明顯下降[27]。

3.2 液體冷卻服 液體冷卻服通常使用冰水或其他冷卻液作為冷源，采取外接控制系統(tǒng)使冷卻液在循環(huán)管路中運行，以增大冷卻管路與皮膚之間的傳導(dǎo)和對流，達(dá)到顯著降溫效果[28]。液體冷卻服根據(jù)其管道的覆蓋面積，可以分為全身型和局部型。全身型廣泛應(yīng)用于航空航天及消防中，全身液冷服可以延長使用者運動時間，并降低心率、耗氧量、直腸溫度等[29]。局部型液冷降溫系統(tǒng)包括水冷式頭盔、水冷背心等。美軍使用的“COMPBCCS02 系統(tǒng)” 是一種水冷背心，采用微型壓縮機對循環(huán)液體進(jìn)行主動降溫，重4.5 kg，能增大使用者體感舒適度，增加連續(xù)工作時間。美國新型陸軍“空中勇士” 救生裝備系統(tǒng)也包括一件水冷式降溫背心[30]。深圳德升公司研制的一款便攜式“DS Kool” 單兵降溫背心，通過冷水循環(huán)進(jìn)行降溫，同時還可按照需求為使用者提供飲用冰水，總重量4 ～ 5 kg，但屬于被動降溫，使用過程中需要更換冰塊[31]。液冷降溫服降溫效果較好，人體舒適性強，使用時需要保持水管通暢，避免彎曲、折疊，存在漏液可能。目前，市面上主動液冷技術(shù)較少，公開方案不多，有研究提升空間。

3.3 相變材料冷卻服 相變材料主要指高潛熱、隨溫度變化改變相位而進(jìn)行吸放熱的物質(zhì)，常見的有石蠟、脂肪酸及一些高分子材料等，并可以通過二元或三元混合改變相變溫度提高導(dǎo)熱系數(shù)[32-33]。相變材料冷卻服主要是利用相變材料在改變相位的過程中吸收人體蓄熱、降低體表溫度的特性，從而對人體進(jìn)行降溫，提升服裝微環(huán)境的舒適度[28,34]。謝春媚等制作了一系列相變降溫產(chǎn)品，包括蓄冷背心、降溫頭帶、降溫冰帽等。如GB-CC 超長保冷型降溫背心，其蓄冷劑在常溫下為柔軟膠體，熱焓值為356.8 J/g，使用時將冰箱冷藏的蓄冷劑插入背心口袋即可達(dá)到降溫效果。影響相變材料降溫的因素有皮膚溫度與材料之間的溫度梯度、覆蓋面積、相變材料潛熱值、質(zhì)量、數(shù)量、皮下脂肪厚度等[35-36]。美國空軍研究實驗室利用水凝膠技術(shù)研制出空軍用制冷頭套，為特種作戰(zhàn)任務(wù)士兵配備多種相變材料降溫袋，無需增加過多負(fù)重就能使士兵倍感涼爽[37]。我軍在相變材料冷卻服方面主要有軍用潛水服、相變材料冰帽等。相變材料冷卻服體積較小不影響人體活動，重量較輕不增加機體負(fù)荷方便攜帶，成本低廉適合大規(guī)模裝配。但缺點是蓄冷能力有限，使用時必須裝配冰箱等附加制冷設(shè)備，不能滿足長時間野外軍事作業(yè)的需求。

3.4 混合冷卻服 結(jié)合氣體、液體、相變材料冷卻服技術(shù)中的兩個或兩個以上即為混合冷卻服。韋帆汝和王發(fā)明[38]研究了一種由相變材料和微型風(fēng)扇結(jié)合的個體混合冷卻服，將相變材料降溫和風(fēng)扇降溫除濕相結(jié)合，提高有效降溫功率。目前，混合冷卻服的研發(fā)多集中于將風(fēng)扇與相變材料結(jié)合，加入智能傳感及控制系統(tǒng)，使其同時適用于干熱與濕熱環(huán)境，性價比高，具有較好的開發(fā)前景。3.5 其他降溫服 北京廣順和公司研制出一款拉線式降溫服裝，不需要電源，無需制冷設(shè)備，在需要時拉線，降溫劑混合發(fā)生化學(xué)反應(yīng)即迅速降溫，能將溫度降至17℃，并保冷2 h，使用便捷，全套重量不足1 kg[39]。索尼公司利用半導(dǎo)體裝置制成了微型散熱器，充電2 h 即可工作24 h，將其直接貼于皮膚可以為人體降溫13℃[40]。本課題組結(jié)合半導(dǎo)體降溫技術(shù)制作出一款半導(dǎo)體水冷降溫背心，總重量2.5 kg，可續(xù)航1.5 ～ 3 h，能顯著提高穿著者的熱感覺滿意度和反應(yīng)速度，具有一定實用性和潛在轉(zhuǎn)化價值。

4 結(jié)語

熱損傷的預(yù)防對于軍隊?wèi)?zhàn)斗力的提升有著顯著影響。熱習(xí)服訓(xùn)練是目前最簡單、最經(jīng)濟的預(yù)防對策，熱習(xí)服訓(xùn)練應(yīng)有科學(xué)的訓(xùn)練方法和專業(yè)的訓(xùn)練背景，在一些經(jīng)常高溫作業(yè)的部隊需要長期訓(xùn)練。研發(fā)功能性食品、藥物、降溫裝備等是目前軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)的熱門方向。腸道益生菌在熱損傷防護(hù)方面具有很大開發(fā)潛力。降溫裝置可以為人體提供更低的溫度負(fù)荷。目前各種降溫系統(tǒng)的短板包括重量較大、降溫效率較低、維持時間較短、靈活性較差等[41]。不同熱環(huán)境場合對降溫裝置的使用有不同要求，我們希望未來能夠有小型化、智能化、高效并適應(yīng)多種環(huán)境的降溫裝置，用以提升軍隊人員的高溫作戰(zhàn)水平。