適用于無汗癥患者的夏季補水散熱衣的研制和應用

陳文倩，易利霞，劉艷菊，張蒙蒙，張景亮，魯?shù)t楠

無汗癥是指皮膚表面少汗或完全無汗。2017年日本指南[1]將無汗癥分為先天性（或遺傳性）無汗癥和獲得性無汗癥。先天性無汗癥分為低汗外胚層發(fā)育不良 (hypohidrotic ectodermal dysplasia,HED)、Fabry 氏病、無痛性無汗癥、Rapp-Hodgkin 綜合征(RHS)等;獲得性無汗癥分為繼發(fā)性無汗癥和特發(fā)性無汗癥;特發(fā)性無汗癥包括獲得性特發(fā)性無汗癥和Ross 綜合征[2]。先天性無汗癥除無汗的特點外均合并其他顯著的臨床表現(xiàn)，如HED 伴毛發(fā)稀疏、牙齒發(fā)育不全等癥狀[3]；繼發(fā)性無汗癥有明確的原發(fā)病因，包括神經(jīng)病變、內(nèi)分泌疾病、代謝紊亂、藥物。常見無汗癥患者全身皮膚或某一部位終年無明顯汗液。患者常感全身不適，極度疲勞，在運動時最明顯。在天熱季節(jié)中，體溫往往升高，心率加快，全身皮膚潮紅，甚至出現(xiàn)虛脫、中暑等癥狀。無汗癥患者還會出現(xiàn)局限性皮膚干燥、粗糙[4]，或在某些皮膚病皮損上出現(xiàn)，一般癥狀輕微[5]。由于患者不會流汗，在其家中、學校和工作的地點必須裝有空調(diào)系統(tǒng)，這一限制使無汗癥患者的活動嚴重受限。這種情況下，常規(guī)的輕薄、透氣的服裝對患者而言就非常不適合[6]。人體正常活動時,總散熱量的97%是通過皮膚以輻射、傳導、對流和蒸發(fā)方式散失,其余3%隨著呼吸等生理過程散失[7]。人類在高溫情況下唯一的依賴是蒸發(fā)散熱，對于無汗癥患者也因為其缺乏汗腺而無法正常散熱。因此，患者需要一種阻擋傳導、限制對流、反射輻射的衣服，但是即使如此，患者仍然需要把自身產(chǎn)生的生物熱量散發(fā)出去。此外，患者的皮膚也更容易發(fā)生皮膚干裂、流血及感染等狀況，需要及時補水[8]。

1 適用于散熱不良患者的夏季補水散熱衣的結構及功能

1.1 結構 總體結構由電池、控制電路、微型水泵、微型風扇、輻射散熱外層和內(nèi)層織物構成，比正常服裝重200~300 g。

這種夏季補水散熱衣，包括輻射散熱外層、補水層和親膚內(nèi)層[9]。輻射散熱外層外表面設有儲水槽和控制盒，補水層包括設置在輻射散熱外層與親膚內(nèi)層之間的補水區(qū)和散熱區(qū)，補水區(qū)內(nèi)設有補水管，補水管與儲水槽相連通，補水管上還設有水泵和分支管，分支管末端設有霧化噴頭；散熱區(qū)內(nèi)設有微型風扇，微型風扇周圍設有風扇罩，所述風扇罩的一端貫穿親膚內(nèi)層設置在親膚內(nèi)層表面，微型風扇的出風口為靠近人體皮膚的一側；控制盒上設有控制水泵和微型風扇工作的按鍵，控制盒內(nèi)設有微型電源。補水區(qū)和散熱區(qū)間隔設置，補水區(qū)與散熱區(qū)之間設有絕熱槽板，霧化噴頭貫穿絕熱槽板，設置在散熱區(qū)內(nèi)。親膚內(nèi)層靠近人體一側的表面設有溫濕度傳感器，控制盒內(nèi)設有控制器，控制盒表面還設有參數(shù)設置按鍵和顯示屏[10]，分支管上還設有步進電機閥門；溫濕度傳感器和參數(shù)設置按鍵分別與控制器的輸入端相連，水泵、微型風扇、顯示屏和步進電機閥門分別與控制器的輸出端相連。霧化噴頭設置在風扇罩內(nèi)。風扇罩由風扇罩進風側、風扇罩出風側和風扇罩密封側組成，風扇罩出風側設置在親膚內(nèi)層表面，風扇罩密封側設置在風扇罩上靠近絕熱槽板的兩側面，風扇罩進風側設置在風扇罩出風側的對側。

輻射散熱外層采用納米多孔聚乙烯復合材料制成。納米多孔聚乙烯復合材料由兩層改進聚乙烯材料和夾在兩層聚乙烯材料之間的棉網(wǎng)制成，經(jīng)測試，三層散熱材料相比于厚度相當?shù)拿拶|(zhì)織物的散熱特性更好，對比結果顯示：納米多孔聚乙烯復合材料比棉質(zhì)織物具有更好的散熱特性，體感溫度能夠降低3.6 ℃。納米多孔聚乙烯具有特殊的納米結構，在可見光下不透明并且允許紅外輻射透過，使得水分子能夠通過納米孔蒸發(fā)掉，就像天然纖維一樣透氣[11]。

1.2 功能及使用方法 輻射散熱外層將人體的紅外輻射更好的輻射出去，有利于使用者降溫，尤其是納米多孔聚乙烯復合材料，效果更好；親膚內(nèi)層有利于保障使用者的舒適感；補水層的設置可以起到防止使用者因不能排汗而造成的皮膚干裂的狀況，也有利于使用者的散熱；所述霧化噴頭和微型風扇相對位置的設置使得水霧可更均勻的噴灑在人體表面，同時加速水的蒸發(fā)，進而起到改善降溫的作用，避免皮膚干燥情況的發(fā)生；控制器等電子元件的設置使得該夏季補水散熱衣更智能化，使用起來更加方便；適合于散熱不良患者的夏季補水散熱衣可起到幫助使用者降溫，維持使用者皮膚濕度正常的作用，讓使用者在高溫環(huán)境中也能正常活動。

使用方法：使用時，先向儲水槽內(nèi)添加適量的水，并通過參數(shù)設置按鍵設定參數(shù)，設置在親膚內(nèi)層的溫度傳感器和濕度傳感器可對人與衣物之間內(nèi)環(huán)境的溫度和濕度進行檢測，控制器即可控制所述水泵和風扇工作，水泵可將水泵入水管，并使水經(jīng)霧化噴頭作用形成水霧，霧化噴頭位于微型風扇內(nèi)，扇葉轉(zhuǎn)動，即可將水霧均勻的噴灑在人體皮膚表面，水分蒸發(fā)，即可實現(xiàn)對人體進行降溫的目的。輻射散熱外層可將輻射到衣服表面的太陽光反射出去，也可起到一定降溫的作用。

2 臨床試驗

2.1 試驗對象 從鄭州大學第五附屬醫(yī)院康復科、皮膚科就診的患者中篩選37 例患者作為被試對象，隨機（根據(jù)患者來的順序，單號對照雙號試驗）分為對照組和試驗組，對照組18例，試驗組19例。、盡量使雙方在性別、年齡、體質(zhì)量、身高等基本情況保持一致，以增加對比性。

納入標準：年齡10~25 周歲之間，其他方面健康的無汗癥患者（無論是原發(fā)還是繼發(fā)無汗癥均可納入）。排除標準：有發(fā)熱性疾病、心臟病、高血壓、胃腸道疾病、體內(nèi)植入起搏器者、近期內(nèi)行MRI 檢查者及出現(xiàn)脫水癥狀者。

對于青少年患者，取得家屬的理解和配合，并請家屬簽署知情同意書。對于成年患者，簽署個人知情同意書。

2.2 試驗分組 隨著生活條件的改善，空調(diào)已經(jīng)成為工作生活的基礎設施，本研究驗證在使用空調(diào)的情況下，患者在適度運動狀態(tài)時，對散熱衣使患者體溫改變情況和人體體感舒適度情況進行試驗。同時因為患者大部分是青少年，減少極端狀態(tài)，降低試驗風險。所以，研究設定試驗環(huán)境分組：①溫度25 ℃，相對濕度40%，恒溫恒濕；②溫度30 ℃，相對濕度40%，恒溫恒濕。試驗組成員穿著本研究設計的服裝（親膚內(nèi)層采用真絲材質(zhì)），對照組成員穿著真絲制成的服裝，該服裝與散熱衣真絲內(nèi)層在重量、大小、樣式上保持一致，這樣試驗組成員僅比對照組成員多穿一個散熱外層，其他保持一致。

2.3 試驗方法 使對照組和試驗組以5 km/h（人體正常行走速度）的速度在跑步機行走，試驗過程中每隔5 min記錄一次各成員的體溫和人體舒適度評分。試驗開始前告知被試者，若不能耐受或體溫超過40 ℃則及時終止試驗，記錄試驗終止時間和體溫，并及時采取救治措施。一次試驗結束后待被試者完全恢復后進行下一試驗，重復3次。

通過詢問的方式了解試驗過程中各成員對于自身人體舒適度的評分。人體舒適度評分標準：4 分-舒適，3 分-略有不適，2 分-不適，1 分-不能耐受,標準借鑒GJB4125-2000 服裝熱濕舒適等級（grade for thermal-wet comfort of clothing,GTWC）,根據(jù)情況略做改變而成，并記錄數(shù)據(jù)。

2.4 統(tǒng)計學處理 應用SPSS17.0 軟件，計量資料以均數(shù)±標準差（）表示，兩組間比較采用t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

3 試驗結果

3.1 在溫度25 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中兩組患者體溫和人體舒適度比較 初始階段（0 min）兩組數(shù)據(jù)比較，體溫（P=0.791）和人體舒適度感覺（P=0.614）均無差異。從5 min開始（t值越來越高，P值均小于0.001），兩組數(shù)據(jù)有顯著差異，表明散熱衣起到了明顯的作用。從耐受時間上，對照組平均17.9 min 與試驗組超過30 min 有顯著差異，表1。兩組耐受患者人數(shù)與總人數(shù)比例的比較，試驗組全體患者均耐受30 min，比例百分之百；而對照組在20 min 時，耐受患者只有5 例，比例5/19，25 min時僅剩1例，比例1/19，30 min時0例，圖1。

圖1 輻射散熱外層與親膚內(nèi)層之間的空間結構分布示意圖

圖1 溫度25 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中耐受時間與耐受人數(shù)關系圖

3.2 在溫度30 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中兩組患者體溫和人體舒適度比較 初始階段（0 min）兩組數(shù)據(jù)比較，體溫（P=0.898）和人體舒適度感覺（P=0.900）均無差異。從5 min 開始（t值迅速升高，到10 min 達到峰值，P值均小于0.001），兩組數(shù)據(jù)有顯著差異，表明散熱衣在這個溫度下效果更明顯。從耐受時間上，對照組平均14.0 min 與試驗組超過30 min 的耐受也有顯著差異，表2。兩組耐受患者人數(shù)與總人數(shù)比例的比較，試驗組全體患者均耐受30 min，比例百分之百。而對照組在15 min時，耐受患者只有4 例，比例4/19，20 min 時只剩1例，比例1/19，25、30 min時0例，圖2。

圖2 散熱衣中的風扇罩和微型風扇結構分解示意圖

圖2 溫度30 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中耐受時間與耐受人數(shù)關系圖

表1與表2的差異，對照組患者在25 ℃時可以耐受18 min 左右，因此有15 min 數(shù)據(jù)；而在30 ℃時對照組只能耐受14 min 左右，因此沒有15 min 數(shù)據(jù)，只有10 min數(shù)據(jù)。試驗組30 min之內(nèi)沒有不適感，主動停止。結果顯示，穿著本研究的夏季補水散熱衣的試驗組在試驗過程中體溫上升更慢，人體舒適度也高于穿著真絲材質(zhì)服裝的對照組患者，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.001）。且試驗組可耐受更長時間高溫環(huán)境下的運動。表1和表2中試驗組的耐受時間為患者結束試驗的時間，并不代表患者不能耐受試驗的時間。

表1 溫度25 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中兩組患者體溫和人體舒適度比較(±s，分)

表1 溫度25 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中兩組患者體溫和人體舒適度比較(±s，分)

溫度：25 ℃相對濕度：40%對照組(n=18)試驗組（n=19）Pt 0 min體溫（℃）36.617±0.1098 36.626±0.1098 0.791-0.267人體舒適度3.853±0.0841 3.865±0.0671 0.614-0.509 5 min體溫（℃）37.300±0.1732 36.950±0.0181<0.001 6.818人體舒適度3.100±0.1085 3.442±0.0838<0.001 10.772 10 min體溫（℃）37.739±0.1945 37.205±0.1079<0.001 10.245人體舒適度2.494±0.1056 3.179±0.1273<0.001 17.752 15 min體溫（℃）38.533±0.1534 37.390±0.1287<0.001 24.628人體舒適度1.422±0.0732 2.942±0.1017<0.001 51.902耐受時間（min）17.917±0.6364 30<0.001 80.556體溫（℃）39.333±0.1715 37.463±0.1300<0.001 37.510

表2 溫度30 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中兩組患者體溫和人體舒適度比較(±s，分)

表2 溫度30 ℃，相對濕度40%恒溫恒濕的環(huán)境中兩組患者體溫和人體舒適度比較(±s，分)

溫相度對4：03濕%0 度℃：體0溫 m（i℃n）人體舒適度體5溫 m（i℃n）人體舒適度體1溫0 （m℃i n）人體舒適度耐（受m時in）間體溫（℃）對照組36.617±3.856±37.594±2.517±38.628±1.489±13.956±39.406±(n=18)0.09850.07050.13920.13400.16020.13240.56490.1349（試n=驗1組9）306..1602814±30..80 5639±7 307..1011917±30..40 5986±1 307..1116587±30..21 9052±6 303 0 7..1444677±P 0.8980.900<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001 t-0.1290.12713.70424.66031.89846.532120.50642.193

4 討論

無汗癥中很多屬于遺傳性疾病，治療遺傳性疾病的基因療法不成熟，目前無法根治，因此，緩解其癥狀就變得很重要，對患者而言，因為無汗導致散熱困難是很多癥狀的根源。

對散熱的探索不僅出現(xiàn)在這類患者身上，在極端條件下工作的人們也需要，如廣東電網(wǎng)公司[12]設計的一種降溫服，包括制冷片和衣服本體；制冷片安裝于衣服本體的夾層；制冷片的靠近衣服本體的一側制冷；制冷片的背離衣服本體的一側散熱，利用導體通電制冷的原理來給電網(wǎng)工人提供野外作業(yè)所需的降溫服裝；浙安集團的毛雷武[13]為消防隊員設計了一種消防降溫服，水箱、水泵，冷卻水管，利用水冷外加蒸發(fā)來降溫，有效解決了消防人員救火工作中避火服內(nèi)的溫度會快速升高，造成消防人員灼傷或中暑的問題。而基于生活中的情況，陸旭[14]設計有蓄冷層內(nèi)填充有蓄冷劑，降溫服散熱更均勻；電網(wǎng)公司的降溫服可以不用考慮省電、電池儲電的問題，消防員更是利用水資源優(yōu)勢，設計水冷降溫服裝。馮琴的蓄冷層設計可以節(jié)約能源，但是重，不方便。本研究設計的降溫服是適合無汗癥患者低運動量下使用的一種輕便、可充電、耗電少、緩解皮膚干燥的散熱衣。通過試驗看到，使用散熱衣使患者可以進行接近正常人的運動，且體溫變化不大，說明可以把運動產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，不使用散熱衣的對照組，無法耐受20 min 的運動，嚴重影響其生活質(zhì)量。

總之，本研究設計的適合于散熱不良患者的夏季補水散熱衣可有效幫助無汗癥患者在高溫環(huán)境下通過皮膚表面水分蒸發(fā)的方式散熱，維持正常的體溫和進行基本的生命活動。本研究將繼續(xù)完善設計產(chǎn)品，使其適應范圍增大，希望在不久的將來讓其進入大眾視野，幫助散熱不良患者有效改善生活質(zhì)量。