相變材料控溫毯在軍事訓練熱應激后的降溫效果評價

孫 瑩，汪 茜，高天賜，程艷爽

1 解放軍總醫院第三醫學中心 急診醫學科，北京 100039；2 解放軍總醫院第一醫學中心 肝膽胰外科學部五病區，北京 100853

隨著全球氣候變暖，夏季高溫高濕天氣逐年增加，使軍事訓練衛勤保障面臨嚴峻考驗。勞力性熱應激是在炎熱和潮濕的環境中高強度體力消耗期間體溫升高引發的一系列情況[1-2]。當機體體溫持續升高，與散熱系統調節失衡時會對機體造成損傷，主要包括熱性水腫、熱痙攣、熱疹、運動性暈厥、熱衰竭和熱射病[3]。有證據表明，軍事人員在夏季和炎熱天氣條件下訓練時勞力性應激風險增加[4]。如果不能得到有效救治，核心體溫達到40.5℃以上，易造成嚴重后果，伴隨著氧化應激、炎癥反應、凝血功能障礙、橫紋肌溶解、腸道菌群失調等病理生理過程，主要臨床表現有意識喪失、意識混亂、男性生殖系統損傷等嚴重不良后果[5]。早期快速降溫是防治熱應激損傷的主要方法。阻止病程進一步發展是衛勤保障的關鍵，目前在日常訓練中，防暑保障主要為冰袋降溫，但我國地緣遼闊，野外環境復雜，冰袋不利于保存和大量攜帶，同時轉運后送過程中無法良好降溫。相變材料(phase change material，PCM)又稱潛熱儲能材料，該材料在溫度高于相變點熔化時吸收熱量(吸熱過程)，在溫度低于相變點時發生逆向相變結晶(放熱過程)，具有能量儲存/釋放和控制溫度恒定的功能[6]。全軍熱病防治專家組利用PCM研制出的新型控溫毯，廣泛應用于工業、航天、紡織等各個領域，可根據相變點的設置進行溫度調控[7]。我們利用該材料自行研制出一款控溫毯，其攜帶便捷、易于操作、安全性可控，并進一步研究了其對高強度勞力性熱應激后的降溫效果。

對象與方法

1 研究對象 2021年5 - 10月在某訓練基地招募參訓人員18名，納入標準：1)18 ～ 20歲男性；2)近1個月內連續參加訓練大綱訓練；3)無心血管系統、神經系統、消化系統等相關慢性疾病史。排除標準：1)近1周內有發熱、腹瀉等病史；2)近1周內有口服藥物史；3)24 h內睡眠時間不足6 h。所有志愿者均能夠適應大綱訓練項目，均簽署知情同意書。本研究經解放軍總醫院第三醫學中心倫理委員會批準(倫理審批號：KY2021-003)。

2 設備和材料 相變材料控溫毯(專利號：202220215369.4，目前設計為預實驗樣品，未大量研發，尺寸為0.8 m × 1.8 m × 0.05 m)，見圖1；核心體溫膠囊(法國bodyCap公司)；數字體溫計(歐姆龍ECO TEMP SMART)；體重儀(Meilen MG001)；溫濕度計(得力9011)。

圖 1 相變材料控溫毯

3 運動和環境溫度設定 2021年5 - 10月8：00 -17：00訓練當天平均氣溫32.5℃左右，平均濕度62.4%左右，每名志愿者在口服測核心體溫膠囊后身著訓練服、作訓鞋，按訓練大綱負重10 kg在40 min內完成7 km跑步。跑步前后1 h禁止進食和飲水。

4 研究分組 所有志愿者隨機分為自然降溫組(6人，跑步完成后立即躺在地上，解開上衣扣，自然降溫)、冰袋降溫組(6人，跑步完成后立即躺在地上，在頸部、腋窩、腹股溝各放置冰袋1個)和控溫毯降溫組(6人，跑步完成后，即躺在相變材料控溫毯上)。

5 評價指標 1)生理指標采集：當日晨起后采集志愿者身高、體質量、心率、腋溫?？诜诵捏w溫膠囊，記錄志愿者1 d內體溫變化。2)核心體溫降溫時間：將測溫膠囊激活并連接監控面板，測量數據每15 s傳遞1次。所有志愿者晨起排便后，通過200 mL室溫水口服。各組高強度訓練后核心體溫達到39℃以上，比較三組不同降溫方式使體溫降至37.5℃所需時間。3)降溫方式舒適度評分：訓練后1 h，采用視覺模擬評分法進行三組舒適度主觀感受評分(0 ～ 10分)，分值越高表明自我感覺越舒適。

6 統計學分析 采用SPSS20.0軟件進行統計分析。觀測資料主要為計量資料，以±s表示，組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1 志愿者基本情況 三組志愿者年齡、體質量指數、兵齡、腋溫、心率等基線資料的差異均無統計學意義(P＞0.05)。見表1。

2 未進行高強度運動時體溫24 h變化 志愿者口服核心體溫膠囊后1 d內正?；顒?不進行體能訓練)，監測體溫24 h平均最低體溫(35.88±0.005)℃，最高體溫(37.73±0.006)℃，白天5：00 -22：00體溫波動范圍大，進食時體溫升高明顯，晚間入睡后體溫波動范圍小。見圖2。

3 高強度活動后各組體溫變化和時間 三組志愿者在運動完成后達到的核心最高體溫均在39.4℃左右(圖3，表2)，三組志愿者體溫升至最高的時間差異無統計學意義(表2)。使用 3 種降溫方式降溫，控溫毯降溫組降至37.5℃所用的時間明顯短于其他兩組(P＜0.05)。見表2。

圖 2 正常活動24 h內核心體溫變化情況

圖 3 負重10 kg完成7 km跑步后體溫變化圖。圖中曲線點標記為 ±s ，5 min記錄1次。aP＜0.05，控溫毯降溫組vs自然降溫組；bP＜0.05，控溫毯降溫組vs冰袋降溫組；cP＜0.05，冰袋降溫組vs自然降溫組

表 1 參訓人員基線資料比較

表 2 運動前后各組體溫變化、降溫時間和舒適度評分

4 三組舒適度評分比較 由課題組成員在志愿者運動后1 h采用視覺模擬評分法進行舒適度主觀感受評分(0～10分)，分值越高表明自我感覺越舒適。三組降溫方式舒適度比較，控溫毯的舒適度較其他兩組高，差異有統計學意義(P＜0.05)。見表2。

討 論

隨著我軍基層部隊的訓練任務日漸加強，官兵的規模訓練時間、訓練強度和訓練量等均有不同程度的增加，且訓練常在高溫高濕的環境中進行[8]。正常情況下，人體產熱和散熱處于動態平衡，在運動后產熱增加、散熱效能下降的雙重因素作用下，體內熱量蓄積導致核心體溫升高，當核心體溫≥38℃時，即出現運動性高核心體溫[9]。有研究記錄勞力性熱應激達到熱射病的平均核心溫度為(40.72±0.55)℃，介于40℃ ～ 41.6℃，其他臨床表現包括惡心、嘔吐、癲癇、昏迷、頭痛、易激惹行為等神經系統癥狀[10]。在炎熱環境中長時間從事劇烈體力活動的軍事服務人員是患勞力性熱應激的高風險人群[11-13]。

勞力性熱應激作為一種緊急醫療情況，可能進展至全身炎癥反應和多器官系統衰竭[14]。導致勞力性熱應激的主要的危險因素包括劇烈運動、暴露在高溫和(或)潮濕環境中、缺乏適應環境的能力、身體素質差以及攜帶過多的衣物、設備、防護裝備。如果能夠快速降低核心體溫，與高溫有關的疾病在很大程度上是可以預防的[15]，研究發現在熱應激早期，為加快散熱，皮膚血流量增加而內臟器官血流量減少，此時應快速進行皮膚降溫[16]。如足夠的技術和儀器立即進行全身降溫可提高患者的生存率。

勞力性熱應激的治療核心以早期快速降溫為主。綜合閱讀國內外的相關文獻，總結快速降溫的方法如下：輕癥時通過溫和的冷卻、休息和補充水分可以有效緩解癥狀；重癥時需要在30 min內得到充分的降溫；降溫方式包括冰袋、冰塊、冰毯等覆蓋于患者有大血管走行的體表以及冷卻背心等物理療法[17-18]。目前為止，全身冷水浸浴降溫法被認為是最有效的降溫方式[19]，但由于空間、設備等限制，根據實際情況，需綜合患者、環境、病情、儀器設備等決定救治方法。選擇合適的方法，在兼顧其他方面的同時快速有效降溫是救治的核心。預防核心體溫持續升高，避免勞力性熱應激的發生和惡化非常必要。

有研究顯示，相變材料可從外界吸熱，發生固液的可逆變化，是可以被用于研制降溫裝備的新材料，以其制作的冷卻背心在環境溫度為34℃時可以使軀干皮膚溫度下降2℃ ～ 3℃，起到明顯降溫效果[20-22]。本研究對相變材料控溫毯的降溫效果進行了研究，發現與目前常用的自然降溫、冰袋降溫等方法比較，控溫毯組降溫速度更快，能夠縮短高熱持續時間，降溫效果顯著。從志愿者的自我感受結果可以看出，控溫毯降溫受試者的舒適度較其他降溫方式分值更高，說明控溫毯降溫方式更易于被接受。控溫毯除了在預防體溫上升方面有良好的效果，據設計專家判斷，控溫毯在治療勞力性熱應激的其他重癥時也可發揮很大作用，尤其是在發生熱損傷的第一現場，能夠起到快速降溫的作用，進而阻止熱損傷的進展，在一定程度上能夠預防熱射病的發生。相變材料控溫毯，不需要額外的制冷源，根據其自身特點即可實現降溫，尤其是在野外環境下。本研究中的控溫毯輕巧、便于攜帶，在降溫治療和轉運過程中均可應用，尤其是在軍隊在野外訓練作戰等任務中，可以進一步豐富野外訓練保障方式。

新冠疫情管控期間招募試驗參訓人員比較困難，故本研究樣本量較少?？紤]到本項目僅為初步研究，且僅研究人體在平靜狀態下的降溫效果，故僅以較小的樣本量進行了探討，后續仍需進一步擴大樣本量進行深入研究，以提供可靠數據。同時，相變材料具有吸熱/散熱的特性，在后續研究中還需對不同環境下材料的相變點溫度進行研究，以拓寬其應用價值。