军事人员热损伤防护对策及装备研究进展

张馨丹，常文军

海军军医大学 海医系海军环境与劳动卫生学教研室，上海 200433

高温环境是导致热损伤发生的主要因素，战士是热损伤发生的高危人群，热损伤疾病是美军新兵最常见的非创伤性死亡原因之一。近年来，南海国防、反恐、援外和高能武器列装的任务不断增加，维护部队官兵在热环境下的健康是提升军事作业水平和完成作战任务的基础[1]。当军事人员发生热损伤时，如果不能及时散热，则导致中暑等急症，有时危及生命[2]。因此，热损伤是我军军事医学研究的重点内容之一，有效的防护对策对提高部队在热环境下的战斗力具有重要意义。

1 热习服训练

目前，世界公认的最有效的使人员提升热环境下工作效率、适应热环境的方法是热习服[3]。热习服也称热适应，即机体在长期反复的热作用下，对热的反射性调节功能逐步完善，各种生理功能对热环境做出适应性反应，从而降低热损伤风险[4]。热习服可通过单纯暴露于热环境、长期有计划的锻炼或在热环境下结合运动锻炼短时间内达到热适应[5]。热习服表现为心血管稳态、低代谢率、高热耐受等[6]。热习服程度取决于热暴露强度、频率及持续时间[7]。在热环境中连续工作1 ～ 2 周，每天工作时间不少于100 min，才能达到良好的热适应效果，每3 d 进行1 次热环境训练较连续7 d 在热环境中训练更容易诱导热习服[8]。部队应在夏季炎热天气到来前，或执行一些特定军事任务之前，有计划地组织训练。可通过每周2 ～ 3 次、每次1.5 ～ 2 h、持续1 ～ 2 周的热环境(31℃ ～ 37℃) 结合运动提前使军事人员在短期内达到热习服状态，维持内环境相对稳定，提高热环境下军事作业人员的热耐受力和健康水平[9]。另外，罗雪等[10]发现热习服训练与耐缺氧训练相结合能有效地提高人体耐热性，部队在大规模急进热区的情况下，可遵循循序渐进的原则将热习服与复合缺氧训练联合，在传统训练中加入无氧耐力训练，增强军事人员心肺功能和耐热能力。Ashley 等[11]发现离开热环境6 周后会完全脱习服，因此建议部队离开高温环境2 周后重新进行热习服训练4 d，离开高温4 周后训练5 d，离开高温6 周或以上训练6 d。梁涵[12]发现三甲胺氧化物和苏氨酸可能在热习服过程中对机体具有保护作用，可以作为热习服的指示性标志物用于甄选优秀的高温作业战士。

2 防暑降温药物及功能性食品

高温环境下机体基础代谢快，分解加速，热量消耗也相应增加。要合理选择食物、平衡膳食，注意补充能量。膳食应含优质蛋白质、微量元素、矿物质和维生素。要及时补充盐水，多饮用富含电解质如钾、镁和钙盐的防暑饮料，补水量≥800 ml/h为宜，训练过程适宜饮水量为出汗量×80%[13]。预备充足的防暑药物如人丹、十滴水、风油精、藿香正气水、清暑益气丸、清开灵口服液、六一散等[14]。另外，以开水泡金银花、荷叶、菊花等也具有清热解暑的功效。

有学者认为，高温是热损伤的诱发因素，内毒素血症才是驱动热损伤发生发展的真正动力[15-16]。有研究表明，口服益生菌能够通过拮抗肠道内的有害菌以及增加肠道屏障功能，增强小鼠的耐热能力。畜牧业方面，已经发现多种益生菌的使用能够增强鸡、鸭、鹅等禽类的抗热应激能力[17-18]。国外科学家发现提前2 d 喂食枯草芽孢杆菌BS3B 株给实验大鼠，再将其置入45℃高温环境中30 min，其血清内毒素、IL-6、IL-10 水平显著下降，肠黏膜损伤程度明显减轻，平均核心温度较对照组低(3.6±0.1)℃[19]。有学者用枯草芽孢杆菌BSB3 菌株给实验小鼠灌胃2 d 后强迫其高强度跑步，发现BSB3 可显著维持肠道菌群稳定性并有效预防过度运动引起的不良反应[20]。本课题组也证实某些益生菌能在热应激条件下有效保护肠道屏障、诱导HSP70 表达并减少血液内毒素水平。这提示益生菌在热损伤防护方面具有很大开发潜力。因此，深入揭示肠道益生菌在重症中暑中的作用，针对重症中暑筛选有防治功能的益生菌并配制复方制剂将是现代军事医学研究热点之一。

3 单兵降温装备的研发

当前，各种热损伤问题受到许多军事大国的关注，为提升战斗力，美军研制了一系列个体防护装备，即微小气候降温系统(MCS)，包括便携式蒸汽压缩制冷系统(PVCS)、高级轻量微气候制冷系统(ALMCS) 等[21]。我军也研发出一些单兵降温系统，但并没有大规模列装。目前，降温服可以根据不同标准进行分类。

3.1 气体冷却服 根据循环气体来源( 压缩机制冷后的冷空气，普通风扇直接鼓吹的空气) 分为压缩机风冷服及常规风冷服。压缩机风冷服的冷却介质是冷空气，在冷源和人体之间搭建一条冷气管道，输送预先经过压缩机冷却的空气进入服装内，通过增大对流和蒸发对人体进行降温[22-23]。冷却气体可以降低人体皮温并减少显性出汗，其降温效果主要受冷却空气的温度、湿度、体积、流量、进气速率和冷空气与人体接触面积大小的影响[24]。压缩机风冷服降温效果较好，但制冷成本较高，空气压缩机等附属设备沉重，不适合单兵移动执行任务。如美军生产的ALLEGRO 冷却背心为涡流压缩机风冷降温服，通过压缩空气流经涡流管产生低温冷气，每分钟换气7 次，可在高温环境下使用，但附属设备重30 kg，且噪音很大。由 “美国陆军士兵系统研究中心” 开发的“拦截者” 风冷式战术背心，采用空调压缩机制冷，服装内部采用蜂窝状结构，有制冷和辅助排汗的效果[25]。由于压缩机制冷是直接往人体吹低温气体，可能导致人体产生过冷反应，引起颤抖、头晕等不良反应。

常规风冷服的工作原理为通过风扇鼓风加快空气流动、加速蒸发散热，是最常用、最经济的降温服之一。以色列军方使用的“Rabintex 微型风扇气冷服”，使用微型风扇增大对流气体对人体降温，重1.2 kg，可连续工作12 h。目前常见的常规风冷服一般在服装两侧、后背等部位加装微型风扇，风扇吹风增大蒸发对流，进而使人体感觉舒适。刘静[26]将小尺寸风扇编织进衣内研制了一种基于微型风扇阵列的人体空调降温服，可对某特定部位的温度进行选择性调节。常规风冷服的降温效率主要取决于风扇的个数、位置、功率等，降温效果受环境温湿度的影响较大，在高温高湿环境中降温能力明显下降[27]。

3.2 液体冷却服 液体冷却服通常使用冰水或其他冷却液作为冷源，采取外接控制系统使冷却液在循环管路中运行，以增大冷却管路与皮肤之间的传导和对流，达到显著降温效果[28]。液体冷却服根据其管道的覆盖面积，可以分为全身型和局部型。全身型广泛应用于航空航天及消防中，全身液冷服可以延长使用者运动时间，并降低心率、耗氧量、直肠温度等[29]。局部型液冷降温系统包括水冷式头盔、水冷背心等。美军使用的“COMPBCCS02 系统” 是一种水冷背心，采用微型压缩机对循环液体进行主动降温，重4.5 kg，能增大使用者体感舒适度，增加连续工作时间。美国新型陆军“空中勇士” 救生装备系统也包括一件水冷式降温背心[30]。深圳德升公司研制的一款便携式“DS Kool” 单兵降温背心，通过冷水循环进行降温，同时还可按照需求为使用者提供饮用冰水，总重量4 ～ 5 kg，但属于被动降温，使用过程中需要更换冰块[31]。液冷降温服降温效果较好，人体舒适性强，使用时需要保持水管通畅，避免弯曲、折叠，存在漏液可能。目前，市面上主动液冷技术较少，公开方案不多，有研究提升空间。

3.3 相变材料冷却服 相变材料主要指高潜热、随温度变化改变相位而进行吸放热的物质，常见的有石蜡、脂肪酸及一些高分子材料等，并可以通过二元或三元混合改变相变温度提高导热系数[32-33]。相变材料冷却服主要是利用相变材料在改变相位的过程中吸收人体蓄热、降低体表温度的特性，从而对人体进行降温，提升服装微环境的舒适度[28,34]。谢春媚等制作了一系列相变降温产品，包括蓄冷背心、降温头带、降温冰帽等。如GB-CC 超长保冷型降温背心，其蓄冷剂在常温下为柔软胶体，热焓值为356.8 J/g，使用时将冰箱冷藏的蓄冷剂插入背心口袋即可达到降温效果。影响相变材料降温的因素有皮肤温度与材料之间的温度梯度、覆盖面积、相变材料潜热值、质量、数量、皮下脂肪厚度等[35-36]。美国空军研究实验室利用水凝胶技术研制出空军用制冷头套，为特种作战任务士兵配备多种相变材料降温袋，无需增加过多负重就能使士兵倍感凉爽[37]。我军在相变材料冷却服方面主要有军用潜水服、相变材料冰帽等。相变材料冷却服体积较小不影响人体活动，重量较轻不增加机体负荷方便携带，成本低廉适合大规模装配。但缺点是蓄冷能力有限，使用时必须装配冰箱等附加制冷设备，不能满足长时间野外军事作业的需求。

3.4 混合冷却服 结合气体、液体、相变材料冷却服技术中的两个或两个以上即为混合冷却服。韦帆汝和王发明[38]研究了一种由相变材料和微型风扇结合的个体混合冷却服，将相变材料降温和风扇降温除湿相结合，提高有效降温功率。目前，混合冷却服的研发多集中于将风扇与相变材料结合，加入智能传感及控制系统，使其同时适用于干热与湿热环境，性价比高，具有较好的开发前景。3.5 其他降温服 北京广顺和公司研制出一款拉线式降温服装，不需要电源，无需制冷设备，在需要时拉线，降温剂混合发生化学反应即迅速降温，能将温度降至17℃，并保冷2 h，使用便捷，全套重量不足1 kg[39]。索尼公司利用半导体装置制成了微型散热器，充电2 h 即可工作24 h，将其直接贴于皮肤可以为人体降温13℃[40]。本课题组结合半导体降温技术制作出一款半导体水冷降温背心，总重量2.5 kg，可续航1.5 ～ 3 h，能显著提高穿着者的热感觉满意度和反应速度，具有一定实用性和潜在转化价值。

4 结语

热损伤的预防对于军队战斗力的提升有着显著影响。热习服训练是目前最简单、最经济的预防对策，热习服训练应有科学的训练方法和专业的训练背景，在一些经常高温作业的部队需要长期训练。研发功能性食品、药物、降温装备等是目前军事预防医学的热门方向。肠道益生菌在热损伤防护方面具有很大开发潜力。降温装置可以为人体提供更低的温度负荷。目前各种降温系统的短板包括重量较大、降温效率较低、维持时间较短、灵活性较差等[41]。不同热环境场合对降温装置的使用有不同要求，我们希望未来能够有小型化、智能化、高效并适应多种环境的降温装置，用以提升军队人员的高温作战水平。