降温背心在降低消防员热应激上的应用研究

【摘要】评价了硬凝胶蓄冷剂为介质的降温背心在降低消防员热应激上的效果。选取8名体适能处于中等水平的消防员为受试者, 分别穿着灭火防护服、隔热防护服、化学防护服进行了降温前后的对比实验, 观察其加权平均皮肤温度、出汗量、积热量和综合热应激指数(CIHS)。结果表明, 降温背心能够显著地降低防护服对消防员热应激的影响。

【关键词】消防 消防员 热应激 降温背心

1引言

目前市场上的消防员灭火防护服、消防员化学防护服、消防员避火防护服、消防员隔热防护服等消防员防护服装，其作用是保护消防员身体躯干等各部位在消防作业中免受各种伤害，但这些防护服装普遍存在重量较重、透气性较差、行动不够方便等弊端。消防员在高温天气穿着消防员防护服, 并佩戴其他消防员个人防护装备时, 往往由于外界环境的高热量, 加上消防员自身产生的热量, 而导致热应激状况的出现。高热或体温增加最终会导致热损伤或一系列热疾病, 如抽筋、虚脱、热枯竭及热中风, 如果没有及时的治疗和冷却, 最终可能会导致死亡。因而应该采取有效的措施来降低穿着防护服而产生的热应激对消防员的影响,从而保证消防员的职业安全与健康。

2消防员降温背心的研制

人体躯干和头部的散热占到人体散热的百分之八十左右^[1]。由公安部上海消防研究所研制的高聚化合物吸热式消防员降温背心（图1）, 通过了国家消防装备质量监督检验中心检测, 各项性能指标均达到标准Q/SSNK 9—2007《消防员降温背心》的要求, 该降温背心蓄冷剂潜热值达到230KJ/KG(相当于蓄冷降温袋蓄冷后, 在32℃的环境中, 使背心内表面温度保持在26℃以下, 使用时间不低于1.5h。该消防员降温背心可多次重复使用, 三段式蓄冷降温袋设计, 符合人体工学原理, 服用性能优良；四层背心结构设计, 防冻伤及水汽凝结, 保证了穿着的延续性和舒适性； 各层材料具有良好的阻燃性能, 背心整体结构简洁合理，穿脱方便迅速。

3降温背心在降低消防员热应激上的应用

3.1受试者选取

本项目选取上海市杨浦区国和消防中队的15名消防员作为测试对象, 要求消防员在测试开始前的24小时内未参加任何激烈运动, 未食用任何含咖啡因的饮料；所有被测人员身体健康, 无代谢类及心血管疾病。根据最大耗氧量的评价标准, 最终选拔出体适能处于中等水平（44～49）的8名消防员参与后续正式实验过程（基本测试指标见表1）。（George Havenith等人认为, 主观实验中典型的受试者设计方案的最少人数为8人即可获得具有足够敏感度的实验结果^[2]。Goldman则认为:最少6名受试者即可获得在5%自由度的基础上可靠的实验结果, 但是如果其中有1名受试者给出与其他人相反的结论, 那么确保P﹤0.05的受试者人数最少为8人^[3]。）

3.2防护服的选取及实验组合方案

选择灭火防护服、隔热防护服、全密封化学防护服三组服装（背空呼器, 并穿戴相应头盔、手套、靴子等配套装备）作为实验对照组,“对照组装备+降温背心”作为降温组。实验方案的组合方案设计见表2。

3.3环境条件及实验流程

模拟消防员夏秋季节高温情况下穿着防护服进行作业的情况。WBGT指数为27.1±1.8℃，环境温度Ta为31±1.8℃, 黑球温度Tg为32±1.7℃，相对湿度RH为65±10%。

实验在跑步机上进行（见图2）, 整个运动过程持续20min(实验流程图见图3), 经反复模拟, 确定该运动水平可令所有受试者完成实验过程, 并且运动结束时的体力劳动水平接近并不超过运动极限(最大心率的95%)。实验终止标志为:20min实验过程完成；心率持续或超过最大心率的95%达3min；或因眩晕、恶心等不能继续运动；或空呼器气量不够。

3.4测试指标及测试方法

用心率表（芬兰产松拓suuntoT6系列)来全程监测心率，采取多路温度测试仪（英国grant的SQ2020系列多路温度测试仪, 精确度高达6位有效数字)来测量后颈部、右肩脚、左手背、右小腿前中部四点的皮肤温度；考虑到消防员穿着厚重装备的不便性及安全因素, 采用美国NEXTEMP一次性液晶体温片测试消防员的口腔温度。

在一定的训练条件下, 穿着服装时, 环境条件及新陈代谢的综合作用会提高人体的核心温度从而导致热应激。防护服对消防员热应激的影响主要以综合热应激指数(CIHS)的形式表现出来, 但同时要辅以其他相关指标加以佐证。

其中,△H_b为心率增值(次/分),△T_b为平均体温增值（℃）,T_c1为受试人员初始核心温度（℃）,T_c2 为受试人员实验后核心温度（℃）,S_w为出汗量(g/min),W₁为实验前净体重(kg),W₂为试验后净体重(kg),S为积热量。

航空研究中，CIHS=6.60为飞行员热应激的安全限,未达此限的60%者为轻度热应激,达到限值60%～95%为中度热应激,超过6.60为重度热应激。

3.5统计学处理

实验数据采用Excel 2003及spss 13.0软件进行统计分析, 降温组与对照组之间的比较采用配对T检验,显著性水平定义为P﹤0.05。

4结果及讨论

4.1最大心率

经统计分析及图4可以看出：穿着全密封化学防护服的最大心率降低最多（平均降8b/min), 其次为穿着灭火防护服时（平均降7b/min), 而穿着隔热防护服时的最大心率降低最少（平均降4b/min)；降温后消防员穿着灭火防护服（方案A2）时的最大心率比降温前（方案A1）要低3.9%，两者之间统计学差异显著, 说明降温背心使消防员穿着灭火防护服时的最大心率降低明显。

4.2体温

降温后消防员穿着灭火防护服（A2）时的体温增值（运动结束体温与运动开始体温差值）比降温前（A1）要低18.8%（见图5）, 两者之间统计学差异显著, 说明降温背心使消防员穿着灭火防护服时的体温增值降低了近1/5； 而降温后穿着隔热防护服与全密封化学防护服的体温增值虽然比降温前有所降低, 但并不具有统计学意义上的显著性异。

4.3平均皮肤温度

在20分钟的跑步机上运动过程中, 消防员在实验后的平均皮肤温度明显高于实验前。从图6中可以看出, 降温后的平均皮肤温度较降温前有所降低，说明穿着降温背心对消防员试验后的整体平均皮肤温度有所影响，但不具有统计学意义上的显著差异。

4.4出汗量

从图7中可以看出, 在20min的跑步机上运动过程中, 降温后的出汗量明显高于降温前的水平，同时通过对各方案的出汗量进行配对T检验得到:降温前, 消防员穿着灭火防护服、隔热防护服和全密封化学防护服的平均出汗量基本一致, 但降温后, 穿着三种防护服运动20min的平均出汗量呈现了明显降低, 其中穿着全密封化学防护服的平均出汗量降低最多, 降幅为26.5%；其次为穿着隔热防护服, 降幅为23.2%；而穿着灭火防护服的平均出汗量降低最少, 降幅为16.3%。说明降温背心对全密封化学防护服的影响最大, 从而降温效果最好, 其次为隔热防护服, 影响最小的为灭火防护服。

4.5积热量

在穿着不同服装在跑步机上进行20min运动的过程中，穿着降温背心后, 穿着不同防护服的平均积热量明显降低（见图8），其中穿着全密封化学防护服的平均积热量降值最多, 降幅为30%；其次为穿着隔热防护服, 降幅为23% ；降值最少的为灭火防护服, 降幅为18.7%。灭火防护服降温前后的积热量不存在统计学意义上的显著性差异,而隔热防护服与全密封化学防护服在降温前后的积热量存在显著性差异。说明穿着降温背心对于降低穿着隔热防护服与化学防护服时的积热量具有极为明显的效果。

4.6综合热应激指数(CIHS)

在穿着不同防护服装在跑步机上进行20min运动的过程中, 消防员的CIHS值在降温后呈现明显的降低（见图9）。

降温前，方案A1、方案B1、方案C1为重度热应激(CIHS＞6.6)；降温后, 消防员的综合热应激指数呈明显下降，方案A2、方案B2、方案C2为中度热应激（3.96＜CIHS＜6.6）。降温后穿着全密封化学防护服的综合热应激指数降幅最大，为25.3%；其次为穿着隔热防护服，为20.4%；降幅最低的为穿着灭火防护服，为15.8%。

经配对T检验得知, 消防员穿着灭火防护服的综合热应激指数在降温前后存在显著性差异, 穿着隔热防护服的综合热应激指数在降温前后亦存在显著性差异, 穿着全密封化学防护服的综合热应激指数在降温前后同样存在显著性差异。说明降温背心对降低消防员的综合热应激具有极为明显的效果。

上述结果与前面几个指标分析的相关结果基本一致。

5小结

通过上述实验说明, 降温背心在用于消防员穿着防护服作业时, 具有极为明显的降温效果, 可有效降低消防员进行高强度消防作业时中暑、虚脱情况的发生。同时由于背心内表面具有隔冷设计, 能够很好地保护受试者不会被冻伤。实验结果证明该降温背心适合消防部队配备使用。