降溫背心在降低消防員熱應激上的應用研究

【摘要】評價了硬凝膠蓄冷劑為介質的降溫背心在降低消防員熱應激上的效果。選取8名體適能處于中等水平的消防員為受試者, 分別穿著滅火防護服、隔熱防護服、化學防護服進行了降溫前后的對比實驗, 觀察其加權平均皮膚溫度、出汗量、積熱量和綜合熱應激指數(CIHS)。結果表明, 降溫背心能夠顯著地降低防護服對消防員熱應激的影響。

【關鍵詞】消防 消防員 熱應激 降溫背心

1引言

目前市場上的消防員滅火防護服、消防員化學防護服、消防員避火防護服、消防員隔熱防護服等消防員防護服裝，其作用是保護消防員身體軀干等各部位在消防作業中免受各種傷害，但這些防護服裝普遍存在重量較重、透氣性較差、行動不夠方便等弊端。消防員在高溫天氣穿著消防員防護服, 并佩戴其他消防員個人防護裝備時, 往往由于外界環境的高熱量, 加上消防員自身產生的熱量, 而導致熱應激狀況的出現。高熱或體溫增加最終會導致熱損傷或一系列熱疾病, 如抽筋、虛脫、熱枯竭及熱中風, 如果沒有及時的治療和冷卻, 最終可能會導致死亡。因而應該采取有效的措施來降低穿著防護服而產生的熱應激對消防員的影響,從而保證消防員的職業安全與健康。

2消防員降溫背心的研制

人體軀干和頭部的散熱占到人體散熱的百分之八十左右^[1]。由公安部上海消防研究所研制的高聚化合物吸熱式消防員降溫背心（圖1）, 通過了國家消防裝備質量監督檢驗中心檢測, 各項性能指標均達到標準Q/SSNK 9—2007《消防員降溫背心》的要求, 該降溫背心蓄冷劑潛熱值達到230KJ/KG(相當于蓄冷降溫袋蓄冷后, 在32℃的環境中, 使背心內表面溫度保持在26℃以下, 使用時間不低于1.5h。該消防員降溫背心可多次重復使用, 三段式蓄冷降溫袋設計, 符合人體工學原理, 服用性能優良；四層背心結構設計, 防凍傷及水汽凝結, 保證了穿著的延續性和舒適性； 各層材料具有良好的阻燃性能, 背心整體結構簡潔合理，穿脫方便迅速。

3降溫背心在降低消防員熱應激上的應用

3.1受試者選取

本項目選取上海市楊浦區國和消防中隊的15名消防員作為測試對象, 要求消防員在測試開始前的24小時內未參加任何激烈運動, 未食用任何含咖啡因的飲料；所有被測人員身體健康, 無代謝類及心血管疾病。根據最大耗氧量的評價標準, 最終選拔出體適能處于中等水平（44～49）的8名消防員參與后續正式實驗過程（基本測試指標見表1）。（George Havenith等人認為, 主觀實驗中典型的受試者設計方案的最少人數為8人即可獲得具有足夠敏感度的實驗結果^[2]。Goldman則認為:最少6名受試者即可獲得在5%自由度的基礎上可靠的實驗結果, 但是如果其中有1名受試者給出與其他人相反的結論, 那么確保P﹤0.05的受試者人數最少為8人^[3]。）

3.2防護服的選取及實驗組合方案

選擇滅火防護服、隔熱防護服、全密封化學防護服三組服裝（背空呼器, 并穿戴相應頭盔、手套、靴子等配套裝備）作為實驗對照組,“對照組裝備+降溫背心”作為降溫組。實驗方案的組合方案設計見表2。

3.3環境條件及實驗流程

模擬消防員夏秋季節高溫情況下穿著防護服進行作業的情況。WBGT指數為27.1±1.8℃，環境溫度Ta為31±1.8℃, 黑球溫度Tg為32±1.7℃，相對濕度RH為65±10%。

實驗在跑步機上進行（見圖2）, 整個運動過程持續20min(實驗流程圖見圖3), 經反復模擬, 確定該運動水平可令所有受試者完成實驗過程, 并且運動結束時的體力勞動水平接近并不超過運動極限(最大心率的95%)。實驗終止標志為:20min實驗過程完成；心率持續或超過最大心率的95%達3min；或因眩暈、惡心等不能繼續運動；或空呼器氣量不夠。

3.4測試指標及測試方法

用心率表（芬蘭產松拓suuntoT6系列)來全程監測心率，采取多路溫度測試儀（英國grant的SQ2020系列多路溫度測試儀, 精確度高達6位有效數字)來測量后頸部、右肩腳、左手背、右小腿前中部四點的皮膚溫度；考慮到消防員穿著厚重裝備的不便性及安全因素, 采用美國NEXTEMP一次性液晶體溫片測試消防員的口腔溫度。

在一定的訓練條件下, 穿著服裝時, 環境條件及新陳代謝的綜合作用會提高人體的核心溫度從而導致熱應激。防護服對消防員熱應激的影響主要以綜合熱應激指數(CIHS)的形式表現出來, 但同時要輔以其他相關指標加以佐證。

其中,△H_b為心率增值(次/分),△T_b為平均體溫增值（℃）,T_c1為受試人員初始核心溫度（℃）,T_c2 為受試人員實驗后核心溫度（℃）,S_w為出汗量(g/min),W₁為實驗前凈體重(kg),W₂為試驗后凈體重(kg),S為積熱量。

航空研究中，CIHS=6.60為飛行員熱應激的安全限,未達此限的60%者為輕度熱應激,達到限值60%～95%為中度熱應激,超過6.60為重度熱應激。

3.5統計學處理

實驗數據采用Excel 2003及spss 13.0軟件進行統計分析, 降溫組與對照組之間的比較采用配對T檢驗,顯著性水平定義為P﹤0.05。

4結果及討論

4.1最大心率

經統計分析及圖4可以看出：穿著全密封化學防護服的最大心率降低最多（平均降8b/min), 其次為穿著滅火防護服時（平均降7b/min), 而穿著隔熱防護服時的最大心率降低最少（平均降4b/min)；降溫后消防員穿著滅火防護服（方案A2）時的最大心率比降溫前（方案A1）要低3.9%，兩者之間統計學差異顯著, 說明降溫背心使消防員穿著滅火防護服時的最大心率降低明顯。

4.2體溫

降溫后消防員穿著滅火防護服（A2）時的體溫增值（運動結束體溫與運動開始體溫差值）比降溫前（A1）要低18.8%（見圖5）, 兩者之間統計學差異顯著, 說明降溫背心使消防員穿著滅火防護服時的體溫增值降低了近1/5； 而降溫后穿著隔熱防護服與全密封化學防護服的體溫增值雖然比降溫前有所降低, 但并不具有統計學意義上的顯著性異。

4.3平均皮膚溫度

在20分鐘的跑步機上運動過程中, 消防員在實驗后的平均皮膚溫度明顯高于實驗前。從圖6中可以看出, 降溫后的平均皮膚溫度較降溫前有所降低，說明穿著降溫背心對消防員試驗后的整體平均皮膚溫度有所影響，但不具有統計學意義上的顯著差異。

4.4出汗量

從圖7中可以看出, 在20min的跑步機上運動過程中, 降溫后的出汗量明顯高于降溫前的水平，同時通過對各方案的出汗量進行配對T檢驗得到:降溫前, 消防員穿著滅火防護服、隔熱防護服和全密封化學防護服的平均出汗量基本一致, 但降溫后, 穿著三種防護服運動20min的平均出汗量呈現了明顯降低, 其中穿著全密封化學防護服的平均出汗量降低最多, 降幅為26.5%；其次為穿著隔熱防護服, 降幅為23.2%；而穿著滅火防護服的平均出汗量降低最少, 降幅為16.3%。說明降溫背心對全密封化學防護服的影響最大, 從而降溫效果最好, 其次為隔熱防護服, 影響最小的為滅火防護服。

4.5積熱量

在穿著不同服裝在跑步機上進行20min運動的過程中，穿著降溫背心后, 穿著不同防護服的平均積熱量明顯降低（見圖8），其中穿著全密封化學防護服的平均積熱量降值最多, 降幅為30%；其次為穿著隔熱防護服, 降幅為23% ；降值最少的為滅火防護服, 降幅為18.7%。滅火防護服降溫前后的積熱量不存在統計學意義上的顯著性差異,而隔熱防護服與全密封化學防護服在降溫前后的積熱量存在顯著性差異。說明穿著降溫背心對于降低穿著隔熱防護服與化學防護服時的積熱量具有極為明顯的效果。

4.6綜合熱應激指數(CIHS)

在穿著不同防護服裝在跑步機上進行20min運動的過程中, 消防員的CIHS值在降溫后呈現明顯的降低（見圖9）。

降溫前，方案A1、方案B1、方案C1為重度熱應激(CIHS＞6.6)；降溫后, 消防員的綜合熱應激指數呈明顯下降，方案A2、方案B2、方案C2為中度熱應激（3.96＜CIHS＜6.6）。降溫后穿著全密封化學防護服的綜合熱應激指數降幅最大，為25.3%；其次為穿著隔熱防護服，為20.4%；降幅最低的為穿著滅火防護服，為15.8%。

經配對T檢驗得知, 消防員穿著滅火防護服的綜合熱應激指數在降溫前后存在顯著性差異, 穿著隔熱防護服的綜合熱應激指數在降溫前后亦存在顯著性差異, 穿著全密封化學防護服的綜合熱應激指數在降溫前后同樣存在顯著性差異。說明降溫背心對降低消防員的綜合熱應激具有極為明顯的效果。

上述結果與前面幾個指標分析的相關結果基本一致。

5小結

通過上述實驗說明, 降溫背心在用于消防員穿著防護服作業時, 具有極為明顯的降溫效果, 可有效降低消防員進行高強度消防作業時中暑、虛脫情況的發生。同時由于背心內表面具有隔冷設計, 能夠很好地保護受試者不會被凍傷。實驗結果證明該降溫背心適合消防部隊配備使用。