人體出汗率的測量方法

人體出汗率的測量方法張文歡;錢曉明;范金土;牛麗【摘要】Thispaperfirstlydividessweatingintoimperceptiblesweatinganddominantsweating.Then,itsummarizesseveralmethodsformeasuringsweating,suchasqualitativemeasurement,whole-bodyquantitativemeasurement,localtotalsweatingmeasurementandlocalnon-dominantsweatingmeasurement.Anditfurtherintroducesthreecommonly-usedmeasuringmethods,i.e.,weightdifferencemethod,sweatabsorptionpatchmethodandventilationandsweatcapsulemethod,andtheircharacteristics.Finally,itsumsupthecurrentresearchsituationofsweatingratemeasuringandfuturedevelopmenttrend.%文章弓|入不可感知汗液和可感知汗液的含義.在此基礎上，總結(jié)概括了出汗的定性測量、全身定量測量、局部總出汗測量以及局部非顯性出汗測量方法，進一步介紹了體重差法、貼片汗吸法和通氣汗囊法等3種目前常用的出汗量測量方式以及特點,最后對目前出汗率的測定相關(guān)研究狀況進行了總結(jié).【期刊名稱】《紡織導報》【年(卷)，期】2018(000)002【總頁數(shù)】4頁(P87-90)【關(guān)鍵詞】汗液分類;出汗定性測量;出汗定量測量;顯汗;潛汗【作者】張文歡;錢曉明;范金土;牛麗【作者單位】天津工業(yè)大學紡織學院;天津工業(yè)大學紡織學院;美國康奈爾大學纖維科學與服裝設計系;天津工業(yè)大學紡織學院【正文語種】中文【中圖分類】TS941.16眾所周知，在熱環(huán)境以及運動期間，汗水產(chǎn)生與蒸發(fā)對調(diào)節(jié)體內(nèi)核心溫度起到至關(guān)重要的作用。因此，出汗量的測量是生理學家評估人類體溫調(diào)節(jié)反應研究的一個重要組成部分。特定環(huán)境中，當輻射和對流不能夠使皮膚達到恒定溫度的情況下，人體將通過出汗來調(diào)節(jié)人體熱平衡。服裝的熱濕舒適性與出汗量也密切關(guān)聯(lián)。隨著相關(guān)研究的深入，目前對人體出汗量的研究已經(jīng)延伸到醫(yī)學、功能性服裝設計、服裝熱濕舒適性評價、暖體假人設計、職業(yè)衛(wèi)生、人體出汗量模型建立等領(lǐng)域。1汗液的分類汗液分為不可感知汗液（潛汗）和可感知汗液（顯汗），主要以汽態(tài)和液態(tài)2種形式存在，由不同的出汗機制形成。不可感知汗液是指水分的蒸發(fā)不能夠被人體察覺，以汽態(tài)汗形式存在，往往是指人體在較為舒適的環(huán)境條件下產(chǎn)生的蒸發(fā)汗。這種汗液的蒸發(fā)與汗腺基本沒有關(guān)系。當環(huán)境溫度升高或活動強度增大時，人體通過輻射和對流途徑散發(fā)的熱量不足以帶走代謝產(chǎn)生的熱量，為維持體熱平衡，汗腺開始分泌汗液，即可感知出汗。顯汗由2種汗腺產(chǎn)生，最主要的是小汗腺，小汗腺遍布全身并且產(chǎn)生含低濃度物質(zhì)的液體，主要成分是水、鈉、氯、鉀、鈣、尿素、乳酸及氨基酸等，通過汗液的排泄可起到散熱降溫、濕潤皮膚、排泄代謝產(chǎn)物、代替部分腎臟功能等作用；另夕卜有大汗腺，大汗腺與毛囊有關(guān)并因人而異。2出汗量的測試方法2.1出汗的定性測量方法在人體表面或者微氣候內(nèi)，對于汗液的定性測試即是否出現(xiàn)汗液的判斷對人體生理舒適度和服裝熱濕舒適性能具有重要意義。（1）碘淀粉法。將10g蓖麻油、15g10%的碘酊和75mL酒精配制的混合液涂在人體表面的測試部位，并在樣品干燥時涂覆淀粉，淀粉出現(xiàn)暗藍色時認定為出汗。（2）皮膚電阻法。當皮膚表面出現(xiàn)汗液，皮膚電阻探測器能夠監(jiān)測到皮膚表面電阻的變化，并且隨著出汗量的增大，電阻逐漸減小。（3）測濕法。利用電阻式露點濕度計測量皮膚表面由汗液引起的濕度變化。2.2全身出汗量的測試方法（1） 裸體體重差法。目前，測量全身出汗量的一種較為常用的方法稱為裸體體重差法。該方法是利用量程足夠測量人體體重和服裝的總重量、精確度很高的體重秤稱取實驗前后受試者的裸體體重差，該差值則為出汗量。同時，將該差值與時間、面積的比值稱為出汗率，即單位時間和面積內(nèi)人體的出汗量。出汗量=實驗前裸體重量-實驗后裸體重量；當實驗中包含喝水、排便和排尿等生理活動的情況下，出汗量=實驗前裸體重量-實驗后裸體重量+（實驗中飲水量-尿量-大便量）。（2） 著裝體重差法。通常蒸發(fā)汗液量=人體著裝狀態(tài)體重差-服裝測試前后重量差-人體呼吸排出水分-碳損失量。呼吸產(chǎn)生的水分主要利用濕式氣體流量計測量單位時間內(nèi)通氣量，分別使用氣體分析器和紅外線氣體分析儀測量人體攝入與排出氣體中的O2和CO2濃度，由此計算經(jīng)呼吸道排出的水分Wresp（g）及因呼出CO2吸入02引起的碳損失量。（3） 衣物增重法。對著強吸濕性衣物人體進行測試，在測試服裝外面罩不透氣雨衣以防水汽外漏，并在實驗結(jié)束后迅速收集體表汗液，稱取衣物、雨衣以及毛巾的共同重量差來表示人體出汗量。2.3局部總出汗的測量方法（1）紗布增重法。庫洪安等人將臨床病人在單位時間內(nèi)確定位置的汗液利用干紗布擦拭，稱取重量差，從而為病人的補水量提供參考依據(jù)。（2） 乙烯袋集汗法。Consolazio在經(jīng)相關(guān)清理（肥皂水、自來水、去離子水沖洗）的實驗者手臂上貼附聚乙烯袋，稱取聚乙烯袋的差值，計算手臂出汗量。（3） 紗布海綿墊法。VerdeT選擇在測量部位貼附紗布海綿墊，并且在表面貼附不透氣的塑料片，稱取固定時間內(nèi)的重量差值即為出汗量。（4） 貼片汗吸法。HavenitG等人首次將新型吸收劑應用到大面積人體皮膚表面的汗液收集上，達到同時測定身體各部位出汗率的效果。UedaH等人在高吸濕片狀吸濕物上增加黏合劑薄膜，既可以防止水汽蒸發(fā)，又能有效地與皮膚進行黏合，增加密封性，并在中間塊狀吸收物的外圍增加高吸濕的貼條以及聚氨酯海綿膠帶。（5） 蒸汽含量法。Alert和Palmes利用紅外氣體分析儀測量蒸發(fā)汗液量，隨后Takagi和Nakayama、Bullard分別利用濕度計測量水蒸汽的汗液量。（6） 膠囊貼敷法。Brisson利用一次性膠囊貼附在皮膚上，測量局部的出汗率，但是該方法在長時間測量時會發(fā)生漏氣，特別是在高溫高濕或者劇烈運動的情況下，超過45min時膠囊會發(fā)生變形。（7） 濾紙片法。20世紀70年代，日本學者山田敏男等人使用濾紙片分數(shù)次每間隔15min收集從受試者胸部和背部流出來的汗液，濾紙重量的增加量即為局部出汗量。（8） 通氣汗囊法。通氣汗囊法主要是由1個密閉的空間和1根軟管，在實驗進行之前可以進行獨立的通氣實驗，在軟管內(nèi)通入600mL/min的氣體進行干燥。入口的相對濕度為12%，向通氣汗囊內(nèi)輸入、輸出的相對濕度由電容濕度計進行測量，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每隔1s監(jiān)測入口和出口的溫濕度，通過計算得到出汗量。2.4非顯性出汗的測量方法人體局部非顯性出汗的測量研究對評價服裝的濕舒適性、改進服裝的結(jié)構(gòu)、完善暖體假人的非顯性出汗量以及對皮膚健康程度的評價有著重要的意義。(1)質(zhì)量差法。人體整體的非顯性出汗量是通過記錄受試者在穩(wěn)定環(huán)境中一定時間內(nèi)的質(zhì)量損失來表示，稱作質(zhì)量差法。人體局部的非顯性出汗量也可以借鑒此方法進行測量，李標利用質(zhì)量差法測試了人體前胸、后背、前臂、手臂的非顯性出汗率。電解濕度計法。首先將黏附有特定棉條的金屬杯貼附在人體表面，在其中不斷地通入干態(tài)氮氣，當汗液從皮膚表面蒸發(fā)，運用電解濕度計來確定人體表面的出汗量。Thiele等人利用電解濕度計測試了人體手臂的非顯性出汗量與溫度之間的關(guān)系。測試中發(fā)現(xiàn)，手和手臂在相同的實驗環(huán)境下有相同的趨勢。在皮膚溫度為21°C時，手部的出汗率為15~25凹H2O/(cm2?min);皮膚溫度為32°C時，出汗率高于150pgH2O/(cm2-min)o通氣室法。Lamke和Nilsson通過對靠近皮膚層的水蒸汽壓力梯度的計算，得到人體局部的非顯性出汗率，但是該方法必須在穩(wěn)定的環(huán)境內(nèi)進行測量。(4“令凝器室法。該裝置主要是在裝有溫濕度感應器的空心圓筒裝置上端由冷凝器覆蓋，并且窄小的結(jié)構(gòu)使得擴散成為裝置的唯一運輸途徑，當裝置接觸人體皮膚時，裝置內(nèi)的水蒸汽會令凝成冰，從而準確地測量實時的水蒸汽蒸發(fā)量。非通氣室法。1964年，Wallihan介紹了最早的電子封閉室裝置，用于測量植物葉片的水分損失。Wallihan使用1個圓柱形測量室，一端封閉，并配有1個電子濕度傳感器，與通氣室末端相連的葉子的水汽通量與內(nèi)部的濕度上升率來確定;這個圓柱形測量室還與管連接，在測量前后通入干燥空氣以便去除積聚的水蒸汽。Miller等人描述了用于TEWL測量的類似裝置，但沒有氣體吹掃設備。非通氣室法的特點是不依賴于穩(wěn)定的擴散環(huán)境，但不可以進行連續(xù)的測量。通氣汗囊法。在身體表面未出現(xiàn)明顯汗液的情況下，可利用通氣汗囊法測試人體表面的非顯性出汗量。3目前常用測試方法比較目前測量人體出汗量的常用方法為體重差法、貼片汗吸法和通氣汗囊法，比較這幾種方法，各有利弊。裸體體重差法和貼片汗吸法能夠測量服裝在一定時間內(nèi)的出汗率。裸體體重差法應將非出汗因素弓I起的體重變化對結(jié)果的影響考慮在內(nèi)，例如流體攝入量、排泄物。呼吸質(zhì)量損失以及新陳代謝質(zhì)量損失也不可忽視，二者結(jié)合產(chǎn)生的質(zhì)量損失約占總損失量的5%~15%，特別是在高強度運動（時間較長或強度過高）以及在寒冷干燥環(huán)境中產(chǎn)生的影響。裸體體重差法在某些場合并不適用，例如人體著裝狀態(tài)時的出汗率。貼片汗吸法會隨著體表汗液的堆積，在一定程度上抑制汗液的產(chǎn)生，從而產(chǎn)生誤差。另外，貼片汗吸法在測量人體腳部的過程中，鞋子本身也會產(chǎn)生一定的影響。該方法可追溯到20世紀30年代，具體是運用一種可吸性織物貼附在皮膚表面或?qū)⑵洳迦氩煌L的汗液吸收箱內(nèi)測量汗液的產(chǎn)生量。近年來主要利用高吸濕性材料制成的吸汗貼片貼附在皮膚表面，每隔3~4min進行更換，現(xiàn)有研究已應用于測量全身出汗量以及跑步人員、騎行者、足球運動員的局部出汗量。通氣汗囊法在人體表面有明顯汗液產(chǎn)生的情況下，測量的數(shù)據(jù)為人體被測部位的瞬時總出汗率；在人體表面沒有明顯汗液產(chǎn)生的情況下，測試結(jié)果為被測部位的瞬時非顯性出汗率。Albert和Palmes首先用紅外氣體分析儀描述這種測量蒸汽含量的方法，據(jù)Takay、Nakayama和Bullard報道，這種儀器在后續(xù)的改進中使用濕度計進行替換，但這只能夠測量有限的位置，無法進行大面積的測量；并且在測量的過程中，皮膚與環(huán)境之間的空氣流速和絕對濕度梯度的變化會極大程度上影響該方法的局部測量值。Morris等在相同的測試環(huán)境下比較了貼片汗吸法和通氣汗囊法2種方式，測量結(jié)果顯示，2種方法的測量結(jié)果不同主要是皮膚表面覆蓋率、汗腺密度、汗液輸出以及局部皮膚溫度不同導致貼片汗吸法測試結(jié)果偏低；在運動開始階段，貼片汗吸法測試結(jié)果比通氣汗囊法低35%左右，運動30min人體達到平衡狀態(tài)后，2種方法表現(xiàn)出極高的一致性，相差0.1mg/(min?cm2)。4總結(jié)目前針對人體在各種設定環(huán)境條件、不同姿勢以及不同運動狀態(tài)下各個不同部位的出汗量的研究層出不窮，針對此項研究的測試方法和測量設備也頗為眾多，較為常用的方法有體重差法、貼片汗吸法以及通氣汗囊法。3種方法各有利弊，在測量過程中應當根據(jù)測量目的擇優(yōu)而選，最大程度地降低因測試方案、測試方法的不同對測量結(jié)果帶來的影響。參考文獻【相關(guān)文獻】顧銳，張雪玲，李等松.沙漠、戈壁干熱環(huán)境行軍時出汗量的調(diào)查[J].中國公共衛(wèi)生學報，1995,1(3):137.魏洋，王革輝.不同環(huán)境溫度和活動強度下人體出汗率測定[J].中國個體防護裝備，2011:9-13.魏洋.人體全身及上身局部出汗率的測定[D].上海：東華大學，2011.庫洪安，趙玉香，趙麗.顯性出汗量的計算[J].實用護理雜志，2003,19(1):41.CONSOLAZIOFC,MATOUSHROL,NELSONAR,etal.Comparisonsofnitrogen,calciumandiodineexcretioninarmandtotalbodysweat[J].AmJClinNutr,1966(18):443-448.VERDET.ExerciseandHeat-inducedSweat,inBiochemistryofExercise[M].HumanKineticsPublishers,1983.HAVENITHG,FOGARTYA,BARTLETTR,etal.Maleandfemaleupperbodysweatdistributionduringrunningmeasuredwithtech-nicalabsorbents[J].EuropeanJournalofAppliedPhysiology,2008,104(2):245-255.UEDAH,INOUEY.Improvedprocedureforestimatingtimedependentchangesinlocalsweatratesbymeasuringlocalsweatvolumes[J].JournalofErgonomics,2013,3:121.ALBERTRE,PALMESED.Evaporativeratepatternsfromsmallskinareasasmeasuredbyaninfraredgasanalyzer[J].JournalofAppliedPhysiology,1951,4(3):208-214.TAKAGIK,NAKAYAMAT.Peripheraleffectormechanismofgalvanicskinreflex[J].TheJapaneseJournalofPhysiology,1959,9(1):1-7.BULLARDRW.Continuousrecordingofsweatingratebyresistancehygrometry[J].SpecialCommunications,1962,17(4):735-737.MACHADO-MOREIRACA,SMITHFM,VANDENHEUVELAMJ,etal.Sweatsecretionfromthetorsoduringpassivelyinducedandexercise-relatedhyperthermia[J].EuropeanJournalofAppliedPhysiology,2008,104(2):265-270.李標.人體局部非顯性出汗的測量研究[D].上海：東華大學，2016.THIELEFA,VANSENDENKG.Relationshipbetweenskintemp-eratureandtheinsensibleperspirationofthehumanskin[J].JournalofInvestigativeDermatology,1966,47(4):307-312.WALLIHANEF.Modificationanduseofanelectrichygrometerforestimatingrelativestomatalapertures[J].PlantPhysiology,1964,39(1):86-90.BAKERLB,STOFANJR,HAMILTONAA,etal.Comparisonofregionalpatchcollectionvs.wholebodywashdownformeasuringsweatsodiumandpotassiumlossduringexercise[J].JournalofAppliedPhysiology,2009,107(3):887-895.MAUGHANRJ,SHIRREFFSSM,LEIPERJB.Errorsintheestimationofhydrationstatusfromchangesinbodymass[J].JournalofSportsSciences,2007,25(7):797-804.ROGERSG,GOODMANC,ROSENC.Waterbudgetduringultra-enduranceexercise[J].MedicineandScienceinSportsandExercise,1997,29(11):1477-1481.CHEUVRONTSN,MONTAINSJ,GOODMANDA,etal.Evaluationofthelimitstoaccuratesweatlosspredictionduringprolongedexercise[J].EuropeanJournalofAppliedPhysiology,2007,101(2):215-224.CHEUVRONTSN,HAYMESEM.Adlibitumuidintakesandthermoregulatoryresponsesoffemaledistancerunnersinthreeenvironments[J].JournalofSportsSciences,2001,19(11):845-854.CHEUVRONTSN,HAYMESEM,SAWKAMN.Comparisonofsweatlossestimatesforwomenduringprolongedhighintensityrunning[J].MedicineandScienceinSportsandExercise,2002,34(8):1344-1350.BAINAR,DERENTM,JAYO.Describingindivi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