二、寒區環境對人體的影響

1.寒冷環境對人體生理功能的影響

在冷環境中人體散熱增加，機體動員各系統功能增加產熱、減少散熱，以維持體熱平衡，防止體溫降低。嚴寒環境的作用往往超出人體體溫調控能力，將引起人體局部或全身的溫度變化，甚至造成冷損傷，還會影響心血管系統、呼吸系統、消化系統、泌尿系統以及血液系統等多系統的正常生理功能。寒冷環境因素造成的冷損傷及對人體各系統生理功能的影響必將對部隊官兵健康和軍事作業能力產生嚴重影響，增加部隊非戰斗減員，直接降低了軍事作業能力，影響部隊戰斗力。

（1）對體熱平衡的影響

1）產熱增加：

人體在正常代謝過程中，各組織器官都產生一定熱量。安靜時，人體腹腔內臟及腦是主要產熱器官，占總產熱量的67%，其中肝臟產熱最多，其次是腎和骨骼肌；而運動時，骨骼肌的產熱量可達人體總熱量的75%以上，即增加運動可有效地增加產熱。 成年男子安靜時代謝1 400～1 576KJ/h，持續重體力勞動時如挖戰壕、負重行軍等代謝產熱率約為安靜時的4～5 倍，最大有氧鍛煉時可增加至安靜時的10 倍，但一般只能維持很短時間。

人體冷暴露時的代謝產熱可分為寒戰產熱與非寒戰產熱。在冷暴露環境下，未冷習服者以寒戰產熱為主，出現骨骼肌不隨意的周期性收縮即寒戰，呼吸、循環系統功能增強，肌肉氧耗增多，隨之產熱增加。寒戰時肌肉收縮消耗的能量幾乎全部轉變為熱量，產熱量明顯增高，通常寒戰產熱可達基礎產熱量的3～4 倍，最高可達6 倍，體心溫度可升高0.5℃并維持較長時間，當體心溫度接近35℃時寒戰最劇烈，此后隨著體心溫度降低寒戰逐漸減弱，體心溫度降至33℃時寒戰大部分停止。寒戰的不利影響是耗能多，干擾有目的、協調的肌肉運動，寒戰時肢體血流量增加、組織隔熱作用降低，使機體的散熱量增多。而冷習服者在冷暴露時，寒戰明顯減少，以非寒戰產熱部分或完全替代寒戰產熱，此時氧耗量明顯增加，但肌電活動增加不明顯。

2）散熱加快：

寒冷條件下，熱輻射、熱傳導、對流、蒸發4 種途徑將人體的熱能散發到環境中去，使機體的體熱含量減少溫度降低。

熱輻射是指人體以熱射線的形式將體熱傳給外界較冷物質的一種散熱方式。人體在21℃的環境中，在裸體情況下，約有60%的熱量是通過熱輻射方式發散的。輻射散熱量的多少主要取決于皮膚與周圍環境之間的溫度差，當皮膚溫度高于環境溫度時，溫度差越大，單位時間的散熱量就越多。此外，輻射散熱還取決于機體的有效散熱面積，有效散熱面積越大，單位時間的散熱量就越多。由于四肢的表面積較大，因而在輻射散熱中起重要作用。

熱傳導是指機體的熱量直接傳給與之接觸的溫度較低物體的一種散熱過程。經這種方式散失熱量的多少取決于皮膚及與其接觸物體之間的溫度差和接觸面積，以及與皮膚接觸的物體的導熱性能等。空氣的導熱性較小通過直接傳導散熱量極小，棉、毛織物也是熱的不良導體，所以因傳導散失的熱量并不多，但在寒冷季節，裸手直接接觸金屬物體，熱傳導很快，手易于凍傷。

對流是指流體通過自身各部分的宏觀流動實現熱量傳遞的過程，如水或空氣這樣的流體，其內部由于各部分溫度不同而造成的相對流動。當外界無風，衣著厚度足夠時，皮膚表面的空氣層相對靜止，有保暖作用，但當外界風速較大時，促進對流散熱，機體有冷感，風速越大，對流散熱越多，冷感也越強，有冷空氣穿透感。冷水浸泡通過對流散熱，同樣會導致人體體溫降低；在20℃左右的海水中浸泡不足1 小時，體溫會下降到30℃左右；浸泡在15℃水中存活時間不超過6 小時，在5℃水中裸體浸泡30 分鐘左右即可發生肢體凍僵。

蒸發是指機體出汗或體表水分蒸發引起散熱，蒸發1L 水的散熱量約為2 259kJ。出汗和呼吸道不感蒸發是冷環境中散熱的重要途徑。如果行軍訓練時出汗多或雨雪沾濕衣服，可使衣著吸附水分過多，服裝保暖性能下降，停止作業后，特別是有風時可加快機體熱散失，使蒸發成為冷環境中散熱的重要方式。

3）對人體熱平衡的影響：

正常人體的產熱量等于散熱量，因此可達到人體的熱平衡。當人進入寒冷環境時，人體散熱增加，機體通過中樞神經系統的調節作用增加產熱、減少散熱，以維持體熱平衡，防止體溫降低。人體的熱平衡狀況可用熱平衡方程式表示。

人體熱平衡差=人體代謝產熱傳導熱交換率+對流熱交換率-蒸發散熱率

在穩定的環境條件下，人體熱平衡差為0，人體處于熱平衡狀態，人體的生理反應正常。一旦該平衡被打破，人體會有熱債或熱蓄積，甚至出現冷損傷或中暑等反應。

（2）對人體體溫的影響：

體溫是評價冷暴露對機體影響最有意義的生理指標，主要包括皮膚溫度和體心溫度。人裸體時的最適環境溫度為27～29℃。環境溫度降低時人體散熱增加，機體通過神經系統的調節作用增加產熱、減少散熱，以維持體熱平衡，防止體溫降低。如果寒冷環境的作用超出體溫調控范圍，會造成人體局部或全身冷損傷。

1）皮膚溫度：

指體表某個部位皮膚的溫度。由于人體各部位幾何形狀不同、皮下脂肪和肌肉厚度不同、血管密度不同，在同一環境溫度和著裝的條件下，各部位的皮膚溫度可有較大差異。如在室溫條件下，手、腳處皮膚溫度可較頭、軀干處皮膚溫度低8～10℃，任何部位的皮膚溫度降至2℃時均會劇痛難忍，此為人體冷耐受的臨界值。由于人體不同部位的皮膚溫度有很大差異，為獲取盡可能真實的皮膚溫度，一般采用測定體表9 個部位或12 個部位（頭、手、前臂、上臂、足、小腿、股內側、股外側、胸、腹、背上部、背下部）代表點的溫度，再依據各測定部位面積占體表總面積的比例賦予不同的加權系數，計算加權平均皮膚溫度（簡稱平均皮膚溫度）。

人體冷暴露時，皮膚溫度降低，而后逐漸波及四肢近端和軀干。在寒冷環境中，皮膚溫度隨受冷時間的延長和冷強度的加大而逐漸降低，并出現皮膚潮紅、冷、脹、痛、麻等癥狀，感覺也逐漸減弱。手、足皮膚溫度降至20℃時會感覺冷，降至10～16℃時感覺疼痛，手皮膚溫度低于12℃時手指觸覺敏感性及操作靈活性均明顯降低。皮膚溫度持續下降將導致皮下組織和肌肉溫度降低，最終必將引起體溫降低。

2）體心溫度：

指身體內部的溫度，即心、腦、肝、腎及腸道等部位的溫度，亦稱體核溫度。通常可用直腸溫度，鼓膜溫度或食管溫度表示，以直腸溫度應用最多，其正常范圍為36.9～37.9℃。持續暴露于寒冷環境時，除皮膚溫度下降外，體心溫度也下降。體心溫度下降對人體的影響遠比皮膚溫度下降的影響嚴重得多，因為各臟器的功能及各種酶活性對溫度變化均非常敏感，心腦功能的變化尤為明顯，人體直腸溫度以35℃作為耐受下限，當直腸溫度降至35℃及其以下時，即視為低體溫。因此，防寒工作最重要的是防止人體體心溫度下降。

（3）對循環系統的影響

1）冷致加壓反應：

指冷暴露引起血壓升高的反應。通常指長時間置身于寒冷環境中，機體的循環系統會發生明顯變化。其原因是冷暴露引起交感神經興奮、血液兒茶酚胺濃度增高，從而使心排血量增加、血壓上升、心率加快；冷暴露還使血液濃縮，如血液黏度、血細胞比容和血小板數升高，增大血流阻力和心臟負擔。吸入冷空氣常引起舒張壓升高、心血管動力學改變及冠狀動脈收縮，有誘發心絞痛的危險。

秋冬季節腦血管病的發病率占全年發病率的70%，一般認為，冷暴露及氣溫驟降是腦卒中誘發因素之一。血壓正常者冬季血壓最高，高血壓患者冬季血壓變化幅度更大。寒冷對中、老年人及心腦血管疾病患者循環系統產生的影響更嚴重。

2）冷致血管舒張反應：

是指冷暴露后血管舒縮功能的變化，該反應對體溫調節和增強肢端抗凍能力有重要作用。在寒冷刺激下，外周血管和四肢小動脈收縮，使皮膚血流量減少，皮膚溫度降低，以減少散熱，皮膚血管收縮一定時間后，其動-靜脈吻合支突然開放，皮膚溫度回升，這一現象稱為冷致血管舒張反應（cold induced vasodilation，CIVD），此時皮膚痛覺也呈現緩解或加劇的變化。CIVD 強弱與機體的抗凍能力有關，CIVD 反應強者抗凍能力也較強，冷習服訓練及增加全身體熱含量的因素均可增強CIVD。影響CIVD 的個體因素很多，包括年齡、性別、疲勞狀況、精神壓力、冷習服（適應）、耐寒訓練、飲酒、吸煙以及血管病變等，評價CIVD 時需綜合考慮上述因素。

（4）對呼吸系統的影響：

呼吸系統是機體和外界進行氣體交換的器官的總稱，包括呼吸道（鼻腔、咽、喉、氣管、主支氣管及各級分支氣管）和肺泡。呼吸系統對突然的冷刺激反應非常強烈，急性和慢性冷暴露均會對呼吸系統造成一定影響。

吸入過冷空氣可直接損傷上呼吸道黏膜，導致支氣管分泌物增多，排出困難，嚴重時可發生呼吸道黏液溢出；還可使氣道阻力增高，成為誘發冬季運動性哮喘的主要因素。大量過冷空氣的吸入對呼吸道及肺實質的血流也有明顯影響，表現為肺靜脈收縮，嚴重時可引起進行性肺動脈高壓甚至發生右心衰竭，多見于嚴寒季節在戶外從事重體力勞動者。

（5）對消化系統的影響：

冷暴露對消化系統的影響很常見，包括功能性消化不良、消化道出血、消化性潰瘍、胃炎、食管炎、胰腺炎等。在寒冷環境中，為了維持體溫，人體血液循環系統發生變化，血液更多地流向周身，導致胃腸道血液分布減少，消化功能下降，易引發消化不良癥狀。此外，副交感神經系統，胃的迷走神經反射可使胃酸分泌過多，同時交感神經興奮性增強，胃及十二指腸黏膜血管痙攣，使其抗酸能力大大減弱，容易引發胃及十二指腸潰瘍。

（6）對泌尿系統的影響

1）寒冷性多尿：

在寒冷條件下，皮膚血管收縮使體內血流量增加，刺激胸腔內壓力感受器，導致抗利尿激素分泌減少。體內血流量增加使腎小球濾過率增加，而抗利尿激素分泌減少抑制腎小管的重吸收功能，造成多尿。寒冷性利尿是冷暴露后最常見的現象之一。人體在10～15℃環境中裸體暴露1小時，尿量增加1.1 倍，Na+、Cl-和磷酸鹽排出量增加，K+、Ca2+排出量不增加。急性冷暴露時，腎周圍血管的收縮導致腎臟血液灌注不足，影響腎小球濾過功能，血清中尿素氮、肌酐含量明顯增高，且冷暴露強度越強，時間越長，兩者增高越明顯；此外，在寒冷環境下，由皮膚排出的汗液和毒素減少，也會加重腎臟負擔。

2）體液丟失：

寒冷會引起失水可能與抗利尿激素生成減少及不感蒸發增加有關。在人體實驗中也觀察到，冷暴露1 天時飲水減少、尿量增多，水的負平衡為233～249mL；冷暴露3 天后回到適宜溫度環境，飲水量較在冷環境中增加57%且至少持續3 天。

（7）對血液系統的影響：

寒冷會導致血液濃縮的主要原因是寒冷性多尿。冷暴露引起的血液濃縮，使血漿蛋白含量和血細胞比容增高，血液流變性質異常。嚴寒暴露引起的血管內皮細胞損傷、壞死、脫落，使血管通透性增高，血漿外滲，血液流變性質異常，這與凍傷組織損傷有密切關系。

（8）對運動功能的影響：

寒冷會影響神經系統、肌肉和關節的功能，減弱肌肉的收縮力、協調性和靈活性，使人體的作業效率和精細作業能力下降，更容易疲勞。如手的皮膚溫度降低至15.5℃操作功能開始受影響，降至10～12℃觸覺明顯減弱，降至4～5℃可失去觸覺的鑒別能力和知覺。與此同時，冷暴露后腦作業效率也下降，表現為注意力不集中、作業錯誤率增多、反應時延長等，特別是觀察距離較遠的物體時視覺靈敏度減弱，還使警覺性降低，容易產生幻覺和錯覺。寒冷對運動系統和神經系統的綜合作用導致人體作業效率和能力降低。此外，笨重的防寒服往往會限制運動，降低協調能力，加大完成軍事任務難度。

（9）對內分泌系統的影響：

冷暴露時，由于應激反應，垂體前葉促腎上腺激素分泌增多，使腎上腺皮質激素分泌增加，腎上腺皮質激素調節糖、蛋白質及脂肪代謝，可提高動物冷暴露時的存活率，對冷習服十分重要。動物冷暴露初期，伴隨著促腎上腺皮質激素釋放，腎上腺皮質對促腎上腺激素反應增強，腎上腺皮質激素分泌亢進、含量增加，并在此后的一段時間內保持較高水平。冷習服建立后，腎上腺皮質功能才恢復正常。

（10）對神經和心理功能的影響

1）對感知覺的影響：

低溫暴露時，不影響視野和視反應，但易引起視覺疲勞，判斷距離易出現錯誤；由于寒區濕冷空氣凝結在眼鏡或風鏡上形成霧，容易造成視物不清；頭巾、兜帽等頭部防寒防沙裝備也會影響視覺，使視野減小，妨礙執行任務，特別是操縱車輛和武器系統。冷暴露下機體的反應性、敏感性下降，精細觸覺受到明顯的影響，皮膚溫度10～12℃時手的觸覺明顯下降，4～5℃時觸覺的鑒別能力喪失，出現肢體麻木，痛覺敏感度嚴重降低。冷暴露可干擾知覺，體心溫度32.5～35℃時中樞神經系統功能出現障礙，當體心溫度降至30～30.6℃時，可出現意識喪失。

2）對記憶和睡眠的影響：

長時間處于嚴寒環境中，大腦會出現抑制現象，影響人的正常思維；嚴寒暴露還可導致記憶力減退、語言記憶的信息量減少，影響記憶能力。低體溫和長期低溫暴露可引起中樞神經系統功能降低，其中失憶和意識混亂是低溫環境引起認知障礙的常見表現形式。嚴重的全身性低體溫并伴隨中心體溫降低2～4℃可顯著影響認知能力如記憶力和注意力，還可引起意識混亂、健忘、警覺性降低、注意力分散等癥狀。因此，在長時間低溫暴露的情況下，個體必須保持較高水平的警戒性、注意力，對主要事件的回憶能力和主觀能動性，以適應環境溫度的改變，避免低溫相關環境影響（如風暴、大雪、冰隙等）的威脅及其引起的身體不適（創傷、低體溫、凍傷甚至導致死亡），總體上睡眠質量較差，表現為匹茲堡睡眠質量指數（pittsburgh sleep quality index，PSQI）增加。實際睡眠時，睡眠干擾因素主要是夜間易醒或早醒，夜間去廁所，感覺冷，夜間腿部抽動或痙攣，感覺疼痛等。

3）對心理活動能力的影響：

寒冷會降低人體的運動愿望，減少運動、保存能量，以便使體溫保持在較為溫暖的狀態，在一定程度上降低了操作動機，影響完成任務操作。寒冷對心理活動能力的影響隨溫度降低而加重。研究表明，冷暴露時跟蹤的熟練程度（反映感覺及運動能力的指標）大大下降，損害程度直接與冷環境溫度和冷暴露時間有關。

4）對情緒情感的影響：

情緒和情感是人對客觀事物所持的態度在內心中產生的體驗和伴隨的身心變化。情緒情感狀態和喚醒水平對人的身心健康和活動效率有重要影響。

嚴寒環境可影響人的情緒，限制人體的活動，在一定程度上降低積極情緒，過度寒冷會使人產生感覺不適甚至痛苦的情感體驗，導致精神狀態惡化或憂慮、煩惱加重。人長時間在嚴寒環境中生活，如果缺乏活動，容易產生抑郁情緒。

2.人體對寒冷的習服和適應

機體冷暴露時，通過寒戰、皮膚血管收縮、心率加快等方式，以最快的速度動員機體各系統的功能，增加產熱、減少散熱，提高機體應對寒冷刺激的承受能力和抵抗力，稱為冷應激。人體一般4～6 周反復接受冷刺激，可發生一系列的適應性改變，表現為冷應激逐漸減弱，耐寒及抗凍能力明顯增強，稱為冷習服。冷習服的建立是在中樞神經系統調節下，神經系統、內分泌系統、組織細胞代謝等發生復雜的生理生化改變的過程，甚至可出現組織形態學變化，這些改變的最終結果是使機體增強了防寒防凍能力。與世居寒帶的人群不同，這種經過冷暴露鍛煉而獲得的冷習服，其穩定性較差，一般在人體脫離冷環境1～3 個月后即告消退，稱為脫冷習服。而寒帶世居者，如鄂倫春族、因紐特人等，其冷習服程度高且穩定，并且具有生理、生化以至形態學等方面的特征性改變，可以世代遺傳，稱之為冷適應，這類人群具有較強的耐寒抗凍能力，且不易脫冷習服。

3.過冷環境對機體的影響

（1）全身影響：

當人體突然暴露在極端寒冷環境時，最初發生強烈寒戰，代謝增強，隨后，體溫開始下降。當直腸溫度降至35℃時，代謝開始減弱；降至33～30℃時，寒戰停止，發生肌僵，即所謂凍僵，降至31℃時，意識不清，降至27℃以下時，肌僵消失，降至25～24℃時，可致死亡。如果身體暴露在一般寒冷環境時間過久，體溫也會逐漸下降，但寒戰持續時間較長。體溫降低引起死亡的主要原因是心臟的變化。

（2）局部影響：

當局部受到突然或長時間寒冷作用時，血管極度收縮，血流量減少，溫度下降。當組織溫度下降到冰點以下時，組織中的水開始凍結，并導致細胞間電解質濃度增高，損傷細胞膜，使細胞脫水，能量物質（三磷酸腺苷）、細胞色素C、輔酶A 和電解質丟失，代謝率下降（約50%）。復溫后，細胞代謝一度回升，但由于末梢血管擴張，瘀血，甚至形成血栓，致使受凍部位供血不足，組織缺氧和代謝障礙，輕者可恢復，重者組織壞死。