二、寒区环境对人体的影响

1.寒冷环境对人体生理功能的影响

在冷环境中人体散热增加，机体动员各系统功能增加产热、减少散热，以维持体热平衡，防止体温降低。严寒环境的作用往往超出人体体温调控能力，将引起人体局部或全身的温度变化，甚至造成冷损伤，还会影响心血管系统、呼吸系统、消化系统、泌尿系统以及血液系统等多系统的正常生理功能。寒冷环境因素造成的冷损伤及对人体各系统生理功能的影响必将对部队官兵健康和军事作业能力产生严重影响，增加部队非战斗减员，直接降低了军事作业能力，影响部队战斗力。

（1）对体热平衡的影响

1）产热增加：

人体在正常代谢过程中，各组织器官都产生一定热量。安静时，人体腹腔内脏及脑是主要产热器官，占总产热量的67%，其中肝脏产热最多，其次是肾和骨骼肌；而运动时，骨骼肌的产热量可达人体总热量的75%以上，即增加运动可有效地增加产热。 成年男子安静时代谢1 400～1 576KJ/h，持续重体力劳动时如挖战壕、负重行军等代谢产热率约为安静时的4～5 倍，最大有氧锻炼时可增加至安静时的10 倍，但一般只能维持很短时间。

人体冷暴露时的代谢产热可分为寒战产热与非寒战产热。在冷暴露环境下，未冷习服者以寒战产热为主，出现骨骼肌不随意的周期性收缩即寒战，呼吸、循环系统功能增强，肌肉氧耗增多，随之产热增加。寒战时肌肉收缩消耗的能量几乎全部转变为热量，产热量明显增高，通常寒战产热可达基础产热量的3～4 倍，最高可达6 倍，体心温度可升高0.5℃并维持较长时间，当体心温度接近35℃时寒战最剧烈，此后随着体心温度降低寒战逐渐减弱，体心温度降至33℃时寒战大部分停止。寒战的不利影响是耗能多，干扰有目的、协调的肌肉运动，寒战时肢体血流量增加、组织隔热作用降低，使机体的散热量增多。而冷习服者在冷暴露时，寒战明显减少，以非寒战产热部分或完全替代寒战产热，此时氧耗量明显增加，但肌电活动增加不明显。

2）散热加快：

寒冷条件下，热辐射、热传导、对流、蒸发4 种途径将人体的热能散发到环境中去，使机体的体热含量减少温度降低。

热辐射是指人体以热射线的形式将体热传给外界较冷物质的一种散热方式。人体在21℃的环境中，在裸体情况下，约有60%的热量是通过热辐射方式发散的。辐射散热量的多少主要取决于皮肤与周围环境之间的温度差，当皮肤温度高于环境温度时，温度差越大，单位时间的散热量就越多。此外，辐射散热还取决于机体的有效散热面积，有效散热面积越大，单位时间的散热量就越多。由于四肢的表面积较大，因而在辐射散热中起重要作用。

热传导是指机体的热量直接传给与之接触的温度较低物体的一种散热过程。经这种方式散失热量的多少取决于皮肤及与其接触物体之间的温度差和接触面积，以及与皮肤接触的物体的导热性能等。空气的导热性较小通过直接传导散热量极小，棉、毛织物也是热的不良导体，所以因传导散失的热量并不多，但在寒冷季节，裸手直接接触金属物体，热传导很快，手易于冻伤。

对流是指流体通过自身各部分的宏观流动实现热量传递的过程，如水或空气这样的流体，其内部由于各部分温度不同而造成的相对流动。当外界无风，衣着厚度足够时，皮肤表面的空气层相对静止，有保暖作用，但当外界风速较大时，促进对流散热，机体有冷感，风速越大，对流散热越多，冷感也越强，有冷空气穿透感。冷水浸泡通过对流散热，同样会导致人体体温降低；在20℃左右的海水中浸泡不足1 小时，体温会下降到30℃左右；浸泡在15℃水中存活时间不超过6 小时，在5℃水中裸体浸泡30 分钟左右即可发生肢体冻僵。

蒸发是指机体出汗或体表水分蒸发引起散热，蒸发1L 水的散热量约为2 259kJ。出汗和呼吸道不感蒸发是冷环境中散热的重要途径。如果行军训练时出汗多或雨雪沾湿衣服，可使衣着吸附水分过多，服装保暖性能下降，停止作业后，特别是有风时可加快机体热散失，使蒸发成为冷环境中散热的重要方式。

3）对人体热平衡的影响：

正常人体的产热量等于散热量，因此可达到人体的热平衡。当人进入寒冷环境时，人体散热增加，机体通过中枢神经系统的调节作用增加产热、减少散热，以维持体热平衡，防止体温降低。人体的热平衡状况可用热平衡方程式表示。

人体热平衡差=人体代谢产热传导热交换率+对流热交换率-蒸发散热率

在稳定的环境条件下，人体热平衡差为0，人体处于热平衡状态，人体的生理反应正常。一旦该平衡被打破，人体会有热债或热蓄积，甚至出现冷损伤或中暑等反应。

（2）对人体体温的影响：

体温是评价冷暴露对机体影响最有意义的生理指标，主要包括皮肤温度和体心温度。人裸体时的最适环境温度为27～29℃。环境温度降低时人体散热增加，机体通过神经系统的调节作用增加产热、减少散热，以维持体热平衡，防止体温降低。如果寒冷环境的作用超出体温调控范围，会造成人体局部或全身冷损伤。

1）皮肤温度：

指体表某个部位皮肤的温度。由于人体各部位几何形状不同、皮下脂肪和肌肉厚度不同、血管密度不同，在同一环境温度和着装的条件下，各部位的皮肤温度可有较大差异。如在室温条件下，手、脚处皮肤温度可较头、躯干处皮肤温度低8～10℃，任何部位的皮肤温度降至2℃时均会剧痛难忍，此为人体冷耐受的临界值。由于人体不同部位的皮肤温度有很大差异，为获取尽可能真实的皮肤温度，一般采用测定体表9 个部位或12 个部位（头、手、前臂、上臂、足、小腿、股内侧、股外侧、胸、腹、背上部、背下部）代表点的温度，再依据各测定部位面积占体表总面积的比例赋予不同的加权系数，计算加权平均皮肤温度（简称平均皮肤温度）。

人体冷暴露时，皮肤温度降低，而后逐渐波及四肢近端和躯干。在寒冷环境中，皮肤温度随受冷时间的延长和冷强度的加大而逐渐降低，并出现皮肤潮红、冷、胀、痛、麻等症状，感觉也逐渐减弱。手、足皮肤温度降至20℃时会感觉冷，降至10～16℃时感觉疼痛，手皮肤温度低于12℃时手指触觉敏感性及操作灵活性均明显降低。皮肤温度持续下降将导致皮下组织和肌肉温度降低，最终必将引起体温降低。

2）体心温度：

指身体内部的温度，即心、脑、肝、肾及肠道等部位的温度，亦称体核温度。通常可用直肠温度，鼓膜温度或食管温度表示，以直肠温度应用最多，其正常范围为36.9～37.9℃。持续暴露于寒冷环境时，除皮肤温度下降外，体心温度也下降。体心温度下降对人体的影响远比皮肤温度下降的影响严重得多，因为各脏器的功能及各种酶活性对温度变化均非常敏感，心脑功能的变化尤为明显，人体直肠温度以35℃作为耐受下限，当直肠温度降至35℃及其以下时，即视为低体温。因此，防寒工作最重要的是防止人体体心温度下降。

（3）对循环系统的影响

1）冷致加压反应：

指冷暴露引起血压升高的反应。通常指长时间置身于寒冷环境中，机体的循环系统会发生明显变化。其原因是冷暴露引起交感神经兴奋、血液儿茶酚胺浓度增高，从而使心排血量增加、血压上升、心率加快；冷暴露还使血液浓缩，如血液黏度、血细胞比容和血小板数升高，增大血流阻力和心脏负担。吸入冷空气常引起舒张压升高、心血管动力学改变及冠状动脉收缩，有诱发心绞痛的危险。

秋冬季节脑血管病的发病率占全年发病率的70%，一般认为，冷暴露及气温骤降是脑卒中诱发因素之一。血压正常者冬季血压最高，高血压患者冬季血压变化幅度更大。寒冷对中、老年人及心脑血管疾病患者循环系统产生的影响更严重。

2）冷致血管舒张反应：

是指冷暴露后血管舒缩功能的变化，该反应对体温调节和增强肢端抗冻能力有重要作用。在寒冷刺激下，外周血管和四肢小动脉收缩，使皮肤血流量减少，皮肤温度降低，以减少散热，皮肤血管收缩一定时间后，其动-静脉吻合支突然开放，皮肤温度回升，这一现象称为冷致血管舒张反应（cold induced vasodilation，CIVD），此时皮肤痛觉也呈现缓解或加剧的变化。CIVD 强弱与机体的抗冻能力有关，CIVD 反应强者抗冻能力也较强，冷习服训练及增加全身体热含量的因素均可增强CIVD。影响CIVD 的个体因素很多，包括年龄、性别、疲劳状况、精神压力、冷习服（适应）、耐寒训练、饮酒、吸烟以及血管病变等，评价CIVD 时需综合考虑上述因素。

（4）对呼吸系统的影响：

呼吸系统是机体和外界进行气体交换的器官的总称，包括呼吸道（鼻腔、咽、喉、气管、主支气管及各级分支气管）和肺泡。呼吸系统对突然的冷刺激反应非常强烈，急性和慢性冷暴露均会对呼吸系统造成一定影响。

吸入过冷空气可直接损伤上呼吸道黏膜，导致支气管分泌物增多，排出困难，严重时可发生呼吸道黏液溢出；还可使气道阻力增高，成为诱发冬季运动性哮喘的主要因素。大量过冷空气的吸入对呼吸道及肺实质的血流也有明显影响，表现为肺静脉收缩，严重时可引起进行性肺动脉高压甚至发生右心衰竭，多见于严寒季节在户外从事重体力劳动者。

（5）对消化系统的影响：

冷暴露对消化系统的影响很常见，包括功能性消化不良、消化道出血、消化性溃疡、胃炎、食管炎、胰腺炎等。在寒冷环境中，为了维持体温，人体血液循环系统发生变化，血液更多地流向周身，导致胃肠道血液分布减少，消化功能下降，易引发消化不良症状。此外，副交感神经系统，胃的迷走神经反射可使胃酸分泌过多，同时交感神经兴奋性增强，胃及十二指肠黏膜血管痉挛，使其抗酸能力大大减弱，容易引发胃及十二指肠溃疡。

（6）对泌尿系统的影响

1）寒冷性多尿：

在寒冷条件下，皮肤血管收缩使体内血流量增加，刺激胸腔内压力感受器，导致抗利尿激素分泌减少。体内血流量增加使肾小球滤过率增加，而抗利尿激素分泌减少抑制肾小管的重吸收功能，造成多尿。寒冷性利尿是冷暴露后最常见的现象之一。人体在10～15℃环境中裸体暴露1小时，尿量增加1.1 倍，Na+、Cl-和磷酸盐排出量增加，K+、Ca2+排出量不增加。急性冷暴露时，肾周围血管的收缩导致肾脏血液灌注不足，影响肾小球滤过功能，血清中尿素氮、肌酐含量明显增高，且冷暴露强度越强，时间越长，两者增高越明显；此外，在寒冷环境下，由皮肤排出的汗液和毒素减少，也会加重肾脏负担。

2）体液丢失：

寒冷会引起失水可能与抗利尿激素生成减少及不感蒸发增加有关。在人体实验中也观察到，冷暴露1 天时饮水减少、尿量增多，水的负平衡为233～249mL；冷暴露3 天后回到适宜温度环境，饮水量较在冷环境中增加57%且至少持续3 天。

（7）对血液系统的影响：

寒冷会导致血液浓缩的主要原因是寒冷性多尿。冷暴露引起的血液浓缩，使血浆蛋白含量和血细胞比容增高，血液流变性质异常。严寒暴露引起的血管内皮细胞损伤、坏死、脱落，使血管通透性增高，血浆外渗，血液流变性质异常，这与冻伤组织损伤有密切关系。

（8）对运动功能的影响：

寒冷会影响神经系统、肌肉和关节的功能，减弱肌肉的收缩力、协调性和灵活性，使人体的作业效率和精细作业能力下降，更容易疲劳。如手的皮肤温度降低至15.5℃操作功能开始受影响，降至10～12℃触觉明显减弱，降至4～5℃可失去触觉的鉴别能力和知觉。与此同时，冷暴露后脑作业效率也下降，表现为注意力不集中、作业错误率增多、反应时延长等，特别是观察距离较远的物体时视觉灵敏度减弱，还使警觉性降低，容易产生幻觉和错觉。寒冷对运动系统和神经系统的综合作用导致人体作业效率和能力降低。此外，笨重的防寒服往往会限制运动，降低协调能力，加大完成军事任务难度。

（9）对内分泌系统的影响：

冷暴露时，由于应激反应，垂体前叶促肾上腺激素分泌增多，使肾上腺皮质激素分泌增加，肾上腺皮质激素调节糖、蛋白质及脂肪代谢，可提高动物冷暴露时的存活率，对冷习服十分重要。动物冷暴露初期，伴随着促肾上腺皮质激素释放，肾上腺皮质对促肾上腺激素反应增强，肾上腺皮质激素分泌亢进、含量增加，并在此后的一段时间内保持较高水平。冷习服建立后，肾上腺皮质功能才恢复正常。

（10）对神经和心理功能的影响

1）对感知觉的影响：

低温暴露时，不影响视野和视反应，但易引起视觉疲劳，判断距离易出现错误；由于寒区湿冷空气凝结在眼镜或风镜上形成雾，容易造成视物不清；头巾、兜帽等头部防寒防沙装备也会影响视觉，使视野减小，妨碍执行任务，特别是操纵车辆和武器系统。冷暴露下机体的反应性、敏感性下降，精细触觉受到明显的影响，皮肤温度10～12℃时手的触觉明显下降，4～5℃时触觉的鉴别能力丧失，出现肢体麻木，痛觉敏感度严重降低。冷暴露可干扰知觉，体心温度32.5～35℃时中枢神经系统功能出现障碍，当体心温度降至30～30.6℃时，可出现意识丧失。

2）对记忆和睡眠的影响：

长时间处于严寒环境中，大脑会出现抑制现象，影响人的正常思维；严寒暴露还可导致记忆力减退、语言记忆的信息量减少，影响记忆能力。低体温和长期低温暴露可引起中枢神经系统功能降低，其中失忆和意识混乱是低温环境引起认知障碍的常见表现形式。严重的全身性低体温并伴随中心体温降低2～4℃可显著影响认知能力如记忆力和注意力，还可引起意识混乱、健忘、警觉性降低、注意力分散等症状。因此，在长时间低温暴露的情况下，个体必须保持较高水平的警戒性、注意力，对主要事件的回忆能力和主观能动性，以适应环境温度的改变，避免低温相关环境影响（如风暴、大雪、冰隙等）的威胁及其引起的身体不适（创伤、低体温、冻伤甚至导致死亡），总体上睡眠质量较差，表现为匹兹堡睡眠质量指数（pittsburgh sleep quality index，PSQI）增加。实际睡眠时，睡眠干扰因素主要是夜间易醒或早醒，夜间去厕所，感觉冷，夜间腿部抽动或痉挛，感觉疼痛等。

3）对心理活动能力的影响：

寒冷会降低人体的运动愿望，减少运动、保存能量，以便使体温保持在较为温暖的状态，在一定程度上降低了操作动机，影响完成任务操作。寒冷对心理活动能力的影响随温度降低而加重。研究表明，冷暴露时跟踪的熟练程度（反映感觉及运动能力的指标）大大下降，损害程度直接与冷环境温度和冷暴露时间有关。

4）对情绪情感的影响：

情绪和情感是人对客观事物所持的态度在内心中产生的体验和伴随的身心变化。情绪情感状态和唤醒水平对人的身心健康和活动效率有重要影响。

严寒环境可影响人的情绪，限制人体的活动，在一定程度上降低积极情绪，过度寒冷会使人产生感觉不适甚至痛苦的情感体验，导致精神状态恶化或忧虑、烦恼加重。人长时间在严寒环境中生活，如果缺乏活动，容易产生抑郁情绪。

2.人体对寒冷的习服和适应

机体冷暴露时，通过寒战、皮肤血管收缩、心率加快等方式，以最快的速度动员机体各系统的功能，增加产热、减少散热，提高机体应对寒冷刺激的承受能力和抵抗力，称为冷应激。人体一般4～6 周反复接受冷刺激，可发生一系列的适应性改变，表现为冷应激逐渐减弱，耐寒及抗冻能力明显增强，称为冷习服。冷习服的建立是在中枢神经系统调节下，神经系统、内分泌系统、组织细胞代谢等发生复杂的生理生化改变的过程，甚至可出现组织形态学变化，这些改变的最终结果是使机体增强了防寒防冻能力。与世居寒带的人群不同，这种经过冷暴露锻炼而获得的冷习服，其稳定性较差，一般在人体脱离冷环境1～3 个月后即告消退，称为脱冷习服。而寒带世居者，如鄂伦春族、因纽特人等，其冷习服程度高且稳定，并且具有生理、生化以至形态学等方面的特征性改变，可以世代遗传，称之为冷适应，这类人群具有较强的耐寒抗冻能力，且不易脱冷习服。

3.过冷环境对机体的影响

（1）全身影响：

当人体突然暴露在极端寒冷环境时，最初发生强烈寒战，代谢增强，随后，体温开始下降。当直肠温度降至35℃时，代谢开始减弱；降至33～30℃时，寒战停止，发生肌僵，即所谓冻僵，降至31℃时，意识不清，降至27℃以下时，肌僵消失，降至25～24℃时，可致死亡。如果身体暴露在一般寒冷环境时间过久，体温也会逐渐下降，但寒战持续时间较长。体温降低引起死亡的主要原因是心脏的变化。

（2）局部影响：

当局部受到突然或长时间寒冷作用时，血管极度收缩，血流量减少，温度下降。当组织温度下降到冰点以下时，组织中的水开始冻结，并导致细胞间电解质浓度增高，损伤细胞膜，使细胞脱水，能量物质（三磷酸腺苷）、细胞色素C、辅酶A 和电解质丢失，代谢率下降（约50%）。复温后，细胞代谢一度回升，但由于末梢血管扩张，瘀血，甚至形成血栓，致使受冻部位供血不足，组织缺氧和代谢障碍，轻者可恢复，重者组织坏死。