Kontekst badania
Pandemia COVID-19 uwydatniła problem stresu cieplnego wśród pracowników służby zdrowia, którzy noszą szczelne ubrania ochronne (MPC). Te ubrania ograniczają wymianę ciepła z otoczeniem, co prowadzi do przegrzania, zmęczenia oraz innych problemów zdrowotnych. Dotychczasowe rozwiązania, takie jak ubrania chłodzące z materiałów fazowo-zmiennych (PCM), okazały się niewystarczająco skuteczne lub zbyt krótkotrwałe. Badacze postanowili opracować nowe, przenośne urządzenie do chłodzenia oparte na technologii półprzewodników, które mogłoby efektywnie chłodzić organizm w trudnych warunkach wysokiej temperatury i wilgotności.
Metody badawcze
Badanie przeprowadzono na dziesięciu zdrowych mężczyznach, którzy uczestniczyli w dwóch symulacjach wysiłku fizycznego: niskiej intensywności (88 minut ćwiczeń rąk) oraz umiarkowanej intensywności (chodzenie na bieżni). W badaniu zastosowano kamizelkę chłodzącą z termoplastycznego poliuretanu (TPU), którą zakładano pod MPC. Kamizelka była połączona z urządzeniem chłodzącym opartym na półprzewodniku, które generowało zimną wodę, krążącą w zamkniętym obiegu przez kamizelkę. Badanie miało na celu sprawdzenie wpływu nowego rozwiązania na temperaturę skóry, tętno oraz poziom odczuwanego komfortu termicznego i zmęczenia.
Rezultaty badań i ich interpretacja
W badaniu oceniono wpływ kamizelki chłodzącej na parametry fizjologiczne i odczucia komfortu w dwóch scenariuszach: podczas ćwiczeń o niskiej intensywności oraz umiarkowanej intensywności.
- Parametry fizjologiczne:
- Temperatura skóry: Kamizelka SLCG skutecznie obniżała średnią temperaturę skóry i temperaturę na torsie podczas ćwiczeń o niskiej intensywności (Prot.1) i umiarkowanej intensywności (Prot.2). W Prot.1 średnia temperatura skóry (Tsk) była stabilna i wynosiła 33,9–34,3°C, co mieści się w komfortowym zakresie termicznym (33–34°C). Redukcja temperatury skóry w miejscach chłodzonych kamizelką wynosiła 1,5–2,6°C, szczególnie na torsie, plecach, brzuchu oraz ramionach. Podczas Prot.2 chłodzenie było mniej efektywne, ale nadal zmniejszało temperaturę skóry o 0,5–1,8°C.
- Tętno: W Prot.1 kamizelka SLCG redukowała tętno średnio o 10-15 uderzeń na minutę w porównaniu do grupy kontrolnej bez chłodzenia. Obniżone tętno jest wynikiem skuteczniejszego chłodzenia, które zmniejsza zapotrzebowanie organizmu na przepływ krwi w celu schłodzenia skóry. W Prot.2 różnica w tętnie między warunkami chłodzenia i kontrolnymi nie była już znacząca.
- Utrata potu: Kamizelka zmniejszyła utratę potu podczas Prot.1 o około 40% w porównaniu do grupy bez chłodzenia. To oznacza mniejsze odwodnienie oraz większy komfort użytkownika. Podczas Prot.2, przy umiarkowanej intensywności ćwiczeń, różnica w ilości potu była niewielka, co sugeruje, że podczas intensywniejszej aktywności urządzenie może nie wystarczać do pełnego ograniczenia pocenia się.
- Odczucia subiektywne:
- Odczucie ciepła (TS): Kamizelka znacząco poprawiała odczucie termiczne badanych. W Prot.1 odczuwali oni chłodniejszą temperaturę całego ciała, a także szczególne ochłodzenie w obszarze torsu, głowy i szyi, oraz nóg, co potwierdzało, że lokalne chłodzenie wpływa na komfort całego ciała. Podczas Prot.2 poprawa odczucia termicznego była głównie zauważalna w okolicach torsu.
- Odczucie wilgotności skóry (WS): Kamizelka SLCG wyraźnie zmniejszyła odczucie wilgotności na skórze, co świadczy o mniejszej potliwości i efektywniejszym chłodzeniu. W Prot.1 odczucie wilgotności utrzymywało się na poziomie „lekko suche”, co pozytywnie wpłynęło na komfort użytkowników. Podczas Prot.2 odczucie wilgotności było korzystnie niższe jedynie na torsie, co odzwierciedla niższą skuteczność chłodzenia przy intensywniejszym wysiłku.
- Odczucie komfortu (CS): Podczas Prot.1 kamizelka znacznie poprawiała odczucie komfortu, szczególnie w obszarze torsu, głowy i ramion, które były lepiej chłodzone. Komfort termiczny był też odczuwalnie wyższy w całym ciele, a odczucia komfortu pozostawały stabilne przez cały okres testów. W Prot.2 kamizelka nadal zapewniała odczuwalny komfort głównie w obszarze torsu.
- Ocena wysiłku (RPE):
- Podczas Prot.1 odczuwany poziom wysiłku był istotnie niższy w warunkach chłodzenia (odczucie „bardzo lekkiego” do „lekkiego” wysiłku), co oznacza, że SLCG zmniejszyła subiektywne obciążenie fizyczne. Podczas Prot.2 różnica w RPE była niewielka, co wskazuje, że przy intensywniejszym wysiłku efekt chłodzenia kamizelki jest mniej odczuwalny.
- Ograniczenia kamizelki:
- Podczas Prot.2, przy intensywniejszym wysiłku, efekt chłodzenia kamizelki był ograniczony, co sugeruje konieczność dalszego udoskonalenia technologii, by zapewnić większą skuteczność chłodzenia w bardziej wymagających warunkach.
Rezultaty te wskazują, że kamizelka SLCG skutecznie redukuje stres cieplny w warunkach niskiej do umiarkowanej aktywności, zwłaszcza w obszarze torsu, a jej zastosowanie może poprawić komfort termiczny pracowników służby zdrowia w warunkach wysokiej temperatury i wilgotności.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badanie miało kilka ograniczeń, takich jak stosunkowo mała grupa badanych oraz testowanie wyłącznie na zdrowych mężczyznach, co ogranicza możliwość generalizacji wyników. Ponadto kamizelka chłodząca może być mniej skuteczna w ekstremalnych warunkach lub podczas intensywniejszych aktywności fizycznych.
Publikacja ukazała się w czasopiśmie Building and Environment