低温环境作业人员的 营养宁波市疾病预防控制中心 秦品章低温环境主要指环境温度在10以下的环境。常见于寒带及海拔较高地区的冬季（气候地理因素climatogeografic factors）及冷库作业（特殊作业条件）等。人体的实感温度，除了 外界的气温以外，还包 括当时环境空气的湿度 、风速等综合因素。 人体在低温环境中本身的生 理状况、作业的性质和条件 、机体对低温的耐受能力等 有较大的差异。因而对能量和各种营养素的 需求也不尽相同。第一节 低温环境作业人员生理及营 养代谢的改变一、低温环境对人体的影响 (一)低温环境对人体散热的影响 在寒冷环境中，因气温低、风速大 或衣着单薄，体热散失过快，极易 导致体温或局部肢体温度下降。 人体的能量绝大部分是通过皮肤直 接散热。几种主要的散热方式 1辐射散热 当气温低于皮肤温度时，则外 界物体吸收皮肤放散的能量(负 辐射方式)，外界温度愈低，负 辐射失热就愈多。几种主要的散热方式 2传导散热 机体通过直接接触低于皮肤 温度的物体，将体热放散。 散失能量取决于接触物体的 温度，温差越大，传导散热 越多。几种主要的散热方式 3对流散热 通过空气对流进行散热。当 外界风速大时，可促进对流 散热。机体有冷感，风速愈 大，对流散热愈多，冷感愈 强。几种主要的散热方式 4蒸发散热 环境温度超过体表温度时的唯一的散热方式。 在炎热条件下，人体主要靠蒸发散热，每蒸发1克 汗水可吸收2.44kJ(0.583kcal)的能量。 而在寒冷条件下蒸发散热的能量较小，但在进行 大强度训练或劳动时仍会出汗。 因此，暴露部位的皮肤，如脸、手等部位蒸发散 热不容忽视，可造成暴露部位散热过快，容易发 生冻伤。 (二)体温过低时物质代谢的变化 长时间在低温环境中可造成体 温过低冻僵(全身冻伤)。 过冷对全身的影响主要表现为 低体温引起的冻僵而产生的一 系列病理变化。体温过低时物质代谢的变化主要表 现在以下几个方面： 1耗氧量下降 耗氧量可作为总的物质代 谢状态的指标。耗氧量下降与中心体温下 降基本平行。 中心体温为32时，耗氧量为37时的65 70； 30时为5055； 28时为40； 25时为3035； 20时为20-25。体温过低时物质代谢的变化主要 表现在以下几个方面： 2呼吸商下降 体温过低时 ，随着耗氧量下降，产生的二 氧化碳减少，以及血浆中的溶 解度增高，呼吸商(RQ)低于正 常。 当体温为30时，呼吸商由 0.82降至0.65。 呼吸商（respiratoryquotient简称RQ），是指呼吸作用所 释放的CO2和吸收的O2的分子比。当蔗糖、葡萄糖或淀 粉等碳水化合物作为呼吸底物时，如果它们被完全氧化， 则细胞的耗氧量和释放CO2量相等，即RQ值约等于1。例 如，多种植物叶片的RQ约为1.05，禾谷类种子或其它淀 粉类种子萌发时，RQ接近1。一些含油和脂肪类种子萌发 时，RQ约为0.7。以油或脂肪作呼吸底物时，需要消耗大 量的O2。可以通过呼吸底物完全氧化的方程式来计算呼 吸商。动物体在同一时间内二氧化碳产生量与氧的消耗量的比值 。体温过低时物质代谢的变化主要 表现在以下几个方面： 3糖代谢异常 体温过低时糖代谢下降，表 现为与降温相平行的高血糖 。 体温过低时物质代谢的变化主要 表现在以下几个方面： 4水、电解质和酸碱平衡的改变 当体温低于28，电解质的变化首先表现为K+转 移至细胞内，Na+从细胞内转移到细胞外，并从 肾脏排出，导致渗透性利尿。随体温下降，呼吸 中枢受抑制，C02排出明显减少，导致呼吸性酸 中毒。体温过低时，由于组织的血流灌注明显减 少，可产生循环性缺氧，分解代谢从需氧分解转 为缺氧酵解，乳酸堆积增多，可发生代谢性酸中 毒。 (三)对消化功能及食欲的影响 低温环境中消化功能的主要变 化是胃酸分泌增多，胃液的酸 度增强，胃的排空减慢。 因此，食物在胃内的化学消化 过程比较充分。(三)对消化功能及食欲的影响 有人通过一年四个季节对同一人群 进行膳食调查以及对动物的观察中 发现，寒冷环境可使食欲增加，反 映了在寒冷环境中机体对能量需要 量增加，同时在低温环境中人们较 喜好能量多、脂肪多的食物，并有 喜进热食的习惯。 (四)低温环境对身体发育的影响 ( 研究的不多，至今还不是很明确) 环境低温极为复杂的环境不良因素 ，其对健康产生不同程度的影响取决 于： 对人体作用时间的长短 作用的强弱 机体代谢变化 营养方面存在的差异动物实验发现有人用出生后316天小鼠作低温和常温下 生长发育观察，发现低温下的小鼠发育迟 缓。另有实验发现，动物在低温下体重的变化 主要是依饲养条件而异，如低温下与常温 下给动物对照喂养，结果低温下动物体重 下降或增重减少，但如果低温和常温下动 物都自由进食，则低温下的动物食量增加 而体重超过常温鼠。人群观察结果对居住不同地区人群观察结果说明 ，不同气候带人体发育水平确有明 显差异。寒冷地区身体发育水平高，除不能 排除的地理、生活条件和遗传因素 等综合作用外，环境低温的影响也 是首先要考虑的一种因素。人群观察结果 我国北方人无论是男、女其身 高、体重均比南方人发育水平 高； 以1825岁为例，男性的身高 要高2.1cm，女性高1.7cm，体 重男性相差2.5kg，女性相差 1.9 kg。(五)低温与疾病发病率 在低温环境下，由寒冷引起 体温调节和血液循环障碍所 造成的冻伤； 其可分为局部性组织损伤和 全身性组织损伤。全身性损伤 全身性损伤包括冻僵和冻亡； 全身性冻伤主要原因是在寒冷环境 中停留时间过长，如停留在常年积 雪的高山及高纬度地区。 而饥饿、疲劳也是全身性冻伤的原 因之一。局部性损伤 局部性损伤包括局部冻伤、 冻疮、战壕足及浸泡足。 局部性损伤多发生在暴露部 位和四肢末端。心脏病、呼吸系统疾病和脑血管病心脏病、呼吸系统疾病 和脑血管病发病率和死 亡率上升。心脏病、呼吸系统疾病和脑血管病 据临床资料表明：寒冷的季节，特别是气 温骤然下降时，心、脑血管病的发病率明 显增加，死亡病例也随之增多。 原因主要是寒冷刺激交感神经兴奋，导致 细小动脉收缩，外周血管阻力增大，同时 血液粘稠度增高，血凝时间缩短，血流速 度缓慢，容易引起血液淤滞或血管梗死， 导致心、脑血管病的发生。心脏病、呼吸系统疾病和脑血管病 调查发现寒冷也是高血压发病的一 个因素之一。 故在低温环境，尤其是寒冷条件下 ，注意防寒保暖，作好个人防护， 并作好饮食保障工作，对防止冻伤 和其他疾病的发生尤为重要。二、低温环境作业对营养代谢 的影响 (一)能量消耗增加寒冷环境使人体能量消耗 较温带同等劳动强度为高 。(一)能量消耗增加 实验表明：摄取基本相同的膳食， 在寒冷环境中，每人每日需摄取 18.4MJ(4400kcal)的能量，而在温 带则为13.4MJ(3200kcal)。 在寒冷环境中能量消耗增加的原因 大概有以下几个方面：(一)能量消耗增加 1在寒区，人体基础代谢可 增高，一般认为基础代谢可 增高1015，总能量增 加525。 (一)能量消耗增加 2在低温环境下，人们穿着 笨重的防寒服装，增加了人 体额外负担，而且还造成人 体活动受到限制，行动笨重 不协调，这些都要使人体多 消耗能量。(一)能量消耗增加 3低温下甲状腺素分泌增加，使体内物质 氧化所释放的能量不能以三磷酸腺苷(ATP) 形式储存，而以热的形式向体外放散，即 发生氧化磷酸化解偶联现象，其结果表现 为机体能量消耗量增加。同时体内三羧酸 循环增强，涉及呼吸链的酶，如琥珀酸脱 氢酶和细胞色素氧化酶等酶的活力都增高 ，由此也必然使机体产能量增强。(一)能量消耗增加 在寒冷条件下，去甲肾上腺素和肾上 腺素的分泌增加，氧的摄取量也大为 提高。 以上这些都可增加机体产热。 因此，在低温环境下居住或劳动时， 应考虑地区性的差别，在制定膳食时 ，应适当增加产能营养物质的供应量 。 (二)蛋白质、脂肪、碳 水化合物的代谢1.蛋白质的代谢低温环境下，蛋白质代谢有所 增加，支链氨基酸的利用比较 活跃，但与脂肪和糖相比产热 十分有限。对膳食蛋白质推荐摄人量并无 特殊的要求，达到正常推荐摄 人量的上限即可。1.蛋白质的代谢 有研究证明，蛋白质含量高 的膳食比蛋白质含量低的膳 食更能保护动物在寒冷环境 中的存活率。1.蛋白质的代谢 有些氨基酸在寒冷适应过程 中也具有重要作用。 如甲硫氨酸经甲基转移作用 而提供一系列寒冷适应过程 中所必需的甲基，如肉碱 (carnitine)的合成。肉碱 左旋肉碱作为脂肪燃烧因子，其最重要的 作用是参与脂肪在体内的分解，并将分解 的脂肪酸转运到线粒体中消耗利用。促进 脂肪转化成能量，为机体增加额外的能量 来源。 对于运动员来说，及时补充左旋肉碱能 帮助保持肌肉围度。增加运动耐力，减轻 运动带来的疲劳感。 适用人群：适用于一般减肥者，运动员和 健身爱好者 1.蛋白质的代谢 肉碱是蛋白质、脂肪供能代谢中与脂 酸磷酸结合，通过线粒体膜释放能量 所必需的物质。 甲硫氨酸也供给形成脱氢酶所必需的 巯基，对提高耐寒能力十分重要. 酪氨酸亦可提高寒冷和高原环境下的 作业能力。1.蛋白质的代谢 据文献报道：冷应激可诱导机体金 属硫蛋白(MT)水平的增高。 有研究观察到不同MT表达的水平 与细胞耐寒力的关系，结果发现 MT表达上调可提高细胞对低温的 耐受性，MT含量越高对低温的耐 受性越大。2脂类代谢 在正常情况下，体内脂类代谢不仅 受膳食构成的影响，亦受环境因素 、生理状态的影响。 血浆通常作为脂类代谢的运输系统 ，组织、器官则作为脂类合成、转 化、贮存和分解氧化的场所，两系 统相互作用保持体内脂类的动态平 衡。2脂类代谢 当机体受寒冷刺激时，首先是 神经系统及其效应器官，如内 分泌器官和骨骼系统等发生改 变，继而出现一系列生理生化 功能、物质代谢过程的改变， 使得机体产热增加，散热减少 ，以维持体温。2脂类代谢 低温环境下机体能量消耗额 外增加，气温越低，能量消 耗越大，使体重下降，主要 是体脂的降低明显。2脂类代谢 兔子在4下间断冷暴露，每周3次，每次 10分钟，可见血清甘油三酯、总胆固醇、 高密度脂蛋白胆固醇和总脂含量均明显降 低。 大鼠在02冷暴露48小时，体重下降 12，体脂下降却达到32。 大鼠在5暴露48小时，血清总脂含量低于 正常。 2脂类代谢 大鼠在-5下冷暴露28天，无 论是静止状态还是运动状态， 都表现为血清乳糜微粒、极低 密度脂蛋白、低密度脂蛋白和 总胆固醇的降低。 这些说明了在寒冷环境下，机 体组织器官摄取利用脂肪速率 增加。2脂类代谢 士兵北极地区行军，气温在- 32，尽管能量测定结果为正 平衡，但体脂却丢失3.9kg，体 脂消耗系体内脂肪动员的结果 。2脂类代谢 在冷暴露时，血浆总脂水平多表现为 下降趋势。 有人观察6名2227岁男子在低温环境 中工作30、60和90分钟。发现工作后 皮肤温度、直肠温度均比在常温下低 。此时血浆中游离脂肪酸、葡萄糖、 乳酸、血红蛋白和血细胞比容均有显 著升高，但呼吸频率下降。表明人体 在低温下活动时，代谢特点之一是优 先利用脂肪。3碳水化合物代谢 有资料证明持久体温过低时(28 27)血糖升高更明显。 在复温时，血糖仍持续保持在较高 水平，直到24小时仍未恢复正常。 经动静脉血测定证明，高血糖是由 于组织摄取葡萄糖减少所致。3碳水化合物代谢 在低温环境下，机体营养素代谢 发生明显的变化，最具特征性的改