热习服是指在热刺激的反复长期作用下建立的一系列生理、心理、行为、形态方面的适应性反应，最终使生理热紧张状态获得暂时性改善、耐热能力提高的一种现象。根据热习服形成途径的不同，通常可分为自然热环境习服（heat acclimatization）和人工热环境习服（heat acclimation）。近年来，随着全球气候变化，高温作业导致的劳力型热射病严重威胁特殊职业者（军人、消防员、运动员等）的健康和生命安全。流行病学资料显示，军事作业劳力型热射病发生率可达0.2/1 000人年~10.5/1 000人年，ICU病死率高达26.5%^[1-2]。热习服训练可显著提高人体热环境的适应能力，有效降低热射病发生风险，主要用于即将进入热环境的军事作业人员、热暴露竞技体育运动员等职业人群。本文通过系统性文献综述，在全面阐述热习服基本生理规律的基础上，介绍热习服的中枢机制、生物标志物和训练方法研究新进展，为热暴露特殊职业人群开展热习服训练及医学评估提供理论和实践依据。

1   热习服的生理效应

1.1   热习服的环境效应

常规的体能训练通常以运动心率作为训练强度判断的重要依据。热习服训练过程中，通常以心率和核心体温（直肠温度）作为训练强度的判断指标，评价个体的热习服状态。一项meta回归分析结果显示，热习服训练后的静息心率较训练前平均下降约5.3次/min，训练结束即时心率平均下降16.5次/min；当暴露温度和湿度增加时，静息心率下降幅度减小；训练结束即时心率随着暴露温度的增加下降更加显著，随着湿度的增加下降幅度反而有所减小；热习服训练后的静息直肠温度平均下降约0.19 ℃，训练结束即时直肠温度平均下降0.43 ℃；暴露温度每升高5 ℃，习服训练后静息直肠温度平均下降值增加0.01 ℃，训练结束即时直肠温度平均下降值增加0.05 ℃，湿度增大也可降低训练后的静息直肠温度但却提高了训练结束即时直肠温度^[3]。训练时提高环境湿度仅对血浆容量变化有显著影响，提高环境温度则可以显著降低血细胞比容和血红蛋白水平^[4]。上述研究结果提示，在热习服训练中，提高环境温度对促进热习服形成具有明确的积极意义。相比之下，增加环境湿度的影响则较为复杂，它虽然可能略微降低静息直肠温度，但会阻碍训练中即时心率和直肠温度的下降，表明高温低湿环境可能比高温高湿环境更有利于热习服的建立。

1.2   热习服的时间效应

热习服训练按照时程，通常分为短时程习服、中等时程习服和长时程习服，对应的训练周期分别为≤7 d、8~14 d和≥15 d，每天的训练时长为30~120 min，通常为90 min^[5]。也有采用1次/周的训练方案，但无法获得有效热习服。热习服训练过程中，不同生理指标的变化规律也存在明显差异。心率、血容量和体感舒适度在训练第5~7天达到稳定状态，核心体温则在训练约4 d后逐步稳定，出汗量则在训练10 d后达到稳定状态^[6]。从恢复日程看，主观疲劳感、心率和核心体温依序达到完全习服状态^[7]。单次训练时长也影响热习服训练效果。研究发现，训练时长每增加15 min，训练后静息心率平均下降值增加0.1次/min，训练结束即时心率平均下降值增加1.1次/min，训练后静息核心体温平均下降值增加0.01 ℃，训练结束即时核心体温平均下降值增加0.04 ℃^[3]。热习服状态的维持时间与习服训练周期和训练强度有关，通常为2~4周^[5]，也有研究认为热习服维持天数是训练天数的2倍^[8]，两者的关系尚未形成定论。

1.3   热习服与训练模式

热习服形成受到个体生理因素和训练模式的影响。影响热习服形成的生理因素主要包括体重、体表面积和体能状况等。体重、体表面积越大的个体热习服训练期间出汗量的增加值越大，而体重、体表面积越小的个体训练结束即时心率的下降值越大；体能较好的个体训练后静息核心体温的下降值越大，热习服程度越高^[9]。热习服训练通常以维持核心体温或维持有效心率为目标。研究表明，采用以维持核心体温为目标的热习服训练模式的受训者静息心率、训练结束即时心率、静息直肠温度、训练结束即时直肠温度，以及训练期间皮肤温度、血容量和全身出汗量的平均变化值均高于采用以维持有效心率为目标的训练模式的受训者；另外，静息状态的心率个体差异较大，训练前的基础静息心率越高，训练阶段静息心率下降幅度也越大^[3]。上述研究表明，受训者采用以维持核心体温为目标的训练模式，习服前后相关生理指标的适应性变化更为显著，习服程度更高。

2   热习服的中枢机制

在热习服过程中，通常存在2个阶段的自主神经反应过程。在训练起始阶段，中枢自主神经信号输出增强，超出外周效应器的反应能力；在习服形成阶段，中枢自主神经信号输出与外周效应器的反应相匹配，两者的兴奋性不再升高，并通过协调作用增加机体的生理调控效能^[3]。热习服的分子机制尚未完全阐明，传统主流学说包括体温调定点上移学说、热激蛋白（heat shock protein，HSP）和缺氧诱导因子保护学说、心肌细胞重塑学说等^[6]。近年来，光遗传、化学遗传等神经通路活性调控技术的发展为解析热习服神经通路调控机制、鉴定热习服相关的热敏神经元亚群提供了重要技术手段。Ambroziak等^[10]通过小鼠实验发现，下丘脑前腹内侧视前区（anterior ventromedial preoptic area，VMPO）存在热习服激活神经元。小鼠在36 ℃热习服4 d~4周后分离VMPO瘦素受体阳性神经元，在体外再次热暴露刺激后其动作电位放电频率增加，表现出对热环境敏感性增强。采用化学遗传抑制或激活VMPO瘦素受体阳性神经元则可降低或增强小鼠的热耐受能力。然而，该研究没有明确脑内调控VMPO瘦素受体阳性神经元的神经传入通路；脱离热环境7 d后该组神经元放电活性恢复，与在人群中观察到的长时程习服训练后维持时间不一致。另有文献报道，热习服训练后，小鼠下丘脑内侧视前区（medial preoptic area，MPO）的脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）阳性神经元也表现出自发放电频率的增加；抑制MPO BDNF阳性神经元导致38 ℃热习服训练首日小鼠体温显著升高，且在10 d训练结束后的热耐受性测试（heat tolerance test，HTT）过程中，核心体温升高至41.5 ℃的时间显著缩短。利用光遗传连续激活BDNF阳性MPO神经元，也可使小鼠在HTT过程中表现出类似热习服训练后的热耐受能力增强。然而，抑制MPO神经元BDNF的表达并不影响热习服小鼠热耐力的增强^[11]。上述2项研究表明，MPO热敏神经元参与了热习服的形成过程，但是外周环境温度信息通过何种途径传递至该区域，以及该区域热敏神经元如何调控外周效应器（心脏、汗腺、皮肤血管、肾脏、脂肪组织、肌肉等）实现热耐受能力增加，还有待进一步研究。尽管如此，这些发现首次在细胞水平上揭示了大脑特定核团在热习服形成中的核心作用，为热习服训练方法和评价技术的研究提供了潜在的分子和神经靶点。

3   热习服的分子标志物

3.1   HSP

HSP是热应激相对特异的分子标志物，但其在缺氧、酸中毒和能量缺乏等应激原刺激下也可表达。HSP属于一类分子伴侣家族，其中分子量为72 000的HSP72对热环境最敏感^[12]。热习服前后血浆HSP72的基础水平无显著差异，热应激后体温升高可使血浆HSP72表达升高，热习服后进行热习服状态测试（heat acclimation state test，HAST）时血浆HSP72不再随热暴露升高^[13]。但最近有文献报道，每日热习服训练前HSP72的基础水平随着训练天数的增加而升高，男性与女性的变化一致^[14]。在细胞层面，一项meta分析结果显示，外周血单个核细胞内的HSP70水平与热习服训练天数相关，通常在第6~10天显著升高，具有时间累积效应，但热习服训练对肌肉细胞内HSP水平无显著影响^[15]。HSP70水平与季节变化和非热应激原有关，且敏感性较高，但特异性并不理想。

3.2   神经内分泌激素

热习服过程中相关水盐代谢变化主要与精氨酸加压素（arginine-vasopressin，AVP）的水平及肾素-血管紧张素-醛固酮系统活性密切相关。一项meta分析结果显示，热习服后血浆醛固酮的基础值显著升高^[16]。另有研究发现，热习服后AVP的基础水平无显著变化，但习服后再接受HAST时AVP水平不再升高^[17]。也有研究报道，AVP的基础水平在热习服后反而升高^[18]。由于AVP分子的血浆半衰期较短，可能影响检测的准确性和实效性，而AVP前体羧基末端39个氨基酸的短糖肽和肽素（copeptin）在血浆内则较为稳定，并与AVP在下丘脑呈现等摩尔平行释放^[19]。急性热应激后血浆和肽素水平升高^[20]，热习服后再进行HAST时其血浆水平的热反应性升高消失^[21]；但也有研究发现长时程热习服训练前后血浆和肽素基础水平与进行HAST时的变化无差异^[22]。这种不一致性可能与习服方案、检测方法或个体差异有关。另外，肾素和血管紧张素Ⅰ、Ⅱ在急性热暴露后显著升高，但在热习服后的变化规律尚存争议^[23]。

在热习服过程中，交感神经-肾上腺髓质轴和下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴的活性均呈现先升高后降低的特点，血浆肾上腺素、去甲肾上腺素及其代谢产物（甲氧胺肾上腺素、去甲甲氧胺肾上腺素）和皮质醇在热习服后再进行HAST时均显著下降，这些指标的变化反映了机体热应激状况改善，但与核心体温下降无关^{[21, 24-25]}。也有研究采用短时心率和皮质醇下降幅度结合心率变异性和肾上腺素变化作为热习服的判断指标^[25]。热习服后能量代谢相关的分子变化还包括静息状态血液三碘甲状腺原氨酸、甲状腺素和前列腺素E2水平的降低^[26]。有研究报道，当人体核心体温达到一定阈值时，炎症因子IL-6和IL-10释放量增加，表现为热应激后血浆水平升高，习服后再进行HAST时则显著下降^[27]。

3.3   代谢标志物

人群代谢组学研究显示，在由温到热跨域作业的健康男性中，自然高温高湿环境作业组和空调舒适环境作业组的血浆色氨酸、甘氨酸、丝氨酸、苏氨酸、精氨酸和脯氨酸等氨基酸代谢及甘油磷脂代谢等相关通路存在差异性变化^[28]。针对美国加州农业工人热作业前后的代谢组学研究发现，该人群甘油磷脂代谢和谷氨酸代谢通路与无热暴露非农业工人组相比具有显著差异，同时还伴有尿素循环及赖氨酸代谢等通路的变化^[29]。实验室模拟干热环境急性暴露后，受试者出现血浆精氨酸、谷氨酸等代谢通路的变化^[30]。在接受耐力训练的男性中，高温组力竭耐力运动后较常温组表现出更为显著的无氧糖酵解代谢通路活性变化，主要包括葡萄糖、葡萄糖酸、乳酸和丙氨酸水平的升高^[31]。脂质组学研究发现，热暴露后，受试者的血浆乙酰肉碱和甘油二酯的水平与热环境生理应激指数（physiological strain index）相关^[32]。动物代谢组学实验研究发现，湿热环境暴露45 d后，小鼠血清中肠道菌群合成的次级胆汁酸（石胆酸）水平升高，并与热应激导致的小鼠焦虑样行为有关^[33]；热暴露14 d后小鼠血浆瓜氨酸水平升高，并伴有肌肉萎缩和肌张力下降的表现^[34]。上述人体和动物的代谢组学研究均表明，热暴露可显著影响脂质、氨基酸和糖代谢过程，但热暴露相关的代谢产物是否可作为热习服生物标志物还需进一步验证。

4   热习服的训练方法

4.1   自然热环境习服训练

在职业性热习服训练领域，多采用野外自然热环境习服训练，以提高受训者的适应能力，减少中暑发生。自然环境热习服训练通常包括自我配速（self-paced）训练、额定负荷训练、控制心率训练和递进式训练4种方法^[6]。4种方法在训练强度的控制方式和生理监控重点上存在差异，因而各有其适用场景与局限性。自我配速训练的运动量取决于个人的运动习惯和体质状况，运动控制缺乏统一标准。该方法简单易行，适于在大规模人群中实施。英国国防部制定的气候性疾病与损伤预防指南中，规定训练环境热强度需达到湿球黑球温度26~30 ℃，训练周期为8 d，分为轻装和负重2个阶段，采用6 km/h的配速行军，每天训练时间为50~100 min^[7]。额定负荷训练运动强度通常维持在60%最大摄氧量水平，在训练后期热习服初步形成时，受训者热环境工作能力明显改善，但此时可能出现训练量不足的问题。此外，自我配速和额定负荷训练的人体生理热负荷无法准确评估，且由于受到训练强度、时长等因素影响，不同训练方案热习服前后的生理反应和训练效果无法直接比较^[35]。控制心率训练则是在维持一定强度训练量（如65%最大摄氧量）的前提下，保持每日训练心率不变，逐步增加训练功率输出。我国《暑期部队高强度训练预防中暑专家共识》建议热习服训练采用以心率为指标的运动强度分级，但未规定以核心体温为标准的训练方案^[36]。控制心率训练强度可控且心率监测简单易行，主要用于大规模人群的集体性基础训练，但无法确保核心体温在训练过程中保持稳定，导致其训练热强度无法有效控制，个体的热习服状态无法准确评估。

在户外训练实践中，为平衡运动强度、心率和核心体温等关键参数，弥补自我配速训练、额定负荷训练、控制心率训练的不足，常采用递进式训练法。美国陆军针对高温作业发布的指导文件《热应激控制与热损伤伤员管理》建议热习服训练分为以下3个阶段。（1）基础适应阶段（1~7 d）：训练内容为晨间/傍晚轻装行军（5~8 km/h），每日2次，每次30 min，结合战术动作分解练习，每次20 min；训练强度为心率≤120次/min，核心体温＜38 ℃。（2）强化训练阶段（8~14 d）：训练内容为日间高温时段负重行军（15~20 kg），每日2次，每次60 min，结合战术协同演练，每次90 min；训练强度为心率130~150次/min，核心体温≤38.5 ℃。（3）实战整合阶段（15~21 d）：训练内容为全天连续作战演练，训练强度达到心率＞150次/min，时间不超过50 min^[37]。新加坡军队则采用10 d渐进式军事热习服训练方案：第1、5天，3.2 km跑，配速9.6 km/h；第8天，4 km跑，配速9.6 km/h；第4、10天，分别进行4 km行军（穿戴凯夫拉头盔、棉T恤和迷彩裤）、6 km行军（穿戴防弹背心、军靴、军用野战背囊），配速4 km/h；第2、7天，1组6次30 s快跑+2组21次50 s平衡性、柔韧性和灵活性练习；第3、6、9天，2~3组10次30 s健身球（4 kg）运动^[38]。递进式训练法通过分阶段循序渐进逐步增加训练负荷，并实施多重生理指标的监控，现已被广泛采用。

4.2   人工热环境习服训练

室内人工模拟热环境习服训练通常用于竞技体育运动员和特殊职业人群训练。训练方法除了自我配速训练、额定负荷训练、控制心率训练外，还可采用单纯被动热暴露法、运动训练后热暴露法和受控高体温训练法。热水浸泡、热环境舱和桑拿是较为常用的单纯被动热暴露训练方法^[39]。热水浸泡训练通常将水温控制在40 ℃以下，热环境舱训练通常将温度控制在45 ℃以上，而桑拿环境的空气温度通常在70~90 ℃，也有高达100 ℃以上者^[39]。单纯被动热暴露无法增加受训者在热环境中的运动耐力^[6]。有研究比较了室温40 min跑步机训练（65%最大摄氧量）后40 ℃热水浸泡训练（≤40 min）组与热环境跑步机训练（33 ℃，相对湿度40%，≤60 min）组男性受试者生理指标的变化，发现在训练12 d后前者静息态直肠温度和热应激测试时直肠温度均较低^[40]，提示运动训练后热暴露法也具有显著提高受训者热适应能力的效果，但是，由于两者的训练热强度无法直接比较，尚无法明确两者训练效果的优劣。此外，也有采用着热水服代替热水浸泡进行热习服训练的报道^[41]。最近一篇纳入了10项运动训练后热暴露研究共199名受训者的meta分析显示，训练后的热环境运动耐力并没有显著改善，最大摄氧量、核心体温、心率、出汗量受到的影响也较小，提示运动训练后热暴露的效果可能不如在热环境中直接运动，或者其益处需要更精确的实验设计来验证^[39]。同时，由于该meta分析纳入的文献偏少，且不同文献在随机化分组、训练方法（热水浸泡和桑拿）、评价指标方面存在差别，部分研究存在高风险偏倚，影响了结论的普适性。运动训练后热暴露的确切效果还需要在统一评价标准下通过大样本研究进一步验证并比较不同方案的效果。

受控高体温训练通过使训练时的核心体温保持稳定，充分诱导体内热应激反应并逐步建立有效的热习服。该方法通常以跑步机、自行车功量计作为训练工具，采用等温热强度暴露。高温舱训练将温度维持在40 ℃以上，最高可达45 ℃；相对湿度控制在18%~60%，以40%~60%为主；训练时通常配以2~3 m/s对流风速。也有研究采用40 ℃以下的环境，最低为32 ℃^[3]，或者穿着热服模拟热环境暴露^[42-43]。训练时快速升高核心体温达到38.5 ℃，并采用环境气流和温湿度控制方法维持该体温水平直至训练停止。通常采用短时程训练方案，以主观感受、血容量、核心体温为热习服评价指标，达到完全习服则需连续训练3周。自行车功量计训练包括重复冲刺训练法（repeated-sprint training，RST）与额定热负荷训练法。RST每次训练以最大速度完成4组或6组5×6 s的冲刺训练，组间设置不同时长的休息时间，每日训练时长约为60 min，训练周期为7 d^[44]，该训练方法适用于运动员及具有锻炼习惯的人群。采用额定热负荷训练法，自行车的踩踏阻抗可根据受训者的性别、年龄、体能、体重状况因素调整，运动负荷依据最高功率输出（peak power output）设定，核心体温达到38.5 ℃后维持运动负荷为60~90 min^[45-46]。跑步机训练通常采用6 km/h配速，每天训练1 h，训练周期为10 d^[41]。

4.3   热习服的评价

热习服的评价包括训练过程的评价和训练前后热耐受能力的评价2个方面。在热习服训练过程中，受训者表现出皮肤温度和核心体温下降，血浆容量和皮肤血流量增加，心率逐渐下降伴有每搏输出量增加，同时受训者的主观舒适度逐渐改善，这些指标通常在训练3~7 d后达到稳定状态。习服训练后热耐受能力的评价可采用干热环境（气温40 ℃、相对湿度40%）下HTT，以5 km/h配速行走时核心体温和心率超过限值时间作为评价依据^[47]。另外，也有研究采用标准训练热应激（standard exercise-heat stress）或HAST，即在干热环境（气温45 ℃、相对湿度20%）下，受训者完成3组固定强度训练，通过评估皮肤和直肠温度、皮肤血流量和出汗量等指标变化判断热习服的程度。总体上，与热习服前相比，热习服后热耐力的提高源于散热能力增强和产热减少，习服训练过程中通过增加饮水量提高血浆容量和组织含水量，同时随着心功能的增强、皮肤血流量的增加、出汗阈值的下降、出汗率的升高（体重下降）散热显著改善。热习服后机体能量代谢率降低、产热量减少，从而使再次热暴露后核心体温下降^{[6, 35]}。另外，湿热环境习服后，汗液钠离子和氯离子浓度也显著下降，但钾、钙、镁、铜离子的水平不变^[48-49]；热习服后，受训者出汗量及血容量均升高，但汗液钠离子浓度显著下降，且与习服训练天数呈负相关^[4]。这些改变有助于稳定血浆渗透压，降低细胞脱水风险。有研究报道，热环境自行车功量计训练可使肌肉氧饱和度显著下降，表明热应激导致运动时的肌肉氧耗量增加^[50]，但热习服后的肌肉和血液氧饱和度变化规律目前未见报道。通过检测上述相关生理和行为指标在热习服训练前后的变化，可全面评估受训者热耐受能力的改善情况。在反复热环境暴露过程中，除了细胞内热应激相关蛋白表达的变化外，在系统层面也存在一系列神经及内分泌调节机制。热习服前后，神经内分泌指标变化既存在共同规律，又各有其特点，但其评价热习服的特异性和灵敏性尚缺乏大样本系统性的研究资料和文献报道。

5   展望

未来，特异性神经通路分子调控技术的发展必将极大推动热习服中枢机制研究的深入和拓展，研究重点将聚焦于热习服模式动物培育、大脑热感知神经回路的发现、热感知的分子机制和习服诱发的热敏神经元可塑性变化的机制等方面。在热习服生物学评价方面，现有的分子标志物单独使用时准确度较低，不具备可靠的实用价值，利用基于深度学习的人工智能建模技术筛选鉴定关键的分子指标、解析复杂的信号通路网络、建立基于多组学大数据的热习服表型组模型，可显著提高热习服的评估效能。在训练方法方面，开发智能化实时热习服生理监测及分析技术，研制配套的模拟热环境训练器材，研发促习服的医药技术手段等，可为实现差异化精准化训练实施提供重要的技术手段。

6   结语

自从1768年英国海军外科医生詹姆斯·林德首次报道了热习服现象以来，热习服前后机体生理变化规律基本明确、生物学机制逐渐明晰。通过热习服训练降低特殊职业人群热射病发生风险、提高体力劳动能力已成为共识。未来，传统的热习服训练方法与精准、智能的评估技术相结合，或将显著提高训练效能，从而进一步促进职业性热暴露人群的健康、预防热致疾患、提升作业能力。