寫在前面

“香汗淋淋玉肌膩，嬌喘吁吁鶯語啼。”

入夏多時，讓馬拉松與越野跑老司機們十分熟悉、無比感慨卻又十分無奈的X京熱，比以往的時候來的更早一些。

在這樣的高溫中，運動狀態監測與安全事件預警，是運動安全的雙重命題。相關技術，也在不斷進步迭代中。

隨著技術的進步，對運動時生理過程與物質代謝的生物標志物的動態量化，為此提供了突破路徑。通過監測這些生化指標，能夠為生理狀態提供更為全面客觀的評估，從而可以更精準地制定訓練計劃，優化運動負荷，維持良好機能狀態，預防疲勞損傷。而傳統血液采樣受限于侵入性操

汗液分析，通過簡易快捷的非侵入方式獲取連續生理數據，構建“代謝-神經-運動”多維監控網絡系統，在理論上能更好的滿足高溫訓練時，連續動態監測生理指標的需求。目前，已有一些可穿戴的汗液電化學傳感器鋪貨售賣。

本文討論這些產品對乳酸、電解質等的實時檢測技術與創新成果，分析其技術瓶頸，并提出優化策略，為未來的研發改進，以及提高使用準確度提出建議。

1 基于汗液分析的可穿戴技術

1.1 汗液的組成及生理意義

汗液作為人體重要的代謝產物，是由汗腺分泌的生物流體，蘊含著豐富的生理信息，在連續實時監測方面成為理想檢測介質。

人體汗腺廣泛分布于全身，在常規氣候條件下，成年人每日出汗可達500～700mL，這為無創連續監測創造了良好條件。汗液的99%為水分，還包含鈉離子（Na+）、氯離子（Cl－）[9]、鉀離子（K+）等電解質離子，皮質醇、乳酸等激素和代謝物以及神經肽和細胞素等蛋白質。已有研究證實，汗液中的部分生物標志物含量與血液中的某些物質呈線性關系，可替代血液分析，提升檢測的便捷性與舒適性。

例如，汗液中Na+濃度能夠反映水鹽代謝紊亂癥狀，與肌肉痙攣、脫水、心血管疾病等密切相關；K+過量流失則與肌肉活動關聯，可能引發四肢、咀嚼肌及腹肌的熱痙攣；乳酸濃度可作為身體活動代謝的直接指標。

1.2 汗液采集技術

汗液采集是關鍵環節，但需要進行優化。

目前，手腕與手臂是首選部位，然而，由汗腺分布位置差異引起的汗液成分差異，以及出汗率的動態變化，讓最佳采集位置仍然難以確定。

其次，環境因素對采集的影響。寒冷環境采不到，高溫濕熱過度出汗又容易引發傳感器短路、信號漂移等問題。

最后，出汗原因作為采集時的核心變量，也會影響檢測結果。研究證實主動出汗（運動誘發）與被動出汗（高溫環境）在成分上無顯著差異。主動出汗受天氣影響較小，在汗液分泌量與速度上相對穩定，在監測中更具優勢。然而，仍需綜合考量佩戴傳感器位置、皮膚角質層與油脂分泌等因素，提升檢測準確性與可重復性。

1.3 汗液傳感器結構和原理

傳感器通過電極將汗液的化學信號轉換為電信號進行檢測，通常包括汗液處理模塊， 傳感接口與電化學檢測系統。

1.4柔性可穿戴電化學汗液傳感器的性能評價

靈敏度表示在測試時的反應，穩定性決定長期可靠性，都受到材料與制造工藝等因素影響。

2 汗液傳感器的應用

2.1 運動強度與疲勞監測

汗液的傳感器實時監測乳酸、葡萄糖、皮質醇等生物標志物濃度，為評估運動強度與疲勞狀態提供了客觀依據。

汗液乳酸濃度與血液乳酸濃度具有高度相關性，均能精準反映能量消耗程度與運動強度，乳酸濃度變化與運動強度呈現顯著正相關關系。

葡萄糖是重要的能量來源。運動強度和持續時間是影響葡萄糖代謝的核心因素。汗液葡萄糖濃度與血糖水平具有顯著相關性，動態變化能夠有效反映糖代謝狀態。

皮質醇廣泛分布于血液、血清、尿液、唾液、頭發、間質液及汗液中。長期高強度運動可導致皮質醇居高不下，加劇肌肉蛋白分解，促進脂肪在腹部沉積。

2.2 水分與電解質平衡監測

水分與電解質平衡是維系生理穩態、保障充分發揮水平的核心調控要素。監測汗液中Na+、K+、Cl－的濃度變化，測量出汗量與電解質濃度數據，可精確評估缺水程度，指導補液。

在高強度運動或高溫環境下，大量Na+、K+隨汗液流失，可引發肌肉痙攣等。檢測這些離子在汗液中的濃度變化，對預防電解質紊亂具有重要意義。

3 待改進之處

3.1 目前的五大難題

（1）現有技術難以保證汗液的穩定獲取。

（2）部分傳感器中可能含有損傷皮膚的化學物質。

（3）靈敏度和穩定性不足，直接影準確性；還容易受到高溫高濕環境干擾。

（4）多模塊集成可能導致體積增大與不同功能之間的干擾。

（5）續航時間不長。

3.2 未來趨勢

（1）材料創新與優化。提升舒適性和耐用性，減少汗液和皮膚污染對傳感器的持續影響。

（2）優化收集汗液裝置。避免樣本混合和污染，減少對皮膚刺激。

（3）多模塊集成與網絡處理。實時采集、遠程監控和云端分析，方便個性化應用。

（4）降低功耗，延長續航。

（5）研究制定汗液分析標準，增強檢測的準確性和可比性。

（6）擴大可檢測生物標志物的范圍，例如激素與蛋白質等。

（7）結合大數據分析和人工智能技術，挖掘檢測信號與健康狀況之間的關聯。

文/姜濤 西安體育學院競技運動學院

圖/網絡

首發/《中國運動醫學雜志》2025年第9期