人體皮膚濕感覺的研究進展

唐香寧， 張昭華,2,3， 李 俊,2，3， 李璐瑤， 馮姝元

(1. 東華大學 服裝與藝術設計學院， 上海 200051； 2. 同濟大學 上海國際設計創新研究院， 上海 200092；3. 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室(東華大學)， 上海 200051)

人體皮膚濕感覺的研究進展

唐香寧1， 張昭華1,2,3， 李 俊1,2，3， 李璐瑤1， 馮姝元1

(1. 東華大學 服裝與藝術設計學院， 上海 200051； 2. 同濟大學 上海國際設計創新研究院， 上海 200092；3. 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室(東華大學)， 上海 200051)

為更全面地評價濕感覺，并了解濕感覺形成機制，在回顧了已有皮膚濕感覺相關研究的基礎上，從神經生理學和認知神經科學角度闡述了皮膚濕感覺的成因；總結了現階段皮膚濕感覺的常用測評方法；并從3個層面歸納了影響皮膚濕感覺的因素，包括溫度、機械刺激等外部刺激因素，織物性能、服裝整體等服裝因素，及人體感知、體表特征差異等人體因素。最后指出，未來研究中應更真實地模擬著裝過程中皮膚與織物的實際接觸情況，并可結合神經生理學等其他學科深化對不同群體的濕敏感性研究，為服裝設計的優化及服裝舒適性的改善提供更充分的理論依據。

皮膚； 濕感覺； 熱感覺； 機械感覺； 感覺敏感度； 服裝舒適性

人體著裝過程中，由于大量的運動、過高的環境溫度等因素會導致人體出汗，一方面隨著汗液的增加，導致皮膚濕潤度增加，水分蒸發效率下降，同時也抑制汗腺活動，從而影響人體散熱[1]；另一方面，由于皮膚-水分-服裝之間的相互作用增加，使人體產生熱、濕等多種感覺，從而帶來不適，必要時著裝者會通過行為調節維持熱平衡[2]。這說明熱并不是影響人體通過自主或行為調節來維持熱平衡的唯一因素，濕也是同樣至關重要的因素。當以物理指標衡量時，皮膚濕潤度是影響蒸發效率的重要參數，并被廣泛運用于人體熱平衡的研究[3-4]；而作為感官反應結果時，不能僅將濕感覺作為服裝舒適性的定性評價手段。皮膚長期暴露于濕潤條件下，會造成人體心理、生理的不適及皮膚疾病[5]，因此，通過探究濕感覺形成機制，包括人體是如何感覺到濕潤、皮膚物理濕潤與濕感覺的關系等，可為改善服裝舒適性提供更開闊的思路及更充分的理論依據。

此外，濕感覺的存在往往伴隨著其他感覺，具有復雜性、綜合性，它既屬于熱濕舒適性的范疇，也與接觸舒適性有關[6-7]，深入研究濕感覺也可豐富對人體著裝感覺認識，更全面了解各著裝感覺之間的關系。

本文主要對目前皮膚濕感覺的相關研究進行綜述，從濕感覺的形成、測評方法及其影響因素等方面進行探討與研究。

1 皮膚濕感覺的形成

人體皮膚感受器具有溫度感受器、機械感受器及傷害感受器，在著裝過程中，通過它們對外界刺激的響應，轉化為電信號傳遞至大腦，可作出冷、熱、觸、痛等感覺判斷，但皮膚卻不存在特定的濕感受器[8]。1900年，Bentley[9]在實驗中，將受試者雙眼蒙住，手指套上橡膠護套，分別浸入熱、適中、冷3種溫度的水中，盡管沒有與水接觸，但受試者仍明顯感覺到濕，且在冷水中的濕感覺更明顯，由此提出綜合感覺的假設，即濕感覺的形成受到冷和輕微壓力的綜合作用，并存在對濕潤的錯覺。

當皮膚出汗或與外界接觸(如手指帶上護套與水接觸)時，由于汗液蒸發帶走皮膚表面熱量，或皮膚與接觸物之間不同的比熱容及溫差引起熱交換[10]，繼而激活冷感受器；而汗液在皮膚上的滑移或接觸物施加于皮膚的力學作用[5]，可導致觸壓感形成，當大腦需將多種感覺進行綜合判斷時，這其中也涉及到了知覺學習的問題。由于大腦皮層的各個區域具有一定的可塑性，可根據曾經經歷過或長期經歷的感覺信號自動進行感覺判斷，如人體皮膚曾暴露于濕潤環境下，當再次接收到類似信號時，可能會根據以往經驗而推理為濕感，這也解釋了為何會出現對濕潤的錯覺，這是一種內隱學習的結果[11]。此外，除了皮膚感覺之外，視覺、聽覺等同樣也可影響包括濕感在內的感覺判斷。不同濕潤程度(如干、濕)的織物，其反射、散射等光學特征存在差異，可能使人體產生不一樣的視覺感受[12]，因而對知覺判斷造成影響。有研究者對所錄制的搓手聲音的高音(大于2 kHz)部分進行調整，發現受試者聽到強調高音的錄音時，會覺得手較為干燥，而弱化時則認為手較潮濕[13]。

綜上，皮膚濕感覺并不是單純的由出汗或與外界接觸所引起的生物物理過程，而是多渠道感覺綜合反應及知覺學習的結果，并受到多方面復雜因素的影響。

2 皮膚濕感覺的測評方法

由于濕感覺主要反映人體的心理感覺，因此，測評過程主要依托受試者主觀評判。為更好地了解人體隨外界刺激變化所發生的感覺變化情況，通常采用心理物理法用以描述物理量與心理量的關系[14]。其中，物理量為施加于皮膚的刺激量，包括接觸溫度、濕度等，施加刺激的方式主要有主動式接觸和被動式接觸，此外，為避免受試者看到刺激或者了解到可能接受到的刺激后產生心理反應變化，從而影響受試者對于濕潤的判斷，一般在操作過程中采用單盲法[12]；而心理量是察覺感覺變化的識別量或主觀感覺強度，一般采用閾值判別和量表評價2種形式。

2.1刺激施加方式

2.1.1主動式接觸

主動式接觸，即由受試者主動接觸濕潤試樣。Tiest等[15]在研究機械刺激感受對濕感覺的影響時，受試者被要求根據靜態和動態2種動作指令接觸試樣。其中，靜態接觸由受試者用指尖觸摸濕潤織物并保持一定時間靜止，而動態接觸則是在觸摸的同時在織物表面平行移動，來回摩擦。該方法主要依賴于受試者自主操作，受試者實驗操作方式的不同會導致接觸壓力大小、接觸速度等不同，存在一定的實驗誤差。

2.1.2被動式接觸

被動接觸刺激又可分為人工刺激及儀器刺激。其中，人工刺激是通過實驗操作者將濕潤織物對測試部位進行刺激，相較于主動式接觸，該方法在一定程度上消除了個體操作差異的影響，但仍然無法將接觸溫度、接觸壓力及速度的大小控制在穩定范圍內，而采用儀器施與刺激則能有效地消除人工誤差。Filingeri等[16]在研究由降低接觸溫度導致的皮膚冷卻對濕感覺的影響時，采用了熱探頭對受試者皮膚進行干冷刺激，該熱探頭可以控制接觸表面的溫度，并可根據不同的實驗目的對該裝置進行相應改進。如用彈力帶將織物固定于熱探頭上，以研究皮膚對不同溫度濕潤織物的感知能力[17]。而在研究機械刺激感受和溫度感受對濕感覺的綜合作用時，在熱探頭上增加了一個由氣囊和壓力計組成的壓力控制系統，通過氣囊形變導致的壓力計水柱位置變化來控制施加在皮膚上的機械壓力[18]。但熱探頭及其組合裝置僅適用于研究皮膚與刺激物表面發生靜態接觸時的濕感覺變化情況。

此外，也有學者采用了動態接觸裝置，如Ackerley等[19]在研究身體各部位濕感覺差異時，采用自動旋轉接觸式刺激儀(RTS)控制刺激的壓力、方向和速度，RTS由4個旋臂組成，旋臂尾部為光滑的塑料圓面，織物可以覆蓋整個塑料圓面，背面黏上魔術貼，用于固定織物，并方便更換試樣，但該裝置中織物仍以恒定含水量或含水率作為加濕依據，忽略了實際人體出汗導致的面料濕潤是由干燥到濕潤的動態過程。而Tang等[5]自制了由織物移動系統和供水系統組成的刺激施加裝置，示意圖如圖1所示。在控制織物移動的同時實現對其自動且持續的加濕，能較真實地模擬皮膚與織物表面接觸情況。若對該裝置進行改進，如增加速度和壓力控制裝置，可用于研究不同接觸條件下濕感覺的絕對閾值及變化規律等。

圖1 刺激控制裝置示意圖Fig.1 Schematic diagram of stimulus′ control device

2.2評價方法

2.2.1閾值判別

閾值判別反映皮膚感知最小刺激差別的能力[20]，用于衡量人體皮膚辨別濕潤的敏感度，評價指標主要有絕對閾值(AL)、辨別閾值(DL)及韋伯分數3種。其中絕對閾值是指剛剛能引起感覺變化的最小刺激量；辨別閾值是指與某個標準刺激量相比，能引起感覺變化的最小刺激量差異，值越小說明辨別能力越好；韋伯分數是指辨別閾值與標準刺激量的比值[21]。

確定絕對閾值和辨別閾值的方法主要有以下3種：1)調節法，即通過調節刺激量的大小直至無法察覺；2)極限法，即設置一系列與標準刺激量呈遞增或遞減關系的刺激組；3)恒定刺激，即預先設置刺激組，并隨機施加組中不同強度的刺激[22]。需要注意的是，在利用辨別閾值判斷人體濕感覺辨別能力時，其標準值的選擇對結果存在一定影響。同時，判別結果依然受到受試者個體差異的影響，未來研究可嘗試根據感覺敏感度差異將受試者進行分組。

2.2.2量表評價

量表評價用于反映受試者對物理刺激的感知強度[22]。通常采用心理學標尺作為評價工具，以具體的數值對主觀濕感覺程度進行量化，在重復實驗中通過數值大小直接判斷織物的濕感覺程度，常用的包括李克特量表和視覺模擬評分2種形式，其中，李克特量表(見圖2)通常以主觀問卷的形式進行測試，定義了感覺的范圍和間隔大小，有助于受試者描述其感覺，但該方法使用的強制性評判標準會因個體差異而產生實驗誤差。而視覺模擬評分(如圖3所示)在臨床醫學中疼痛評價中使用較為廣泛，通常以游動標尺的形式，只在兩端標記感覺的極值，適用于需要高度敏感性的感覺評價，但該方法前期需要花較長時間作解釋工作，且對受試者判斷能力要求較高。總的來說，目前量表評價采用的評價標尺仍缺乏統一，同時，其有效性及可重復性需進一步驗證。

圖2 李克特量表Fig.2 Likert scale

圖3 視覺模擬評分
Fig.3 Visual analogue

3 皮膚濕感覺的影響因素

皮膚濕感覺是復雜的人體心理、生理響應及外部因素交互作用的結果，本文主要從外部刺激、服裝及人體3個方面探討影響皮膚濕感覺的因素。

3.1外部刺激因素

3.1.1溫度變化

溫度變化會引起皮膚冷暖感覺變化，而冷感覺輸入是引起皮膚濕感覺的重要因素[23]，導致寒冷刺激的原因主要為皮膚向低溫刺激源的熱傳導以及皮膚表面液體的蒸發散熱。

當由熱傳導引起皮膚降溫時，降溫速率是影響濕感覺較為重要的因素。研究表明，皮膚降溫速率越快，濕感覺會更加明顯[12]，主要由于相同時間內皮膚溫度變化越大，越易引起溫度感受器響應。Filingeri等[16]基于皮膚表面熱傳遞速率確定了皮膚產生濕感覺的降溫速率閾值為0.07～0.14 ℃/s。而對于接觸溫度高于皮溫的情況，有研究[24]表明皮膚無法準確判別出暖干和暖濕的差異，但由于缺乏對皮膚接觸的濕潤條件、機械壓力及水分蒸發速率等因素的考慮，只能說明熱的存在對濕感覺有一定的抑制作用。

而考慮汗液蒸發散熱時，Ackerley等[19]指出，當皮膚接觸溫度一致時，濕感覺差異主要由皮膚上的水分含量及其蒸發速率的差異所導致。其中，皮膚上的水分主要依賴于皮膚出汗及與濕潤表面接觸后在皮膚上的殘留。Fukazawa等[25]將透水和不透水2種面料運用于服裝，以控制局部皮膚出汗情況，結果發現皮膚濕潤度過大會減慢蒸發速率，從而影響皮膚散熱，因此，合理控制皮膚濕潤水平有利于減小濕潤導致的不適感。

綜上，寒冷刺激對濕感覺有顯著影響，但當人體處于高溫環境或接觸高溫刺激源時，由熱源引起的熱傳遞及熱感覺與濕感覺的關系仍需探討。

3.1.2機械刺激變化

研究表明，皮膚-服裝系統內摩擦增加，即皮膚接收到的機械刺激增加，可引起或者增強皮膚濕感覺[26]。Bergmann等[15]通過比較指尖與濕潤面料之間發生動、靜態接觸時的濕感覺差異，發現在動態接觸時，由于機械感覺輸入，受試者對濕潤的辨別閾值顯著下降，并指出當溫度感受活躍度減少時，人體可通過機械感受輸入來幫助人體感知濕，但實驗中未具體討論產生機械刺激的原因(如壓力、濕潤織物與皮膚間的黏附作用及水滴在皮膚上的滑移等)。

Filingeri等[18]在研究中增加了壓力的作用，研究發現，隨著機械壓力的增加，溫度感知能力下降，皮膚濕感覺也會顯著減少[27]，說明機械壓力對冷感覺輸入有較弱的抑制作用。當該實驗中壓力值設定為7、10 kPa，根據Denton[28]的研究，服裝壓舒適范圍為1.96～3.92 kPa，而該實驗選值遠高于舒適范圍，雖然可觀察到濕感覺隨壓力的變化規律，但不能用以表征人體著裝過程中面料或汗液對皮膚的實際施壓情況，較大的壓力可能會削弱濕感覺，而使疼痛感增加，未來研究中可探討皮膚產生濕感覺的壓力閾值，從服裝壓的角度改善濕舒適性。

此外，織物與皮膚之間的摩擦，其本質反映的是二者相互接觸分離過程，尤其是在織物呈濕態時，這種相互作用更明顯[29]，而織物的摩擦性能一般用摩擦因數表征，在不同的摩擦速度下，摩擦因數也會發生變化，目前濕感覺研究中雖有考慮動態摩擦，但對于摩擦速度缺乏量化研究。

3.2服裝因素

3.2.1織物性能

汗液或汗汽的傳遞是影響織物濕舒適性最重要的因素[5]，因此，織物的各項濕傳遞性能對皮膚濕感覺具有一定影響。Tang等[30]將20種不同面料的水平吸濕面積、單向傳遞能力、擴散/干燥速率等多項指標與人體主觀評價結果進行相關性分析，得出水平吸濕面積、水分吸收量與皮膚濕感覺具有強相關關系，且織物吸濕性越差，皮膚濕感覺越明顯。根據Li等[31]的研究，對于吸濕性差的織物，水分主要停留在織物表面，通過蒸發散失，這個過程導致織物表面溫度降低，皮膚接觸冷感增強，從而引發濕感覺。

此外，織物吸濕性的差異直接導致吸濕速率的不同，Eunkyung等[32]研究得到當皮膚剛接觸相同濕度的4種織物時，棉織物的初始濕感覺最弱，主要由于其初始吸濕速率最快，水分在面料上易擴散，但相對于改性纖維織物(高性能滌綸及滌/丙混紡織物)，由于其毛細管芯吸作用，能容納并輸送較多水分，隨著含水量增加，各織物濕感覺均明顯增強，且棉織物會逐漸強于改性纖維織物的濕感覺。此外，在含水量不斷增加過程中，皮膚對各織物濕感覺的變化趨勢仍不可知，如是否存在使濕感覺維持相對穩定狀態的含水量閾值。

綜上，目前研究主要通過織物結構、纖維成分等方面的差異導致的濕傳遞性能差異來研究織物對濕感覺的影響，但由于皮膚濕感覺的形成還受到溫度感覺和機械感覺輸入的作用，織物的熱學性能(熱阻、導熱率等)及表面性狀(粗糙度等)也會對濕感覺造成影響，因此，未來研究中仍需繼續綜合探究織物各性能與濕感覺的關系。

3.2.2服裝整體

織物性能無法反映著裝狀態下服裝整體對皮膚濕感覺的影響，因此，有必要進行整體著裝濕感覺評價。

人體在著裝運動過程中，由于服裝寬松量的差異，導致服裝與皮膚之間會發生不同程度的黏著與滑移。Filingeri等[33]采用了緊身和寬松2款服裝進行著裝實驗對比，并通過在外層穿著防滲透服裝避免汗液向外界蒸發的影響，發現由于緊身服裝與皮膚間歇性接觸過程較少，產生的濕感覺不及寬松服裝明顯，且存在延遲現象。實際上，該研究中也未考慮衣下空間是否與外界環境發生對流，這不僅是穿著寬松與緊身服裝時的重要差異，也是影響皮膚溫度及濕感覺變化的重要因素。

此外，不同的服裝款式、服裝組合等對著裝舒適性有一定影響，未來可結合著裝環境(如溫濕度等)及運動強度(如運動速度等)的變化深入探討穿著不同服裝時濕感覺的變化規律，一方面為服裝設計優化提供參考，另一方面指導不同著裝需求下的服裝選擇，發揮服裝最大適用性。

3.3人體因素

3.3.1感知能力差異

由于人體皮膚溫度感受器和機械刺激感受器的分布存在區域性差異[34]，導致各感覺也呈現分布不均的狀態。Filingeri等[35]將人體軀干分成12段以研究不同部位濕感覺差異。研究表明，對冷的感覺越強烈，濕感覺越明顯。其中下腹部、側腹部及腰背部較明顯，說明對于軀干來說，側面區域的皮膚較中心區域的濕感覺明顯，但研究缺乏對四肢部位的考慮。

根據皮膚對溫度的敏感性的相關研究，頭部敏感度最高，軀干次之，并由軀干向四肢遠端逐漸減弱[36]，濕感覺是否符合該分布規律仍需進一步驗證。此外，機械感受器分布的差異，性別、種族及不同活動水平等造成人體對感覺的敏感性差異，個體間評判標準的不同，這些均導致了人體皮膚濕感覺的復雜性。

3.3.2皮膚特征差異

人體的皮脂、皮表等會因性別、體型等因素的差異而具有不同特征。如女性皮下脂肪平均約為男性的3倍，使其具有較好的彈性，當承受同樣的外界作用力時，形變更大，導致在單位有效接觸面積內，女性皮膚與織物之間的動摩擦力較男性大[7]，說明在相同接觸條件下，性別的不同會導致濕感覺具有一定程度的差異。

根據人體體表特征，有學者將有毛和無毛皮膚的濕感覺差異進行對比研究。Ackerley等[19]發現，在0.8～6.6 μL/cm2的濕含量刺激下，人體有無體毛對濕感覺無影響。而Filingeri等[17]的結論則相反，通過將左前臂(有毛)和左手食指(無毛)分別暴露于動靜態干冷刺激下，發現在同一刺激下，有毛發皮膚的濕感覺高于無毛皮膚。主要原因可能是前者實驗中濕含量較小，皮膚各區域濕感覺變化差異不明顯，且對于無毛部位，雖然存在較多低閾值的默克爾細胞，具有較強的空間辨別能力[13]；但由于光滑皮膚角質層較厚，導致其具有較好的隔熱性，及較差的熱傳導性，因此，當與冷或熱刺激發生接觸時，該類型皮膚需要較長的時間來將溫度變化信號傳遞給下層組織中的感受器[37]，從而削弱了濕感覺。但研究中僅考慮了前臂和指尖2個部位，對于無毛各部位角質層厚度分布不均，以及有毛部位的體毛與織物的摩擦仍需予以考慮。

4 結 語

本文解釋了皮膚濕感覺的形成過程，并對其測評方法及影響因素進行了概括與評價。基于以上分析，認為未來研究可關注以下問題。

1)目前關于濕感覺的研究多數仍集中在織物層面上，為更真實地反映皮膚與織物的不同接觸條件，刺激施加裝置仍需改進；此外，著裝層面的濕感覺研究尚且不足，并且缺乏針對性，可結合著裝環境、需求等針對特定服裝進行研究。

2)濕感覺受到溫度和機械刺激傳入的作用，對其影響規律的研究仍不夠充分，包括深入溫度、機械壓力等作用在濕感覺形成過程中的量化研究，及各種感覺相互關系的探討。

3)由于性別、年齡、種族等差異可導致人體對不同感覺的敏感性差異，未來研究中，一方面可注重受試群體的劃分，另一方面可結合神經生理學等其他學科進行深化研究，如人體外周神經系統功能會由于損傷或隨著年齡的增長而衰弱，導致感覺敏感度下降，通過對此類特殊群體的濕感覺研究，既可豐富濕感覺形成機制的研究，也有利于特殊服裝，如醫療監護服裝的優化設計。

FZXB

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Researchprogressofhumanskinwetnessperception

TANG Xiangning1, ZHANG Zhaohua1,2,3, LI Jun1,2,3, LI Luyao1， FENG Shuyuan1

(1.Fashion&ArtDesignInstitute,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China; 2.ShanghaiInstituteofDesignandInnovation,TongjiUniversity,Shanghai200092,China; 3.KeyLaboratoryofClothingDesignandTechnology,MinistryofEducation,DonghuaUniversity,Shanghai200051,China)

To evaluate skin wetness perception more comprehensively, and make a better understanding on its mechanism, the related research was reviewed. The formation mechanism of skin wetness perception was elaborated from the perspective of neurophysiology and cognitive neuroscience; and the methods of implementing stimulation in testing process were also summarized, as well as evaluation methods at current stage; In addition, factors affecting skin wetness perception were induced from three aspects, including external simulation factors of temperature and mechanical simulation and fabric properties and clothing structure, as well as human factors of differences in regional perception and surface features. It holds on that in the future, the contact simulation between the skin and the fabric during clothing should be more realistic-and combined with neurophysiology, as well as other disciplines, to deepen the study of the different groups of wetness sensitivity and provide a more theoretical basis for the optimization of clothing design and improvement of clothing comfort.

skin; sense of wetness; thermal sense; mechanical sense; sensory sensitivity; clothing comfort

TS 941.16

：A

10.13475/j.fzxb.20161007607

2016-10-25

：2017-05-11

中央高校基本科研業務費專項資金資助項目(16D110709，279-10-0001056)；上海市浦江人才計劃項目(16PJC004)

唐香寧(1993—)，女，碩士生。主要研究方向為服裝舒適性與功能。張昭華，通信作者，E-mail：zhangzhaohua@dhu.edu.cn。