“哇，你的汗很咸呢。”斯蒂芬·范德弗鲁特一边查看我的汗液数据，一边说。这并不意外，我刚骑完45分钟的健身自行车，早就大汗淋漓，盐分已开始在我的T恤上结晶。但范德弗鲁特看到的数据要精确得多——根据传感器数据推算，我刚刚全身排汗约370毫升，其中钠流失量约为347毫克。“钠含量偏高，你需要补充水分。”
范德弗鲁特是英国伦敦Flowbio公司的联合创始人，该公司专门为运动员进行汗液分析。我在锻炼时，上臂佩戴了一个名为S1的传感器，它能通过微型管道收集汗水，自动测量汗液量及其钠离子浓度，并把数据传到手机应用里，由此计算出我的总失水量和电解质流失量。
对于耐力运动员而言，这些数据极为宝贵，甚至可能成为竞赛胜负的关键。范德弗鲁特就是一名竞技自行车手，过去曾一直被脱水问题困扰。自从用上这个汗液传感器，问题解决了，他的成绩也得到了提高。
图片来源：Flowbio网站
S1是近年来市场上出现的、为数不多的可穿戴汗液传感器之一。这类设备主要针对运动员、体力劳动者等在工作中容易大量出汗的人群，同时也面向普通大众。
汗液主要由水和盐组成，也含有大量生物分子，能提供有关身体内部状况的各种有用信息。Flowbio的研发主管罗兰德·明格尔斯说：“汗水就是数据。现在要把这些数据好好用起来。”
无创连续取样，被低估的健康信息库
汗液一直在透露人体的健康信息。比如，人在退烧时会大量出汗，而夜间盗汗可能是严重潜在健康问题的信号，包括癌症、自身免疫性疾病、脑损伤和激素紊乱等。
早在几百年前，人们发现那些汗液特别咸的儿童往往发育不良。17世纪时，人们将此归咎于巫术，但现在知道这是先天性囊性纤维化的症状。在中世纪，一场神秘的汗热病在英国肆虐，其主要症状就是大量出汗，随后患者就濒临死亡。
汗液系统的异常也会带来一些并发症。例如，过度出汗的多汗症，会导致脱水和皮肤问题，并在社交场合中令人尴尬。相反，少汗症或无汗症则可能导致中暑，这是一种可能危及生命的状况。
人体几乎每天都在出汗。我们大多数人的皮肤上有200万到400万个汗腺，它们在不断渗出汗液，这个过程被称为无意识出汗。而当我们的体温设定被调高，无论是由于环境温度升高还是运动产生的热量，这些汗腺就会“开足马力”，汗水开始大量流淌。
这类小汗腺分泌汗液的主要功能是蒸发散热，防止体温过高。汗液的主要非水成分是电解质——钠、钾和氯离子，但这只是汗液成分的冰山一角。由于汗液来源于血浆和细胞间质液，溶解在其中的分子也会一起渗入汗液。目前，科研人员在汗液中已检测到超过3万种生物分子，既有葡萄糖、乳酸等代谢物，也有肽、蛋白质、维生素、炎症分子、激素和神经递质等。我们摄入体内的物质，如药品、娱乐性药物和兴奋剂，以及环境污染物，比如重金属和塑料中的化学物质，都会进入汗液。
美国伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的约翰·罗杰斯指出，由于汗液能反映我们体内的情况，它可被用作一种“诊断生物流体”。其他类似的流体，如血液、尿液和细胞间质液通常会被采样和分析以提供生物学信息。但这3种流体的采样及随后的实验室分析，都需要前往诊所进行。血液和尿液样本可提供详细的快速检测结果，但无法用于连续监测，而连续监测对于某些化合物，比如葡萄糖，更为有用。虽然细胞间质液可以解决这个问题，但可穿戴监测设备需要通过细电极穿透皮肤来获取样本。罗杰斯认为，如果要将其用于日常监测，人们有理由担心这会带来疼痛、感染和其他并发症风险。
这些缺点促使人们寻找可以连续、无创采样的生物流体。人们尝试过眼泪、唾液和呼出气冷凝液，但汗液显然更具优势——你甚至不需要运动就会产生汗液。有一种离子导入法，只需在皮肤上涂抹卡巴胆碱等促汗药物，并施加微弱电流，就能刺激汗腺，随时满足汗液的采样需求。
轻巧贴于上臂，智能预警热衰竭风险
汗液的诊断潜力早在20世纪初就被认识到。美国帕萨迪纳加州理工学院的高伟说：“汗液中有很多与临床相关的生物标志物。我们可以利用这些信息进行健康监测、疾病诊断，更重要的是，还可在我们健康出现更严重问题之前发出预警。”
然而，美国俄亥俄州辛辛那提大学的杰森·海肯菲尔德说，到目前为止，汗液分析只发现了两种医学用途：一种是通过检测新生儿和幼儿汗液中氯离子的浓度来诊断囊性纤维化，氯离子浓度升高是基因变化的指征；另一种是通过汗液检测神经损伤，这种损伤会阻止汗腺正常工作。
汗液用途受限的部分原因在于汗液的取样和分析工作历来困难重重。尽管可按需采集，但可取的样本量有限，相关分子的浓度又可能是极低的。上述370毫升汗液和347毫克钠的数据，是根据传感器样本推算出的全身总流失量，而传感器本身在这一过程中只收集了其中不到1%的汗液量。
过去十多年间，随着微流控技术、材料科学、诊断技术、电池技术，以及数据传输技术的发展，能对汗液进行实时分析的可穿戴贴片正走进现实。首批投入应用的设备，诸如Flowbio的传感器，能收集水分和电解质这类基础数据。目前，市场上还有其他三家公司也面向运动员和健身爱好者推出了类似的传感器产品，帮助他们在运动中和结束后了解自身的补水需求。
其中一家公司是美国马萨诸塞州剑桥市的Epicore Biosystems，其联合创始人正是罗杰斯。2021年，该公司携手设计公司Smart Design以及运动饮料品牌佳得乐，推出了一款可在锻炼前粘贴于上臂的一次性柔性可穿戴设备。
该产品的贴片上有两个微流体管道可收集汗液：一个用于测量总出汗量，另一个使用变色染料测量电解质浓度。用户在锻炼结束后拍摄贴片照片并发送给Epicore，该公司会据此计算全身的水与电解质流失量，并推荐适合的佳得乐产品及饮用量，帮助用户补充水分。据罗杰斯介绍，这款贴片已售出约300万片。
此后，Epicore又推出了类似的产品Connected Hydration，专门用于保护从事石油天然气、采矿和农业等大体力消耗行业的工人。Epicore首席执行官鲁兹贝赫·加法里指出，随着气候变暖，脱水和热衰竭问题在这些行业中愈发严峻。企业也越来越意识到这种风险，因为与热相关的工业伤害保险成本正在急剧上升。
工人冒着夏季高温进行室外高空作业（图片来源：新华社）
Connected Hydration通过蓝牙和智能手机实时将数据传输给雇主，雇主可据此向工人发出脱水或热衰竭预警。当员工的出汗量达到体重的2%时——这是一个被证实会影响身体和认知表现的临界点，设备会振动提醒工人及时补充水分和电解质。瑞士苏黎世联邦理工学院的诺埃·布雷西尔评价道：“这为应对重大公共健康威胁提供了一种创新解决方案。”
应用前景广阔，诊断工具体系逐步建立
分析出汗量、出汗率以及电解质流失相对简单，但这只是第一步，罗杰斯及其团队希望建立一个强大的诊断工具体系。近期，罗杰斯在其公司的汗液贴片中加入了pH值监测功能。由于人体汗液的pH值会受到肌肉中乳酸积累的影响，而乳酸会在运动时产生，因此该pH值可有效反映运动强度。
在水分、盐分和pH值之外，汗液中还有许多尚未开发的生物信息，拥有十分广阔的潜在应用前景。2024年，Epicore与美国反兴奋剂机构合作开发了一种用于检测汗液中兴奋剂的贴片。加法里说：“反兴奋剂检测总是令运动员头疼。没人喜欢尿检和血检，很多运动员害怕针头，这种无创工具将很有用。”
汗液分析还可用于监测那些处于娱乐性药物戒断期人群的药物使用情况。布雷西尔说，大多数主要药品，如酒精、阿片类药物、可卡因、苯丙胺和大麻，都会通过汗液排出并被检测到。
高伟正计划与加州大学洛杉矶分校合作开展一项痛风早期预警系统的临床试验。痛风是一种由血液中尿酸水平过高引起的令人痛苦的关节炎。由于汗液中的尿酸水平与血液中的尿酸水平密切相关，可穿戴汗液贴片可及时向用户发出“痛风即将发作”的预警，让他们调整用药或改变饮食。高尿酸水平也是心血管疾病、糖尿病和肾病的风险因素。此外，监测炎症标志物“C反应蛋白”也能为多种炎症性疾病提供有用信息。
汗液还可能用于激素水平的监测。高伟正与美国国家航空航天局等机构合作，开发一种用于监测皮质醇的汗液贴片，皮质醇是一种与压力相关的激素。他还计划监测雌激素，这种女性生殖激素会在排卵前激增，可用作尝试受孕或避孕的信号。
美国伊利诺伊大学医学院的保罗·马基认为，科学界尚不了解性激素在女性健康中的作用，因为这些激素在年轻女性体内自然波动，而目前的检测方法需要抽血才能测到具体数值。基于汗液的新技术则提供了无需抽血和送往实验室的检测方式。此外，这些传感器还可测量其他生物标志物，例如与疼痛或情绪相关的标志物。
汗液监测健康的潜在用途不胜枚举。有团队正在研究如何利用汗液监测心力衰竭、昼夜节律、生物年龄等指标。罗杰斯相信，他们将逐步建立起一个强大的应用体系，并实现商业化。
当然，汗液检测也存在局限性。尽管许多生物分子在汗液中的浓度与血液中的浓度密切相关，但并非所有都如此，例如葡萄糖就不存在这种关联。海肯菲尔德还提醒说，汗液生物传感技术可能比任何其他商业可穿戴设备所涉及的要复杂得多。因此，尽管细胞间质液的采集具有侵入性，但可能还是会更受欢迎。
不过，海肯菲尔德仍然相信，这些技术难题终将被克服，汗液还是优于其他非侵入性生物流体。范德弗鲁特则表示，通过汗液传感从生物分子层面深入了解我们的健康，这具有开创性——毕竟，成功需要1%的灵感加上99%的汗水。
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