CN1213278A - 柔软的轻型护垫 - Google Patents

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Abstract

本文揭示了用于保护人体免受冲击力的一种改进护垫。该垫子用高密度闭孔聚合物发泡层和低密度闭孔聚合物发泡层形成。高密度层吸收和分散了冲击力,而低密度层对人体进行缓冲,并提供舒适感。所提供的垫子具有穿越其厚度的多个孔以得到透气性并释放来自人体的热量,孔表面积大到足以适当通气,但不大到明显降低垫子的保护功能。该垫子也可有多个穿越其表面并切入其部分厚度的切痕线,以提供柔性和被保护身体部位的舒适感。

Description

说明书 柔软的轻型护垫
发明领域
本发明涉及用于人体的护垫。本发明进一步涉及轻型、吸收冲击、柔软和透气的这类护垫。
发明背景
臀部垫子和其它护垫已用来保护人体免受由于摔倒、事故、运动和其它相关事件产生的冲击损伤。具体的是，在老年人、骨质疏松症患者和双脚摇摆者和难以行走者中经常发生意外摔倒导致的骨折。在老年人，特别是患有骨质疏松症的人中，骨折极难恢复，很需要首先防止他们发生骨折。
过去已经制备了各种护垫和服装，但都有某些缺点。典型的保护物品是一垫子，它永久性固定在服装上，或塞入服装的口袋里，或通过带子或对皮肤安全的粘合剂固定在适当部位，以致垫子能放在身体易于受伤区域之上。这类易于受伤区域，特别对老年人来说是臀部区域。臀部骨折在老年人摔倒的病例中的发生率为2-3％，通常包含股骨近端的骨折。该部分的股骨由头、颈、大转子和小转子组成。大转子在臀部区域的大部分侧向面积上向外突伸，以致在摔倒时，特别是向侧面摔倒时，大转子受到摔倒所产生的冲击力的正面冲击。
为了保护臀部，垫子典型地固定在覆盖臀部区域衣服的里面，或放在臀部衣服的口袋里。更具体的是，垫子典型地这样放置使它们覆盖在大转子的上面，或针对某些类型的力或能量并联垫子，它们绕在大转子周围而不真正覆盖它。
人们对摔倒时需要垫子来减轻冲击力的程度进行了许多讨论。这是因为在模拟摔倒负载结构中使老年人尸体的股骨骨折所需的力的测量有很大的变化。根据负载速率，这些测量值范围为2110牛顿(J.C.Lotz & W.C.Hayes.骨关节手术杂志(J.Bone Joint Surg.)[美国]，卷72,689-700页，1990)到6020牛顿(T.G.Weber,K.H.Yang,R.Woo,R.H.Fitzgerald，美国机械工程师学会报告、生物工程学(ASME Adv.Bioeng.)BED22:111-114页，1992)。另外，摔倒的人体躯干冲击到诸如瓷砖地板的硬表面时的速度可从约2.0到约4.5米/秒之间变化。研究者引用了约2.6米/秒的平均速度(S.N.Robinovitch,J.生物力学工程(Biomech.Eng.)卷9,1391-1396页，1994)，他们测量了志愿者臀部下落时的速度。在摔倒时估计传给没有护垫的大转子的力的范围也在约5700-10,400牛顿(J.Parkkari等，骨和矿物质研究杂志(J.Bone and Mineral Res.)，卷10，第10号，1437-1442页，1995)。
护垫作用的最佳证据得自对活人的临床研究。Lauritzen等(Lancet,341卷，11-13页，1993)用硬壳型护垫进行了这类研究。在被研究的人群中发现该护垫能使臀部骨折发生率降低50％。尽管有这些强有力的临床结果，还是将Lauritzen垫装在代用的臀部上，以2.6m/秒速度的重摇锤(35kg)对其冲击，发现该垫提供了相对低的力的衰减结果(S.N.Robinovitch等，生物力学工程杂志J.BiomechnicalEngineering,)117卷，409-413页，1995)。在这些体外试验条件下，Lauritzen垫将股骨峰值力从约5770牛顿减少到约4800牛顿或仅仅减少约17％。根据Lauritzen垫的臀部保护器产品在丹麦由Sahvatex(Sahva A/S和Tytex A/S的合资企业)出售，商品名为SAFEHIPTM。臀部保护器是含聚丙烯硬壳的椭圆形的杯子，缝入了一对全棉内衣裤中。
这些临床发现提出两个假设。第一是即使这类试验可被用来测量相互相关的不同垫系统的力减少能力，其它研究者作的摇锤冲击试验与体内试验的相关性也较差。在这类试验中，垫子被装在有固定位置的代用的臀部上，用35千克或更重的摇摆物进行侧面撞击。在真实的摔倒中，动力学有某些不同。在摔倒时，垫子和人体都向下运动，由于重力而作加速度下落，并撞击诸如土地或硬地板之类的对此撞击没有移动反应的固定对象。人们会推测，若为了更好地复制摔倒动力学，将装有的的代用臀部落到硬表面上，各种垫子系统的排列次序可能是相似的，会得到某些不同百分率的力减少结果。第二个假设是假定摇锤性能与体内垫子试验不相关，甚至对峰值力衰减提供相对低水平(约20％左右)的垫子能有效地减少老年人群对摔倒敏感区域的臀部骨折。在任一情况下，不管试验方法，比临床试验Laurizen/Sahvatex垫更能减少峰值力的垫子应该是更能有效地防止臀部骨折和能更广泛地保护老年人。
很显然，从垫子得到的力衰减越多，骨折的发生率越低。但是，我们的消费研究机构告诉我们，除了需减少在摔倒时对大转子的冲击力外，垫子也必须有其它好处以便使人们愿意佩戴。这些涉及外观和佩戴者的舒适感，包括如最大厚度、厚度轮廓、重量、透气性、柔软性和对身体的舒适感的属性。现有垫子在这些领域中有许多缺点。
有些现有技术垫子很庞大累赘，以试图提供防止冲击的保护；许多典型的能提供有效抗冲击的现有技术垫子厚度大于25.4毫米(1英寸)。现有技术垫子典型的是抗冲击性低，其特征在于在代用臀下落或用重摇锤冲击时测量的峰值力减少低于30％。其它垫子是不透气的，这使被垫子覆盖的皮肤处热量增加。还有其它垫子是坚硬的，从而对于被覆盖的身体部分很不舒适。另外，佩戴上硬壳垫对于坐下或睡觉都很不舒适。软的发泡垫需要更大厚度以吸收冲击力；垫子厚度越厚，体积越庞大，越不舒服，且增加了垫子下的热量。所有这些都使使用者相对不舒服。
我们的消费者研究已显示可能的佩戴者，不论其年龄或身体状况，都关注于他们的外表。优选的是臀部垫子不厚于约25.4毫米(1英寸)，更优选的是最大厚度为约19毫米(3/4英寸)或更薄。厚度的轮廓也是重要的，较好垫子是从最厚的地方到外周逐渐变小，这样垫子的边缘在正常的衣服下不会露出。较好的垫子的外周厚度范围为12.77毫米(1/2英寸)或更少。更好的是外周厚度范围为6.35mm(1/4英寸)或更少。
由于大多数可能佩戴者是瘦削体型和体重轻的老年妇女，故更关注垫子的重量。较佳的是每个垫子轻于约300克(一对是600克)。更好的是，每个垫子的重量低于约200克(一对400克)。最好每个垫子的重量低于约100克(一对200克)。
不象运动垫子只需要在很短时间里佩戴，保护老年人臀部的垫子要全天、室内或室外、所有热和冷的气候及其所有的湿度条件下都可佩戴。典型的发泡垫由不让人体潮气或汗经过的闭孔发泡材料构成。另外，这类垫子是热绝缘的，不会有效地散失体热，使垫子下更有汗液和潮气，这会损伤老年佩戴者的皮肤。因此，优选的垫子具有充足孔口的面积，较佳的是至少约5％或更多，更好的是约10％或更多，以允许汗液蒸发和散发体热。
本文揭示的是新颖的改进性护垫，它为较薄、轻型的垫子，并增加了抗冲击性。保持增加的抗冲击性，同时给予透气性以防止热量增加和出现有关的不舒适。另外，此新的垫子具有柔软性和帖服人体被保护的部分，对其保护的地方没有任何不利影响。
本发明概述
本发明提供了保护人体预定部位免受冲击的护垫，该护垫具有一个表面和一个厚度，包括在离开佩戴者身体处的垫子的外表面上的高密度闭孔聚合物发泡层，和对着差佩戴者身体的垫子的内表面上的低密度闭孔聚合物发泡层。典型的是，高密度发泡材料的密度为约128-192kg/m3(约8-12磅/英尺3)，优选的是约160kg/m3(约10磅/英尺3)。低密度发泡材料的密度为约48-80kg/m3(约3-5磅/英寸3)，优选的密度为约64kg/m3(约4磅/英寸3)。将各层固定在一起以得到相对轻质垫子，它对冲击力具有相对高的抵抗力，对使用者较舒适。
垫子可以具有多条切痕线穿过其外表面并部分通过厚度部分，这样能给被护垫覆盖的人体部分提供明显的柔软性和贴服性，而不明显影响抗冲击力。垫子也可在其表面和完全通过其厚度上有多个孔口区域，以提供透气性，并将被垫子覆盖的人体部分上的热散出，同时保持明显的抗冲击力。
总之，垫子重量轻于约75克，最大的优选厚度低于约25.4毫米。垫子的总尺寸或被垫子覆盖的面积范围为约96.7-322.6cm2(约15-50英寸2)。孔口面积的百分比范围占垫子总尺寸的约10-50％。总之，这样选择垫子孔口面积的百分比，使通气最大，同时用代用臀冲击试验中仍然提供40％或更多的峰值力的衰减。
这类垫子可永久地或可拆卸地附在服装上。服装较好地由布制成，这能促进散发从人体排出的汗液。
附图简述
虽然说明书特别提出了权利要求书并定义了本发明的要求范围，但据信结合附图的下列叙述可有利于理解本发明，其附图为：
图1是本发明护垫的平面图。
图2是沿图1线2-2的部分截面图。
图3是本发明护垫的另一个技术方案的平面图。
图4是图1臀部垫子的立体图，以显示该垫子处于弯曲状态。
发明详述
现参见各附图，在各视图中相同的标号表面相同的部分，在图1中示出了本发明的一实施例，护垫10。护垫10相当轻，且相当薄(小于25毫米厚度，但最好是19毫米或更少)。它也是相当柔软，并按具体使用的要求确定轮廓，下面将作更详细的描述。垫子10具有通过其厚度的较大程度的开口面积，同时保持了充足的抗冲击力，如孔12所示。该垫子10也有效地减少了约40-50％未经保护的总冲击力。
垫子10根据具体需要的样式和应用可制成各种形状，如矩形(如图3所示)，正方形，圆形，椭圆形等。孔12供透气并散发垫子下的体热，其直径范围根据透气程度和所需的抗冲击性，约为3.18mm-25.4mm。可使用其它形状的孔，如椭圆型、正方形等。孔12的表面积必须足够大以提供充足的透气性，但不可大到使垫子10的峰值力衰减能力小于约40％；孔12的面积范围占总面积的10-50％，它同时保留了充足的抗冲击性。通过其部分厚度切开产生切痕线14来使垫子10成网状。如图1和3所示，切痕线14优选的深度占总垫子厚度的约1/4-3/4，并跨越整个表面。切痕线14从垫子的外表面或高密度发泡侧划割或模制。这使垫子非常柔软，并能帖服各种形状和尺寸。图4显示了切痕线14赋予的弹性。
施加切痕线的图案和间隔可以改变。为了便于阐述。图1、3和4显示了切痕线与垫子的直线边缘成+或-45度，并穿越垫子中孔的中心。切痕线也可以与垫子的直线边缘成90度角度切入，可以在与直线边缘成+和-45度和90之间的任何角度切入。切痕线可以穿过孔运行，在孔之间运行，或穿过孔和在孔之间运行的组合。不需要如图1、3和4所示的那样直线平行和彼此垂直地切入切痕线。它们也可以从垫子的一侧以扇形阵列来切入。它们可为曲线、正弦曲线或锯齿状越过垫子。切痕线之间距离较佳地为约6.53-50.8mm。切痕线之间更好的距离为约12.77-25.4毫米。
垫子由两种不同类型发泡材料制成。外面的冲击层16是坚硬的高密度材料，较好的是闭孔聚合物发泡材料，如Voltek L1000聚乙烯发泡材料(Voltek,Lawrence，美国马萨诸塞州01843)。内层18是柔软的低密度衬垫材料，优选的是闭孔聚合物发泡材料，如Sentinel MC3800聚乙烯发泡材料(Sentinel Products Corporation,Hyannis，美国马萨诸塞州02601)。外层16能最大地吸收冲击，且足够坚硬使垫子在冲击下避免接触到底，同时内层18提供对人体各个部分相一致所需要的舒适和柔软度；最终结果是能最大限度地有效和舒适相结合。垫子10可通过使两层一起层压，然后用定形辊和切削刀片通过机器磨削成形它。可替换的是，垫子可通过使两层加热并在热量和压力下压缩在一起。这类制造方法是本技术领域人员中公知的。
垫子材料是闭孔的泡沫材料，优选的是聚烯烃闭孔发泡材料，但可使用具有相似性质的其它材料。合适的聚烯烃闭孔发泡材料衍生自低密度聚乙烯(LDPE)、线性低密度聚乙烯(LLDPE)、中密度聚乙烯(MDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、乙烯-乙酸乙烯基酯共聚物(EVA)、乙烯丙烯酸甲基酯共聚物(EMA)、乙烯离聚物、聚丙烯和聚丙烯共聚物。这些聚烯烃材料是优选的，因为它们不吸水或汗，也不支持微生物生长，一般对人体皮肤无刺激和过敏。合适的其它材料可以包括衍生自天然橡胶、丁基橡胶、聚异丙烯、聚丁二烯、聚降冰片烯、苯乙烯-丁二烯、新戊烯、腈橡胶和相关的橡胶材料、聚氨酯泡沫和增塑的聚氯乙烯(PVC)泡沫的橡胶发泡材料。虽然其它材料，像聚氨酯或橡胶泡沫可以有所需的抗冲击强度，但必须很小心地选择这类材料用作直接或间接与人体皮肤接触的垫子中。可配制本技术领域公知的特殊级别以抑制对水或汗的吸收，防止微生物生长，防止皮肤刺激和过敏，所有这些使使用者不舒适或危及使用者的健康。
外层16的密度为约128-192kg/m3(约8-12磅/英尺3)，优选的密度为约160kg/m3(约10磅/英尺3)，内层18的密度为约48-80kg/m3(约3-5磅/英尺3)，优选的密度为约64kg/m3(约4磅/英尺3)。当每层都以其密度范围的上限制备则得到了最大的抗冲击结果。当每层都以其密度范围的下限制备，则产品最为舒适。优选的值能使足够的舒适和抗冲击性组合于同一垫子中。另外，提供厚度占总垫子厚度至少50％的顶层或外部的高密度层使垫子的性能最佳。
通过服装设计使佩戴臀部垫子的舒适度增加。服装织物可增加透气性，特别是与有空气流动孔口的垫子组合时更能增加透气性。有助于散发从人体排出的自然潮气的织物能促进温度调节和舒适度。Colville公司(美国北卡罗来纳州的Winston Salem)制造的“Cottonwick”是对该目的特别有效的织物。它是具有聚合的硅氧烷涂料的独特的成圈针织物，能将潮气吸入织物。成圈针织物形成了圆锥性毛细管，硅氧烷涂料使潮气离开织物表面进入圆锥体。
本发明的垫子可通过例如缝入口袋使垫子不可移动而永久地固定在服装上。因此用于这类服装的垫子至少需要可手洗，优选的是可机洗。洗涤后，必须干燥服装和垫子。垫子中的孔口区域促进了通过服装织物和垫子的空气流动，从而便于能进行室温下空气干燥和机器的热空气干燥。可替换的是，服装可有口袋，这些口袋可通过拉链、揿扣、钩子和绒头拉链(pile fasteners)而变得可开口和再关闭。这使垫子可从服装中除去，结果需要时服装可分开洗涤。
下列实施例供阐述本发明，但不限制本发明
实施例1：机器制造的发泡层压的垫子
这样制造多层垫子：第一模头切下一片MC3800聚乙烯发泡材料(SentinelProducts Corporation,Hyannis，美国马萨诸塞02601)，其密度为64kg/m3厚度为9.52毫米，这样，如图1所示，该片有两个直的相对边，彼此平行，和两个相对曲面。同时围绕着该片用模头划割下12个相互隔开的12.77毫米直径的孔。直边之间的距离约127毫米，曲面通过片中心测量的距离为约139.7毫米。该第一片是垫子的皮肤或佩戴面。
从厚度为9,52mm、密度为约160磅/米3的Minicell L1000聚乙烯泡沫(Voltek,Lawrence，美国马萨诸塞州01843)上模头切下第二片直径为114.3毫米的圆形泡沫片。该片也同时在和与第一发泡片相同的空间位置处模头切下12个12.77mm直径的孔。该第二片是离开佩戴者身体的垫子的外层。
这两个发泡片用3M#343双面粘合带(3M公司，st.Pall，美国明尼苏达州55144)层压在一起，以致使每片上的12个孔彼此对齐。层压的组件然后用杯状磨砂轮进行机械加工，使垫子在所有方向上都光滑地逐渐变薄，使该层压组件有一拱曲或曲线横截面，并带有L1000发泡材料在垫子的外面或凸面上。这如图2所示。加工成的垫子重量为约15克，其孔口面积为约12％。在垫子中心区的最大厚度约19毫米，逐渐变薄到外周达到约6.35毫米，或更薄。
在代用臀上测定垫子对硬表面上的冲击力的缓冲能力，所述的代用臀用聚烯烃和氯丁橡胶闭孔发泡材料及其它组分来制备，它被设计来模拟人体臀部在摔倒时软细胞组织的反应和骨盆的反应。将代用臀从约37.5厘米距离处落下，这样它冲击水平钢板时的速度为约2.7m/秒。代用臀重约35千克，含有一代用股骨和代用大转子。当代用臀落到钢板上时，5000磅负载测力器(产品是8496-01,GRCInstruments,Santa Barbara,美国加利福尼亚升)被用来测量转移到代用的较大转子上的力。测量在代用品上的力。
没有垫子的代用臀摔倒并冲击钢板时，转子上的力约6000牛顿。
为了与本发明垫子比较，从SAFEHIPTM产品(Sahvatex，丹麦)上取出臀部保护器，并用覆盖在臀部的外皮肤上的可伸缩的织物而装在代用臀上，并保持在代用大转子上面的适当位置处。当有护垫的代用臀摔倒，并以2.7m/秒冲击钢板时，代用转子上测得的峰值力比在没有护垫的代用臀收测得的力低30％。
该实施例的垫子通过覆盖在臀部的外皮肤上的可伸缩的织物，被装在代用臀上并保持在代用大转子上面的适当位置处。当有护垫的代用臀摔倒并以2.7m/秒冲击钢板时，代用较大转子上测得的峰值力比在没有护垫的代用臀上测得的力低44％。
实施例2：机器制造的具有切痕线的发泡层压垫子
与实施例1所述的方法相同制备护垫。然后用Exacto刀从垫子的L1000面上对这护垫划割。以与垫子的直边成+和-45度角施加切痕线，并割入总垫子厚度的约3/4。所得的垫子非常有柔性，并在多个方向上铰接。当在代用臀摔倒试验器上评估时，代用转子上测得的峰值力比在没有护垫的代用臀上测得的力低约43％。这样，切痕线实际上对垫子的衰减力的能力没有影响。
实施例3：对比的模制垫子
从较大片上切下152.4mm×152.4mm、厚度为9.52mm的MC3800发泡片。从L1000发泡片上切下第二发泡片，它成圆形，其直径为101.6mm，厚度为15.8mm。用3M#343粘合带将L1000层压到MC3800上，并使两片的中心对齐。
将层压物放在对流烘箱里，并在350°F下加热3分钟。然后从烘箱中拿出层压物，并马上放在铝压模的压盘中。关闭时，压模产生所设计的新月形的空穴，使垫子中心处的最大厚度为约19毫米，在两个发泡物之间有光滑的过度和有逐渐变薄的横截面。将层压物在1900磅/英寸2压力下压制30秒。从压模上取出层压物时，用标准模头划割该护垫成为它的最终形状，并以实施例1和2和图1所示的相同空间排列切出12个12.77毫米直径的孔。所得的垫重约21克。在代用臀试验器上以2.7米/秒冲击速度试验时，代用转子上的峰值力比在没有护垫的代用转子上测得的少约40％。
为了决定垫子在机洗和干燥时是否稳定，将几个垫子放在Norge Heavy Duty洗衣机中，并用液体Tide洗涤剂经3次正常的洗涤循环。洗衣机上的水温设置在120°F。3次洗涤循环后，将垫子放在Sears Kenmore干燥机中在约180°F下干燥2小时，比实际需要干燥的时间长得多。如本文所述洗涤和干燥后，垫子没有损坏的可见症状。
实施例4：对比的具有切痕线的模压垫子
制备与实施例3所述相同的护垫。然后用Exacto刀从垫子的L1000面上对护垫划割。按实施例2所述的相同图形进行划割，也割入总垫子厚度的约3/4。当在代用臀摔倒试验器上评估时，代用转子上的峰值力比在没有护垫的代用臀上测得的力低约43％。
实施例5：矩形的对比模压垫子
从一大片上按图3所示，割下MC3800发泡片，127.0宽×177.8mm长×9.52mm厚，且有15个直径为25.4mm的孔。也从厚度为15.8mm的L1000发泡片上切下127.0mm×177.8mm和有15个25.4mm直径的孔的第二发泡片。将两个发泡片用3M#343粘合带层压在一起，15个孔对齐。
将层压物放在对流的烘箱中，在350°F下加热3分钟。然后从烘箱中拿出层压物，并马上放在铝压模的压盘中，L1000面对上方或凹入的压盘，MC3800面对较下方或凸出的压盘。当关闭时，铸模产生了新月形的空穴，使垫子中心处的最大厚度，约为19毫米，逐渐减薄到边缘或外周处的厚度为6.35mm，或更薄。该层压物在约1900磅/英寸2压力下被压制约30秒。完成的垫子重约41克，有约33％孔口面积。
在代用臀摔倒试验器上以约2.7m/秒速度试验时，代用转子上的峰值力比在没有护垫的代用臀上测得的少约46％。
实施例6：具有大孔口面积和切痕线的矩形垫子
制备如实施例5所述的相同垫子。然后用Exacto刀在垫子的L1000面上对该护垫划割。按图3所示的相同图案进行划割，也割入垫子总厚度的约3/4。在代用臀摔倒试验器上评估时，代用转子上测得的峰值力比在没有护垫的臀上测得的低约45％。同样，切痕线的存在也没有明显影响垫子对力的减少能力。
虽然本文已揭示了具体的技术方案，但仍可作出对本技术领域来说很显然的各种改变和修饰而不背离本发明的精神和范围，所附的权利要求书覆盖了所有这类改变。

Claims (7)

1．一种保护预定人体区域免受冲击的护垫，该护垫具有表面和厚度，其特征在于，该护垫的特征在于有相对高密度的闭孔发泡层和相对低密度的闭孔发泡层，各层被固定在一起以得到相对轻型的、具有相对高的抗冲击力、对使用者相对舒适的垫子。
2．一种用来保护预定人体区域免受冲击的护垫，该护垫具有表面和厚度，其特征在于该垫子由多个切痕线跨越表面并切入部分厚度，以便有明显柔性并使被该护垫覆盖的人体区域感到舒适。
3．根据权利要求1所述的垫子，其特征在于，它进一步包括跨越表面并切入部分厚度的多个切痕线，以便有明显柔性并使被该护垫覆盖的人体区域感到舒适，而同时保持了明显的抗冲击性。
4．根据权利要求1-3中任一项所述的护垫，其特征在于，它进一步包括密度较好为128-192kg/m3的高密度闭孔聚合物发泡层，和密度较好为48-80kg/m3的低密度闭孔聚合物发泡层，各层被固定在一起以得到相对轻型、抗冲击力相对高、对使用者相对舒适的垫子。
5．根据权利要求1-4中任一项所述的护垫，其特征在于，高密度闭孔聚合物发泡层的密度最好为160，低密度闭孔聚合物发泡层的密度最好为64kg/m3。
6．根据权利要求1-5中任一项所述的护垫，其特征在于，它进一步包括在表面上和完全通过厚度的多个孔口区域，以提供透气性并发散被垫子覆盖下的人体区域的热量，同时保留明显的抗冲击力。
7．根据权利要求1-6中任一项所述的护垫，其特征在于，它进一步包括连接于垫子的服装，所述的服装包括织物，它可促进散发从人体排出的汗液。
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