第三章 研究方法
第二節 實驗儀器設備與量測方法
3.2.10 吸氣、吐氣時間比
並非所有的呼吸防護具皆有出氣閥，因此本研究利用量測口罩內呼吸 壓力的波形來計算受測者的呼吸頻率和吸氣與吐氣時間，吸氣的壓力為 負波峰，吐氣的壓力為正波峰，因此當波形由正波峰往負波峰移動，這 段時間即為吸氣時間；若波峰由負波峰往正波峰移動，這段時間即為吐 氣時間，如圖3-17 所示。吸吐氣的時間計算如下：
(1) 吸氣時間：正波峰時間點減去前一負波峰的時間點。
(2) 吐氣時間：負波峰時間點減去前一正波峰的時間點。
(3) 吸吐氣時間比：吸氣時間除以吐氣時間。
圖3-17 受測者執行作業時所量測到的口罩內壓力波形 3.2.11 呼吸防護具之呼吸阻力量測設備
各種呼吸防護具因材質不同，呼吸阻力亦不一樣，本實驗為瞭解呼吸 防護具在不同的呼吸流量下阻力的變化情形，因此參考Johnson
(14)
以一配 戴呼吸防護具之假人頭的方式，測量不同吸氣及吐氣流量下呼吸防護具 的呼吸阻力。為使實驗更接近實際狀況，將假人頭之鼻孔處及頭後方開 洞，並以塑膠軟管貫穿連接模擬呼吸道的形式，如圖3-18，再將軟管連 接至流量計及可調整流量的閥，再連接至一雙向抽氣馬達，以模擬吸氣 或吐氣狀況，如示意圖3-19。本實驗所使用之馬達為 HITAH 所製造，最 大流量可達200 L/min。再經由流量控制閥控制馬達抽氣及吸氣之流量大 小，因模擬之呼吸道轉接後會有壓損，因此可量得之最大流量約為180 L/min。(1)
(2)
圖3-18 假人頭模擬呼吸道之正反面圖（左為正，右為反）
圖3-19 模擬呼吸防護具呼吸阻力量測示意圖 3.2.11 模擬作業內容與作業負荷設定
3.2.11.1 測功儀器
為了模擬作業進行時的生理負荷，實驗室通常會使用能夠產生固定 的 工 作 量 ， 以 達 到 固 定 的 工 作 負 荷 的 儀 器 ， 常 見 的 有(1) 跑 步 機
（treadmill）、(2)腳踏車測功儀（cycle ergometer）和(3)階梯測驗
(31)
，其 中前兩項較常用於呼吸防護具造成生理負荷的模擬實驗。跑步機外型如同一般健身房所見之健身跑步機，唯轉速與功率的調
壓力偵測儀 流量計 流量控制閥 雙向抽氣馬達
節上須比一般的穩定與準確，且可以調節跑步履帶之傾斜角度，由回顧 文獻可知，通常進行實驗時，是先固定傾斜角度，再增加或維持履帶速 度，達到實驗需要的固定負荷，可用來量測最大（maximal）與次大
（submaximal）的生理負荷，也常用於臨床測試
(32)
。跑步機的優點在於 履帶是主動捲動，使得受試者被動的執行作業，半強迫性地測得最大耗 氧量和最大心跳數。而缺點在於跑步是全身性的運動，生理訊號的測量 易受干擾，且實驗時須讓受試者習慣使用以減少焦慮感，以及價格昂貴 等。腳踏車測功儀外型如腳踏車健身車，轉速與阻力的調節範圍比一般 的廣且精確，通常進行實驗時，是藉由增加或維持踩踏的阻力（單位為 瓦特）來達到實驗所需的工作負荷，也可用來量測最大（maximal）與次 大（submaximal)的生理負荷。優點在於容易進行工作負荷量的微調增減，
且因阻力來源是由受試者主動踩動輪軸，機器再給予固定的阻力，被動 性地給與作業負荷，較不會有焦慮感
(33)
，以及腳踏車的身體活動範圍較 為固定，生理訊號較易測量。為了能夠計算生理負荷（例如心跳）相對 應的運動功率，受測者在踩踏腳踏車時，應維持適當的踏板速度，通常 是50-60rpm(31, 33)
。而缺點在於由於是受試者主動踩踏，測到的最大耗氧 量會比跑步機低，且當受試者不習慣進行踩腳踏車的活動時，容易因局 部的肌肉疲勞造成低估(33)
。3.2.11.2 作業負荷的設定
本實驗採用腳踏車測功儀來進行，在模擬負荷的測驗方面，大致有 三種分別說明如下：
法為，將腳踏車測功儀的起始負荷值訂為受測者的體重，在開始 踩踏後第一及第二分鐘增加阻力為其體重的二分之一，之後每分 鐘增加阻力為其體重四分之一，直到受測者無法繼續為止，在整 段踩踏期間所測量到最大的VO
2
值就是最大耗氧量。(2)固定負荷作業：由腳踏車測功儀設定欲量測之負荷值，如 30%或 50%VO
2max
，在依據受測者個人之 VO2max
轉換為測功儀給予的阻 力Watt 值，量測固定的時間(23)
或量測到受試者無法繼續的時間為 止（Time To Exhaustion, TTE）(16)
。(3)漸進式負荷作業：類似於固定式負荷作業，但負荷作業的阻力為 漸增，通常設定負荷的最大值為80%到 85%的最大耗氧量
(15, 16, 21, 22)
。本研究負荷瓦特數是參考AIHA
(8)
定義輕度工作與中度工作之心跳率 與耗氧量換算而得，至於重度工作則因為配戴呼吸防護具之後，可能會 造成受試者的負荷太重而難以繼續執行作業，故不考慮重度工作的研究。根據 AIHA 定義的能量消耗程度與工作負荷程度間的關係，參閱表 3-2 可知心跳率在輕度工作（Light work）時為 75~100 bpm 之間，中度工 作（Moderate work)時在 100～125 bpm 之間，其所對應的耗氧量分別為 0.5～1.0 L/min 和 1.0～1.5 L/min，根據 Åstrand
(33)
對腳踏車測功儀負荷大 小與耗氧量關係的研究也發現，其運動負荷大小與耗氧量的關係成定 值，對應值如表3-3，因此可推算出算耗氧量為 0.75 L/min 時對應的負荷 功率為47.3 W，耗氧量為 1.25 L/min 時對應的負荷功率為 83.4 瓦。在經 過實驗前測後，決定將輕度負荷訂為 45 瓦，中度負荷訂為 85 瓦，耗氧 量分別為0.72 L/min 和 1.28 L/min。表3-3 以能量消耗程度推估定義之工作負荷分級（以成年男性為參考） Moderate work 5.0-7.5 2400-3600 100-125 1.0-1.5
Heavy work 7.5-10.0 3600-4800 125-150 1.5-2.0 Very heavy work 10.0-12.5 4800-6000 150-180 2.0-2.5
資料來源：AIHA, 1971 (8)
最高溫濕度訂為35℃和 70%，並與一般室內有空調的辦公場所的溫濕度 25℃、50%作比較。
調整暴露艙的溫濕度環境後，使用直讀式儀器測量WBGT 值，儀器 為IST 公司（USA）製造的 the WIBGET，型號為 RSS-214，結果如下。
表3-5 本實驗模擬之環境溫濕度對應之 WGBT 值
環境溫度 環境濕度 WBGT 濕球溫度 黑球溫度
25℃ 50% 21.3 19.6 25.3
25℃ 50% 22.2 21.4 24.3
35℃ 70% 29.7 27.5 34.6
35℃ 70% 31.8 30.5 34.3
3.2.13 配戴呼吸防護具進行作業負荷之主觀不適問卷
本實驗採用之主觀不適問卷，主要根據Lerman 等的研究
(23)
來設計以 評估使用者配戴呼吸防護具時所感受到的不適程度（Rate of Perceptual Exertion, RPE），分別為配戴呼吸防護具後吐氣的困難程度、吸氣的困難 程度、呼吸防護具內溫度造成的不舒適程度、佩戴呼吸防護具（如重量）對執行作業的影響程度、呼吸防護具造成的不舒適程度等五大項，評估 的等級分成10 等級，由 0-沒有感覺到 10-非常強烈（如附錄三至五），分 析時除個別問項亦將全部問項分數進行加總，以RPE 代表加總值。
在開始正式實驗之前，實驗人員會先向受測者詳細解說問卷內容，
使其了解問卷內容及選項，才進行正式試驗。受測者針對每一階段的實 驗，於實驗後之休息時間內立即填寫一份問卷以評估此階段實驗之主觀 不適情況。
第三節 實驗設計 3.3.1 自變項
實驗一：四個自變項如下，所有自變項均為受試者內變數，每個變 項各有兩個變數，故受試者均需完成 2×2×2×2，共 16 個試 驗。
(1) 呼吸防護具：兩個 level，全面式面罩和對照面罩。
(2) 作業時工作負荷：兩個 level，分別為輕度負荷 45W、中度負荷 85W。
(3) 環境溫度：25℃、35℃
(4) 環境相對濕度：50%、70%
實驗二：四個自變項如下，所有自變項均為受試者內變數，每個變 項各有兩個變數，故受試者均需完成 2×2×2×2，共 16 個試 驗。
(1) 呼吸防護具：兩個 level，無閥 N95 口罩和有閥 N95 口罩。
(2) 作業時工作負荷：兩個 level，分別為輕度負荷 45W、中度負荷 85W。
(3) 環境溫度：25℃、35℃
(4) 環境相對濕度：50%、70%
3.3.2 應變項
本實驗之應變項包括受測者運動時所量得之工作時心跳、工作心
大百分比、新陳代謝量、口罩內的溫度，以及受測者之主觀不適問卷，
並於實驗二加入血液含氧量的量測。各應變項之定義說明如下表3-5 表 3-6 實驗應變項及其說明
實驗應變項 說明
HR
work
，工作時心跳 在執行作業時的心跳頻率，單位為 bpm（Beat Per Minute）。
WP，工作心跳 因執行作業而增加的心跳，將工作時心跳
減去休息時心跳即為工作心跳，單位為 bpm。
%HRR，心率儲備百分比 將工作心跳除以最大心跳與休息心跳的 差的百分比，單位為%。
PIP，吸氣壓力 吸氣時口罩內的壓力，單位為mmH
2
O。PEP，吐氣壓力 吐氣時口罩內的壓力，單位為mmH
2
O。BF，呼吸頻率 執 行 作 業 負 荷 時 呼 吸 的 頻 率 ， 單 位 為 cycle/min。
Ti，吸氣時間 一次吸氣所需要的時間，單位為sec。
Te，吐氣時間 一次吐氣所需要的時間，單位為sec。
V
E
，分通氣量 執行作業負荷時每分鐘吐氣的流量，單位 為L/min。V
T
，潮氣容積 一次吸氣或吐氣的氣體量，以分通氣量除 以呼吸頻率求得，單位為L/min。VO
2
，耗氧量 人體活動時每分鐘消耗氧氣的量，單位為 L/min。VO
2mass
，單位體重耗氧量 人體活動時每分鐘每公斤重消耗氧氣的量，去除體重對耗氧量的影響，單位為 ml/min/kg。
實驗應變項 說明
Discomfort caused by temperature，溫度不適
對目前執行作業的整體環境中溫度的感 覺不舒服程度。
Discomfort caused by humidity，濕度不適
對目前執行作業的整體環境中濕度的感 覺不舒服程度。
General discomfort for
environment，整體環境不適
Discomfort caused by temperature inside the mask，面罩溫度不適
在運動過程中，因呼吸防護具內溫度而感 到不舒服的程度。
Discomfort caused by
sweating inside the mask，面 罩流汗不適
3.3.3 控制因子
在受試者衣著方面，告知每次測驗穿著的型式皆須固定，規定為棉質 短袖上衣，棉質短褲，每次實驗穿著的衣量皆為一致。為避免受測者疲 勞累積，每個受試者的實驗天皆間隔一天以上、五天以內，並考量生理 狀況不同，要求受測者每次實驗的時段（白天、下午、晚上）儘量一致。
本實驗進行季節為初春，在 2～3 月完成實驗，室內平均溫度為 23～25
℃，濕度為50～60%。
第四節 實驗流程
3.4.1 個人最大耗氧量量測
在開始進行配戴呼吸防護具負荷實驗之前，所有受測者須先測試最 大耗氧量，此測試與正式實驗在不同天進行，間隔一週以上。測試方法
在開始進行配戴呼吸防護具負荷實驗之前，所有受測者須先測試最 大耗氧量，此測試與正式實驗在不同天進行，間隔一週以上。測試方法