呼吸防護具造成的影響

呼吸防護具初期原是用於控制職業病，NIOSH 在 1970 年建議可以用 來防止環境空氣造成的危害。

2.1.2.1 呼吸防護具的種類

以下參考

NIOSH ⁽¹³⁾

之文獻整理說明。呼吸防護具以配戴面罩時的密合

面（inlet covering）之構造為依據，可分為密閉式（tight-fitting）與寬鬆 式（loose-fitting）兩種，此二種不同構造與使用時呼吸空氣之來源有關，

因而通常被分別對應到淨氣式呼吸防護具（air-purifying respirators）與供 氣式呼吸防護具（atmosphere supplying respirators），其中淨氣式呼吸防護 具大多為密閉式，而供氣式呼吸防護具則大多為寬鬆式；密閉淨氣式呼 吸防護具包含淨氣單元（air-purifying element）與面罩（facepiece）兩部 分，依據其淨氣單元所過濾危害物型式不同，可分類為：

(1) 使用過濾器（filter）來過濾粉塵（dust）、煙霧（fume）、及（或）

霧滴之粒狀物過濾呼吸防護具（particulate filtering respirators）

(2) 使用濾毒罐（canister/cartridge）來去除有害蒸氣和氣體之蒸氣與 氣體脫附呼吸防護具（vapor and gas removing respirators）。

密閉淨氣式呼吸防護具所使用之面罩依據其包覆範圍可分為僅罩住 口和鼻之四分面罩（quarter-mask）、包覆範圍從鼻子到下巴之半面式面罩

（half-mask）與覆蓋的範圍大約從頭部髮際線到下巴以下之全面式面罩

（full-facepiece）（圖 2-1 至 2-3），此外為了降低使用密閉淨氣式呼吸防 護具之呼吸阻力（breathing resistance），亦有一類動力淨氣式呼吸防護具

（powered air-purifying respirator），它是用一個抽氣機將汙染的空氣經由 過濾裝置移除有毒物質，並將過濾後的空氣送至面罩內，但其面罩通常

為寬鬆式（圖2-4）。

本研究所針對之呼吸防護具係以一般工業最常用之濾毒罐式面罩與 N95 口罩為主，此兩種面罩均屬非動力（non-powered）密閉淨氣式呼吸 防護具，其中濾毒罐式面罩罩體包含全面式、半面式與四分面罩。N95 口罩之 N 表示為非油性顆粒，95 代表其過濾的效能為 95%，因此 N95 表示其可以過濾非油性顆粒效能達95%，另外有兩種 R 與 P 系列口罩，

可過濾油性顆粒

⁽²⁾

，其中 R 級的防護油性顆粒的效能僅八小時，而 P 級 則無此限制，但要視使用場合而定。N95 口罩是屬於非動力密閉淨氣式 四分面罩一種，其面罩罩體本身即為淨氣單元，其過濾對象為非油性顆 粒，因此亦屬於粒狀物過濾呼吸防護具，而 N95 口罩除了防塵之外，也 可以作為醫護人員防護肺結核及嚴重急性呼吸道症候群（SARS）感染之 防護，因此是很常被使用的呼吸防護具。

圖2-1 四分面罩（Quarter-mask） 圖 2-2 半罩式面罩（half-mask）

圖2-3 全罩式面罩（full-facepiece） 圖2-4 寬鬆式（Loose-Fitting）

圖片出自 NIOSH guide to Industrial respiratory protection ⁽¹³⁾

2.1.2.2 呼吸防護具相關法規

NIOSH

⁽²⁾

對呼吸防護具的研發與使用提出了對人體適合的呼吸阻 力，以流量為85±2 L/min 時的呼吸阻力值定為標準，如下表 2-3 所示，。

此處的建議值適用所有N、P、R 之口罩，其中吐氣阻力比吸氣阻力低是 考量到人在進行吐氣時，體內肺臟的壓力會大於體外壓力，為了減少吐 出時負擔呼吸防護具給予的額外阻力，故將呼氣的阻力訂得較低。

表2-3 NIOSH 針對 N、P、R 之口罩之吸氣與吐氣阻力規定 Resistance at

flow rate = 85±2 L/min 吸氣阻力(Inhalation resistance) 35 mmH

₂

O

吐氣阻力(exhalation resistance) 25 mmH

2

O

本研究有對全罩式面罩與不同形式 N95 口罩之呼吸阻力作比較，實 驗所用的呼吸防護具之吸氣與吐氣阻力關係在第三章有列入實驗前的基 本量測中，並在第四章第一節呈現結果，與上述NIOSH 訂定的吸氣及吐 氣壓力規定值比較，研究使用的呼吸防護具皆合乎規定。

2.1.2.3 呼吸防護具導致的生理負荷與主觀不適對使用者配戴情形的影響

Louhevaara

⁽¹⁴⁾

在 1984 年針對呼吸防護具發表的綜合回顧研究指出，

使用者不願配戴呼吸防護具的原因有三大類，包括(1)配戴時因為呼吸阻 力（breathing resistance）、無效腔（dead space）及防護具本身重量所增加 之生理負荷，與(2)使用者本身相關之心理因子（包含主觀不適），及(3) 因環境與防護具本身所造成之熱負荷（thermo stress），分別說明如下：

第一類主要是來自呼吸防護具本身的物理特性所引起，說明如下：

(1) 額外吸氣/吐氣阻力

呼吸阻力（R）是指人在呼吸時，氣體流動造成的壓差（Δp）和單位 時間內氣體的流量（f）之比值，即 R=Δp/f

⁽¹⁵⁾

，使用呼吸防護具時，吸氣 時罩體內壓差為負值，吐氣時為正值，而單位時間流量與壓差呈正相關，

單位時間內流量越大，流動造成的壓差越大，隨著氣體流量的增加，呼 吸阻力越大時，其罩體內的壓力增加的越快

⁽¹⁶⁾

，但不是呈線性相關

^{(16, 17,}

18)

，所以一般呼吸防護具有標示呼吸阻力時，通常也有對應的氣體流量。

配戴防護具所產生的呼吸阻力是造成生理負荷增加的主因，亦為以 往研究呼吸防護具之生理負荷評估最多的因子

(16, 17, 22, 23, 24)

，一般成年人 配戴呼吸防護具時的呼吸阻力約在0.6 至 2.3 cmH

₂

O×sec/liter

⁽¹⁹⁾

，而當呼 吸阻力在休息時達到正常呼吸阻力的 3 倍時，會有呼吸困難（dyspnea）

之現象

⁽¹⁹⁾

。

為了能評估出呼吸阻力對生理負荷增加之影響，以往研究大多以濾 毒罐式之呼吸防護具為主，並對濾毒罐之呼吸阻力加以改變（通常以改 變 進 氣 口 徑 之 方 式 ） 以 評 估 其 影 響 ， 而 且 大 多 以 吸 入 的 呼 吸 阻 力

（inspiratory resistance)為主，呼氣時由於防護具大多設置低阻力之單向出 氣閥，影響較低而較少被評估，重要相關研究中所採用的呼吸阻力範圍 在0.3 至 84.7 cmH

₂

O×sec/liter，參閱表 2-1，其中 Heus

⁽¹⁵⁾

與Johnson

⁽¹⁶⁾

等 人研究為採用改造之進氣單元，故能評估較高之吸氣阻力影響，而 Sulotto

⁽²¹⁾

，Jetté

⁽²²⁾

與 Lerman

⁽²³⁾

等人之研究為採用非改造之進氣單元，其 吸氣阻力在0.3 到 4.6 cmH

₂

O×sec/liter 間。

表2-4 重要相關研究之設定條件 exercise to 90%

max heart rate

30 位男性 25(23-46) Sulotto

⁽²¹⁾

等， (hyperventilateion)之現象，TTE 顯著下降，以及顯著較低的 V

_E

與 VO

₂

， Sulotto 等

⁽²¹⁾

之研究指出呼吸阻力增加時，BF、V

_E

、VO

₂

、VCO

₂

、VO

_2max

會顯著下降，HR 則無顯著改變。Jetté 等

⁽²²⁾

之研究因比較的呼吸阻力差異

上升。 量 (Maximal Oxygen Consumption) per minute, beat/min)。

z

WP：工作心跳 (Work

生理負荷指標 定義說明

z

PIP/PEP：呼吸時面罩內 之最大壓力 (Peak Inspiratory / Expiratory Pressure)

間，在人體的氣管與肺部也有無效腔的存在。這些無效腔所囤積的氣體，

有較高濃度的二氧化碳及較低濃度的氧氣，因此當我們呼吸時，所吸入 的空氣為吸入的空氣再加上無效腔內的氣體混合，所需的氧濃度會被無 效腔中的二氧化碳所稀釋。因此無效腔不但會減少可吸入的氣體體積，

還會減少可利用的氧氣濃度。呼吸防護具依其罩體特性（大小、有無內 罩），會增加無效腔的體積，因為二氧化碳會無法完全排出，所以下次呼 吸時也會跟著被吸入，造成氧氣濃度變小，二氧化碳濃度提高，進而影 響到人體，使得吸氣較困難、工作的執行能力降低等，因此呼吸防護具 的無效腔體積越大，配戴者每次的呼吸分通氣量也越大，呼吸壓力也有 增加的趨勢、呼吸時間縮短，但在工作時心跳的部分則不明顯

^{(14, 24)}

。

(3) 防護具重量

與供氣式的呼吸防護具比起來，如自攜式呼吸防護具（Self-contained breathing apparatus, SCBA）重量在 10 到 15 公斤左右，本研究針對的非 動力密閉淨氣式之呼吸防護具，重量輕了許多，但仍會在 N95 和全面式 面罩的配戴上進行主觀不適的重量影響與評估。

2.1.2.3.2 心理

Morgan

^(25,26)

在1983 年針對配戴呼吸防護具的心理問題進行詳細之回 顧 ， 其 研 究 指 出 雖 然 有 關 配 戴 呼 吸 防 護 具 之 主 觀 不 適 （subjective discomfort）缺乏系統性之研究，但幾乎相關研究均同意配戴呼吸防護具 時之主觀不適對使用者之配戴行為具有關鍵性影響，研究指出會受到使 用者之個人心理特質（Psychological charactistics）所影響，這些特質包括 性別外向性（extroversion）、神經質（neuroticism）、焦慮（anxiety）與憂 鬱（depression）所影響。

Bently

⁽¹⁸⁾

之研究中利用心理生理問項(psycholophysical category scale) 來評估主觀生理指標與主觀不適之關連性，其研究發現受測者對配戴呼 吸防護具之主觀不適主要受到吸氣時面罩內壓力（PIP）之影響，並建議 若PIP 低於 17cmH

2

O 時，90%使用者不會感受到主觀不適。

2.1.2.3.3 熱負荷

在濕熱環境下工作，會使得人體的生理負荷增加，相關研究指出 (James, 1984)

⁽²⁷⁾

，高溫43.3°C 相較於常溫 25°C 之下，使用者配戴全罩式 呼吸防護具相較於未配戴呼吸防護具，其工作心跳平均每分鐘增加 8.4 bpm（低工作負荷）到 21.4 bpm（高工作負荷），而口腔溫度平均上升 0.4

（低工作負荷）至2.3 ℉（高工作負荷）。在配戴供氣式面罩時，主觀的 可接受程度是由環境溫度決定，但會受到口罩內溫濕度而的影響，潮濕 的空氣會降低面罩的可接受程度（Nielsen, 1987）

⁽²⁸⁾

。本計畫先前研究也 發現，N95 在配戴時口罩內溫度是造成主觀不適的主要來源。

第二節 濕熱環境與呼吸防護具的文獻回顧

在文檔中 非動力密閉淨氣式濾毒罐面罩與N95口罩在濕熱環境下之生理負荷與主觀不適之影響評估; Assessment of the physiological loads and subjective discomforts for non-powered tight-fitting air-purifying respirator with canister and N95 facemask under thermo and humid condition (頁 30-39)