配戴非動力密閉淨氣式濾毒罐面罩與N95口罩之生理負荷與主觀不適評估; Assessment of the physiological loads and subjective discomforts while wearing non-powered tight-fitting air-purifying respirator with canister and N95 facemask
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(2) 致謝 研究所兩年匆匆過去了，在這兩年的時間中，體會到與之前學程不同 的感受，學到人生另一層面的道理。有良師給我的指導與建議，有同儕 給我的幫助與支持，有益友給我鼓勵，還有家人在背後默默的支持，要 感謝的人太多了，我只能盡我所能寫下所能表達的謝意。 首先，要感謝我的指導教授許文信老師，在大學的學涯中就曾跟隨老 師學習研究的方法，收穫良多，在進入研究所又有幸繼續接受老師的指 導，除了加強專業科目之外，還不斷提醒我生活中該注意的事項，並在 實驗之中，提醒我很多可能會忽略的事項，在研究所生涯中，是一位不 可獲缺的良師。 感謝賴俊雄院長，他就像一位慈父，不時詢問實驗的進度，適時的給 予意見及關心；感謝陳振菶老師，除了在課堂中給予意見，也適時的給 予我一些幫助，讓我有勇氣用不流利的英文詢問外賓問題，更擔任口試 委員，給予意見，讓文章更臻完美。感謝口試委員袁素娟老師細心指教， 使本篇論文結構能夠加嚴謹。 在學涯中，更是不可缺少同學間的支持與幫助，感謝佩林帶給我不少 歡樂，更在實驗缺少受測者時，義不容辭的馬上答應幫忙，在學業上亦 是如此，短短三句謝詞不足以道盡所有的感謝。感謝鐵蛋，在實驗需在 學校呆到很晚時，亦留在學校陪伴，實驗中也幫了我個大忙。感謝系辦 小姐兼大學同學雯倩，因為實驗落後致使需要繳交文件的日期需延後， 她也是不嫌麻煩的一再幫忙。還有學謙、思承，也是馬上答應做實驗的 受測者，尤其是學謙，更是當過很多次實驗前測的受測者，心中真是萬 分感激。 I.
(3) 還有實驗室的學弟，宣俞宏，實驗能夠順利進行，他也是不可或缺的 大功臣，實驗的前測、正式執行、事後的數據處理等等都幫了非常大的 忙，甚至最後的口試也幫忙布置，讓一切能夠順利進行。感謝昭陽學妹， 在缺乏受測者時，馬上用廣大的號召力，號召了許多學弟們幫忙。感謝 毓宥、亦君、桂虹、伊均、惟馨、怡如學妹，在實驗中也給予我不少幫 助，有你們的配合，實驗才能如此順利的進行。 感謝我的摯友，倩彣，當我實驗進行不順利的時候，為我擔心，給予 我意見，甚至在忙完自己的事情時，飛奔至台中只為了幫我，有友如 此，夫復何求。感謝阿壞學長，三不五時關心我的實驗進度，給與鼓勵。 還要感謝所有參與實驗的受測者，有你們的配合，才讓如此匆忙且辛苦 的實驗能夠順利完成。 最後要感謝我的家人，有他們默默的支持，無時無刻的關心，讓我在 學校學習無後顧之憂，努力衝刺研究，我一切的成就，都是因為他們才 能實現。 人生是一列列車，我在研究所這一站下車，得到許多珍貴的寶物，又 即將上車前往下一站，我無法選擇我要與何種人事物相遇，但我能選擇 與大家共創甜美的回憶，僅以此篇致謝感謝所有共創回憶的朋友，人生 因有你們更加美好。. II.
(4) 中文摘要 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，N95 口罩其面罩罩體本身即為淨氣單元，除了防塵之外，也可以 作為醫護人員防護感染時使用。研究指出在被評估為需使用呼吸防護具 之場所，僅有約 20%至 30%有提供呼吸防護具且被使用，造成使用者不 願配戴呼吸防護具之原因可分為三大類，包括配戴時因為呼吸阻力、無 效腔及防護具本身重量所增加之生理負荷、與使用者本身相關之心理因 子（包含主觀不適）及因環境與防護具本身之所造成之熱負荷。 有關配戴密閉淨氣式濾毒罐面罩所造成之生理負荷研究資料較多，但 N95 口罩相關研究則相當缺乏，雖然其呼吸阻力較濾毒罐式防護具為低， 但是在較長時間使用後，罩體本身會變得相當潮濕，呼吸阻力也會增加， 值得加以評估。有關配戴呼吸防護具時之主觀不適缺乏系統性之研究， 但相關研究均指出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。 本研究包括兩個實驗，目的在瞭解配戴 N95 口罩與一般職業常用之 濾毒罐式面罩在實際使用上之生理負荷與主觀不適之情況，進而討論其 對使用者配戴行為之影響，第一部份之實驗為全罩式面罩與 N95 口罩之 生理負荷與主觀不適評估，第二部分的實驗則進一步探討有閥與無閥之 N95 口罩在有無講話作業之生理負荷與主觀不適。 共有 18 位醫學大學學生完整參與此二部分實驗，男女各 9 名，平均 年齡為 24 歲，第一部份之實驗獨立變數包括性別、呼吸防護具型式(包括 全罩式面罩搭配化學濾毒罐及 N95 濾毒匣、N95 球型有閥及無閥口罩)、 工作負荷(輕度作業與中度作業)。第二部分之實驗獨立變數包括性別、 N95 口罩型式(N95 船型有閥及無閥口罩)、工作負荷(輕度作業與中度作 III.
(5) 業)及作業類型（有講話與無講話） ，此兩部分實驗之獨立變數除性別外， 均為受試者內因子設計，受試者會參與所有實驗條件之實驗。本研究兩 個實驗所評估之應變數相同，包括工作時心跳、工作心跳、吸氣壓力、 吐氣壓力、呼吸頻率、口罩內溫度、分通氣量、耗氧量與單位體重耗氧 量等生理負荷指標及主觀不適問卷。 第一部分實驗結果顯示，配戴呼吸防護具會使工作時心跳與工作心跳 明顯高於沒有配戴呼吸防護具時之相同負荷作業，但在不同型式呼吸防 護具間無顯著差異，配戴呼吸防護具的吸氣壓力明顯隨防護具之吸氣阻 力增加而增加，吸氣壓力為全罩式面罩搭配化學濾毒罐時最高，N95 球 型無閥口罩最低，吐氣壓力仍以全罩式面罩搭配化學濾毒罐時最高，但 最低者為 N95 球型有閥口罩。在口罩內溫度的部分，則是 N95 口罩的溫 度高於全罩式面罩，且無閥 N95 口罩高於有閥 N95 口罩，分通氣量及耗 氧量的部分，全部皆是全罩式面罩高於 N95 口罩，在主觀不適部分，不 同作業負荷有顯著差異，中度負荷的不舒服程度高於輕度負荷的不舒服 程度，在不同呼吸防護具間僅有口罩內溫度之主觀不適有顯著差異，N95 球型無閥口罩不舒適程度顯著高於其他三種呼吸防護具。 實驗二的結果顯示配戴有閥無閥的 N95 口罩不同型式之呼吸防護具 對心跳的影響不大，但配戴 N95 船型無閥口罩在吸氣壓力、吐氣壓力及 口罩內溫度的結果都顯著高於 N95 有閥口罩，因此在選擇 N95 船型口罩 來作為呼吸防護具時，有閥會較無閥來的好。至於作業時有無講話則對 心跳有很大的影響，每分鐘大約會增加 3 至 4 下的心跳，有講話作業在 心跳、吸氣壓力、吐氣壓力、呼吸頻率顯著高於無講話作業。此外主觀 不適問卷結果顯示，中度作業之不舒適程度會高於輕度作業，N95 船型 無閥口罩之不舒適程度會高於 N95 船型有閥口罩，溫度是主要造成配戴 者不舒適的主因，有講話作業之不舒適程度會高於無講話作業，主觀不. IV.
(6) 適問卷的結果皆與生理負荷指標之結果一致。. 關鍵字：呼吸防護具、呼吸阻力、呼吸生理、主觀不適、N95 口罩. V.
(7) ABSTRACT This study aim to evaluate the most frequently used non-powered tight-fitting air-purifying respirators with canister and N95 facemasks. The N95 facemask which the facepiece itself is the purifying element is also used by medical personnel. Research results have indicated the respirators are available and in use in only 20-30% of the work phases evaluated as needing them. Failure to use a respirator is influenced by the physiological burden caused by such as additional respiratory resistance and dead space, by psychological factors such as subjective discomforts, and by thermo stress caused by the environment and respirator itself. There were lots of researches addressing the physiological effects whilst wearing respirators with canister. Only little research focused on N95 facemask which is associated with smaller breathing resistance when compared with respirator with canister. However, the N95 facemask is still need to be assessed because it may become wet and the breathing resistance may increase after prolonged use. The subjective discomfort associated with respirator wearing has not been studied systematically, but it is widely agreed that user’s discomfort represents a crucial issue to interfere with the use of respirators. Two experiments were conducted in the present study. The study intended to assess the physiological loads and subjective discomforts and their effects on the wearing behaviour for non-powered tight-fitting air-purifying respirator with canister and N95 facemask. The first experiment aimed to evaluate and compare the physiological loads and subjective discomforts between N95 facemask and a full-facepiece respirator. The second experiment explored furthermore about the effects of wearing N95 facemask with or without expiratory valve and the effects of speaking or not while wearing the two types of N95 facemasks. VI.
(8) 18 medical university students (9 males and 9 females) with mean age about 24 year olds completely participated in the two experiments. The evaluated independent variables in the first experiment included gender (GR), types of respirator (RT), including ball type N95 facemasks with/without valve (BWV, BNV), full-facepiece respirator with chemical canister or N95 filter(FWC, FWN) and work loads (WL, 45W and 85W). The explored independent variables in the second experiments included gender, types of respirator (ship-type N95 face mask with/without valve, SNV and SWV), work load (45W and 85W) and task (TK, speaking or not). All independent variables in the two experiments except gender were designed as within-subject variables. The evaluated dependent variables for the two experiments were identical which included working and work pulse, peak inspiratory and expiratory resistance (PIP, PEP), respiratory frequency (RF), temperature inside respirator (TIR), minute ventilation (VE), volume of oxygen consumption (VO2) and subjective rating of perceived exertion (RPE) for five categories. Results of the first experiments showed that wearing respirators significantly increased the working pulse and work pulse. Both of the effects of RT on working and work pulse were not significant. The PIP and PEP measured for the four experiment respirators were consistent with the measured inspiratory and respiratory resistance for each respirator. The PIP value was the highest for FWC and was the lowest for BNV. The PEP value was the highest for FWC and was the lowest for BWV. The TIR for BNV was the highest followed by BWV and were significantly higher than FWC and FWN. The VE and VO2 for FWC and FWN were significantly higher the BWV and BNV. The effects of WL on the five RPEs were all significant. As for the effects of RT on RPE, only significantly higher RPE for the temperature inside the respirator was reported. The results of the second experiment showed that the effects of RT on VII.
(9) working and work pulse were not significant. The PIP, PEP and TIR for SNV were significantly higher than those for SWV. Therefore the SWV was recommended. The effects of TK on working pulse, work pulse, PIP, PEP and RF were significant. The working and work pulse were 3-4 beats/min higher for the task with speaking than task without speaking. The effects of WL on RPE were significant. The RPE score for SNV was significantly higher than that of SWV which could be attributed to the RPE for the temperature inside the respirator. The RPEs for the task with speaking were all significantly higher than task without speaking. The results of RPE were consistent with the measured physiological work load indicators. Keywords：Respirators, Breathing resistance, Respiratory physiology, N95 facemask. VIII.
(10) 目錄 致謝 ............................................................................................................... Ⅰ 中文摘要 ....................................................................................................... Ⅲ 英文摘要 ....................................................................................................... Ⅵ 目錄 ............................................................................................................... Ⅸ 表目錄 ....................................................................................................... ⅩⅣ 圖目錄 ....................................................................................................... ⅩⅧ. 第一章 緒論 ................................................................................................... 1 第一節 研究背景 ....................................................................................... 1 第二節 研究之重要性 ............................................................................... 2 第三節 研究目的 ....................................................................................... 2 第四節 研究架構 ....................................................................................... 3 第二章 文獻探討........................................................................................... 5 第一節 呼吸防護具分類 ........................................................................... 5 第二節 呼吸防護具造成的生理負荷與主觀不適及其對配戴行為之影響 ........................................................................................................ 7 IX.
(11) 2.2.1 主要影響呼吸防護具生理負荷之因子........................................ 8 2.2.2 配戴呼吸防護具所造成之心理影響.......................................... 12 第三節 作業負荷測功儀器與負荷設定方法法 ..................................... 13 2.3.1 測功儀器 ...................................................................................... 13 2.3.2 作業負荷之設定與量測方法...................................................... 14 第三章 研究方法......................................................................................... 16 第一節 研究對象 ..................................................................................... 16 第二節 實驗儀器設備與量測方法 ......................................................... 17 3.2.1 呼吸防護具 ................................................................................ 17 3.2.2 呼吸生理分析儀器及其測量方法 ............................................ 19 3.2.3 人因測功腳踏車 ........................................................................ 20 3.2.4 配戴呼吸防護具之耗氧量測量方法 ........................................ 21 3.2.5 ECG 心跳量測方法 .................................................................... 22 3.2.6 呼吸防護具內壓力測量方法 .................................................... 23 3.2.7 呼吸防護具內溫度量測方法 .................................................... 24 3.2.8 呼吸防護具吸氣與吐氣阻力量測設備 .................................... 25 3.2.9 呼吸頻率量測 ............................................................................ 27 X.
(12) 3.2.10 實驗作業內容與負荷設定 ...................................................... 27 3.2.11 呼吸防護具負荷作業之主觀不適問卷 .................................. 29 第三節 實驗設計 ..................................................................................... 31 3.3.1 自變項 ........................................................................................ 31 3.3.2 應變項 ........................................................................................ 31 3.3.3 控制因子 .................................................................................... 33 第四節 實驗流程 ..................................................................................... 33 3.4.1 呼吸防護具呼吸阻力模擬測試................................................ 33 3.4.2 個人最大耗氧量量測 ................................................................ 34 3.4.3 實驗流程 .................................................................................... 36 第五節 分析及統計方法 ........................................................................ 38 第四章 實驗結果......................................................................................... 40 第一節 實驗用呼吸防護具呼氣與吐氣阻力曲線 ................................. 40 4.1.1 吸氣阻力 ...................................................................................... 40 4.1.2 吐氣阻力 ...................................................................................... 43 第二節 實驗一：全罩式面罩與 N95 口罩之生理負荷與主觀不適評估結 果................................................................................................. 45. XI.
(13) 4.2.1 工作時心跳 .................................................................................. 45 4.2.2 工作心跳 ...................................................................................... 49 4.2.3 吸氣壓力 ...................................................................................... 51 4.2.4 吐氣壓力 ...................................................................................... 53 4.2.5 呼吸頻率 ...................................................................................... 55 4.2.6 呼吸防護具內溫度 ...................................................................... 56 4.2.7 分通氣量 ...................................................................................... 58 4.2.8 耗氧量 .......................................................................................... 60 4.2.9 單位體積耗氧量 .......................................................................... 62 4.2.10 主觀不適問卷結果 .................................................................... 64 第三節 實驗二：有閥無閥之 N95 口罩在有無講話作業之生理負荷指標 與主觀不適結果......................................................................... 66 4.3.1 工作時心跳 .................................................................................. 66 4.3.2 工作心跳 ...................................................................................... 70 4.3.3 吸氣壓力 ...................................................................................... 70 4.3.4 吐氣壓力 ...................................................................................... 72 4.3.5 呼吸頻率 ...................................................................................... 73. XII.
(14) 4.3.6 呼吸防護具內溫度 ...................................................................... 74 4.3.7 分通氣量、耗氧量及單位體重耗氧量(僅有閥口罩) ................ 76 4.3.8 主觀不適問卷結果 ...................................................................... 79 第五章 討論 ................................................................................................. 83 第一節 實驗用全罩式面罩與 N95 口罩呼吸阻力比較 ........................ 83 第二節 實驗用全罩式面罩與 N95 口罩之綜合比較(實驗一) ............. 84 5.2.1 生理負荷 ...................................................................................... 84 5.2.2 主觀不適 ...................................................................................... 87 第三節 配戴有閥及無閥 N95 口罩在有無講話作業綜合比較(實驗二) . ................................................................................................................ 87 5.3.1 生理負荷指標比較 ...................................................................... 87 5.3.2 主觀不適比較 .............................................................................. 91 第六章 結論 ................................................................................................. 92 第七章 參考文獻......................................................................................... 93 附錄一 受測者同意書................................................................................. 96 附錄二 個人基本資料................................................................................. 97 附錄三 主觀不適問卷................................................................................. 98. XIII.
(15) 表目錄 ....................................................................................................... ⅩⅣ 表 2-1 評估呼吸阻力所造成的生理負荷時常用之生理指標 .................. 10 表 2-2 相關重要研究之實驗條件 .............................................................. 11 表 2-3 NIOSH 針對 N、P、R 之口罩之吸氣與吐氣阻力規定 ................ 12 表 3-1 受測者基本特徵(n=18,mean±SD) .................................................. 16 表 3-2 Nasal Temperature Probe 在不同溫度區間之溫度差...................... 25 表 3-3 Result of HR and corresponding RPE score during various nursing duties (n=21) ..................................................................................... 28 表 3-4 Prolonged physical work classified as to severity of workload and to cardiovascular response .................................................................... 29 表 3-5 Oxygen uptake as related to work rate .............................................. 29 表 3-6 最大耗氧量負荷設定 ...................................................................... 35 表 4-1 呼吸防護具吸氣阻力回歸方程式及流量為 85L/min 時的阻力 .. 41 表 4-2 呼吸防護具吐氣阻力回歸方程式及流量為 85L/min 時的阻力 .. 43 表 4-3 全罩式面罩與 N95 口罩之生理負荷與主觀不適重複量數變異數分 析結果(n=18).................................................................................... 46 表 4-4 全罩式面罩與 N95 口罩之生理負荷與主觀不適描述性統計數據 . .......................................................................................................... 47 表 4-5 各呼吸防護具的工作時心跳 .......................................................... 48 XIV.
(16) 表 4-6 各呼吸防護具之工作心跳 .............................................................. 50 表 4-7 輕中度負荷之吸氣壓力 .................................................................. 51 表 4-8 各呼吸防護具之吸氣壓力 .............................................................. 52 表 4-9 輕中度作業負荷之吐氣壓力 .......................................................... 53 表 4-10 各呼吸防護具之吐氣壓力 ............................................................ 54 表 4-11 輕中度負荷之呼吸頻率................................................................. 55 表 4-12 各呼吸防護具之呼吸頻率 ............................................................ 55 表 4-13 輕中度負荷呼吸防護具內之溫度 ................................................ 56 表 4-14 各呼吸防護具內之溫度 ................................................................ 58 表 4-15 輕中度作業之分通氣量 ................................................................ 59 表 4-16 各呼吸防護具之分通氣量 ............................................................ 60 表 4-17 輕中度負荷之耗氧量 .................................................................... 61 表 4-18 各呼吸防護具之耗氧量 ................................................................ 61 表 4-19 輕中度作業負荷之單位體重耗氧量 ............................................ 62 表 4-20 各呼吸防護具之單位體重耗氧量 ................................................ 63 表 4-21 輕中度負荷之 RPE 值 ................................................................... 65 表 4-22 有閥無閥之 N95 口罩在有無講話作業之生理負荷指標與主觀不 XV.
(17) 適之重複量數變異數分析結果(n=18) ........................................ 67 表 4-23 有閥無閥之 N95 口罩在有無講話作業之生理負荷指標與主觀不 適描述性統計資料 ....................................................................... 68 表 4-24 輕中度作業負荷之工作時心跳 .................................................... 69 表 4-25 有無說話作業負荷之工作時心跳 ................................................ 69 表 4-26 輕中度作業負荷之工作心跳 ........................................................ 70 表 4-27 有無說話作業之工作心跳 ............................................................ 70 表 4-28 N95 船型有無閥口罩之吸氣壓力 ................................................. 71 表 4-29 有無講話作業之吸氣壓力 ............................................................ 71 表 4-30 N95 船型有無閥口罩之吐氣阻力 ................................................. 72 表 4-31 有無講話作業之吐氣壓力 ............................................................ 73 表 4-32 輕中作業負荷之呼吸頻率 ............................................................ 74 表 4-33 各呼吸防護具之口罩內溫度 ......................................................... 76 表 4-34 輕中度作業口罩內之溫度 ............................................................ 76 表 4-35 有無講話作業之分通氣量 ............................................................ 77 表 4-36 有無講話之耗氧量 ........................................................................ 77 表 4-37 有無講話之單位體重耗氧量 ........................................................ 77. XVI.
(18) 表 4-38 輕中作業負荷之 RPE 值 ............................................................... 80 表 4-39 各呼吸防護具之 RPE 值 ............................................................... 80 表 4-40 有無說話作業之 RPE 值 ............................................................... 80. XVII.
(19) 圖目錄 ....................................................................................................... ⅩⅧ 圖 1-1 研究流程............................................................................................. 4 圖 2-1 四分面罩(Quarter-mask).................................................................... 7 圖 2-2 半罩式面罩(half-mask)...................................................................... 7 圖 2-3 全罩式面罩(full-facepiece)................................................................ 7 圖 2-4 寬鬆式(Loose-Fitting) ........................................................................ 7 圖 3-1(a) N95 球型無閥口罩 ....................................................................... 18 圖 3-1(b) N95 球型有閥口罩 ....................................................................... 18 圖 3-1(c) 全罩式面罩搭配 N95 濾毒匣 ..................................................... 18 圖 3-1(d) 全罩式面罩搭配化學濾毒罐...................................................... 18 圖 3-2(a) N95 船型無閥口罩 ....................................................................... 19 圖 3-2(b) N95 船型有閥口罩 ....................................................................... 19 圖 3-3 生理訊號接收放大器 ...................................................................... 19 圖 3-4 氣體分析儀及流量計 ...................................................................... 19 圖 3-5 測功腳踏車(ergometry) ................................................................... 21 圖 3-6 全罩式面罩轉接頭 .......................................................................... 22 圖 3-7 N95 口罩轉接頭................................................................................ 22 XVIII.
(20) 圖 3-8 胸導電極貼片位置 .......................................................................... 23 圖 3-9 ECG 接收放大器 .............................................................................. 23 圖 3-10 壓力轉換計..................................................................................... 24 圖 3-11 壓力偵測位置................................................................................. 24 圖 3-12 水銀壓力計..................................................................................... 24 圖 3-13 Nasal Temperature Probe................................................................. 24 圖 3-14 假人頭模擬呼吸道之正反面圖 .................................................... 26 圖 3-15 模擬呼吸防護具呼吸阻力示意圖 ................................................ 26 圖 3-16 實驗流程圖..................................................................................... 37 圖 4-1 呼吸防護具吸氣壓力對流量關係圖 .............................................. 42 圖 4-2 呼吸防護具吐氣壓力對流量關係圖 .............................................. 44 圖 4-3 各呼吸防護具工作時心跳 .............................................................. 48 圖 4-4 輕中度作業的工作時心跳 .............................................................. 49 圖 4-5 各呼吸防護具的工作心跳 .............................................................. 50 圖 4-6 輕中度負荷之吸氣壓力 .................................................................. 51 圖 4-7 各呼吸防護具之吸氣壓力 .............................................................. 52 圖 4-8 輕中度作業負荷之吐氣壓力 .......................................................... 53 XIX.
(21) 圖 4-9 各呼吸防護具之吐氣壓力 .............................................................. 54 圖 4-10 不同呼吸防護具之呼吸頻率 ........................................................ 56 圖 4-11 輕中度負荷呼吸防護具內之溫度 ................................................ 57 圖 4-12 各呼吸防護具內之溫度 ................................................................ 58 圖 4-13 輕中度作業之分通氣量 ................................................................ 59 圖 4-14 各呼吸防護具之分通氣量 ............................................................ 60 圖 4-15 各呼吸防護具之耗氧量 ................................................................ 62 圖 4-16 輕中度作業負荷之單位體重耗氧量 ............................................ 63 圖 4-17 各呼吸防護具之單位體重耗氧量 ................................................ 64 圖 4-18 輕中度作業負荷之 RPE 值 ........................................................... 65 圖 4-19 各呼吸防護具之罩內溫度不舒適程度 ........................................ 66 圖 4-20 有無講話狀態下的心跳 ................................................................ 69 圖 4-21 有無講話作業之吸氣壓力 ............................................................ 72 圖 4-22 有無講話之吐氣壓力 .................................................................... 73 圖 4-23 輕中作業負荷之呼吸頻率 ............................................................ 74 圖 4-24 各呼吸防護具之口罩內溫度 ......................................................... 75 圖 4-25 輕中度作業口罩內之溫度 ............................................................ 75 XX.
(22) 圖 4-26 有無講話之分通氣量 ..................................................................... 78 圖 4-27 有無講話之耗氧量 ........................................................................ 78 圖 4-28 有無講話之單位體積耗氧量 ........................................................ 79 圖 4-29 輕中度作業負荷之 RPE 值 ........................................................... 81 圖 4-30 各呼吸防護具之 RPE 值 ............................................................... 81 圖 4-31 有無講話作業之 RPE 值 ............................................................... 82 圖 5-1 中度負荷(圖上)及輕度負荷(圖下)吸氣壓力之波形...................... 89 圖 5-2 受測者無講話(圖上)及有講話(圖下)作業時的壓力波形............. 90. XXI.
(23) 第一章 緒論 第一節 研究背景 呼吸防護具是一種保護裝置，可以保護勞工不會吸入過量有害的物 質，包括蒸汽、氣體、粉塵、煙霧、霧滴及煙或噴霧；或是直接提供乾 淨的氣體(通常為一般空氣)，給予作業的勞工，有些呼吸防護具也可以保 證勞工所吸入的氧氣不會低於危險值(1)。 由於呼吸防護具是在工作場所經工程控制後仍具危害性時使用，因此 若使用者不願或未正確使用，將導致顯著之安全與健康上之危害，因此 造成使用者不願正確配戴呼吸防護具之原因一直是一個受關注之研究議 題。 國外有一些研究指出，在被評估為需使用呼吸防護具之場所，僅有約 20%至30%有提供呼吸防護具且被使用(2, 3)。在國內，亦發現許多勞工不 願配戴呼吸防護具之現象，而其原因大多為配戴起來不舒服，會有呼吸 困難，太熱之感覺，台灣在嚴重急性呼吸道症候群流行期間，許多人有 配戴N95口罩之後感覺呼吸不舒服之經驗，而影響正確配戴之意願。 N95 口罩是最基本常見的呼吸防護具，常用在一般有危害性之工作場 所，但有關 N95 口罩之生理負荷與配戴行為之研究相當少，推測其原因， 可能與其呼吸阻力較濾毒罐式防護具為低且多應用在較低危害之場所有 關，但值得注意的是，N95 口罩本體即為其淨氣單元，且與口鼻相近， 雖然多為單次使用後即丟棄，但是在較長時間使用後，尤其伴隨作業當 時需進行口語溝通時，罩體本身會變得相當潮濕，呼吸阻力也會增加， 因此我們覺得有必要進行相關研究以瞭解不同型式 N95 口罩使用在不同 1.
(24) 作業負荷之呼吸阻力相對於生理負荷狀況之改變情況，以作為評估 N95 口罩適用時間之依據。有一些較新式 N95 口罩搭配單向出氣閥之設計， 相較於傳統無出氣閥之設計，也許能降低罩體使用之濕度以減少因潮濕 而增加之呼吸阻力情況，但相對的，其進氣面積減少，可能造成阻力增 加，值得加以研究。. 第二節 研究之重要性 因為配戴呼吸防護具會增加生理上的負荷，因此勞工往往不太願意配 戴；亦或雖有配戴，但因不舒服調整而破壞了口罩的密合度，導致危害。 N95 口罩是常被使用之呼吸防護具，但針對 N95 口罩相關的生理負荷之 研究文獻相當少，鑑於在 SARS 流行過後，N95 口罩成為除了在防護懸 浮微粒作業場所之外，最基本防護粉塵及生物性危害之基礎口罩，而若 是禽流感再度爆發，N95 口罩將是重要的基本防護具，因此有必要量測 配戴 N95 口罩時的生理及心理負荷狀況，以評估 N95 口罩所引起之生理 負荷與主觀不適及其對配戴行為之影響，以作為促進正確使用 N95 口罩 之參考。. 第三節研究目的 本研究係以「N95 口罩與非動力密閉淨氣式濾毒罐面罩生理負荷指標 與主觀不適之評估」為研究主軸，重點在於瞭解此一般職業上常用之呼 吸防護具在實際使用條件下之生理負荷情形與使用者感受到之主觀不適 情況，藉以鑑認與評估主要影響使用者配戴意願與行為之因子來促進這 些呼吸防護具正確使用。因此研究主要目的分別為下列兩大項： 2.
(25) (1) 不同型式防護具其呼吸阻力造成之生理負荷與主觀不適之評估：其中 不同型式防護具包含非動力密閉淨氣式濾毒罐面罩與N95口罩，濾毒 罐面罩以往研究資料較多，故量測常用型式之生理與主觀不適指標以 作為與N95口罩比較及後續研究對照數據。在N95 口罩方面，相關研 究相當缺乏，雖然其呼吸阻力較濾毒罐式防護具為低且多應用在較低 危害之場所，但值得注意的是，仍有許多配戴不舒服之反應，因此基 本生理與主觀不適指標評估是需要的。 (2) 有閥無閥之N95口罩在有無講話作業之生理負荷指標與主觀不適評 估：由於本研究期望能對於造成使用者不願配戴呼吸防護具進行較深 入之研究。針對N95口罩，由於其罩體本身即為其淨氣單元，且與口 鼻相近，雖然多為單次使用後即丟棄，但是在伴隨作業當時需進行口 語溝通時，罩體本身會變得相當潮濕，呼吸阻力也會增加，因此本研 究亦期望評估有閥與無閥N95口罩在有無講話的情況下，其使用者之 生理負荷與主觀不適之改變情況。. 第四節 研究架構 本研究之研究架構如圖 1-1 所示，首先測試各型式呼吸防護具之呼吸 阻力，然後進行實驗一以了解全罩式面罩與 N95 口罩之生理負荷與主觀 不適，接著進行實驗二來評估有閥與無閥之 N95 口罩在有無講話作業之 生理負荷指標與主觀不適。. 3.
(26) 文獻回顧與前期測試. 基本評估儀器設備與 實驗作業流程. 口罩轉接頭設計與呼吸阻力量 測設備建置. 呼吸防護具呼吸阻力 量測. 受測者的最大耗氧量量測. 實驗一 不同形式 N95 口罩與常 用濾毒罐式面罩基本生 理與主觀不適指標評估. 實驗二 配戴船型有閥及無閥 N95 口罩輕中度負荷有 無講話之生理負荷. 分析結果與探討 結論與建議. 圖 1-1 研究流程. 4. 繪製不同型式呼吸防 護具之呼吸阻力曲線.
(27) 第二章 文獻探討 第一節 呼吸防護具分類 呼吸防護具依據其使用時之面罩配戴密合面(inlet covering)之構造可 分為密閉式(tight-fitting)與寬鬆式(loose-fitting)兩種，此二種不同構造與使 用時呼吸之空氣來源有關，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：(a)使用過濾器(filter)來過濾粉塵、煙霧(fume)、及(或)霧 滴之粒狀物過濾呼吸防護具(particulate filtering respirators)與(b)使用濾毒 罐(canister/cartridge)去除有害氣體和蒸汽之蒸汽與氣體脫附呼吸防護具 (vapor and gas removing respirators)，而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嘴和鼻之四分面罩(quarter-mask)、包覆 範圍從鼻子到下巴之半罩式面罩(half-mask)與覆蓋的範圍大約從頭部髮 際線到下巴以下之全罩式面罩(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 將汙染的空氣經過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)(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罩式、半罩式與四分面罩，N95口罩之 5.
(28) 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 （5）. ，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。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。. 6.
(29) 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) 資料來源：NIOSH guide to Industrial respiratory protection(4). 第二節 呼吸防護具造成的生理負荷與主觀不適及其對配戴行為之影響 Louhevaara(6)在 1984 年針對呼吸防護具所發表綜合回顧研究指出，造 成使用者不願意配戴呼吸防護具之原因可以分為三大類，包括(a)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(b)使用者本身相關之心理因子（包含主觀不適）， 及(c)因環境與防護具本身所造成之熱負荷(thermo stress)，分別說明如下：. 7.
(30) 2.2.1 主要造成呼吸防護具生理負荷增加之因子 使用者在配戴呼吸防護具後導致生理負荷增加的因子包括： (a)額外 吸/吐呼吸阻力(inspireator/expiratory breathing resistance)、(b)因呼吸防護 具面罩本身而增加之呼吸無效腔(dead space)與(c)呼吸防護具本身增加之 額外重量。因本研究係針對非動力密閉淨氣式呼吸防護具，其重量通常 在 1 公斤以下，相較於供氣式呼吸防護具如 SCBA(Self-contained breathing apparatus)，其重量通常超過 10 至 15 公斤，其影響顯然較輕微，但仍然 會針對 N95 口罩與全罩式面罩在主觀配戴之實體重量影響加以評估。 2.2.1.1 呼吸阻力 呼吸阻力為呼吸時因氣體流動所產生的壓差(Δp)與氣體單位時間流 量(f)之比值，即 R =Δp/f (7)，此壓差在防護具內吸氣時為負壓，吐氣時為 正壓，單位時間流量與壓差成正相關，單為時間流量越大，壓差值越大， 且隨著呼吸流量的增加，呼吸阻力越大者，其罩體內的壓力增加的越快 (8). ，但並非成線性相關(9)，因此有時在標示呼吸防護具之阻力時會一併標. 示出對應流量。 額外的呼吸阻力是造成使用呼吸防護具時生理負荷增加最主要的因 素，也是以往呼吸防護具之生理負荷評估最多的因子(7, 8, 10, 11, 12)，一般成 年人配戴呼吸防護具時之呼吸道阻力約在 0.6 至 2.3 cmH2O×sec/liter(13)， 當呼吸阻力在休息時達到正常呼吸阻力 3 倍時，會有呼吸困難(dyspnea) 之現象(14)。 評估呼吸阻力所造成的生理負荷時常用之生理指標如表 2-1 所示， （7）. Heus 等. 之研究發現呼吸阻力增加時，TTE 顯著下降，VO2、VCO2、. VE 與 BF 並無顯著改變。Johnson 等(8)發現呼吸阻力增加會導致過度換氣 8.
(31) (hyperventilateion)之現象，TTE 顯著下降，並伴隨著顯著較低之 VE 與 VO2，Sulotto 等. （10）. 之研究指出呼吸阻力增加時，BF、VE、VO2、VCO2、 （11）. VO2max 會顯著下降，HR 則無顯著改變，Jetté 等. 之研究因為比較之呼. 吸阻力差異較小，因此呼吸阻力增加時，包括 TTE、VO2max 與 HR 等均 無顯著差異，Lerman 等. （ 12）. 之研究發現呼吸阻力增加時，TTE、HR 與. VT 下降，PIP 則會上升。 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 ，其中Heus(7)與Johnson(8)等人研究為採用改造之進氣 cmH2O sl-1)（表2-2） 單元，故能評估較高之吸氣阻力影響，而Sulotto(10)，Jetté(11)與Lerman(12) 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 cmH2O×sec/liter間。. 9.
(32) 表 2-1：評估呼吸阻力所造成的生理負荷時常用之生理指標 生理負荷指標. 定義說明. VO2：氧氣消耗量 (Oxxygen. 指人體活動消耗氧氣的量，單位為 ml/min。通常實驗 測量呼吸生理負荷會測量受測者在休息的耗氧量及運 動時的耗氧量，去分析比較運動過程中是否顯著變化。. Consumption) VO2max：最大氧氣消耗量. 指在劇烈運動時，人體能夠攝取氧氣最大的量，這時 (Maximal Oxygen Production) 氧氣的消耗量不會再增加，單位為 ml/min。一般個體 最大的耗氧量為 4.6ml/min。 VCO2 ： 二 氧 化 碳 產 生 量 指 人 體 活 動 時 每 分 鐘 產 生 二 氧 化 碳 的 量 ， 單 位 為 (Carbon Dioxide Production) ml/min。 VE ： 分 通 氣 量 (Minute 每分鐘呼吸的氣體容積量，單位為 ml/min。 Ventilation) HR ： 工 作 時 心 跳 (working. 再執行作業時的心跳頻率，單位為 BPM。. pulse) WP：工作心跳(work pulse). 因為執行工作而增加的心跳，將工作時心跳減去休息 時心跳即為工作心跳，單位為 BPM。 BF ： 呼 吸 頻 率 (Breathing 呼吸的頻率，單位為 次/min。 Frequency) PIP：吸氣壓力(Peak Inspiratory. 吸氣時口罩內的壓力，單位為 mmH2O。. Pressure) PEP：吐氣壓力(Peak Expiratory. 吐氣時口罩內的壓力，單位為 mmH2O。. Pressure) PIP/PEP：呼吸時罩內之最. 呼吸時罩內之最大壓力。. 大 壓 力 (Peak Inspiratory / Expiratory Pressure) Dead space：無效腔. 在本研究中指在呼吸防護具內無法進行空氣交換的空 間。 RE ： 呼 吸 當 量 (Respiratory 這是由 VO2 及 VCO2 計算所得。公式為 VCO2/VO2。 Equivalent) TTE ： 放 棄 時 間 ( Time to. 受測者從開始做負荷運動到最後覺得體力透支，無法 Exhaustion) 繼續並停止，所持續的時間。 EQv ： 通 氣 當 量 (Ventilatory 由分通氣量及氧消耗量計算所得，其計算公式為： Equivalent) EQv = VE/VO2 VT：潮氣容積(Tidal Volume) 潮氣容積 SO2 ： 動 脈 血 液 含 氧 量 利用侵入式或是非侵入式的方法量得血中含氧量，此 ( Arterial Oxygen Stauration) 方法能夠較精確量得攝取入體內的氧氣量，而侵入式 又比非侵入式來的準確使用非侵入式的儀器需注意其 誤差值。 10.
(33) 表 2-2：相關重要研究之實驗條件 吸入阻力 (cmH2O s l-1) 2.45 – 84.7a. 受試者. 實驗作業負荷 Maximum. Reference. 人數/性別. 年紀（歲）. 9 位男性. 32±9.5. Heus 等，2004. 6男6女. 25.2±4.9. Johnson 等，1999. 30 位男性. 25(23-46). Sulotto 等，1993. 12 位男性. 23±3. Jetté 等，1990. 20 位. 19. Lerman 等，1983. performance test 0.78 – 7.64. 80 to 85% of max VO2 to voluntary stop. b. 4.2. Progressive exercise to 90% max heart rate. 2.49 – 3.44c. Treadmill test to exhaustion. 0.3 – 4.6. 80% max VO2. a 數據經過換算，0.24 至 8.3 kPa s l-1，1kpa = 10.2 cmH2O b 由文獻提供之圖計算所得(35 mmH2O at 50 l/min) c 數據經過換算，0.13 至 0.18 kPa at 32 l/min 資料來源：本研究整理. Bently(15)之研究中利用心理生理問項(psycholophysical category scale) 來評估可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 17cmH2O 時，90%使用者不會感受到主觀不適。 在法規方面， NIOSH (The National Institute for Occupational Safety and Health)(5)對呼吸防護具的阻力有所規定，如下表 2.5。NIOSH 法規適 用於所有 N、P、R 之口罩，其中吸氣時的阻力訂的較吐氣來的高，這是 因為人體在吸氣時，肺部呈現負壓狀況，因此不需要花費很多力氣即可. 11.
(34) 吸入空氣，但在吐氣時，人體需要用力擠壓肺部，才可將肺部的空氣推 出體外，需要花費較大的力量，因此將呼吸防護具之吐氣阻力訂定的較 嚴格。. 表 2-3：NIOSH 針對 N、P、R 之口罩之吸氣與吐氣阻力規定 吸氣阻力(Inhalation resistance). 35 mmH2O. 吐氣阻力(exhalation resistance). 25 mmH2O. Flow rate: 85±2 L/min. 2.2.1.2 無效腔 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， 無效腔指呼吸過程中吸入之氣體無法達到肺泡以進行氣體交換之空間， 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，為 前次吐氣時所留下，因此較高的二氧化碳濃度，由於吸入的空氣會與在 無效腔內的氣體混合，因此氧氣濃度會因無效腔中較高濃度的二氧化碳 所稀釋。導致吸入氧氣數量減少，二氧化碳濃度提高，進而影響人體， 使得呼吸困難、工作的執行能力降低等，因此當呼吸防護具內的無效腔 體積越大，配戴著的 VE、VT 也跟著越大、呼吸壓力也有增加的趨勢、呼 吸時間縮短，但在 HR 的部分則不明顯. （6,. 16）. 。. 2.2.2 配戴呼吸防護具所造成之心理影響 Morgan 在 1983a,b 年(17, 18)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 12.
(35) 之主觀不適對使用者之配戴行為具有關鍵性影響。而配戴呼吸防護具時 之主觀不是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。 當呼吸防護具中的二氧化碳濃度升高時，除影響配戴者的生理外，也 會進一步影響到心理，因為二氧化碳是呼吸、血酸平衡及行為狀態的的 主要調節器，若是肺泡中的二氧化碳濃度增加，會造成血液中血酸過多 症(hypercapnia)，在一般正常的人體中，只會造成些微的焦慮，但對於患 有恐慌症的人，則會使其更容易受到焦慮的影響。二氧化碳本身也會對 人體直接造成影響，使其感覺到不舒服，增加其焦慮感進而影響到工作 的執行力. （19）. 。. Khanzadeh等(20)人在1995年針對一家玻璃封裝廠內員工穿戴個人防護 具之主觀不適調查，包括呼吸防護具、安全鞋、手套、護目鏡、工作服 及膝蓋護墊，舒適程度分為非常舒適、稍微舒適、沒有意見、有點不舒 適以及非常不舒適等五種，而呼吸防護具在非常不舒適的部分佔有53% (n=47)，為所有防護具中比例最高者，而覺得舒適者（包括非常舒適及稍 微舒適），不超過10%，因而導致工作人員較不喜歡配戴呼吸防護工作。 另外Khanzadeh認為員工不喜配戴的原因可能有不合身、增加額外的重 量、不好看的顏色及外型。. 第三節 作業負荷測功儀器與負荷設定方法 2.3.1 測功儀器 為模擬配戴呼吸防護具時的負荷作業，在實驗室操作上，主要應用三 13.
(36) 種產生標準工作負荷的儀器包括：(1)跑步器(treadmill)，(2)腳踏車測功器 (cycle ergometer)，(3)階梯測驗(21)。其中常被用來模擬配戴呼吸防護具負 荷的儀器，主要以跑步機及腳踏車測功器這兩種方式為主。 跑步機之測試方法是設定其速度及傾斜角度，而回顧相關文獻發現， 在使用跑步機來模擬負荷作業時，通常先固定其傾斜角度，然後增加或 維持固定的跑步機的速度，以達到需要之負荷。跑步機通常較適合年輕 及健康的受測者測試，可以用來量測次大(submaximal)及最大(maximal) 負荷，且常用來做臨床的測試(22)。跑步機優點是在於其主動傳動，因此 較能夠測出受測者的最大耗氧量及最大心跳等，其缺點包括必須使受測 者在受測時習慣或減少焦慮感、跑步機通常都比較昂貴與不易搬運，且 也不容易在運動過程中做其他測量(例如血壓)。 腳踏車測功器的測試方法，是設定腳踏車的阻力(通常為瓦特)，並固 定踩踏的轉速，達到所需負荷。腳踏車測功計也是非常好的測量次大及 最大負荷之測功器，它的優點是可以比較容易做工作負荷的微調增加， 而受測者在使用這個設備時也較不會有焦慮感. (24). ，且在使用腳踏車測功. 計也較容易量得血壓、心跳等相關生理變化，相較於跑步機而言，其花 費也比較便宜，且運送也較為方便。而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(21,. 22). 。而使用腳踏車測功計的缺點在於，若不是習. 慣使用這種工具運動，很容易因為局部的肌肉疲勞，而使得運動結果受 到限制，因而造成低估(22)。 2.3.2 作業負荷設定與量測方法 本實驗模擬負荷實驗採用腳踏車測功計來進行，腳踏車負荷模擬測驗. 14.
(37) 大致上可以分為三種：(1)最大有氧呼吸能力(Max VO2)測試，(2)固定負荷 作業測試，(3)漸進式負荷作業測試，說明如下： (1) 最大有氧呼吸能力：即為量測受測者的最大耗氧量，常見測試方法 為，將腳踏車測功計的起始負荷值訂為受測者的體重，在第一及第二 分鐘增加其體重的二分之一，之後每分鐘增加其體重四分之一，直到 受測者無法繼續為止，這期間所測量到最大的 VO2 值就是最大耗氧量 (7). 。. (2) 固定負荷作業：由腳踏車測功計設定欲量測之負荷值，如 30%或 50% MAX VO2，在依據受測者個人之 Max VO2 轉換為 Watt 值，量測時 間為固定時間(12)或量測 TTE(8)。 (3) 漸進式負荷作業：同固定式負荷作業，但負荷作業漸進增加，通常設 定負荷最大值在80-85% Max VO2(7, 8, 10, 11)。. 15.
(38) 第三章 研究方法 第一節 研究對象 本研究有 18 名大學學生參與，男女各 9 名，其基本量測資料如表 3-1。 受測者參加時會先確認他們沒有心肺功能問題和疾病史，且無抽煙習慣 才可參與實驗。實驗開始前會先與受測者講解實驗過程，並讓受測者詳 讀過受測者同意書(附錄一)之後並簽名。 在測試之前受測者需先填寫基本資料(附錄二)，其中身高體重為本實 驗室中由同一人量測。身高量測是讓受測者脫鞋靠牆立正，以皮尺測量 其身高，單位為公分；體重則是使用可精確量至小數點下第一位之電子 體重計，受測者脫鞋站上體重計直到體重計穩定顯示數值，即為受測者 之正確體重。而受測者之身體質量指數，則是在量測完身高體重後，由 實驗者統一計算至小數點下第一位。. 表 3-1：受測者基本特徵(n=18, mean±SD) 男性 (n=9). 女性 (n=9). 綜合(n=18). 年齡(歲). 24.0 ± 1.5. 24.6 ± 1.3. 24.1 ± 1.6. 身高(cm). 171.1 ± 4.7. 163.3 ± 6.3. 168.3 ± 8.1. 體重(kg). 71.1 ± 4.7. 64.0 ± 15.7. 67.9 ± 13.1. 身體質量指數(kg/m2). 23.5 ± 2.2. 21.7 ± 2.8. 23.9 ± 4.0. 最大耗氧量(L/min). 2.4 ± 0.4. 2.3 ± 0.4. 2.4 ± 0.4. 休息心跳(BPM). 72.3 ± 11.9. 77.0 ± 13.3. 74.7 ± 12.5. 16.
(39) 第二節 實驗儀器設備與量測方法 3.2.1 呼吸防護具 本分為兩個實驗，實驗一主要是評估不同型式之呼吸防護具其生理負 荷狀況，因此所選用的呼吸防護具包括 N95 球型有閥口罩、N95 球型無 閥口罩、全罩式面罩搭配 N95 濾毒匣與全罩式面罩搭配化學濾毒罐，如 圖 3-1(a)至(d)。 其中球型N95口罩皆為3M公司所生產，N95球型無閥口罩型式為 3MTM 8210 N95拋棄式防塵口罩，其無效腔體積為120ml；N95球型有閥口 罩型式為3MTM 8511 N95拋棄式防塵口罩，其無效腔體積為120ml。全罩 式呼吸防具、95濾毒匣及化學濾毒罐皆為MSA公司生產，全罩式面罩為 半面式面具(雙罐)，型號Comfo Elite，其無效腔體積為800ml。化學濾毒 罐為GMA 有機，型號：815355；N95濾毒匣之型號：818346。 N95 球型口罩有閥及無閥的材質其內襯不一樣，因而口罩的厚度也不 一致，而選擇此兩種的口罩作測試的原因，是因為在查詢過 N95 口罩後， 此兩種口罩的防護性質最相似，且形狀一致，因此選擇此兩種口罩來做 測試。全罩式呼吸防護具的選擇分別搭配 N95 濾毒匣與化學濾毒罐，則 是為了與 N95 口罩來做比較。 實驗二主要目的是要評估有閥無閥及有無講話作業對生理負荷之影 響，因此選擇材質、防護效果一致 N95 船型有閥與無閥口罩進行評估， 如圖 3-2(a)及(b)，除其材質、口罩厚度一致，屬於可摺疊再使用的船型 N95 口罩，因此兩個 N95 船型無閥口罩所量得的無效腔體積均為 220ml。 在本研究中，N95 球型無閥口罩簡稱為 BNV(Ball type without valve)，. 17.
(40) N95 球型有閥口罩簡稱 BWV(Ball type with valve)，全罩式面罩搭配 N95 濾毒匣簡稱為 FWN(Full-facepiece with N95 filter)，全罩式面罩搭配化學 濾毒罐簡稱為 FWC(Full-facepiece with chemical canister)，N95 船型無閥 口罩簡稱 SNV(Ship type without valve)，N95 船型有閥口罩簡稱 SWV(Ship type with valve)，在結果的圖表中將以簡稱顯示。. (a). (b). (c). (d). 圖 3-1: (a) N95 球型無閥口罩(BNV)，(b) N95 球型有閥口罩(BWV)，(c) 全 罩式面罩搭配 N95 濾毒匣(FWN)，(d) 全罩式面罩搭配化學濾毒罐(FWC) 18.
(41) (a). (b). 圖 3-2: (a) N95 船型無閥口罩(SNV)，(b) N95 船型有閥口罩(SWV). 3.2.2 呼吸生理使用分析儀器及其測量方法 本實驗紀錄之儀器記錄主機為 ADInstruments 公司(澳大利亞)所設計 之生理訊號記錄器(Power Lab System)，如圖 3-3 所示，儀器設定的採樣 頻率全部皆為每秒 1000 筆數據，此主機接收本實驗所測量之各種數據， 並輸出至軟體 Chart 5，以將原始數據做進一步分析。. 圖3-3：生理訊號接收放大器. 圖3-4：氣體分析儀及流量計. 吐氣氣體分析部份，則是使用氣體分析儀來分析(圖 3-4)，其包括氣 19.
(42) 體分析儀及呼吸流量計偵測兩部份。氣體分析分析受測者所吐出的氣體 中氧氣及二氧化碳的濃度，氣體分析儀對二氧化碳的偵測極限為 10%， 因此若氣體中的二氧化碳濃度超過 10%，便無法偵測其正確濃度；流量 計(spirometry)所量測單位為 L/s，可量測的範圍為 1000L/s。 收集分析氣體之前，為使分析數據精確，每使用 48 小時即校正一次， 校正的方法是採用兩點校正法。準備兩種標準氣體，一為標準大氣：氧 氣濃度為 20.93%，二氧化碳濃度為 0.03%；另一氣體為標準校正氣體分 析儀之氣體，氧氣濃度為 16.08%，二氧化碳濃度為 4.12%。校正時讓儀 器分別抽取上述兩種校正氣體並分析讀取此濃度時的電壓值，於校正後 輸入相對應的電壓轉換，並再度測試其讀取分析的濃度是否正確。需注 意氣體分析儀在校正時，應避免鋼瓶中的氣體直接釋放於氣體抽取孔， 避免氧氣及二氧化碳濃度會因為流量產生的壓力而失真。 氣體分析的部份是將受測者所吐出的氣體經由軟管導至氣體混合筒 (Mixchanber)中，再由氣體混合筒中抽取氣體至氣體分析儀中分析，在分 析的過程中，因空氣中會有雜質，且人體呼出的氣體有水氣，為氣體分 析儀器之準確性，在進氣孔處需接上過濾之濾紙及乾燥劑，以確保儀器 不會因為空氣中的雜質及溼氣，降低儀器的敏感度。. 3.2.3 人因測功腳踏車 本實驗模擬工作負荷之測功計為Lode B.V.公司所生產之人因測功腳 踏車Lode Corival Ergometer V2，如圖3-5所示，其最大可以負荷之重量為 160kg；阻力的設定可由0-999 W (瓦特)，精確度在100 W以下小於3 W， 100-500W 時 小 於 3% ， 大 於 500 W 時 小 於 5% ； 踏 板 轉 速 可 由 0-180 20.
(43) rpm(轉)。當踏板轉速小於25 rpm時，阻力將會歸零；踏板轉速達30 rpm 以上時，才會達到所設定的阻力。其面板可以顯示即時的轉速及設定的 阻力(瓦特數)，阻力設定的方式為手動調整，一次增加1 W。. 圖 3-5：測功腳踏車(ergometry) 3.2.4 配戴呼吸防護具耗氧量測量方法 本實驗為量測配戴呼吸防護具時之耗氧量，特針對所使用全罩式面罩 及3M有閥之N95口罩自行開發轉接頭(圖3-6、3-7)。在實驗開始前將轉接 頭固定至全罩式面罩及N95有閥口罩之出氣閥，並利用熱容膠加以密合， 再經由軟管導至氣體混合筒中，即可由此偵測並分析所吐出之氣體及吐 氣流量。其中全罩式面罩因為完全密閉狀態，因此所測得之耗氧量即為 受測者配戴執行作業時之準確耗氧量，而N95口罩因吐出之氣體仍可由其 面體逸出，因此由出氣閥所測得之吐氣流量會較低，因而可能會低估配 戴執行作業時之耗氧量。. 21.
(44) 圖 3-6：全罩式面罩轉接頭. 圖 3-7：N95 口罩轉接頭. 3.2.5 ECG 心跳量測方法 本研究是使用 ECG 測量心跳，其程序是利用電極貼片接收心跳之電 位。電極貼片的位置可分為肢導及胸導(圖 3-8)兩種：(1) 肢導是將電極 貼片貼在左右手腕及右腳踝等三個地方，其中左手腕連接至電極正極， 右手腕連接至電極負極，而有腳踝的部分則是連接地線；(2) 胸導是將電 極貼片貼在左邊由下向上數之第三根肋骨、右邊鎖骨下方以及肩膀處， 其中左邊肋骨是接至電極正極，右邊鎖骨下方接至電極負極，肩膀則是 連接地線。因本實驗需踩踏腳踏車模擬工作負荷，因此選擇干擾最小的 胸導，因其電極貼片所黏貼的部位極少有肌肉參與運動，因此造成的干 擾最小，若是使用肢導方法，則容易因肢體擺動，使得干擾值增加，造 成數據偵測的困難。 心跳量測時訊號先經過為生理訊號放大器(圖3-9)，設定其最大採樣範 圍為10mV，高低濾波分別為3Hz及500Hz，並設定在60Hz做記號。電極 貼片的黏貼皆由受過訓練的實驗人員執行，在黏貼之前會先在將要黏貼 處以酒精棉片擦拭，以去除皮膚表面的油脂，以免阻擾電位的傳遞，造 成儀器錯誤的判讀。 22.
(45) 圖 3-8：胸導電極貼片位置. 圖 3-9：ECG 接收放大器. 資料來源：Internet. 3.2.6 呼吸防護具內壓力測量方法 本實驗量測呼吸阻力使用的儀器為 Validyne Engineering 公司所生產 之壓力轉換器(Pressure Transducer) (VAL-P55D-IN232S4A)，其可以測量的 壓力範圍為±140mmH2O，精確度為±0.25%，可以直接連接到生理訊號主 機，為避免背景雜訊值的干擾，將其低濾波設定為 200mV。實驗過程中 可讀取並紀錄即時測量的數值，連接的部份為壓力轉換器感應正壓連接 頭，因此所量得的吐氣壓力為正值，吸氣壓力為負值，在處理分析數據 時，將會全部轉為正值。 量測口罩阻力的方法，是一律在呼吸防護具(包括 N95 口罩及全罩式 面罩)的左上方使用 N95 面具測試組件(N95 kit)固定一個連接孔(如圖 3-11)，再使用矽膠軟管連接呼吸防護具上之連接口至壓力轉換器之正壓 連接頭。在每次量測口罩內壓力之前，會先使用水銀壓力計(圖 3-12)校 正，確認實驗時的壓力皆為同一固定值。. 23.
(46) 圖 3-10：壓力轉換計. 圖 3-12：水銀壓力計. 圖 3-11：壓力偵測位置. 圖 3-13：Nasal Temperature Probe. 3.2.7 呼吸防護具內溫度量測方法 本實驗使用 Nasal Temperature Probe(圖 3-13)來偵測呼吸防護具內的 溫度，其可以偵測溫度的範圍為 0℃到 50℃，且在溫度 70℃以下仍可以. 24.
(47) 保持穩定，表 3-1 為 Nasal Temperature Probe 在不同溫度區間內的溫度差。. 表 3-2：Nasal Temperature Probe 在不同溫度區間之溫度差 溫度範圍(℃). 溫度差(±℃). 0~20. 0.20. 20~35. 0.15. 35~39. 0.10. 39~45. 0.15. 45~50. 0.20. 在 實 驗 開 始 之 前 ， 先 使 用 兩 杯 溫 度 不 同 的 水 ， 同 時 置 入 Nasal Temperature Probe 及水銀溫度計，待其感應之溫度穩定後，紀錄此時偵測 之電壓值及對應之水銀溫度，採用兩點校正法，校正其正確溫度。呼吸 防護具內溫度的測試方法，是將 Nasal Temperature Probe 放置在口罩內靠 近口鼻處，以精確量測口罩內呼吸溫度，訊號也是直接由生理訊號記錄 器接收紀錄。 3.2.8 呼吸防護具吸氣與吐氣阻力量測設備 各種呼吸防護具因材質不同，因此具有不同的呼吸阻力，而本實驗為 瞭解當呼吸防護具在不同的呼吸流量時，其流量對阻力的關係，因此以 假人頭模擬配戴呼吸防護具，在不同吸氣及吐氣流量之呼吸阻力。為使 實驗更接近實際狀況，因此將假人頭改造，於腦後方至假人鼻孔處裝置 兩條塑膠管，模擬一般人之呼吸道狀況(圖 3-14），再將模擬之呼吸道連 接至一可抽氣及吹氣馬達，以模擬吸氣或吐氣狀況(圖 3-15)。本實驗所使. 25.
(48) 用之馬達為 HITAH 所製造，最大流量可達 200L/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為 180L/min。. 圖 3-14：假人頭模擬呼吸道之正反面圖. 壓力轉換計. 流量計 流量計. 流量控制閥. 圖 3-15：模擬呼吸防護具呼吸阻力量測示意圖. 26. 抽、吸氣馬達.
(49) 3.2.9 呼吸頻率量測方法 本研究量測呼吸頻率的方法是經由分析受測者呼吸壓力之波形來推 估。因完整呼吸的呼吸壓力為包括吸氣與吐氣，所以取一次吸氣及一次 呼氣的波形為一個呼吸週期，分析時使用 Chart 5 軟體來分析呼吸壓力之 波形，再計算一分鐘之內共有幾次呼吸週期，即為受測者之呼吸頻率， 其單位為 cycle/min。. 3.2.10 實驗作業內容與負荷設定 由於 N95 口罩在醫療場所中使用機率較高，尤其是護理人員，本研 究實驗作業負荷的大小是根據護理人員工作的負荷來設定。Hui(23)在 2001 年針對護理人員評估其生理負荷，其中有量測護理人員在執行工作時的 心跳數，發現其心跳數從 60 beat/min 到 130 beat/min 以上皆有(表 3-3)， 且心跳數在 110 beat/min 以下者，主要是從事文書作業，而心跳數達 110 beat/min 以上者，則是從事搬運病人等較重度之作業，因此本實驗以心跳 數 110 來劃分輕度及中度負荷。 由於有關心跳及耗氧量的相關研究已有不少，根據表 Åstrand 之研究 報告，心跳在 90-110 beat/min 之間時，耗氧量會介於 0.5-1.0 L/min 之間， 而心跳數在 110-130 beat/min 之間時，耗氧量會介於 1.0-1.5 L/min 之間 (24). ，如表 3-4。因此本實驗將負荷的大小設定為輕度負荷耗氧量為 0.75. L/min，中度負荷耗氧量為 1.25 L/min。而關於腳踏車測功計負荷大小與 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一定值 (24). ，其相對應值如表 3-5，因此可以計算出當耗氧量為 0.75 L/min 時對應. 的負荷為 52.7 W，耗氧量為 1.25 L/min 時對應的負荷為 87.8 瓦。在經過 27.
(50) 實驗前測後，決定將輕度負荷訂為 45 W，中度負荷訂為 85 W。 在有無講話負荷方面，為了模擬正常人在工作時的交談，並考慮說話 時間均等分配於實驗的 10 分鐘內，採用 Power Point 製作固定字數與時 間間格播放的文字投影片讓受試者閱讀，並請受試者依照投影片上顯示 的文章以正常講話的速度唸出。而為考慮儀器的採樣時間是每 10 秒採一 次，因此訂定每張投影片顯示時間每 17 秒跳換至下一張。每張投影片字 數經前測結果，考慮一般人正常之唸字的速度，每一頁設定顯示字數約 為 50 字左右。 文章內容之選用，為蒐集一般網路上常見的勵志小短文，並篩選不會 讓受測者心情起伏過大之內容，文章內容長度皆超過實驗時間內可念的 總字數。將放映投影片之顯示螢幕架設於受試者前方便閱讀的架子上， 並調整至受測者覺得舒適可見之高度，於進行有講話作業負荷後一分鐘 開始放映，直到階段負荷作業結束。. 表 3-3： Result of HR and corresponding RPE score during various nursing duties (n=21) Heart rate(beats/min)a. Nursing duties Turning of patients. 128 ± 7.4. Solo transfer. 129 ± 10.9. Showering. 127 ± 11.1. Shared transfer. 118 ± 17.1. Changing pads and bed sheets. 95 ± 13.6. Paper work. 79 ± 10.2. Feeding. 80 ± 8.1. a. Values given are means±standard deviations.. 資料來源：Hui, 2001(23). 28.
(51) 表 3-4：Prolonged physical work classified as to severity of workload and to cardiovascular response Workload. Oxygen uptake (L．min-1). Heart rate (beat．min-1). Light work. up to 0.5. up to 90. Moderate work. 0.5-1.0. 90-110. Heavy work. 1.0-1.5. 110-130. Very Heavy work. 1.5-2.0. 130-150. Extremely heavy work. over 2.0. 150-170 資料來源：Åstrand, 2003(24). 表 3-5：Oxygen uptake as related to work rate Oxygen uptake. Work rate W. kpm．min-1. (L．min-1). 50. 300. 0.9. 100. 600. 1.5. 150. 900. 2.1. 200. 1200. 2.8. 250. 1500. 3.5. 300. 1800. 4.2. 350. 2100. 5.0. 400. 2400. 5.7 資料來源：Åstrand, 2003(24). 3.2.11 呼吸防護具負荷作業之主觀不適問卷 本實驗採用之主觀不適問卷，主要根據 Lerman(1)等的研究來設計以評 估 使 用 者 配 戴 呼 吸 防 護 具 時 所 感 受 到 之 不 適 (Rate of Receptual Exortion)，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 29.
(52) 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)，分析時除個別問 項亦將全部問項分數進行加總。 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。. 30.
(53) 第三節 實驗設計 3.3.1 自變項 實驗一的部分，共有三個自變相，包括： (1) 性別(gender, GR)：兩個 levlel。 (2) 呼吸防護具種類(respireator type, RT)：包括四種呼吸防護具，分別為 N95 球型有閥口罩、N95 球型無閥口罩、全罩式面罩搭配 N95 濾毒匣 與全罩式面罩搭配化學濾毒罐，及對照未配戴防護具負荷值，分析時 視應變相可能有五個或四個 level。 (3) 實驗作業負荷(eorkload, WL)：兩個 level，分別為輕度負荷 45W 及中 度負荷 85W。 實驗二的部分共有四個應變項，包括： (1) 性別(GR)：兩個 levlel。 (2) 呼吸防護具種類(respireator type, RT)：有出氣閥與無吐氣閥，兩個 level。 (3) 實驗作業負荷(WL)：兩個 level，同實驗一。 (4) 有無講話(Talk, TK)：作業時是否有講話兩個 level。 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、工作心跳、 耗氧量、單位體重耗氧量、吸氣壓力、吐氣壓力、口罩內的溫度、呼吸 流量、呼吸頻率與分通氣量，以及受測者之主觀不適問卷。定義說明如 下：. 31.
(54) (1) 工作時心跳：在執行作業時的心跳頻率，單位為 BPM。 (2) 工作心跳：因為執行工作而增加的心跳，將工作時心跳減去休息時心 跳即為工作心跳，單位為 BPM。 (3) 耗氧量：指人體活動時每分鐘消耗氧氣的量，單位為 ml/min。 (4) 單位體重耗氧量：指人體活動時每分鐘每公斤重消耗氧氣的量，有去 除體重對耗氧量的影響，單位為 ml/min/kg。 (5) 吸氣壓力：吸氣時口罩內的壓力，單位為 mmH2O。 (6) 吐氣壓力：吐氣時口罩內的壓力，單位為 mmH2O。 (7) 口罩內的溫度：執行作業負荷時，配戴的呼吸防護具罩內的溫度，單 位為℃。 (8) 呼吸流量：執行作業負荷時吐氣的流量，單位為 L/s。 (9) 呼吸頻率：執行作業負荷時呼吸的頻率，單位為 次/min。 (10) 分通氣量：執行作業負荷時每分鐘呼吸的氣體容積量，單位為 ml/min。 (11) 吸氣困難程度：在運動過程中，因為配戴呼吸防護具而感到吸氣困 難的程度。 (12) 吐氣困難程度：在運動過程中，因為配戴呼吸防護具而感到吐氣困 難的程度。 (13) 在運動過程中口罩內的溫度，會讓你覺得不舒服的程度：在運動過 32.
(55) 程中，呼吸防護具內溫度而感到不舒服的程度。 (14) 戴呼吸防護具影響身體可運動的程度：配戴呼吸防護具因為其重量 等因素影響執行作業能力的程度。 (15) 因為配戴呼吸防護具而造成的不舒服感覺：由於配戴呼吸防護具整 體上覺得不舒適的感覺。. 3.3.3 控制因子 本實驗之控制因子為實驗室環境，包括實驗進行中之溫度、濕度，溫 度控制在大約 24℃，濕度大約在 55%左右。受測者衣著方面，則是告知 每次測驗穿著的型式皆須固定，及每次實驗穿著的衣量皆為一致。. 第四節 實驗流程 3.4.1 呼吸防護具呼吸阻力模擬測試 在呼吸防護具生理負荷測試開始之前，本研究先測量實驗一二所選六 種呼吸防護具之吸氣與吐氣阻力，以瞭解這些防護具之呼吸阻力。量測 前，會先開啟馬達，確認假人頭與呼吸防護具的密合度，避免低估呼吸 阻力，採漸進式，流量範圍設定在 0 至 180L/min。偵測採樣時間，為使 每個流量時的壓力值穩定，因此採每次增加 5L/min 來量測，流量的紀錄 時間皆為 1 分鐘，儀器採樣頻率為 1000/s，然後再將每分鐘內的壓力及 流量加以平均，並將測得之數值繪出對應的流量壓力曲線圖。. 33.
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