自吸过滤式呼吸防护用品对人体的影响

　　1.引言

　　呼吸防护用品是消除或减少空气中有害物质对作业人员呼吸系统产生危害的个体防护装备，它在保护作业人员免受环境中有毒、有害物质沾染和伤害的同时，成为一种外在的负荷，会对佩戴者产生一系列的影响。

　　按照作用原理，呼吸防护用品可分为过滤式和隔离式两类。过滤式呼吸护具通过过滤介质将污染的空气过滤后供给佩戴者呼吸，而隔离式呼吸护具将佩戴者的呼吸道与污染环境隔离，通过导管或加用空气压缩机将未被污染的新鲜空气送入面罩。过滤式呼吸护具又可分为自吸式和送风式两种，自吸式呼吸护具依靠佩戴者自身的呼吸功能进行气体交换。送风式则采用电动风机将空气送到面罩内。

　　目前，在我国国民经济生产中，作业场所主要使用的是自吸过滤式呼吸护具，本文针对自吸过滤式呼吸防护用品，分析其对人体可能产生的影响。

　　自吸过滤式呼吸防护用品会增加佩戴者的呼吸阻力，并与人体面部构成内部空间，导致呼吸区二氧化碳储留，呼吸防护用品覆盖于面部，阻碍人体散热而产生热负荷。

　　欧美制定相关标准对呼吸防护用品的死腔、呼吸阻力、视野等都作了具体的规定，我国参考国外标准也制定了相关标准。但是，我国还十分缺乏自吸过滤式呼吸防护用品对人体影响的研究资料，与之相关的中国人群的基础数据也十分匮乏。因此，有必要对因使用自吸过滤式呼吸防护用品所导致的人体呼吸系统、心血管系统、体温调节系统等生理机能以及心理和作业能力等方面的改变开展系统研究，以为我国自吸过滤式呼吸防护用品的设计、研制、生产与评价提供参考。

　　2.自吸过滤式呼吸防护用品对人体生理功能的影响

　　2.1二氧化碳储留

　　自吸过滤式呼吸防护用品直接作用于人体的口鼻区，面罩与人体面部构成了内部几何空间，即：死腔。死腔相当于人体呼吸生理死腔的延伸，会导致呼吸区二氧化碳储留。一般来说，全面罩型面具较半面罩型面具的死腔大，更容易产生二氧化碳储留。呼吸区二氧化碳浓度升高，吸入气中的二氧化碳分压增加，肺泡气以及动脉血中的二氧化碳分压也随之升高，机体会出现下列反应：

　　（1）动脉血中二氧化碳含量增加，刺激中枢化学感受器以及外周化学感受器。动脉血二氧化碳分压升高0.266kPa,可刺激中枢化学感受器，升高1.330 kPa，可刺激外周化学感受器。冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地调节呼吸器官，使呼吸加深加快，肺通气量增加。吸入气中二氧化碳含量较长时间保持在3%左右，会出现呼吸动动加深加快等呼吸代偿反应；吸入气中二氧化碳含量达5%持续30分种 ，血管阻力降低，肾血流量增加；吸入气中二氧化碳含量达6%持续6~8分钟，心率改变，吸入气中二氧化碳含量达7.5%持续15分钟，则出现呼吸困难、头痛、乏力、视觉色差、眩晕、出汗、失去知觉、兴奋、神智不清等症状；若呼入气中二氧化碳含量达到10%，则会出现意识丧失乃至死亡。

　　美国职业安全卫生管理局（OSHA）规定的二氧化碳允许暴露限值（PEL）以及美国国家工业卫生和健康学者协会（ACGIH）规定的二氧化碳阈限值（TLV）都为0.5%.我国GB2626-2006《呼吸防护用品—自吸过滤式防颗粒物呼吸器》标准规定：吸入气中二氧化碳体积百分含量应不大于1%.

　　2.2摄氧量减少

　　由于自吸过滤式呼吸防护用品在大气环境与佩戴者之间形成一道屏障，妨碍了佩戴者从外周环境吸入气体，呼吸阻力增加，佩戴者感觉呼吸困难，摄氧量减少，由此会引起机体生理机能的变化：

　　（1）佩戴面罩后，由于呼吸阻力增加，肺换气不足，每分钟通气量和氧耗量减少，血中乳酸浓度升高。为满足机体的氧需要，呼吸频率减慢，吸气时间延长，呼出气中二氧化碳浓度升高、氧浓度降低。佩戴面罩不会改变佩戴者体内的代谢过程，但是，由于呼吸阻力增加，面罩会增加呼吸负担，代偿不充分则无氧代谢水平升高，运动时间缩短。

　　（2）急性缺氧会引起心、脑器官找代偿性反应，心率加快，心输出量增加脑血管和冠状血管舒张，腹腔脏器和皮肤小血管收缩，血液重新分配，大量血流流向心脑等重要器官。

　　（3）严重缺氧对人体免疫系统的影响很大，从整体水平来看，缺氧会显著地抑制免疫功能，导致机体的易感染性增加。英国学者Turner等人研究发现，低氧可以抑制化学因子诱导的单核-巨噬细胞迁移，促进肿瘤坏死因子N-a(TNF-a)、前列腺素E2(PGE2)的分泌，从而抑制巨噬细胞表面组织相溶性抗原2（MHC II）类抗原的表达，导致巨噬细胞的抗原呈递功能下降。美国学者Schroedl等人认为低氧可使体内低氧诱导因子—1（HIF-1）表达增加，HIF-1通过与瘦素（leptin）基因启动子附近—116区结合激活启动子，使leptin因子转录增加。Leptin通过作用于呼吸调节中枢，加强肺的通气功能，防止呼吸抑制，有利于人对低氧的适应，但机体一旦适应低氧环境后，低氧应激反应解除，体内瘦素水平不同缺氧程度下无明显变化。

　　OSHA(美国职业安全卫生管理局)将空气中氧浓度低于19.5%定义为缺氧。在自吸过滤式呼吸防护用品中，带有呼气阀的简易防尘口罩的呼吸阻力较小；而防毒面具除了面罩的阻力，滤毒罐还存在阻力，防毒面具的呼吸阻力较大，因此，相对而言，防毒面具更容易引起缺氧。

　　在安静状态下，长期使用自吸过滤式呼吸防护用品，缺氧效应并不明显。但在环境温度较高或/和人体运动强度较大时，使用自吸过滤式呼吸防护用品的缺氧效应则变得突出起来。因此，在高温环境和大体力负荷时，应尽量使用呼吸阻力小的呼吸防护用品，或者缩短自吸过滤式呼吸防护用品的佩戴时间，以减少缺氧效应对人体的影响。

　　2.3呼吸功的消耗增加

　　在呼吸过程中，呼吸肌为实现肺通气需要克服呼吸阻力作功，称为呼吸功。自然呼吸的动力来源于呼吸肌的收缩，在正常情况下，呼气时，呼气肌主动收缩，肺与脑廓受牵拉而扩张，并储存势能。呼气则依靠受牵拉组织的弹性回位、势能释放动完成。但在呼吸阻力增高时，呼气肌需要主动收缩，参与作功。所消耗的呼吸功的大小取决于呼吸运动中各种阻力的总和。吸气阻力包括佩戴者吸气时气流流经滤料、导气管、吸气阀门等部位所产生的阻力，呼气阻力是由佩戴者呼气时流经内外呼气阀门等部件所产生的。平静呼吸时，呼吸耗能占全身总的3%，剧烈运动时，呼吸耗能可升高25倍。人体在佩戴了呼吸防护用品之后，呼吸阻力显著增加，同时，呼吸防护用品会使佩戴者呼吸频率加快、潮气量增大，这也会增加人体呼吸功的消耗。带呼气阀的简易防尘口罩的呼吸阻力功也相对较少。为减少佩戴者呼吸功能的消耗，应尽量降低呼吸护具的呼吸阻力。

　　2.4热负荷

　　自吸过滤式呼吸防护用品使呼吸功的消耗增加，佩戴者的能量代谢由此增强，同时，由于呼吸防护用品的覆盖，妨碍了人体表面向环境的对流散热、蒸发散热以及辐射散热，机体散热量减少，皮肤温度升高，加拿大学者Jones JG的研究显示：佩戴面罩会使人体皮肤温度升高5℃，嘴部皮肤温度升高7.5℃.佩戴自吸过滤式呼吸防护用品后，人体的产热量增加、散热量减少，依据人体的热平衡公式：

　　▽q=q^m±q^c±q^r±q^e-w

　　其中，▽q-机体热含量的变化，q^m-代谢产热量，q^c-传导散热量，q^r-辐射散热量，q^e-蒸发散热量，W-人体对外作功

　　由此可以推算，佩戴自吸过滤式呼吸防护用品后，人体热平衡破坏，体内出现热量蓄积，尤其是在热环境或体力强度较大的情况下。此时，人体皮肤等浅表血管扩张、血流量增加。汗腺大量分泌汗液，汗液蒸发带走热量，汗液的排出增加会使机体的水盐平衡受到破坏。

　　2.5对心血管功能的影响

　　缺氧和二氧化碳分压升高刺激颈动脉体和主动脉体化学感受器，感受信号分别由颈动脉窦神经和迷走神经传入延髓弧束核，使延髓内呼吸神经元和心血管活动神经元的活动发生改变，同时，呼吸加深加快的间接作用，会此起人体心率加快、心输出量增加，外周血管阻力增加，血压升高。自吸过滤式呼吸防护用品的死腔对呼吸模式影响的心率变异性分析表明，心率变异性功率谱明显受到自吸过滤式呼吸防护用品死腔的影响。另外自吸过滤式呼吸防护用品使佩戴者的热负荷增加，人体体温升高，刺激交感神经兴奋，肾上腺髓质分泌肾上腺素增加、血流量减少。而体表皮肤血流量增加，血流重新分配，血流速度加快。

　　2.6应激

　　自吸过滤式呼吸防护用品对机体的内外环境进行刺激，会使佩戴者出现非特异性全身掺应。由于交感一肾上腺髓质系统兴奋，儿茶酚胺分泌增多；下丘脑分泌的肾上腺皮质激素释放（RCH）和垂体前叶分泌的促肾上胆小的马皮质激素（ACTH）增加，促使糖皮质激素的分泌。应激时，由于交感神经兴奋，儿茶酚胺或糖皮质激素的作用会使多种激素，如：高血糖素、生长激素、醛固酮、血管升压素等的合成增多，产生一系列的生理反应。

　　3.自吸过滤式呼吸防护用品对佩戴者心理的影响

　　佩戴自吸过滤式呼吸防护用品后，由于呼吸阻力增加，人体感到呼吸困难，产生不适感；自吸过滤式呼吸防护用品使人体的热负荷增加，体温升高，出现热不适。这些都会引起佩戴者情绪焦虑，而不愿意佩戴。

　　在低强度体力活动的过程中，进行选择反应（CHO）、串行加法/减法（ADD）、逻辑推理（LOG）、连续反应（SER）等认知测试，以及形容词（如：愤怒、沮丧、恐惧、兴奋、疲劳等）表达的主观感觉问卷调查都显示：自吸过滤式呼吸防护用品对人体的认知以及情绪都没有产生影响，反应时间、反应准确度也没有明显改变。但是，决策速度显著加快，这可能是由自吸过滤式呼吸防护用品的警醒作用，注意力提高引起。自吸过滤式呼吸防护用品还明显影响操作以及精确定位作业的稳定性，对脑力活动产生明显的影响.

　　减少呼吸防护用品对人体心理产生的不良影响，提高呼吸防护用品的可接受性，首先，应避免压夹鼻面部等产生局部压迫，增加其舒适性能。同时，应减小呼吸防护用品对人体的生理影响，如：减少呼吸防护用品的死腔，降低二氧化碳的储留；减小呼吸防护用品的呼吸阻力，降低呼吸功能消耗等。

　　4. 自吸过滤式呼吸防护用品对佩戴者作业的影响

　　研究表明：在佩戴了自吸过滤式呼吸防护用品之后，作业人员的作业持续时间明显缩短、作业速度减慢，完成的工作量减少，人体的作业耐受能力降低。自吸过滤式呼吸防护用品对人体作业的影响有以下几方面的原因：

　　a) 自吸过滤式呼吸防护用品面罩的外形结构占据了佩戴者的视野空间，使佩戴者的视野变窄，直接影响了佩戴者的操作。

　　b) 由于佩戴自吸过滤式呼吸防护用品之后，人体的通气受到限制，最大氧耗量降低，影响了佩戴人员的极限运动能力。尤其是在运动或热环境中，自吸过滤式呼吸防护用品引起的热不适会加重人体的负荷，也会降低人体的作业能力。最大输出功率为不佩戴呼吸防护用品时的18%~34%。

　　c) 吸入气中二氧化碳浓度增加也会对佩戴者的作业产生影响。二氧化央浓度高会产生不适感和不安，焦虑会影响操作；二氧化碳还具有局部扩血管效应，其它运动肌肉由于分流而血液供应减少。运动能力降低。

　　d) 由于缺氧，脑等重要器官以及感觉器官的功能受到影响，从而对感知觉、运动协调以及记忆、理解、判断、思维等智能产生影响。氧浓度16%(标准状态STP下)会导致心率和呼吸频率加快、呼吸量增加,影响注意力和操作能力；氧浓度下降到14%（标准状态下STP下）以下，则出现异常疲劳、情绪低落、判断力减退；氧浓度下降到10%（标准状态STP下），会产生恶心、呕吐、意识丧失、无法从事操作，甚至死亡。

　　为提高自吸过滤式呼吸防护用品佩戴者的作业能力，需要从外形尺寸上，减小呼吸防护用品对佩戴者视野的影响。并通过降低呼吸阻力、减小死腔等，减少自吸过滤式呼吸防护用品对机体呼吸系统、心血管系统、体温调节系统等的影响。

　　5. 小结

　　自吸过滤式呼吸防护用品所致的二氧化碳储留、缺氧以及热负荷等生理效应之间，以及代偿作用彼此影响、相互作用。有些效应相互协同，如：血中二氧化碳浓度升高、缺氧以及热负荷都会使人的通气量增加、心率加快；有些效应相互拮抗，如：热负荷增加，人体外周血管扩张，使血压降低，皮肤血流量增加，而急性缺氧会引起皮肤小血管收缩，有升高血压的作用，血流流向心脑等重要器官。另外，机体的代偿作用会减轻自吸过滤式呼吸防护用品引起的初始效应：如：二氧化碳储留和缺氧使机体的通气量加大、呼吸频率加快，通气量增加，二氧化碳的排出以及氧气的摄取随之增加，从而削弱了二氧化碳储留和缺氧的生理效应。可见，佩戴自吸过滤式呼吸防护用品的生理效应十分复杂。已有报道的研究结果也多莫衷一是，这为进一步的研究带来了困难。尽管自吸过滤式呼吸防护用品对人体的影响作用不剧烈，不会立即出现生理反应，但是，职业危害作业场所的工作人员常常需要长年累月地佩戴自吸过滤式呼吸防护用品，自吸过滤式呼吸防护用品对人体的影响是长期的。因此，有必要系统研究自吸过滤式呼吸防护用品对人体的生理、心理效应，以及对作业能力的影响，以使自吸过滤式呼吸防护用品更适合佩戴。