自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體的影響

　　1.引言

　　呼吸防護(hù)用品是消除或減少空氣中有害物質(zhì)對(duì)作業(yè)人員呼吸系統(tǒng)產(chǎn)生危害的個(gè)體防護(hù)裝備，它在保護(hù)作業(yè)人員免受環(huán)境中有毒、有害物質(zhì)沾染和傷害的同時(shí)，成為一種外在的負(fù)荷，會(huì)對(duì)佩戴者產(chǎn)生一系列的影響。

　　按照作用原理，呼吸防護(hù)用品可分為過(guò)濾式和隔離式兩類(lèi)。過(guò)濾式呼吸護(hù)具通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)將污染的空氣過(guò)濾后供給佩戴者呼吸，而隔離式呼吸護(hù)具將佩戴者的呼吸道與污染環(huán)境隔離，通過(guò)導(dǎo)管或加用空氣壓縮機(jī)將未被污染的新鮮空氣送入面罩。過(guò)濾式呼吸護(hù)具又可分為自吸式和送風(fēng)式兩種，自吸式呼吸護(hù)具依靠佩戴者自身的呼吸功能進(jìn)行氣體交換。送風(fēng)式則采用電動(dòng)風(fēng)機(jī)將空氣送到面罩內(nèi)。

　　目前，在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)中，作業(yè)場(chǎng)所主要使用的是自吸過(guò)濾式呼吸護(hù)具，本文針對(duì)自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品，分析其對(duì)人體可能產(chǎn)生的影響。

　　自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品會(huì)增加佩戴者的呼吸阻力，并與人體面部構(gòu)成內(nèi)部空間，導(dǎo)致呼吸區(qū)二氧化碳儲(chǔ)留，呼吸防護(hù)用品覆蓋于面部，阻礙人體散熱而產(chǎn)生熱負(fù)荷。

　　歐美制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)呼吸防護(hù)用品的死腔、呼吸阻力、視野等都作了具體的規(guī)定，我國(guó)參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)也制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。但是，我國(guó)還十分缺乏自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體影響的研究資料，與之相關(guān)的中國(guó)人群的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也十分匱乏。因此，有必要對(duì)因使用自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品所導(dǎo)致的人體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)等生理機(jī)能以及心理和作業(yè)能力等方面的改變開(kāi)展系統(tǒng)研究，以為我國(guó)自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)與評(píng)價(jià)提供參考。

　　2.自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體生理功能的影響

　　2.1二氧化碳儲(chǔ)留

　　自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品直接作用于人體的口鼻區(qū)，面罩與人體面部構(gòu)成了內(nèi)部幾何空間，即：死腔。死腔相當(dāng)于人體呼吸生理死腔的延伸，會(huì)導(dǎo)致呼吸區(qū)二氧化碳儲(chǔ)留。一般來(lái)說(shuō)，全面罩型面具較半面罩型面具的死腔大，更容易產(chǎn)生二氧化碳儲(chǔ)留。呼吸區(qū)二氧化碳濃度升高，吸入氣中的二氧化碳分壓增加，肺泡氣以及動(dòng)脈血中的二氧化碳分壓也隨之升高，機(jī)體會(huì)出現(xiàn)下列反應(yīng)：

　　（1）動(dòng)脈血中二氧化碳含量增加，刺激中樞化學(xué)感受器以及外周化學(xué)感受器。動(dòng)脈血二氧化碳分壓升高0.266kPa,可刺激中樞化學(xué)感受器，升高1.330 kPa，可刺激外周化學(xué)感受器。沖動(dòng)經(jīng)竇神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳入延髓，反射性地調(diào)節(jié)呼吸器官，使呼吸加深加快，肺通氣量增加。吸入氣中二氧化碳含量較長(zhǎng)時(shí)間保持在3%左右，會(huì)出現(xiàn)呼吸動(dòng)動(dòng)加深加快等呼吸代償反應(yīng)；吸入氣中二氧化碳含量達(dá)5%持續(xù)30分種 ，血管阻力降低，腎血流量增加；吸入氣中二氧化碳含量達(dá)6%持續(xù)6~8分鐘，心率改變，吸入氣中二氧化碳含量達(dá)7.5%持續(xù)15分鐘，則出現(xiàn)呼吸困難、頭痛、乏力、視覺(jué)色差、眩暈、出汗、失去知覺(jué)、興奮、神智不清等癥狀；若呼入氣中二氧化碳含量達(dá)到10%，則會(huì)出現(xiàn)意識(shí)喪失乃至死亡。

　　美國(guó)職業(yè)安全衛(wèi)生管理局（OSHA）規(guī)定的二氧化碳允許暴露限值（PEL）以及美國(guó)國(guó)家工業(yè)衛(wèi)生和健康學(xué)者協(xié)會(huì)（ACGIH）規(guī)定的二氧化碳閾限值（TLV）都為0.5%.我國(guó)GB2626-2006《呼吸防護(hù)用品—自吸過(guò)濾式防顆粒物呼吸器》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：吸入氣中二氧化碳體積百分含量應(yīng)不大于1%.

　　2.2攝氧量減少

　　由于自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品在大氣環(huán)境與佩戴者之間形成一道屏障，妨礙了佩戴者從外周環(huán)境吸入氣體，呼吸阻力增加，佩戴者感覺(jué)呼吸困難，攝氧量減少，由此會(huì)引起機(jī)體生理機(jī)能的變化：

　　（1）佩戴面罩后，由于呼吸阻力增加，肺換氣不足，每分鐘通氣量和氧耗量減少，血中乳酸濃度升高。為滿足機(jī)體的氧需要，呼吸頻率減慢，吸氣時(shí)間延長(zhǎng)，呼出氣中二氧化碳濃度升高、氧濃度降低。佩戴面罩不會(huì)改變佩戴者體內(nèi)的代謝過(guò)程，但是，由于呼吸阻力增加，面罩會(huì)增加呼吸負(fù)擔(dān)，代償不充分則無(wú)氧代謝水平升高，運(yùn)動(dòng)時(shí)間縮短。

　　（2）急性缺氧會(huì)引起心、腦器官找代償性反應(yīng)，心率加快，心輸出量增加腦血管和冠狀血管舒張，腹腔臟器和皮膚小血管收縮，血液重新分配，大量血流流向心腦等重要器官。

　　（3）嚴(yán)重缺氧對(duì)人體免疫系統(tǒng)的影響很大，從整體水平來(lái)看，缺氧會(huì)顯著地抑制免疫功能，導(dǎo)致機(jī)體的易感染性增加。英國(guó)學(xué)者Turner等人研究發(fā)現(xiàn)，低氧可以抑制化學(xué)因子誘導(dǎo)的單核-巨噬細(xì)胞遷移，促進(jìn)腫瘤壞死因子N-a(TNF-a)、前列腺素E2(PGE2)的分泌，從而抑制巨噬細(xì)胞表面組織相溶性抗原2（MHC II）類(lèi)抗原的表達(dá)，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞的抗原呈遞功能下降。美國(guó)學(xué)者Schroedl等人認(rèn)為低氧可使體內(nèi)低氧誘導(dǎo)因子—1（HIF-1）表達(dá)增加，HIF-1通過(guò)與瘦素（leptin）基因啟動(dòng)子附近—116區(qū)結(jié)合激活啟動(dòng)子，使leptin因子轉(zhuǎn)錄增加。Leptin通過(guò)作用于呼吸調(diào)節(jié)中樞，加強(qiáng)肺的通氣功能，防止呼吸抑制，有利于人對(duì)低氧的適應(yīng)，但機(jī)體一旦適應(yīng)低氧環(huán)境后，低氧應(yīng)激反應(yīng)解除，體內(nèi)瘦素水平不同缺氧程度下無(wú)明顯變化。

　　OSHA(美國(guó)職業(yè)安全衛(wèi)生管理局)將空氣中氧濃度低于19.5%定義為缺氧。在自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品中，帶有呼氣閥的簡(jiǎn)易防塵口罩的呼吸阻力較小；而防毒面具除了面罩的阻力，濾毒罐還存在阻力，防毒面具的呼吸阻力較大，因此，相對(duì)而言，防毒面具更容易引起缺氧。

　　在安靜狀態(tài)下，長(zhǎng)期使用自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品，缺氧效應(yīng)并不明顯。但在環(huán)境溫度較高或/和人體運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度較大時(shí)，使用自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品的缺氧效應(yīng)則變得突出起來(lái)。因此，在高溫環(huán)境和大體力負(fù)荷時(shí)，應(yīng)盡量使用呼吸阻力小的呼吸防護(hù)用品，或者縮短自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品的佩戴時(shí)間，以減少缺氧效應(yīng)對(duì)人體的影響。

　　2.3呼吸功的消耗增加

　　在呼吸過(guò)程中，呼吸肌為實(shí)現(xiàn)肺通氣需要克服呼吸阻力作功，稱(chēng)為呼吸功。自然呼吸的動(dòng)力來(lái)源于呼吸肌的收縮，在正常情況下，呼氣時(shí)，呼氣肌主動(dòng)收縮，肺與腦廓受牽拉而擴(kuò)張，并儲(chǔ)存勢(shì)能。呼氣則依靠受牽拉組織的彈性回位、勢(shì)能釋放動(dòng)完成。但在呼吸阻力增高時(shí)，呼氣肌需要主動(dòng)收縮，參與作功。所消耗的呼吸功的大小取決于呼吸運(yùn)動(dòng)中各種阻力的總和。吸氣阻力包括佩戴者吸氣時(shí)氣流流經(jīng)濾料、導(dǎo)氣管、吸氣閥門(mén)等部位所產(chǎn)生的阻力，呼氣阻力是由佩戴者呼氣時(shí)流經(jīng)內(nèi)外呼氣閥門(mén)等部件所產(chǎn)生的。平靜呼吸時(shí)，呼吸耗能占全身總的3%，劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，呼吸耗能可升高25倍。人體在佩戴了呼吸防護(hù)用品之后，呼吸阻力顯著增加，同時(shí)，呼吸防護(hù)用品會(huì)使佩戴者呼吸頻率加快、潮氣量增大，這也會(huì)增加人體呼吸功的消耗。帶呼氣閥的簡(jiǎn)易防塵口罩的呼吸阻力功也相對(duì)較少。為減少佩戴者呼吸功能的消耗，應(yīng)盡量降低呼吸護(hù)具的呼吸阻力。

　　2.4熱負(fù)荷

　　自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品使呼吸功的消耗增加，佩戴者的能量代謝由此增強(qiáng)，同時(shí)，由于呼吸防護(hù)用品的覆蓋，妨礙了人體表面向環(huán)境的對(duì)流散熱、蒸發(fā)散熱以及輻射散熱，機(jī)體散熱量減少，皮膚溫度升高，加拿大學(xué)者Jones JG的研究顯示：佩戴面罩會(huì)使人體皮膚溫度升高5℃，嘴部皮膚溫度升高7.5℃.佩戴自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品后，人體的產(chǎn)熱量增加、散熱量減少，依據(jù)人體的熱平衡公式：

　　▽q=q^m±q^c±q^r±q^e-w

　　其中，▽q-機(jī)體熱含量的變化，q^m-代謝產(chǎn)熱量，q^c-傳導(dǎo)散熱量，q^r-輻射散熱量，q^e-蒸發(fā)散熱量，W-人體對(duì)外作功

　　由此可以推算，佩戴自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品后，人體熱平衡破壞，體內(nèi)出現(xiàn)熱量蓄積，尤其是在熱環(huán)境或體力強(qiáng)度較大的情況下。此時(shí)，人體皮膚等淺表血管擴(kuò)張、血流量增加。汗腺大量分泌汗液，汗液蒸發(fā)帶走熱量，汗液的排出增加會(huì)使機(jī)體的水鹽平衡受到破壞。

　　2.5對(duì)心血管功能的影響

　　缺氧和二氧化碳分壓升高刺激頸動(dòng)脈體和主動(dòng)脈體化學(xué)感受器，感受信號(hào)分別由頸動(dòng)脈竇神經(jīng)和迷走神經(jīng)傳入延髓弧束核，使延髓內(nèi)呼吸神經(jīng)元和心血管活動(dòng)神經(jīng)元的活動(dòng)發(fā)生改變，同時(shí)，呼吸加深加快的間接作用，會(huì)此起人體心率加快、心輸出量增加，外周血管阻力增加，血壓升高。自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品的死腔對(duì)呼吸模式影響的心率變異性分析表明，心率變異性功率譜明顯受到自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品死腔的影響。另外自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品使佩戴者的熱負(fù)荷增加，人體體溫升高，刺激交感神經(jīng)興奮，腎上腺髓質(zhì)分泌腎上腺素增加、血流量減少。而體表皮膚血流量增加，血流重新分配，血流速度加快。

　　2.6應(yīng)激

　　自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)機(jī)體的內(nèi)外環(huán)境進(jìn)行刺激，會(huì)使佩戴者出現(xiàn)非特異性全身?yè)綉?yīng)。由于交感一腎上腺髓質(zhì)系統(tǒng)興奮，兒茶酚胺分泌增多；下丘腦分泌的腎上腺皮質(zhì)激素釋放（RCH）和垂體前葉分泌的促腎上膽小的馬皮質(zhì)激素（ACTH）增加，促使糖皮質(zhì)激素的分泌。應(yīng)激時(shí)，由于交感神經(jīng)興奮，兒茶酚胺或糖皮質(zhì)激素的作用會(huì)使多種激素，如：高血糖素、生長(zhǎng)激素、醛固酮、血管升壓素等的合成增多，產(chǎn)生一系列的生理反應(yīng)。

　　3.自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)佩戴者心理的影響

　　佩戴自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品后，由于呼吸阻力增加，人體感到呼吸困難，產(chǎn)生不適感；自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品使人體的熱負(fù)荷增加，體溫升高，出現(xiàn)熱不適。這些都會(huì)引起佩戴者情緒焦慮，而不愿意佩戴。

　　在低強(qiáng)度體力活動(dòng)的過(guò)程中，進(jìn)行選擇反應(yīng)（CHO）、串行加法/減法（ADD）、邏輯推理（LOG）、連續(xù)反應(yīng)（SER）等認(rèn)知測(cè)試，以及形容詞（如：憤怒、沮喪、恐懼、興奮、疲勞等）表達(dá)的主觀感覺(jué)問(wèn)卷調(diào)查都顯示：自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體的認(rèn)知以及情緒都沒(méi)有產(chǎn)生影響，反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)準(zhǔn)確度也沒(méi)有明顯改變。但是，決策速度顯著加快，這可能是由自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品的警醒作用，注意力提高引起。自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品還明顯影響操作以及精確定位作業(yè)的穩(wěn)定性，對(duì)腦力活動(dòng)產(chǎn)生明顯的影響.

　　減少呼吸防護(hù)用品對(duì)人體心理產(chǎn)生的不良影響，提高呼吸防護(hù)用品的可接受性，首先，應(yīng)避免壓夾鼻面部等產(chǎn)生局部壓迫，增加其舒適性能。同時(shí)，應(yīng)減小呼吸防護(hù)用品對(duì)人體的生理影響，如：減少呼吸防護(hù)用品的死腔，降低二氧化碳的儲(chǔ)留；減小呼吸防護(hù)用品的呼吸阻力，降低呼吸功能消耗等。

　　4. 自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)佩戴者作業(yè)的影響

　　研究表明：在佩戴了自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品之后，作業(yè)人員的作業(yè)持續(xù)時(shí)間明顯縮短、作業(yè)速度減慢，完成的工作量減少，人體的作業(yè)耐受能力降低。自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體作業(yè)的影響有以下幾方面的原因：

　　a) 自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品面罩的外形結(jié)構(gòu)占據(jù)了佩戴者的視野空間，使佩戴者的視野變窄，直接影響了佩戴者的操作。

　　b) 由于佩戴自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品之后，人體的通氣受到限制，最大氧耗量降低，影響了佩戴人員的極限運(yùn)動(dòng)能力。尤其是在運(yùn)動(dòng)或熱環(huán)境中，自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品引起的熱不適會(huì)加重人體的負(fù)荷，也會(huì)降低人體的作業(yè)能力。最大輸出功率為不佩戴呼吸防護(hù)用品時(shí)的18%~34%。

　　c) 吸入氣中二氧化碳濃度增加也會(huì)對(duì)佩戴者的作業(yè)產(chǎn)生影響。二氧化央濃度高會(huì)產(chǎn)生不適感和不安，焦慮會(huì)影響操作；二氧化碳還具有局部擴(kuò)血管效應(yīng)，其它運(yùn)動(dòng)肌肉由于分流而血液供應(yīng)減少。運(yùn)動(dòng)能力降低。

　　d) 由于缺氧，腦等重要器官以及感覺(jué)器官的功能受到影響，從而對(duì)感知覺(jué)、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)以及記憶、理解、判斷、思維等智能產(chǎn)生影響。氧濃度16%(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)STP下)會(huì)導(dǎo)致心率和呼吸頻率加快、呼吸量增加,影響注意力和操作能力；氧濃度下降到14%（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下STP下）以下，則出現(xiàn)異常疲勞、情緒低落、判斷力減退；氧濃度下降到10%（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)STP下），會(huì)產(chǎn)生惡心、嘔吐、意識(shí)喪失、無(wú)法從事操作，甚至死亡。

　　為提高自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品佩戴者的作業(yè)能力，需要從外形尺寸上，減小呼吸防護(hù)用品對(duì)佩戴者視野的影響。并通過(guò)降低呼吸阻力、減小死腔等，減少自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)機(jī)體呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)等的影響。

　　5. 小結(jié)

　　自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品所致的二氧化碳儲(chǔ)留、缺氧以及熱負(fù)荷等生理效應(yīng)之間，以及代償作用彼此影響、相互作用。有些效應(yīng)相互協(xié)同，如：血中二氧化碳濃度升高、缺氧以及熱負(fù)荷都會(huì)使人的通氣量增加、心率加快；有些效應(yīng)相互拮抗，如：熱負(fù)荷增加，人體外周血管擴(kuò)張，使血壓降低，皮膚血流量增加，而急性缺氧會(huì)引起皮膚小血管收縮，有升高血壓的作用，血流流向心腦等重要器官。另外，機(jī)體的代償作用會(huì)減輕自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品引起的初始效應(yīng)：如：二氧化碳儲(chǔ)留和缺氧使機(jī)體的通氣量加大、呼吸頻率加快，通氣量增加，二氧化碳的排出以及氧氣的攝取隨之增加，從而削弱了二氧化碳儲(chǔ)留和缺氧的生理效應(yīng)。可見(jiàn)，佩戴自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品的生理效應(yīng)十分復(fù)雜。已有報(bào)道的研究結(jié)果也多莫衷一是，這為進(jìn)一步的研究帶來(lái)了困難。盡管自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體的影響作用不劇烈，不會(huì)立即出現(xiàn)生理反應(yīng)，但是，職業(yè)危害作業(yè)場(chǎng)所的工作人員常常需要長(zhǎng)年累月地佩戴自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品，自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體的影響是長(zhǎng)期的。因此，有必要系統(tǒng)研究自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品對(duì)人體的生理、心理效應(yīng)，以及對(duì)作業(yè)能力的影響，以使自吸過(guò)濾式呼吸防護(hù)用品更適合佩戴。