外科口罩对健康受试者心肺功能的影响

摘要

我们基于心肺运动试验 （CPET） 研究了外科口罩对心肺功能的影响。这项研究表明，外科口罩会降低健康年轻受试者的心肺运动能力和通气量，戴口罩可能会对女性受试者的有氧运动能力产生比男性受试者更大的影响。

摘要

我们基于心肺运动试验 （CPET） 研究了外科口罩对心肺功能的影响。这项研究表明，外科口罩会降低健康年轻受试者的心肺运动能力和通气量，戴口罩可能会对女性受试者的有氧运动能力产生比男性受试者更大的影响。

引言

在公共场所佩戴口罩可以防止吸入传染性飞沫及其随后的呼出和传播，从而阻止传染病的传播¹.尽管降低呼吸道病毒传播风险的效果仍然存在争议，但戴口罩仍然是社区中人们选择防止飞沫在日常生活中传播的主要方式之一^2,3,4。

不同类型的面膜对增加呼气阻力和吸气阻力有不同的作用⁵.同时，在呼吸道疾病大流行期间，人们（包括健康人和心肺疾病患者）可能需要长时间佩戴口罩才能进行日常活动。然而，关于戴口罩对心肺功能影响的研究很少。

心肺运动试验（CPET）是心血管康复风险评估的重要手段，它反映了运动负荷增加时机体心肺功能的各种参数，被认为是心肺储备试验的金标准²。我们使用不同条件下（戴口罩和不戴口罩）的CPET来研究健康年轻受试者心肺功能参数的变化，从新颖的方法论角度客观定量地评估口罩对心肺储备和运动耐力的干扰，以指导口罩在特别是呼吸道传染病大流行中的应用。虽然FFP2/N95被认为在减少病毒感染方面比外科口罩更有效，但医用外科口罩比FFP2/N95口罩更方便、更常见。因此，本研究仅关注医用外科口罩对心肺功能的影响。

研究方案

该临床项目获得广州医科大学附属第五医院医学伦理学会（No.KY01-2020-06-06），并已在中国临床试验注册中心注册（No.ChiCTR2000033449），标题为"口罩对心肺和下肢功能的影响"。

1. 参与者招募

1. 包括 18 至 26 岁的受试者:可以通过 PAR-Q 测试⁶;身体健康;没有专业的运动训练经验;并能理解实验，并自愿配合整个测试过程。
2. 排除受试者:患有心血管疾病和呼吸系统疾病;其他疾病引起的下肢运动功能障碍;不能配合实验的人;和吸烟者⁷.
3. 在参与之前获得每个受试者的书面知情同意书。
4. 告知受试者在测试前 48 小时和测试期间禁止剧烈活动，并且在测试前 2 小时不允许食物和饮料（水除外）。
5. 收集受试者的基本信息（姓名、性别、出生日期、身高、体重）。
6. 通过SPSS生成的数字表将受试者随机分为两组。第 1 组首先在面罩条件下接受 CPET，然后洗脱 48 小时，然后在面罩条件下接受 CPET。第 2 组首先在面罩条件下接受 CPET，然后洗脱 48 小时，然后在面罩条件下接受 CPET。

2. 实验室设置和设备准备

1. 将实验室温度设置为25°C，并配备急救设备。
2. 校准心肺功能分析仪，确保CPET测试的准确性，包括流量传感器校准、室内空气校准、气体分析校准、呼吸频率校准。
   注意:对于气体分析校准，使用 5% CO₂ 和 16% O₂ 浓度以及 N₂ 进行平衡。

3. 肺活量测定

1. 要求受试者坐直，不要靠在椅背上，双脚着地，但不要倾斜双脚。要求他们保持头部自然水平或略微向上倾斜，但不要低头或弯腰。
2. 用力肺活量 （FVC） 测试:要求受试者平静呼吸 5 秒，用力吸气，然后用力呼气 6 秒。最后，向后吸气并保持平静的呼吸。在医生或受过正规培训的运动生理学家的指导下执行整个过程。
3. 最大自主通气 （MVV） 测试:要求受试者平静呼吸四到五次。然后在呼气容积稳定后，以最大呼吸幅度和最快呼吸速度连续重复呼吸 12 秒或 15 秒（图 1）。
   注意: 如果受试者在静态肺功能测试中表现不佳，则受试者将被要求在休息 3 分钟后再次进行测试。如果受试者两次未通过测试，则排除该受试者。

4. 心肺运动试验（CPET）

1. CPET的科目准备
   1. 简要介绍该主题的过程。
   2. 刮掉心电图仪 （ECG） 电极位置（V1 至 V6）处的体毛，然后使用 75% 酒精去除多余的皮屑和油脂。
      注意:V1 是胸骨右侧的第 4 个肋间隙。V2 是胸骨左侧的第 4 肋间隙，V3 在 V2 和 V4 电极之间，V4 是锁骨中线上的第 5 肋间间隙，V5 是腋窝前线上的第 5 肋间间隙，V6 是左侧腋窝中线上的第 5 肋间间隙。将手臂的肢体电极放置在锁骨下区域，并将腿部的肢体电极放置在躯干的底部肋骨水平上。电极放置应是横向的，以避免在循环过程中出现过多的运动伪影。
   3. 放置心电图电极并将它们连接到 12 导联心电图线上。
   4. 使用带子将心电图机固定在胸部（图2）。
   5. 选择适合被摄体脸部大小的面罩，并将其牢固地贴在脸上，以确保面罩和脸部之间没有间隙（图3）。
      注意: 测试人员可以用手轻轻按压背心并轻轻呼气，以确保没有间隙。
   6. 将流量计固定在通风口上，然后将 K4 设备固定在背心上（图 4）。
   7. 坐在座椅上，将车把的高度调整到适合拍摄对象的位置。
   8. 双手抓住车把，双脚踩踏板，确保右膝关节弯曲30°。
   9. 将血压袖带放在右上臂上，用于动态血压记录。将手指脉冲氧气放在左手食指上，以动态记录血氧。
   10. 计算受试者的运动阻力/每分钟增加的增量 （W） 参数，并为运动阶段⁸ 设置渐进式阻力计划。
       注:运动阻力（男性）=[（身高-年龄）*20-（150+6*体重）]/100
       运动阻力（女性）=[（身高-年龄）*14-（150+6*体重）]/100
2. CPET执行阶段
   注意:在整个过程中要求受试者不要说话，以防止说话过程中额外的呼气和吸气，这可能会影响心肺数据的准确性。请受试者举手表示是否有任何问题或不适导致测试中断。
   1. 单击 "开始 "按钮以通过测试仪激活循环测力计。
   2. 保持静态坐姿 2 分钟（休息阶段）。
   3. 开始骑行 2 分钟（预热阶段:阻力为 0 W，速度为 60 rpm）。
   4. 继续循环，直到受试者无法维持或显示结束迹象的时间点（斜坡运动阶段:增量阻力，每分钟 X 瓦阻力，60 rpm）。
      注意:每分钟的 X 瓦电阻基于步骤 4.1.10 中的公式。
   5. 要求受试者循环 3 分钟（冷却阶段:电阻为 0 W，速度为 40 rpm）。
   6. 保持静态坐姿3分钟，观察生命体征（观察阶段）。
      注意:停止的标准如下:鼓励受试者以最大耐力运动或直到从业者因缺血性心电图变化、复杂异位、二度或三度心脏传导阻滞、收缩压下降>20 毫米汞柱从测试期间的最高值下降）、高血压（>250 毫米汞柱收缩压; >舒张压 120 毫米汞柱）、 严重去饱和度（氧合血红蛋白饱和度 （SpO₂） ≤ 80%）、严重低氧血症的症状和体征（突然面色苍白、失去协调性、精神错乱、头晕、昏厥）、呼吸衰竭或疲惫的体征（Borg ≥ 17-18 分）未能保持骑行速度（低于 40 rpm）。如果受试者表现出低于 7 rpm 的极度言语或身体疲劳⁴⁰，测试将立即终止。
   7. 取下数据采集设备、面罩、背心和心电图电极。

5. CPET后测试

1. 使用感知劳累评级 （RPE） 量表测量与运动期间心率 （HR） 明显相关的身体活动强度水平 ^9,10。
2. 使用 Borg 量表（6-20 分制）评估阻力训练的强度 ¹¹.6 分代表不费吹灰之力的休息活动，20 分代表详尽的运动。

6. 统计分析

1. 使用 SPSS 软件（第 25 版）和先前研究中引用的方法分析数据¹².
2. 如果正态分布，则将参数数据表示为均值和标准差 （SD），如果不是正态分布，则表示为中位数。
3. 将受试者分别分为男性组或女性组进行统计分析。
4. 使用配对 t 检验比较戴口罩和戴口罩条件下受试者之间 CPET 参数的差异。统计显著性为 P < 0.05。

结果

本研究招募了广州医科大学康复医学系的10名受试者（5男5女）。受试者具有相似的基线特征，例如年龄（平均年龄:男性21.00岁±1.58岁;女性21.20岁±0.45岁）和身体素质[体育活动和体重指数（BMI）]。男性和女性组在年龄、身高或BMI方面没有显著差异。此外，在肺活量测定方面，与男性组相比，女性组的FVC更低，用力呼气容积（FEV1）更低，MVV更低，呼气峰流量（PEF）更低（

讨论

CPET 为心血管、通气和骨骼肌系统的综合功能提供了宝贵的见解¹³.我们提出了关于戴口罩和戴口罩条件的 CPET 方案，以探索外科口罩对健康年轻受试者心肺功能的影响。

该协议的设计基于三个要点。首先，我们招募了年轻健康的大学生作为研究对象，因为在戴口罩的情况下，CPET的强度相对较高，身体素质也差不多。其次，根据肺活量测定结果和既往研究，?...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Cardiopulmonary test system	COSMED Srl - Italy	K4b2	Pulmonary Function Equipment
Cycle for CPET	COSMED Srl - Italy	ergoline 100P	cycle ergometer 100 P w/BP
Eectrocardiograph	COSMED Srl - Italy	Quark T12x	12-Channel ECG Street Test Unit
Mask	COSMED Srl - Italy	Small,Medium,Large	V2 Mask
Software	COSMED Srl - Italy	PFT SUITE	PC Software
Surgical masks