慢性阻塞性肺疾病患者佩戴N95口罩所致生理学变化的研究进展
随着全球COVID-19广泛流行，我国疾病预防控制中心推荐N95口罩作为特殊场所及必要情形下使用的个人防护用具。许多慢性阻塞性肺疾病（简称慢阻肺）患者也因疫情风险而选择佩戴N95口罩作为防护。流行病学资料显示，1990年至2010年间慢阻肺已经是全球第三大死亡原因，造成了巨大的经济和社会负担。据世界卫生组织统计，2000年至2019年间慢阻肺仍位于全球死亡原因的第三名。还有学者预测在未来几十年内，慢阻肺将成为一个日益普遍的全球健康问题。
慢阻肺的特征是持续存在的气流受限和呼吸系统症状，慢阻肺患者常存在不同程度的低氧血症及高碳酸血症。在此前提下佩戴N95口罩的生理变化是不可忽视的。虽然N95口罩的防护作用已得到临床确认，但因佩戴N95口罩带来的生理变化也同样令人担忧。在出现具有更强传染能力和致病能力的新型冠状病毒变异毒株及全球空气污染持续加重的情况下，部分慢阻肺患者更希望佩戴对病毒及空气颗粒污染防护作用更具优势的N95口罩。但慢阻肺患者作为呼气性呼吸困难的主要人群也对佩戴N95口罩后产生的不适充满疑虑。本文对佩戴N95口罩引起的生理变化及生理变化的研究进展进行了综述。
一、N95口罩概述
N95 型防护口罩是目前广泛使用的一种呼吸防护用品，常被医疗工作者和普通民众用于预防空气颗粒物和微生物等。N95口罩和KN95口罩防护级别相当，N95口罩执行42 CFR Part 84标准，KN95口罩执行GB2626-2019呼吸防护用品标准。目前常佩戴的外科口罩是一种宽松的、具有较小呼吸阻力的一次性装置，其目的是为防止含有病原微生物的大液滴及较大颗粒物直接进入呼吸道。与外科口罩不同的是，N95口罩的边缘设计可在鼻子和嘴巴周围形成密封，并在85 L/min流速下对非油性细小悬浮颗粒保持95%的过滤效率。由于生物性微粒多属于非油性颗粒，所以N95口罩常用于需要防护细菌及病毒的医疗保健环境中。但在起到防护作用的同时，N95口罩的遮盖作用也会引起面部皮肤散热障碍和气体交换障碍，影响口罩内的温度及湿度变化，造成全身热感觉增加、呼吸困难及佩戴依从性下降等情况的出现。
二、佩戴N95产生的生理变化
1.佩戴N95口罩后产生的额外死腔及其影响：
在未佩戴口罩的正常呼吸条件下，吸入的新鲜空气与包含在呼吸道解剖死腔内呼出的空气混合，并在到达发生气体交换的肺泡之前被加热、加湿，同时降低了氧浓度并增加了二氧化碳浓度。在海平面上氧浓度可从环境空气中21%下降到肺泡空间中14%~15%，而二氧化碳浓度却从0.03%~0.04%上升到5%~6%。同样佩戴口罩后于口罩死腔内测量的氧浓度和二氧化碳浓度并不代表输送到肺泡的气体浓度，肺泡氧浓度和肺泡气二氧化碳浓度将分别更低和更高。
Roberge等于2012年招募了10名健康人佩戴N95口罩于跑步机上以1.7英里/h的速度行走，测量出N95口罩死腔内二氧化碳浓度增高到2.9%、氧浓度浓度降低到16.6%，两者气体浓度水平分别显著高于和低于所处环境气体。该研究提示佩戴N95口罩死腔内的气体浓度与空气有着显著不同，但目前尚无研究证实是否会因N95口罩死腔内气体浓度的变化导致肺泡氧浓度及肺泡气二氧化碳浓度的进一步改变。
Chin等在2013年招募了20例轻度慢阻肺患者行阶梯实验。受试者在进行40、60 W及峰值运动3种运动功率时，与没有额外呼吸道死腔的对照组相比较，结果显示达到600 ml呼吸道死腔后呼吸困难显著增加（P<0.05）。另外呼气末二氧化碳分压（partial pressure of end-tidal carbon dioxide，PetCO2）在死腔组［（41.3±5.2）mmHg］和对照组［（33.6±4.5）mmHg］相比差异有统计学意义（P<0.05）。在整个阶梯运动试验中，因不能耐受呼吸困难而停止运动的患者比例从对照组中的5%增加到死腔组中的40%（P<0.05）。该实验提示慢阻肺患者增加额外呼吸道死腔后会增加二氧化碳潴留并造成更多的呼吸困难。
Arce等于2020年使用电子计算机断层扫描发现N95口罩和面部皮肤之间可形成138 ml的死腔面积。N95口罩的外形因其制作材料的特性而不会轻易变形，所以口罩内形成的死腔可保持不变。此外作者还发现佩戴N95口罩后的呼吸气道死腔较未佩戴时增加约50%~80%。慢阻肺患者因肺气肿、气体陷闭的原因导致呼吸道死腔较健康人增加，但关于慢阻肺患者佩戴N95口罩后呼吸道死腔的增加比例还有待进一步研究明确。
2.佩戴N95口罩时面部温度、呼吸道吸入气体温湿度的改变及其影响：
Nielsen等研究发现人体佩戴口罩后，外周环境温度的升高和口罩内空气温度的升高对全身皮肤的出汗和湿润感均有显著的增强作用。由此可见，人体热感觉并不仅仅由平均体温决定，口罩中不同温度的刺激也可以导致人体热感觉的显著变化。为改善因佩戴口罩而导致人体热感觉的升高，更需要额外关注口罩覆盖的面部组织、神经温度和口罩死腔内的气体温度变化。
2012年Roberge等招募了20名健康人以中低速率工作2 h，与不佩戴N95口罩的基线数据相比，佩戴N95口罩不会明显影响人体核心温度和未覆盖的面部皮肤温度，但会显著提高口罩覆盖的面部皮肤温度（P<0.001）。分析认为，佩戴N95口罩后人体所感觉到的热感觉增加可能与口罩所覆盖的面部皮肤温度升高及吸入气体变暖有关。
2016年Kim等招募了12名健康且不吸烟的男性受试者在35 ℃、50%相对湿度的环境下以5.6 km/h的速度进行1 h跑步机锻炼。试验结果显示佩戴N95口罩后呼吸困难症状加重，并且口罩所覆盖的皮肤温度显著增加，还发现N95口罩受试组和未佩戴口罩的对照组之间的人体热感觉无显著差异，提示在炎热潮湿环境中佩戴N95口罩后人体热感觉主要是由全身温度所影响。
2020年Scarano等招募了20名受试者，要求每个受试者先后佩戴外科口罩和N95口罩1 h，并在整个试验过程中记录受试者的生理变化及主观不适。该研究发现摘除口罩时，被口罩覆盖的口周面部温度在佩戴外科口罩组（35.9±3.4）℃和佩戴N95口罩组（36.9±4.2）℃之间有显著差异（P<0.05）。另外与佩戴外科口罩相比，佩戴N95口罩还加重了呼吸困难（P<0.01）。
3.佩戴N95口罩后呼吸阻力变化及其影响：
4.佩戴N95口罩后肺通气与气体分压的改变及其影响：
三、小结和展望
综上所述，多项研究证实佩戴N95口罩对中重度以上的COPD患者呼吸道死腔、呼吸阻力、肺通气等产生了一定影响，结合当前研究建议慢阻肺患者尽量避免佩戴N95口罩。目前关于慢阻肺患者佩戴N95口罩的研究仍少，未来还需要随机多中心、大样本量的前瞻性研究来进一步证实N95口罩对不同分级的慢阻肺患者的影响。此外，还需对个体风险因素进行联合评估，通过多因素分析构建临床预测模型，准确评估可能导致佩戴慢阻肺患者佩戴N95口罩时出现异常通气的风险因素，以方便进行慢阻肺患者佩戴N95口罩的个体化指导。
引用: 刘健, 吴家林, 刘国才, 等. 慢性阻塞性肺疾病患者佩戴N95口罩所致生理学变化的研究进展 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2022, 45(6) : 598-602.
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