外科口罩和N95口罩对慢性阻塞性肺疾病患者心肺功能的影响：一项随机交叉对照试验

doi:10.12114/j.issn.1007-9572.2022.0768

摘要/Abstract

摘要： 背景在新型冠状病毒感染全球流行期间，佩戴口罩和保持社交距离已成为人们常见的防护措施。但关于慢性阻塞性肺病（简称慢阻肺）患者佩戴口罩后心肺功能的变化情况尚少有研究。目的探究佩戴外科口罩和N95口罩对慢阻肺患者心肺功能的影响。方法招募2022-06-30—08-10于新疆军区总医院确诊的30例慢阻肺患者，使用随机数分组法将研究对象随机分配至N95口罩组（n=15）和外科口罩组（n=15）。N95口罩组和外科口罩组分前后两个阶段相互交叉进行，当首轮试验（规范佩戴口罩后患者在跑步机上以4 km/h的步行速度行走20 min）结束并经过24 h洗脱期后，将外科口罩组与N95口罩组患者对调后进行次轮试验，步骤与方法同第一阶段。试验结束时所有患者立即完成动脉血气分析并记录心率、血压、呼吸频率。计算试验后与试验前变化幅度。监测试验过程中患者的最低经皮动脉血氧饱和度（SpO2）和最快呼吸频率，并记录不良事件发生情况。结果 30例患者均完成了试验。与外科口罩组相比，N95口罩组试验后与试验前酸碱度（pH）变化幅度〔0.013（0.020）与-0.004（0.010）〕、动脉血二氧化碳分压（PaCO2）变化幅度〔1.2（1.2）mmHg与0.5（1.6）mmHg）〕和动脉血氧分压（PaO2）变化幅度〔12.5（10.5）mmHg与5.0（13.2）mmHg〕均升高（P值分别为0.001、0.001、0.002）。试验中患者佩戴N95口罩出现呼吸困难者25例（83.3%），佩戴外科口罩出现呼吸困难者16例（53.3%）；与佩戴外科口罩相比，慢阻肺患者佩戴N95口罩出现呼吸困难的相对危险度（RR）为1.563〔95%CI（1.078，2.264），P=0.012〕。结论与佩戴外科口罩相比，慢阻肺患者佩戴N95口罩更易导致pH、PaCO2、PaO2发生变化，影响气体交换，发生呼吸困难。

关键词: 肺疾病, 慢性阻塞性, 外科口罩, N95口罩, 气体交换, 呼吸困难, 随机对照试验

Abstract:

Background

During the COVID-19 pandemic, wearing masks and maintaining social distancing have become common personal protective measures. However, there is little research on alterations in cardiopulmonary function of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD) after wearing different masks.

Objective

To study the effect of wearing a surgical mask versus an N95 respirator on cardiopulmonary function in patients with COPD.

Methods

Thirty patients diagnosed with COPD in General Hospital of Xinjiang Military Region were recruited from 30th June to 10th August, 2022, and randomly assigned to either an N95 respirator group (n=15) or a surgical mask group (n=15) . Both groups underwent two bouts of walking on a treadmill at a speed of 4 km/h for 20 min with an interval of 24 h (washout period) , with the difference that N95 respirator group wore an N95 respirator in the first bout and a surgical mask in the second bout, and surgical mask group did the opposite. Arterial blood gas analysis was performed, and heart rate, blood pressure and respiratory rate were measured immediately after each bout of walking, and the overall pre- and post-experiment alterations of these indicators were calculated. The lowest percutaneous arterial oxygen saturation (SpO₂) and the maximum respiration rate during the experiment were monitored, and adverse events were recorded as well.

Results

All the participants completed the experiment. Compared with the surgical mask group, N95 respirator group had increased difference between pre- and post-experiment arterial pH〔0.013 (0.020) vs -0.004 (0.010) , P=0.001〕, arterial partial pressure of carbon dioxide (PaCO₂) 〔1.2 (1.2) mmHg vs 0.5 (1.6) mmHg, P=0.001〕 or arterial partial pressure of oxygen (PaO₂) 〔12.5 (10.5) mmHg vs 5.0 (13.2) mmHg, P=0.002〕. In the experiment, dyspnea occurred in 25 cases (83.3%) wearing an N95 respirator, and 16 cases (53.3%) wearing a surgical mask. Compared with wearing a surgical mask, the relative risk of dyspnea in COPD patients wearing an N95 respirator during the experiment was 1.563〔95%CI (1.078, 2.264) , P=0.012〕.

Conclusion

COPD patients wearing an N95 respirator during walking are more likely to have alterations in arterial pH, PaCO₂ and PaO₂ levels, which affect the gas exchange and may cause dyspnea.

Key words: Pulmonary disease, chronic obstructive, Surgical mask, N95 mask, Gas exchange, Dyspnea, Randomized controlled trial

刘健,张天一,艾力扎提·艾则孜,等. 外科口罩和N95口罩对慢性阻塞性肺疾病患者心肺功能的影响：一项随机交叉对照试验[J]. 中国全科医学, 2023, 26(24): 3028-3032. DOI: 10.12114/j.issn.1007-9572.2022.0768.
LIU Jian,ZHANG Tianyi,AILIZHATI ·Aizezi, et al. Cardiopulmonary Physiology Effects of Wearing a Surgical Mask Versus an N95 Respirator in Patients with COPD during Walking: a Randomized Crossover Controlled Trial[J]. Chinese General Practice, 2023, 26(24): 3028-3032. DOI: 10.12114/j.issn.1007-9572.2022.0768.

图/表 2

参考文献 35

[1]	疾病预防控制局. 公众科学戴口罩指引[EB/OL]. （2020-03-18）[2022-07-29].
[2]	疾病预防控制局. 关于印发公众科学戴口罩指引（修订版）和夏季空调运行管理与使用指引（修订版）的通知[EB/OL]. （2020-05-21）[2022-07-29].
[3]	CDC. How to Protect Yourself & Others[EB/OL]. （2022-02-25）[2022-07-29].
[4]	张冬莹，姚弥，王家骥，等. 农村地区基层医疗卫生机构新型冠状病毒感染防控工作指引（第一版）[J]. 中国全科医学，2020,23(7):763-769. DOI：10.12114/j.issn.1007-9572.2020.00.246.
[5]	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. DOI：10.3760/cma.j.cn112147-20220102-00007.
[6]	HALPIN D M G, CELLI B R, CRINER G J，et al. The GOLD Summit on chronic obstructive pulmonary disease in low- and middle-income countries[J]. Int J Tuberc Lung Dis，2019,23(11):1131-1141. DOI：10.5588/ijtld.19.0397.
[7]	HEWITT R, FARNE H, RITCHIE A，et al. The role of viral infections in exacerbations of chronic obstructive pulmonary disease and asthma[J]. Ther Adv Respir Dis，2016,10(2):158-174. DOI：10.1177/1753465815618113.
[8]	CDC. People with Certain Medical Conditions[EB/OL]. （2022-05-02）[2022-07-29].
[9]	CHAN K P F, MA T F, KWOK W C，et al. Significant reduction in hospital admissions for acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease in Hong Kong during coronavirus disease 2019 pandemic[J]. Respir Med，2020,171:106085. DOI：10.1016/j.rmed.2020.106085.
[10]	HUH K, KIM Y E, JI W，et al. Decrease in hospital admissions for respiratory diseases during the COVID-19 pandemic：a nationwide claims study[J]. Thorax，2021,76(9):939-941. DOI：10.1136/thoraxjnl-2020-216526.
[11]	RADONOVICH L J Jr, SIMBERKOFF M S, BESSESEN M T，et al. N95 respirators vs medical masks for preventing influenza among health care personnel：a randomized clinical trial[J]. JAMA，2019,322(9):824-833. DOI：10.1001/jama.2019.11645.
[12]	HUMPHREYS H. Control and prevention of healthcare-associated tuberculosis：the role of respiratory isolation and personal respiratory protection[J]. J Hosp Infect，2007,66(1):1-5. DOI：10.1016/j.jhin.2007.01.007.
[13]	OFIR D, LAVENEZIANA P, WEBB K A，et al. Mechanisms of dyspnea during cycle exercise in symptomatic patients with GOLD stage I chronic obstructive pulmonary disease[J]. Am J Respir Crit Care Med，2008,177(6):622-629. DOI：10.1164/rccm.200707-1064OC.
[14]	ELBEHAIRY A F, CIAVAGLIA C E, WEBB K A，et al. Pulmonary gas exchange abnormalities in mild chronic obstructive pulmonary disease. implications for dyspnea and exercise intolerance[J]. Am J Respir Crit Care Med，2015,191(12):1384-1394. DOI：10.1164/rccm.201501-0157OC.
[15]	PARKER C M, VODUC N, AARON S D，et al. Physiological changes during symptom recovery from moderate exacerbations of COPD[J]. Eur Respir J，2005,26(3):420-428. DOI：10.1183/09031936.05.00136304.
[16]	RODRÍGUEZ-ROISIN R, DRAKULOVIC M, RODRÍGUEZ D A，et al. Ventilation-perfusion imbalance and chronic obstructive pulmonary disease staging severity[J]. J Appl Physiol （1985），2009,106(6):1902-1908. DOI：10.1152/japplphysiol.00085.2009.
[17]	CHIN R C, GUENETTE J A, CHENG S C，et al. Does the respiratory system limit exercise in mild chronic obstructive pulmonary disease?[J]. Am J Respir Crit Care Med，2013,187(12):1315-1323. DOI：10.1164/rccm.201211-1970OC.
[18]	ARCE S C, CHIODETTI F, DE VITO E L. Dead space volume in N95 masks[J]. Arch Bronconeumol （Engl Ed），2021,57(6):434. DOI：10.1016/j.arbr.2020.11.016.
[19]	ROBERGE R J, COCA A, WILLIAMS W J，et al. Physiological impact of the N95 filtering facepiece respirator on healthcare workers[J]. Respir Care，2010,55(5):569-577.
[20]	LEE H P, WANG D Y. Objective assessment of increase in breathing resistance of N95 respirators on human subjects[J]. Ann Occup Hyg，2011,55(8):917-921. DOI：10.1093/annhyg/mer065.
[21]	KAMPERT M, SINGH T, SAHOO D，et al. Effects of wearing an N95 respirator or cloth mask among adults at peak exercise：a randomized crossover trial[J]. JAMA Network Open，2021,4(6):e2115219. DOI：10.1001/jamanetworkopen.2021.15219.
[22]	SCARANO A, INCHINGOLO F, LORUSSO F. Facial skin temperature and discomfort when wearing protective face masks：thermal infrared imaging evaluation and hands moving the mask[J]. Int J Environ Res Public Health，2020,17(13):4624. DOI：10.3390/ijerph17134624.
[23]	HARBER P, SANTIAGO S, WU S，et al. Subjective response to respirator type：effect of disease status and gender[J]. J Occup Environ Med，2010,52(2):150-154. DOI：10.1097/JOM.0b013e3181cfcf09.
[24]	REBMANN T, CARRICO R, WANG J. Physiologic and other effects and compliance with long-term respirator use among medical intensive care unit nurses[J]. Am J Infect Control，2013,41(12):1218-1223. DOI：10.1016/j.ajic.2013.02.017.
[25]	中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组，中国医师协会呼吸医师分会慢性阻塞性肺疾病工作委员会. 慢性阻塞性肺疾病诊治指南（2021年修订版）[J]. 中华结核和呼吸杂志，2021,44(3):170-205. DOI：10.3760/cma.j.cn112147-20210109-00031.
[26]	EPSTEIN D, KORYTNY A, ISENBERG Y，et al. Return to training in the COVID-19 era：the physiological effects of face masks during exercise[J]. Scand J Med Sci Sports，2021,31(1):70-75. DOI：10.1111/sms.13832.
[27]	KIM J H, BENSON S M, ROBERGE R J. Pulmonary and heart rate responses to wearing N95 filtering facepiece respirators[J]. Am J Infect Control，2013,41(1):24-27. DOI：10.1016/j.ajic.2012.02.037.
[28]	KYUNG S Y, KIM Y, HWANG H，et al. Risks of N95 face mask use in subjects with COPD[J]. Respir Care，2020,65(5):658-664. DOI：10.4187/respcare.06713.
[29]	SAMANNAN R, HOLT G, CALDERON-CANDELARIO R，et al. Effect of face masks on gas exchange in healthy persons and patients with chronic obstructive pulmonary disease[J]. Ann Am Thorac Soc，2021,18(3):541-544. DOI：10.1513/AnnalsATS.202007-812RL.
[30]	陈新，李寅环，许睿，等. 呼气末二氧化碳分压水平对慢性阻塞性肺疾病患者中枢驱动和呼吸应答的影响[J]. 中华神经医学杂志，2008,7(8):841-845. DOI：10.3760/cma.j.issn.1671-8925.2008.08.025.
[31]	HIRAI K, TANAKA A, SATO H，et al. Effect of surgical mask on exercise capacity in COPD：a randomised crossover trial[J]. Eur Respir J，2021,58(4):2102041. DOI：10.1183/13993003.02041-2021.
[32]	FDA. General N95 Respirator Precautions[DB/OL]. （2022-08-26）[2022-09-29].
[33]	ANNE T B. Caution urged on use of N95 respirator masks[DB/OL]. （2018-11-17）[2022-09-29].
[34]	中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组，中国医师协会呼吸医师分会慢性阻塞性肺疾病工作委员会. 新型冠状病毒肺炎疫情期间慢性阻塞性肺疾病医疗和防范须知[J]. 中华结核和呼吸杂志，2020,43(5):421-426. DOI：10.3760/cma.j.cn112147-20200227-00201.
[35]	LIM E C, SEET R C, LEE K H，et al. Headaches and the N95 face-mask amongst healthcare providers[J]. Acta Neurol Scand，2006,113(3):199-202. DOI：10.1111/j.1600-0404.2005.00560.x.

组别	例数	最低SpO₂ 〔M（QR），%〕	最快HR 〔M（QR），次/min〕	ΔSBP （mmHg）	ΔDBP （mmHg）	ΔHR （次/min）	ΔRR （次/min）	ΔBorg评分（分）	ΔpH 〔M（QR）〕	ΔPaCO₂ 〔M（QR），mmHg〕	ΔPaO₂ 〔M（QR），mmHg〕	ΔSaO₂ 〔M（QR），%〕
N95口罩组	30	90（4）	136.5（33.0）	18±9	12±9	37.7±15.6	7.7±2.4	4.6±1.5	0.013（0.020）	1.2（1.2）	12.5（10.5）	0（3）
外科口罩组	30	90（3）	130.0（16.0）	18±8	15±8	38.3±13.9	8.1±2.3	4.2±1.5	-0.004（0.010）	0.5（1.6）	5.0（13.2）	-1（3）
t（Z）值		-0.912^a	-0.326^a	-0.369	-1.424	-0.175	-0.597	1.019	-3.197^a	-3.175^a	-3.078^a	-1.277^a
P值		0.362	0.745	0.714	0.160	0.862	0.553	0.312	0.001	0.001	0.002	0.202

组别	例数	最低SpO₂ 〔M（QR），%〕	最快HR 〔M（QR），次/min〕	ΔSBP （mmHg）	ΔDBP （mmHg）	ΔHR （次/min）	ΔRR （次/min）	ΔBorg评分（分）	ΔpH 〔M（QR）〕	ΔPaCO₂ 〔M（QR），mmHg〕	ΔPaO₂ 〔M（QR），mmHg〕	ΔSaO₂ 〔M（QR），%〕
N95口罩组	30	90（4）	136.5（33.0）	18±9	12±9	37.7±15.6	7.7±2.4	4.6±1.5	0.013（0.020）	1.2（1.2）	12.5（10.5）	0（3）
外科口罩组	30	90（3）	130.0（16.0）	18±8	15±8	38.3±13.9	8.1±2.3	4.2±1.5	-0.004（0.010）	0.5（1.6）	5.0（13.2）	-1（3）
t（Z）值		-0.912^a	-0.326^a	-0.369	-1.424	-0.175	-0.597	1.019	-3.197^a	-3.175^a	-3.078^a	-1.277^a
P值		0.362	0.745	0.714	0.160	0.862	0.553	0.312	0.001	0.001	0.002	0.202

组别	例数	呼吸困难	劳累	头晕	低氧血症	鼻面不适	头痛	高碳酸血症
N95口罩组	30	25（83.3）	22（73.3）	18（60.0）	10（33.3）	9（30.0）	6（20.0）	3（10.0）
外科口罩组	30	16（53.3）	16（53.3）	11（36.7）	13（43.3）	6（20.0）	5（16.7）	3（10.0）
RR（95%CI）		1.563（1.078，2.264）	1.375（0.923，2.408）	1.636（0.941，2.847）	0.769（0.401，1.475）	1.500（0.610，3.691）	1.200（0.410，3.511）	1.000（0.219，4.564）
P值		0.012	0.108	0.071	0.426	0.371	0.739	1.000

组别	例数	呼吸困难	劳累	头晕	低氧血症	鼻面不适	头痛	高碳酸血症
N95口罩组	30	25（83.3）	22（73.3）	18（60.0）	10（33.3）	9（30.0）	6（20.0）	3（10.0）
外科口罩组	30	16（53.3）	16（53.3）	11（36.7）	13（43.3）	6（20.0）	5（16.7）	3（10.0）
RR（95%CI）		1.563（1.078，2.264）	1.375（0.923，2.408）	1.636（0.941，2.847）	0.769（0.401，1.475）	1.500（0.610，3.691）	1.200（0.410，3.511）	1.000（0.219，4.564）
P值		0.012	0.108	0.071	0.426	0.371	0.739	1.000