我们基于心肺运动试验（CPET）研究外科口罩对心肺功能的影响。本研究表明，外科口罩会降低健康青年人群的心肺运动能力和通气量，且佩戴口罩对女性受试者有氧运动能力的影响可能大于男性受试者。
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摘要
摘要
我们基于心肺运动试验（CPET）研究外科口罩对心肺功能的影响。本研究表明，外科口罩会降低健康青年人群的心肺运动能力和通气功能，且佩戴口罩对女性受试者有氧运动能力的影响可能大于男性受试者。
引言
在公共场所佩戴口罩可能通过阻止吸入传染性飞沫以及防止飞沫进一步呼出和扩散，从而抑制传染病的传播1。尽管佩戴口罩降低呼吸道病毒传播风险的效果仍存在争议，但在日常生活中，公众仍将戴口罩作为防止个体间飞沫传播的主要方式之一2,3,4。
不同类型的口罩对增加呼气阻力和吸气阻力的效果各不相同5。同时，在呼吸道疾病大流行期间，人们（包括健康人群和心肺疾病患者）可能需要长时间佩戴口罩以进行日常活动。然而，关于佩戴口罩对心肺功能影响的研究仍较为有限。
心肺运动试验（CPET）是一种重要的心血管康复风险评估手段，通过反映机体在递增负荷运动过程中心肺功能的多项参数，被公认为心肺储备功能检测的金标准2。本研究采用不同条件（戴口罩与不戴口罩）下的CPET，观察健康青年受试者心肺功能参数的变化，从新的方法学角度对口罩对心肺储备功能及运动耐力的干扰进行客观、定量的评估，以指导在特定呼吸道传染病大流行期间口罩的合理应用。尽管有研究表明FFP2/N95口罩在降低病毒感染暴露风险方面优于外科口罩，但医用外科口罩相比FFP2/N95口罩更易于获取和使用，更为便捷和普遍。因此，本研究仅聚焦于医用外科口罩对心肺功能的影响。
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方案
本临床研究项目已获得广州医科大学第五附属医院医学伦理协会批准（编号：KY01-2020-06-06），并在中国临床试验注册中心注册（编号：ChiCTR2000033449），项目名称为"口罩对心肺功能及下肢功能的影响"。
1. 受试者招募
- 纳入18至26岁之间的受试者：能够通过PAR-Q测试6；身体健康；无专业运动训练经历；且能够理解实验内容并自愿配合完成整个测试过程。
- 排除标准：患有心血管疾病或呼吸系统疾病者；因其他疾病导致下肢运动功能障碍者；无法配合实验者；以及吸烟者7。
- 在受试者参与实验前，须获得其签署的书面知情同意书。
- 告知受试者在测试前48小时内及测试期间禁止进行剧烈活动，且在测试前2小时内不得进食或饮用除水以外的任何饮料。
- 收集受试者的基本信息（姓名、性别、出生日期、身高、体重）。
- 使用SPSS生成的随机数字表将受试者随机分为两组。第1组首先在佩戴口罩条件下进行CPET测试，随后经过48小时的洗脱期，再在不佩戴口罩条件下进行CPET测试；第2组则首先在不佩戴口罩条件下进行CPET测试，随后经过48小时洗脱期，再在佩戴口罩条件下进行CPET测试。
2. 实验室环境与仪器设备准备
- 将实验室温度设置为 25 °C，并配备急救设备。
- 校准心肺功能分析仪以确保 CPET 测试的准确性，包括流量传感器校准、室内空气校准、气体分析校准和呼吸频率校准。
注意：气体分析校准时，使用 5% CO2 和 16% O2 浓度，以 N2 作为平衡气体。
3. 肺量测定法
- 要求受试者坐直，不要倚靠椅背，双脚平放在地面上，脚部不得倾斜。头部保持自然位置或略微向上仰起，但不得低头或弯腰。
- 用力肺活量（FVC）测试：要求受试者平静呼吸5秒，然后用力深吸气，再用力呼气6秒。最后恢复平静呼吸。整个操作过程应在医生或经过正式培训的运动生理学家指导下进行。
- 最大自主通气量（MVV）测试：要求受试者先平静呼吸四到五次，然后在基础状态呼气量稳定后，以最大呼吸幅度和最快呼吸频率持续重复呼吸12秒或15秒（图1）。
注意：若受试者在静态肺功能测试中表现不佳，应在休息3分钟后重新进行一次测试。若受试者连续两次测试失败，则排除该受试者。
4. 心肺运动试验（CPET）
- CPET 测试前受试者准备
- 向受试者简要介绍测试流程。
- 在心电图（ECG）电极（V1 至 V6）放置位置刮除体毛，并使用 75% 酒精清除多余的皮屑和油脂。
注意：V1 位于胸骨右缘第 4 肋间，V2 位于胸骨左缘第 4 肋间，V3 位于 V2 与 V4 电极之间，V4 位于锁骨中线第 5 肋间，V5 位于腋前线第 5 肋间，V6 位于左腋中线第 5 肋间。上肢电极应置于锁骨下区域，下肢电极应置于躯干与最低肋骨水平相当的位置。电极应尽量置于外侧，以避免骑行过程中产生过度运动伪影。 - 放置心电图电极，并将其连接至 12 导联心电图导线。
- 使用绑带将心电图设备固定于胸部（图 2）。
- 选择适合受试者面部尺寸的面罩，并牢固地佩戴于面部，确保面罩与面部之间无间隙（图 3）。
注意：测试人员可用手轻轻按压背心，并轻微呼气，以确认无漏气现象。 - 将流量计固定在通气口上，随后将 K4 设备固定在背心上（图 4）。
- 坐上车座，并调节车把高度至受试者感觉舒适的位置。
- 双手握住车把，双脚踩上踏板，确保右膝关节屈曲角度为 30°。
- 在右上臂安装血压袖带，用于动态血压记录；将指夹式脉搏血氧仪置于左手食指，用于动态记录血氧饱和度。
- 计算受试者的运动阻力/每分钟递增功率（W）参数，并设定运动阶段的渐进阻力方案8。
注意：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
- CPET 执行阶段
注意：要求受试者在整个过程中不得说话，以避免说话引起的额外呼气和吸气，从而影响 cardiopulmonary 数据的准确性。若受试者有任何疑问或不适需中断测试，请其举手示意。- 由测试人员点击 开始 按钮，启动功率自行车。
- 保持静坐姿势 2 分钟（静息阶段）。
- 开始骑行 2 分钟（热身阶段：阻力设为 0 W，转速设为 60 rpm）。
- 持续骑行，直至受试者无法维持骑行或出现终止征象（递增负荷阶段：每分钟递增 X 瓦特阻力，转速保持 60 rpm）。
注意：每分钟递增阻力 X 瓦特依据步骤 4.1.10 中的公式确定。 - 要求受试者继续骑行 3 分钟（冷身阶段：阻力设为 0 W，转速设为 40 rpm）。
- 保持静坐姿势 3 分钟，观察生命体征（观察阶段）。
注意：终止测试的标准如下：鼓励受试者运动至最大耐受极限，或由操作人员因以下症状终止运动：缺血性心电图改变、复杂性期外收缩、二度或三度房室传导阻滞、收缩压较测试期间最高值下降 >20 mm Hg、高血压（>250 mm Hg 收缩压；>120 mm Hg 舒张压）、严重去饱和（氧合血红蛋白饱和度（SpO2）≤ 80%）、严重低氧血症的症状与体征（突然苍白、失去协调能力、意识混乱、头晕、晕厥）、呼吸衰竭征象或极度疲劳（Borg 评分 ≥ 17–18 分），或无法维持骑行速度（低于 40 rpm）。若受试者表现出极度的语言或身体疲劳7，骑行速度低于 40 rpm，应立即终止测试。 - 移除数据采集设备、面罩、背心及心电图电极。
5. CPET 测试后处理
- 使用自觉用力程度分级（RPE）量表来评估运动期间明显与心率（HR）相关的体力活动强度水平9,10。
- 使用Borg量表（6-20级量表）评估抗阻训练的用力程度11。6分表示无任何用力的静息状态，20分表示极度疲劳的运动状态。
6. 统计分析
- 使用 SPSS 软件（版本 25）及先前研究中引用的方法12进行数据分析。
- 若数据呈正态分布，则以均值和标准差（SD）表示参数数据；若非正态分布，则以中位数表示。
- 将受试者按男性或女性分组，分别进行统计分析。
- 采用配对 t 检验比较受试者在戴口罩与不戴口罩条件下心肺运动试验（CPET）参数的差异。统计学显著性定义为 P < 0.05。
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结果
本预试验研究纳入了广州医科大学康复医学系的10名受试者（5名男性和5名女性）。参与者的基本特征相似，例如年龄（男性平均年龄：21.00 ± 1.58岁；女性平均年龄：21.20 ± 0.45岁）和身体素质[体育活动和体重指数（BMI）]。男性组与女性组在年龄、身高或BMI方面均无显著差异。此外，在肺量测定中，女性组的用力肺活量（FVC）、1秒用力呼气容积（FEV1）、最大自主通气量（MVV）和峰值呼气流速（PEF）均低于男性组（表1）。
不同条件（戴口罩与不戴口罩）下心肺运动试验（CPET）的结果如表2所示。在运动耐量与心脏功能方面，与不戴口罩条件相比，戴口罩条件下男性和女性组的每公斤体重无氧阈值（即 VO2/kg (LT)）和氧脉搏（即 O2/HR (peak)）均显著降低，而与做功速率相关的摄氧量（即 ΔVO2/ΔW...
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讨论
心肺运动试验（CPET）可为心血管、通气及骨骼肌系统的综合功能提供有价值的见解13。我们设计了一项在佩戴和不佩戴口罩条件下进行的CPET方案，旨在探讨外科口罩对健康青年人群心肺功能的影响。
本方案的设计基于三个主要方面。首先，由于佩戴口罩条件下心肺运动试验（CPET）的强度相对较高，且受试者体能状况相似，我们招募了年轻的健康大学生作为研究对象。其次，根据肺量计检测结果及既往研究14，性别是肺功能的主要影响因素，因此应将受试者分为男性组和女性组。第三，我们在CPET过程中对测试条件（佩戴口罩与不佩戴口罩）的顺序进行随机化，以消除序列顺序可能带来的偏倚。
尽管受试者在佩戴口罩与不佩戴口罩两种条件下的主观感觉（通过RPE量表和Borg量表评估）无显著差异，但佩戴口罩显著降低了若干客观心肺参数，例如VO2/kg（LT）、O2/HR（峰值）、VT（峰值）和VE（峰值）。VO2/...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究得到中国国家自然科学基金青年科学基金（编号：81902281）、广州市卫生健康委员会一般引导项目（编号：20191A0011091 和 20201A011108）、广东省教育厅（编号：2019KQNCX119）以及广州市重点实验室基金（编号：201905010004）的资助。本研究还感谢广州医科大学的 Lixin Zhang、Peilin Ruan、Kaihang Ji 和 Gulifeiya Tuerxun 在数据收集方面提供的帮助。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 心肺功能测试系统 | COSMED Srl - Italy | K4b2 | 肺功能检测设备 |
| CPET用自行车功量计 | COSMED Srl - Italy | ergoline 100P | 100 P型自行车功量计（含血压监测） |
| 心电图仪 | COSMED Srl - Italy | Quark T12x | 12导联心电图运动测试仪 |
| 面罩 | COSMED Srl - Italy | 小号、中号、大号 | V2面罩 |
| 软件 | COSMED Srl - Italy | PFT SUITE | PC端软件 |
| 外科口罩 |
参考文献
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