Summary
サージカルマスクが心肺機能に及ぼす影響について、心肺運動試験(CPET)に基づいて研究しています。この研究は、サージカルマスクが心肺運動能力と換気を低下させることを示しています 健康な若い被験者とマスクの着用は、男性被験者よりも女性被験者の有酸素運動能力に影響を与える可能性があります。
Abstract
サージカルマスクが心肺機能に及ぼす影響について、心肺運動試験(CPET)に基づいて研究しています。この研究は、サージカルマスクが心肺運動能力と換気を低下させることを示しています 健康な若い被験者とマスクの着用は、男性被験者よりも女性被験者の有酸素運動能力に影響を与える可能性があります。
Introduction
公共の場でのマスク着用は、感染性の飛沫の吸入とその後の呼気・拡散の両方を防ぐことで、感染症の蔓延を防ぐことができる可能性がある1。呼吸器系ウイルスの感染リスクを低減する効果については議論の余地があるが、マスクの着用は、日常生活における個人間の飛沫の拡散を防ぐためにコミュニティの人々が選択した主要な方法の1つであり続けている2,3,4。
マスクの種類が異なれば、呼気抵抗と吸気抵抗の増加に異なる効果があります5。一方、呼吸器疾患のパンデミック時には、健康な人や心肺疾患の患者を含む人が日常生活を送るために長時間マスクを着用する必要があるかもしれません。しかし、マスクの着用が心肺機能に及ぼす影響に関する研究は少ない。
心肺運動検査(CPET)は、負荷が増大する運動中の身体の心肺機能のさまざまなパラメータを反映することにより、心血管リハビリテーションのリスク評価の重要な手段であり、心肺予備能検査のゴールドスタンダードと見なされています2。さまざまな条件(マスクオンとマスクオフ)でCPETを使用して、健康な若い被験者の心肺機能パラメーターの変化を研究し、マスクの干渉を客観的かつ定量的に評価します 心肺予備力と運動持久力に対するマスクの干渉を新しい方法論的観点から評価します 特に呼吸器感染症のパンデミックにおけるマスクの適用を導きます。FFP2/N95は、ウイルス感染への曝露を減らすという点でサージカルマスクよりも効果的であることが示唆されていますが、医療用サージカルマスクはFFP2/N95フェイスマスクよりも入手と使用が便利で一般的です。したがって、この研究は、心肺機能に対する医療用サージカルマスクの影響にのみ焦点を当てています。
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Protocol
臨床プロジェクトは、広州医科大学第五附属病院の医療倫理協会によって承認されました。KY01-2020-06-06)に登録され、中国臨床試験登録センター(No.ChiCTR2000033449)と題され、「心肺および下肢機能に対するマスクの影響」と題されています。
1. 参加者募集
- 18 歳から 26 歳までの被験者を含める: PAR-Q テスト6 に合格できる人。身体的に健康であること。プロスポーツのトレーニング経験がない。実験を理解し、テストプロセス全体に自発的に協力することができます。
- 被験者を除外する:心血管疾患および呼吸器疾患を有する;他の疾患によって引き起こされる下肢の運動機能障害を伴う。実験に協力できない方そして喫煙者7.
- 参加する前に、各被験者から書面によるインフォームドコンセントを取得します。
- テストの48時間前とテスト中は激しい活動が禁止されており、テストの2時間前には食べ物や飲み物(水を除く)が許可されていないことを被験者に伝えます。
- 被験者の基本情報(名前、性別、生年月日、身長、体重)を収集します。
- SPSSが生成した数字テーブルによって被験者を2つのグループにランダムに割り当てます。グループ1は、最初にマスクオン状態でCPETを受け、続いて48時間のウォッシュアウトを受け、次にマスクオフ状態でCPETを受けました。グループ2は、最初にマスクオフ状態でCPETを受け、続いて48時間のウォッシュアウトを受け、次にマスクオン状態でCPETを受けました。
2.実験室の設定と機器の準備
- 実験室の温度を25°Cに設定し、応急処置器具を装備します。
- 心肺機能分析装置を校正して、流量センサーの校正、室内空気の校正、ガス分析の校正、呼吸数の校正など、CPETテストの精度を確保します。
注:ガス分析の校正には、5%CO2 および16%O2 濃度とN2 を使用してバランスを取ります。
3.肺活量測定
- 被験者に、椅子の背もたれに寄りかからず、足を地面につけて、しかし足を傾けずに直立して座ってもらいます。頭を自然な高さに保つか、少し上に傾けるように頼みますが、頭を下に曲げたり、かがんだりしないようにします。
- 強制肺活量 (FVC) テスト: 被験者に 5 秒間静かに呼吸し、強く息を吸ってから 6 秒間強く吐くように依頼します。最後に、息を吸い込み、落ち着いて呼吸を続けます。医師または正式に訓練された運動生理学者の指導の下で、手順全体を実行します。
- 最大自発換気(MVV)テスト:被験者に落ち着いて呼吸するように4〜5回尋ねます。その後、最大呼吸振幅で12秒または15秒間連続して呼吸を繰り返し、呼気量が安定しているベースライン後の最速呼吸速度(図1)。
注:静的肺機能テスト中に被験者のパフォーマンスが悪い場合、被験者は3分間の休息後にもう一度テストを実行するように求められます。被験者がテストに 2 回失敗した場合は、被験者を除外します。
4.心肺運動テスト(CPET)
- CPETの被験者準備
- 被験者にプロセスを簡単に紹介します。
- 心電図(ECG)電極の位置(V1〜V6)の体毛をこすり落とし、75%アルコールを使用して余分なフケとグリースを取り除きます。
注:V1は、胸骨の右側にある4番目の肋間腔です。V2は胸骨の左側にある第4肋間腔、V3はV2電極とV4電極の間、V4は鎖骨中央線上の第5肋間腔、V5は前腋窩線上の第5肋間腔、V6は左腋窩中腋窩線の第5肋間腔である。鎖骨下領域に腕の四肢電極を配置し、脚の四肢電極を下部肋骨の高さの体幹に配置します。電極の配置は、サイクリング中の過度の動きのアーチファクトを避けるために横方向にする必要があります。 - ECG電極を配置し、12リードECGワイヤに取り付けます。
- ストラップを使用してECG装置を胸部に固定します(図2)。
- 被写体の顔の大きさに合ったマスクを選び、マスクと顔の間に隙間がないように顔にしっかりと貼り付けます(図3)。
注意: テスターは、手を使ってベストをそっと押し、軽く息を吐いて隙間がないことを確認します。 - 流量計を通気口に固定してから、K4デバイスをベストに固定します(図4)。
- シートに座り、ハンドルバーの高さを被写体にとって快適な位置に調整します。
- 両手でハンドルバーをつかみ、両側の足でペダルを踏んで、右膝関節が30°で屈曲するようにします。
- 右上腕に血圧カフを装着して、動的な血圧を記録します。左手の人差し指に指のパルス酸素を置き、血中酸素を動的に記録します。
- 被験者の運動抵抗/増加増分/分(W)パラメータを計算し、運動フェーズ8の漸進的抵抗計画を設定します。
注:運動抵抗(男性)= [(身長 - 年齢)* 20 - (150 + 6 * 体重)] / 100
運動抵抗(女性)=[(身長 - 年齢)×14 - (150 + 6×体重)]/100
- CPET実行フェーズ
注:心肺データの精度に影響を与える可能性のある、話す中の余分な呼気と吸入を防ぐために、手順全体を通して被験者に話さないように依頼してください。被験者に手を挙げてもらい、テストの中断につながる質問や不快感があるかどうかを示してもらいます。- スタートボタンをクリックして、テスターによるサイクルエルゴメーターをアクティブにします。
- 2分間、静的な座位姿勢を保ちます(休憩ステージ)。
- 2分間のサイクリングを開始します(ウォームアップステージ:抵抗は0 W、速度は60 rpm)。
- 被験者が終了の兆候を維持または表示できない時点までサイクリングを続けます(ランプ運動段階:増分抵抗、毎分Xワット抵抗、60rpm)。
注意: 毎分Xワットの抵抗は、手順4.1.10の式に基づいています。 - 被験者に3分間サイクルするように依頼します(クールダウン段階:抵抗0 W、速度40 rpm)。
- バイタルサインの観察(観察段階)のために、静的な座位姿勢を3分間維持します。
注:中止の基準は次のとおりです:被験者は、虚血性心電図の変化、複雑な異所性、2度または3度の心臓ブロック、収縮期血圧の低下>テスト中の最高値から20 mm Hg)、高血圧(収縮期>250 mm Hg、拡張期>120 mm Hg)、 重度の不飽和度(オキシヘモグロビン飽和度(SpO2)≤80%)、重度の低酸素血症の症状と兆候(突然の蒼白、協調性の喪失、精神的混乱、めまい、失神)、呼吸不全の兆候、または疲労(ボルグ≥17〜18ポイント)は、サイクリング速度(40 rpm未満)を維持できませんでした。被験者が極度の言語的または身体的疲労を示した場合、テストは直ちに終了します7、これは 40 rpm 未満です。 - データ収集機器、フェイスマスク、ベスト、ECG電極を取り外します。
5. CPETポストテスト
- Rating of Perceived Exertion (RPE) スケールを使用して、エクササイズ中の心拍数 (HR) に明らかに関連している身体活動強度レベルを測定します 9,10。
- ボーグのスケール(6-20スケール)を使用して、レジスタンストレーニングの運動を評価します 11。スコア 6 は努力を伴わない休息活動を表し、スコア 20 は徹底的な運動を表します。
6. 統計解析
- SPSS ソフトウェア (バージョン 25) と、前の調査12 で参照した方法論を使用してデータを分析します。
- パラメトリック データを、正規分布の場合は平均と標準偏差 (SD)、そうでない場合は中央値として表示します。
- 統計分析のために、被験者をそれぞれ男性または女性のグループに割り当てます。
- 対応のある t検定を使用して、マスクオン状態とマスクオフ状態の被験者間のCPETパラメータの差を比較します。統計的有意性は P <0.05です。
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Representative Results
広州医科大学のリハビリテーション医学科の10人の被験者(男性5人、女性5人)がこのパイロット研究で募集されました。参加者は、年齢(平均年齢:男性21.00±1.58歳、女性21.20±0.45歳)や体力[スポーツ活動とボディマス指数(BMI)]などのベースライン特性が類似していた。男性と女性のグループ間で年齢、身長、BMIに有意差はありませんでした。さらに、スパイロメトリーでは、女性グループは男性グループと比較して、FVCが低く、1秒の強制呼気量(FEV1)が低下し、MVVが低く、最大呼気流量(PEF)が低下しました(表1)。
異なる条件(マスクオンとマスクオフ)でのCPETの結果を 表2に示します。運動耐性と心機能については、マスクを外した状態と比較して、マスク着用時の男女ともに、キログラムあたりの嫌気性閾値(VO2/kg(LT))と酸素パルス(O2/HR(ピーク))が有意に減少したのに対し、ΔVO2という仕事量に関連する酸素摂取量に有意差は認められなかった/ΔWR と HR (rest) です。また、男性群ではHR(安静時)が有意に減少し、女性群ではマスク着用時の1kg当たりのピーク酸素摂取量、すなわちVO2/kg(ピーク)が有意に減少した。換気機能については、マスクを外した状態と比較して、マスクを着用した状態での男女ともに一回換気量(VT(ピーク))の有意な減少が見られたが、呼吸予備力の割合(BR%)に差は認められなかった。ガス交換については、マスクオフ時と比較して、マスクオン時の男女ともに換気量の有意な低下、すなわちVE (ピーク)がみられたが、VE/VCO2では差は認められなかった。CPETの総合性能については、男女ともに最大負荷、RPEスケール、ボルグスケールに差は認められなかった。
図1:スパイロメトリーの図。 この図の拡大版を見るには、ここをクリックしてください。
図2:ECG電極の設定。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図3:マスクのフィッティング。 (A)はマスクオフ状態を示す。(B)はマスクオン状態を示す。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図4:CPET設定の図。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
| パラメーター | 単位 | 男性グループ | 女性グループ | P 値 | ||
| (n=5) | (n=5) | |||||
| 年齢 | 月日 | 21.00±1.58 | 21円20±0.45円 | 0.792 | ||
| 高さ | センチメートル | 172.60±4.45 | 157円00±3.80円 | <0.001 | ||
| 重量 | キログラム | 59円40±3秒50 | 49.10±2.49 | 0.001 | ||
| BMIの | kg/m2 | 19円94±0.80円 | 19.91±0.41 | 0.955 | ||
| 肺活量測定 | ||||||
| FVCの | L | 4.43±0.26 | 3.13±0.31 | <0.001 | ||
| FEV1 (フェブ 1) | L | 3.70±0.24 | 2.78±0.23 | <0.001 | ||
| MVVの | L/min | 131円78±12秒42 | 76円38±13円57銭 | <0.001 | ||
| PEFの | L/秒 | 8.96±1.11 | 5.95±1.41 | 0.060 | ||
| 注:有意な結果は太字で示しています。FVC、強制肺活量;FEV1、1秒の強制呼気量。MVV、最大自発換気。PEF、ピーク呼気流量;L、リットル;s、2番目。 | ||||||
表1:ベースライン特性とスパイロメトリーの結果。
| パラメーター | 単位 | 男性グループ | 女性グループ | |||||
| マスクオフ | マスクオン | P 値 | マスクオフ | マスクオン | P 値 | |||
| 運動耐性と心機能 | ||||||||
| VO2/kg(ピーク) | (mL/min)/kg | 36円21±3.8秒 | 28.46±4.96 | 0.063 | 26.86±4.86 | 22円96±5.45銭 | 0.002 | |
| VO2/kg (リットル) | (mL/min)/kg | 22.66±2.26 | 19.74±2.23 | <0.001 | 18.48±2.89 | 14.28±2.6 | 0.026 | |
| O2/HR (ピーク) | 比 | 12.14±0.63 | 10.02±1.7 | 0.028 | 7.96±0.87 | 6.9±1.15 | 0.004 | |
| ΔVO2/ΔWR | mL/(分*W) | 8.96±0.3 | 7.52±1.4 | 0.083 | 8.66±0.51 | 7.86±1.17 | 0.217 | |
| HR (休息) | BPMの | 85.2±16.08 | 77.6±7.09 | 0.244 | 84±10.56 | 83.4±5.94 | 1.000 | |
| HR (ピーク) | BPMの | 177.6±10.5 | 170.6±11.33 | 0.007 | 162.6±17.67 | 162.6±21.72 | 1.000 | |
| 換気機能 | ||||||||
| VT(ピーク) | L/min | 2.23±0.31 | 1.9±0.4 | 0.004 | 1.33±0.28 | 1.21±0.28 | 0.018 | |
| BR%の | % | 50.2±8.14 | 56.6±10.53 | 0.086 | 53.6±8.91 | 57.8±10.94 | 0.086 | |
| ガス交換 | ||||||||
| VE/VCO2 | 比 | 28.64±3.42 | 30.44±5.26 | 0.379 | 32円34±3.63秒 | 31.54±4.3 | 0.616 | |
| VE (ピーク) | L | 74±13.36 | 62.6±15.35 | 0.022 | 51.8±13.35 | 43.22±11.72 | 0.042 | |
| CPETパフォーマンス | ||||||||
| 最大負荷 | ||||||||
| 最大荷重(LT) | ワット | 98.2±18.38 | 102±11.81 | 0.438 | 56.8±11.48 | 50.8±9.96 | 0.104 | |
| 最大荷重(RC) | ワット | 155.6±22.47 | 159±24.37 | 0.223 | 87.8±18.47 | 86.2±19.6 | 0.816 | |
| 最大負荷(ピーク) | ワット | 187±28.15 | 184.8±26.81 | 0.604 | 107.6±29.25 | 105.6±30 | 0.116 | |
| RPEスケール | スコア | 17.8±0.84 | 17±1.73 | 0.371 | 17.4±0.89 | 17.2±1.3 | 1.000 | |
| ボルグのスケール | スコア | 4.2±0.84 | 4.8±1.64 | 0.468 | 4.8±0.45 | 4.8±0.84 | 1.000 | |
| 注:有意な結果は太字で示しています。VO2 / kg(ピーク)、キログラムあたりのピーク酸素摂取量。VO2 / kg(LT)、キログラムあたりの嫌気性閾値;O2/HR、酸素パルス;ΔVO2 / ΔWR、仕事率に関連する酸素摂取量。BR%、呼吸予備力(パーセンテージ)。VE、換気;VT、一回換気量;BPM、毎分ビート。RPE尺度、知覚された運動尺度の評価。L、リットル;分、分。 | ||||||||
表2:サージカルマスクを着用している健康な若い被験者(マスクオン)とサージカルマスクを着用していない被験者(マスクオフ)のCPETの結果は、標準偏差の平均として示され±。
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Discussion
CPETは、心血管系、換気系、骨格筋系の包括的な機能に関する貴重な洞察を提供します13。健康な若い被験者の心肺機能に対するサージカルマスクの効果を調査するために、マスクのオンとオフの状態に関するCPETプロトコルを提案しました。
このプロトコルの設計は、主に3つのポイントに基づいていました。まず、マスク着用時のCPETの強度が比較的高く、体力が類似しているため、研究の対象として若い健康な大学生を募集しました。第二に、被験者は男性グループと女性グループに割り当てられるべきです 肺活量測定の結果と以前の研究に基づいて、性別を肺機能の主要な要因と見なします14。第3に、CPET中の条件の順序(マスクオンとマスクオフ)をランダム化して、シーケンシングによってもたらされる潜在的なバイアスを排除した。
募集された被験者は、RPEスケールとボルグスケールに基づく2つの条件CPET(マスクオンおよびマスクオフ状態)の間で主観的な感覚に有意差を示さなかったが、VO2 / kg(LT)、O2 / HR(ピーク)、VT(ピーク)、VEなど、マスクを着用することで有意に低下した客観的心肺パラメータがいくつかありました。VO2 / kg(LT)の減少は、マスクを着用すると筋肉のミトコンドリアが酸素を使用する能力を低下させ、それによって運動能力に影響を与える可能性があることを示唆しています。O2 / HR(ピーク)の減少は、心拍出量の低下を示しました。.VE (ピーク)の増加は、マスクの着用が二酸化炭素排出量に影響を与える可能性があることを示唆しています。これらすべての影響を受けるパラメータは、心肺疾患のある被験者がサージカルマスクを着用して有酸素運動を行うとリスクが高くなる可能性があることを示しています。さらに、性差もマスクが心肺機能に及ぼす影響の要因である可能性があります。例えば、女性グループだけで、マスク着用後にVO2/kg(ピーク)が有意に減少しました。有酸素運動能力評価の主要パラメータであるVO2/kg(ピーク)から、特に激しい運動をすると、マスク着用の影響が女性にとってより顕著になる可能性があることが示唆された。
この研究には、主に2つの限界があります。まず、サンプルサイズが小さかったが、同様の身体的ベースライン特性を持つ被験者を募集し、代表的な結果はすでにいくつかの有意差を示していた。第二に、この研究は健康な若い被験者のみを募集しましたが、このパイロット研究では最大限の一貫性を確保しました。将来の研究では、さまざまな年齢層でより多くの被験者を募集し、心肺疾患と組み合わせて、プロトコルを幅広い集団に拡張することができます。このような研究は、日常生活、特に呼吸器感染症の流行段階におけるマスク着用の指針となるだろう。
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Disclosures
著者は何も開示していません。
Acknowledgments
本研究は、中国国家自然科学基金会(No.81902281)の支援を受けて行われました。広州保健家族計画委員会(No.20191A0011091および20201A011108)、広東省教育局(No.2019KQNCX119)、広州重点実験室基金(No.201905010004)の一般ガイダンスプロジェクト。この研究は、データ収集のために広州医科大学のLixin Zhang氏、Peilin Ruan氏、Kaihang Ji氏、Gulifeiya Tuerxun氏にも感謝しています。
Materials
| 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 |
References
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