さまざまな身体的作業負荷における主観的障害に対するフェイスマスクの影響

Apr 02, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 8133 (2023) この記事を引用

222 アクセス

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

職場でのフェイスマスクの着用によって引き起こされる主観的および認知的障害を定量化するために、男性20名と女性20名（年齢中央値47歳、範囲19～65歳）を対象に、サージカルマスク、コミュニティマスク、FFP2マスクを着用した状態、またはマスクを着用していない状態で、さまざまなエルゴメータの作業負荷の下でテストを実施しました。ランダム化され、部分的に二重盲検化されたデザインで。職場でもマスクを４時間着用した。主観的障害はアンケートによって記録されました。職場試験の前後に認知能力がテストされました。 3 種類のマスクすべて、特に FFP2 で、身体活動量と着用時間が増加するにつれて、暑さ、湿気、呼吸困難の主観的感覚が増加しました。盲目であっても、FFP2 の参加者は安静時にすでに呼吸困難を報告しました。身体活動中、不快感に対する耐性が低い人は、著しく強い障害を報告しました（OR 1.14、95% CI 1.02～1.27）。軽作業に関しては、高齢者（OR 0.95、95% CI 0.92～0.98）と女性（OR 0.84、95% CI 0.72～0.99）では障害が有意に低く、アトピー性被験者では障害が強かった（OR 1.16、95% CI 1.06～1.27）。マスク着用による認知能力への有意な影響は検出されなかった。マスクの着用は認知能力に影響を与えませんでしたが、身体運動や着用時間に応じて不快感が増大しました。不快感にあまり耐えられない人は、運動中にマスクを着用すると、より障害を感じました。

SARS-CoV-2 のパンデミック中、ほとんどの国で医療機関、公共エリア、職場でのマスクの着用が推奨または義務化されました1。マスクの種類に応じて、マスクの着用によりウイルス感染を防ぎます2、3、4。フィルタリング面体（マスク、N95、FFP2 など）は、濾過効率が高く、より良いフィット感を提供できるため、サージカルマスク（SM）やコミュニティマスク（布マスク、CM）よりも優れた保護効率を提供します5、6。

いくつかの研究では、最大負荷までの身体運動中にマスクを着用すると、被験者の心肺ストレスにつながります。レビュー7、8、9は、身体活動中にマスクを着用すると、呼吸困難が増加する可能性があるが、最大限の運動中であっても、呼吸仕事量、血液ガス、およびその他の生理学的パラメーターにはほとんど影響を及ぼさないと要約しています。

Shaw et al.9 は、レビューの中で被験者の知覚された努力も考慮しました。ほとんどの研究では、身体活動中に知覚される運動量の評価にボーグスケールが使用されており、SM と N95 の両方で、マスクなしの状況と比較して、知覚される運動量が大幅に増加しました。これとは対照的に、他の研究では、マスク着用時とマスクなしの状態の間で、主観的に知覚される運動量に有意な差は見られませんでした10、11。別の研究では、知覚される身体的運動量と知覚される呼吸運動量との間に区別がなされました。エルゴメトリー中、前者には影響はありませんでしたが、マスクなしよりも SM、CM、および FFP2 (呼気弁あり) の方が知覚される呼吸労作は有意に高かった12。

しかし、前述したように、物理的ストレス下でのマスク着用に関する多くの研究では、自転車エルゴメーターに最大 300 ワット以上の短期負荷が実施されています 13、14 人、または若くてよく訓練された被験者のみが含まれています 11 が、典型的な症状を表すものではありません。日常生活でも、ドイツの職場でも。さらに、心肺運動試験（CPET）中のほとんどの研究では、マスクはシリコーンCPETマスクの下に着用されましたが、これは影響因子としてすでに議論されており15、また、それぞれマスクとマスクなしの状況を盲目にすることはできませんでした。

したがって、ドイツの職場に対応するさまざまな作業負荷の下で、通常の訓練を受けたコホートを対象に、一般的に使用される 3 種類のマスク (SM、CM、FFP2) の影響を調査しました。最近発表された我々の部分二重盲検研究のもう 1 つの焦点は、心肺パラメータにありました。それは、安静時および仕事負荷下でフェイスマスクを着用すると、生理学的代償の意味で呼吸パターンが変化することを示しました16。全体として、データは、マスクの着用が健康な被験者に健康上のリスクを引き起こすことはないが、マスクの素材とマスク裏の湿度と温度の上昇との組み合わせにより呼吸抵抗の増加につながることを示しました。

SM を使用した 1 時間の散歩中の一般的な熱知覚は SM を使用しない場合と同様に増加しましたが、SM17 では顔の熱さの訴えが最も頻繁な訴え (52%) でした。これは、特に身体的運動の場合、被験者に一般的な運動の知覚（ボーグスケール）について質問したのか、マスクによる口鼻領域への直接的な影響について質問したのか、または次のような特定の症状について質問したのかが違いを生むことを示唆しています。頭痛。

身体的健康への負担に加えて、心理的苦痛も職場でのリスク評価に影響を与えるため、ここで紹介する部分二重盲検ランダム化クロスオーバー研究の目的は、3種類の異なるマスクを着用することによる研究参加者の主観的障害を、職場でのリスク評価と比較して軽減することであった。マスクを着用していない状況と、身体活動の増加や着用時間の延長に伴う障害の変化について説明します。さらに、熱と湿度の主観的な認識が実際に測定されたデータと一致しているかどうかを検討する必要があります。主観的障害には認知能力が含まれるため、安静時にマスクを着用した状態でもテストされました。雇用主は、労働者に推奨される適切なマスクの種類と許容可能な着用時間を決定する必要があるため、マスク着用時の主観的な感覚が、年齢、性別、アトピー、または「敏感な」気質などの個人的な要因に影響されるのかどうかという疑問が生じました。

幅広い年齢層をカバーする合計40人の被験者が研究に参加しました。彼らは当研究所のウェブサイトの情報を通じて募集されました。米国胸部学会によると、除外基準は CPET の絶対的禁忌と相対的禁忌でした18。被験者は、病歴、募集質問票、身体検査、定期的な臨床検査、心電図、肺機能検査、および初回のCPETからなるベースライン検査を受けた。

遍在性空気アレルゲン (アトピースクリーン sx1、Phadiatop) に対する特異的 IgE 抗体 (sIgE) を、ImmunoCAP 250 システム (ThermoFisher Scientific、Phadia AB、ウプサラ、スウェーデン) で測定しました。 sIgE 濃度が sx1 ≧ 0.35 kU/L の場合、陽性のアトピー状態とみなされました。

前向きランダム化クロスオーバー研究デザインについては、心肺機能に対するマスクの影響を扱った以前の原稿で詳しく説明されています16。採用を含む調査のすべての部分は、2020年9月から2021年7月の間に実施されました。

各被験者は 4 つのマスク状況でテストされました: 基準としてマスクなし (NM)、サージカルマスク (SM; Type II、MedicalCare & Serveindustry®、Wilfried Rosbach GmbH、ウィリッヒ、ドイツ)、コミュニティマスク (CM; van Laack® GmbH、メンヒェングラートバッハ、ドイツ）、およびフィルタリング面体（FFP2; Dräger X-plore® 1920 NR D、Dräger® Safety AG、リューベック、ドイツ）をランダムな順序で配置しました。クロスオーバー研究は 2 つのモジュールで構成され、通常着用しているマスク (漏れを含む) を、自転車エルゴメーターでの身体運動中 (エルゴメトリー) と通常の作業条件下 (職場検査) で検査しました。エルゴメトリーと同じ身体運動での 3 番目のモジュール (CPET) では、特別なマスクアダプターを使用して二重盲検設定でマスク素材が被験者に提示されました 16。簡単に言うと、テストしたマスクの丸いサンプル (マスクがない場合は何もない) を市販の開いた空の細菌フィルターに置き、粘着テープと金属クランプで気密に閉じました。次に、このマスクアダプターをシリコンCPETマスクと測定装置の間に配置しました（図S1）。すべて私たちの研究所で行われた 3 つのモジュールの順序もランダムでした。身体的運動 (エルゴメトリー、CPET) については、十分に長い再生時間を挟んで、1 日あたり最大 2 回のマスク状況がテストされました。 4 つのマスク状況による職場検査は、4 つの異なる日に実施されました。すべてのモジュールで、各セッションは同じ時間帯に実施されました。

個別に決定された負荷レベルにより、分時換気量は 10 L/分 (安静)、30 L/分 (運動 (E1))、50 L/分 (E2)、> 60 L/分 (E3)、および 10 L/分になります。（ポスト）（それぞれ 6 分間）は、エルゴメトリーおよび CPET 中の身体運動に使用されました。ドイツの社会災害保険によれば、これは軽労働（休憩および後）、中程度の労働（E1）、重労働（E2）、および非常に重労働（E3）に相当します16。 4時間の職場検査では、オフィスや研究室で軽度または中程度の作業をする場合は通常マスクを着用した。

心肺パラメータと血液ガスが測定され、前述のように知覚運動量（ボーグスケール）が要求されました16。温度と相対湿度は、鼻と口の間に粘着テープで固定された気候データロガー (PeakTech 5185®、アーレンスブルク、ドイツ) を使用して記録されました。

ベースライン検査中に、参加者は健康状態や特定の感受性スケールに関する質問を含むアンケートに記入し、「感受性の高い」個人を特定するという観点から研究グループの遡及的な特徴付けを可能にしました。後者は、個人の受け入れまたは排除とは関係がありませんでした。

感度スケールの 1 つは、不快感の許容度に関する記述との一致レベルを測定する不快不耐性スケール (DIS) でした 19。不快感または痛みに対する不耐性 (DIS-I) (2 項目; 例: 「かなりの身体的不快感に耐えることができる」 - 逆スコア) および身体的不快感の回避 (DIS-A) (3 項目) という 2 つの異なる下位要素; 例: 「私は身体的に不快な思いをしないように極端な措置を講じています」) は、グローバル DIS スコアとは別に計算されました。また、環境への不安に関するアンケート（環境不安尺度（EWS）、5 項目）も含まれており、これは、たとえば「私は、自分が何かをしているという事実についてよく考えます。「私の体内への汚染物質」20、および対象者が一般的にポジティブまたはネガティブな感情を経験する程度を測定するポジティブおよびネガティブ感情スケジュール（PANAS）21。本研究の目的のために、10 の否定的な項目 (動揺、罪悪感、恐怖、敵意、イライラ、恥ずかしい、神経質、神経過敏、恐れ、苦痛) を含む否定感情下位尺度 (PANAS-NA) のみを使用して特性を評価しました。ネガティブな感情状態を経験する傾向のようなものです。さらに、採用ツールには、化学物質に対する自己申告の過敏症に関する 2 つのアンケートが含まれていました。化学臭気感受性スケール (COSS) は、塗料などの化学物質や日常生活の臭気にさらされたときの三叉神経 (息切れ、咳、気分が悪さ、吐き気など) および嗅覚 (不快感など) を介した反応を評価するための 11 項目の尺度です。香水22. 化学物質過敏症スケール (CSS、21 項目) の主な焦点は、化学物質による感情反応と行動の混乱にあります23。

これらのデータから相対カットオフスコアが計算され、被験者をより低い「敏感」な人またはより高い「敏感」な人に分類しました。 EWS を除き、感度係数は中央値分割でした: MD(DIS) ≥ 17。 MD(DIS-I) ≥ 4; MD(DIS-A) ≥ 8; MD(PANAS-NA) ≥ 16; MD(COSS) ≥ 10; MD(CSS) ≥ 50。EWS に関しては、被験者が 5 つの項目のうち少なくとも 1 つに部分的または完全に同意した場合、環境への懸念が高まった被験者としてカウントされました24。

快適性スコアと症状スコアは、エルゴメトリーと CPET の前後 (事後) とエルゴメトリーおよび CPET の前後 (後) にマスクを使用して (または NM 状況ではマスクなしで) 評価され、快適性スコアも各負荷レベルの最後の 20 秒以内に評価されました。 4 時間の職場検査中、マスク着用の 30 分前（前）、マスク着用中の 30、60、90、120、150、210、および 240 分、およびマスク着用の 30 分前（後）に快適スコアと症状スコアが評価されました。）マスク着用終了後。さらに、認知能力は職場検査の開始時と終了時に評価されました。

10項目（湿度、暑さ、呼吸抵抗、かゆみ、締め付け感、塩味、不快感、臭い、疲労感、全体的な不快感）からなるコンフォートスコアアンケートをドイツ語訳で使用し、マスク着用の快適さ・不快感を数値化した。感覚は 10 点の評価スケールで評価する必要があり、1 は「まったくない」、5 は「軽度」、10 は「非常に」を表します 13, 25。快適スコアの合計は全体的な不快感を除くすべての項目の合計。快適スコアは、口鼻領域および呼吸の快適さに対するマスクの直接的な影響を決定するために使用されました。

マスクの着用によって引き起こされるより一般的な障害（頭痛、めまいなど）の発生と強度が、ドイツ語翻訳の症状スコア質問票で記録されました。症状スコアは、CO2 吸入の影響に敏感であることが示されている 16 件の苦情と 4 件のダミー苦情で構成されています26。これらの苦情はそれぞれ、5 段階の段階評価スケール (1 = 全くない、2 = わずか、3 = 中、4 = 強い、5 = 非常に強い) で評価されました。総苦情スコア (症状スコアの合計) は、これら 16 件の苦情の合計 (16 ～ 80) でした。

4時間の職場試験の開始後と終了前に、被験者は数学とスペルのテストを実施し、マスク着用が認知能力に及ぼす影響の可能性を調べた。コンピュータ上で自動的に実行される各テストの所要時間は 11 分で、数学テストの後にスペルテストが実施されました。

5 秒間表示された指示の後、93 個のタスクのそれぞれが 7 秒間表示されました。経過時間はタスクの下に進行状況バーの形式で表示されました。被験者には、できるだけ早く正確に答えることが求められました。数学のテストでは、被験者は簡単な暗算を実行する必要がありました。タスクは、1 から 10 までの 2 つの数値を掛けて、この積から 1 桁または 2 桁の数値を引くことで構成されます (例: (9 × 5) − 17 = 28)。被験者は、正しい計算結果が与えられた解の数と比較して小さいか大きいか等しいかを判断する必要がありました。スペルテストでは、被験者はスペルミスの単語を認識する必要がありました。これらの単語には 1 つまたは 2 つの間違いがあるか、スペルが正確でした。

被験者が割り当てられた時間内に回答しなかった場合、次の課題が自動的に提示され、その課題はエラー（省略）として採点されました。正答数、誤答数、脱落数、平均応答時間を計測した。

快適性スコアと症状スコアのデータ（生スコア）は、中央値（最小値〜最大値）および四分位範囲（IQR 75〜25）として表され、箱ひげ図（ボックス：中央値、25〜75パーセンタイル、ひげ：5〜95パーセンタイル）で表示されます。

一般化線形混合 (GLM) モデルは、一般化推定方程式 (GEE) とともに、従属変数として快適性スコアと症状スコアの対数化された合計値に使用されました。 GEE プロシージャは GLM を拡張して、繰り返し測定の分析を可能にします。ここでは、負荷レベルと測定時間が影響要因として含まれました。このアプローチにより、異なる検査時間での個人内比較が可能になります（つまり、各被験者が自分自身と比較されます）。最小二乗平均は、これらのモデルに基づいて計算されました。各負荷レベル（pre、E1、E2、E3、post）または各測定時間（pre、30、60、90、120、150、210、240、post）におけるマスクなしの状況を基準として使用しました。性別、年齢（10歳あたり）、身長（10cmあたり）などの影響要因も考慮されました。コンフォートスコアと認知機能の合計にさらに影響を与える要因を、潜在的な要因としてモデルに個別に含めることによってテストしました。

GLM モデルは快適性スコアと症状スコアの合計にのみ適用できるため、分散分析 (フリードマンテスト、ポストホックテストとしてのダンの多重比較テスト) を使用して単一の質問のデータを処理しました。快適スコアについては、各負荷レベル (前、E1、E2、E3、後) または各測定時間 (前、30、60、90、120、150、210、240、後) で、マスクを使用したデータが比較されました。それぞれの非マスク状況（参考）。

ピアソンのカイ二乗検定を使用して、異なる感度スケールに関連する男性と女性の間の考えられる差異を調べました。スピアマン順位相関は、相関のパラメーター間の単調な関連性を予測するために計算されました。これは、ヒートマップ内のパラメーターを対比することでさらに視覚化されます。

< 0.05 の p 値は統計的に有意であるとみなされます。分析は、SAS 9.4 (SAS Institute、米国ノースカロライナ州ケアリー) を使用して実行されました。図は、SAS 9.4 および GraphPad Prism バージョン 9 (GraphPad Software、米国カリフォルニア州サンディエゴ) を使用して作成されました。

ルール大学ボーフム大学医学部の倫理委員会は研究の実施を承認し(登録番号: 20-7024)、すべての被験者は書面によるインフォームドコンセントを受け取りました。図S1に示されている人物は、オープンアクセスのオンライン出版物で識別画像を公開することについて書面によるインフォームドコンセントを与えています。すべての方法は、関連するガイドラインおよび規制に従って実行されました。この研究は、ヘルシンキ宣言によって定められた倫理基準の最新改訂に従って実施されました。

19歳から65歳までの40人の被験者(女性20人、男性20人)が研究に参加した。参加者の約 3 分の 2 は当研究所 (IPA) の職員であり、オフィスまたは研究室で働いていました。他の被験者はさまざまな職業を持つ外部の被験者でしたが、全員が 4 時間の職場試験中に当研究所で簡単なオフィス/コンピューター作業を行いました。研究参加者は中等度から十分に訓練を受けており、よく訓練された被験者の割合は男性と女性で同様でした（表1）。一般に、さまざまな感受性スケールに従って、男性よりも女性の方が「敏感」と分類されました。

快適性スコア (口と鼻の領域) および症状スコア (より一般的な症状) の完全なデータが表 S1 および表 S2 に表示されます。例として、エルゴメトリー、CPET、職場検査中の快適性スコアと症状スコアの合計を箱ひげ図として図 1 に示します。

マスクなし（青）、サージカルマスク（黄色）、コミュニティマスク（緑）、およびFFP2マスク（赤）を着用した40人の被験者におけるエルゴメトリー（a）、CPET（b）および職場検査（c）中の快適さと症状のスコアの合計。 P 値を表 3 に示します。エルゴメトリーと CPET 中に、快適性と症状スコアを前 (前) と後 (事後) で評価し、各負荷レベルの最後の 20 秒以内の快適性スコアも評価しました。負荷レベルは、軽い作業 (前後)、中程度の作業 (E1)、重い作業 (E2)、および非常に重い作業 (E3) に対応します。

一般に、マスクを使用した場合、特に FFP2 を使用した場合の合計値は、各負荷レベル (E1、E2、E3) または測定時間において、マスクを使用しない場合よりも高くなりました。たとえマスクをしていなくても、エルゴメトリーおよびCPET中の身体活動が増加するにつれてスコアは増加しました。 CPETでは、被験者が常にぴったりとフィットするシリコーンCPETマスクを着用しているという事実により、つまりマスクなしの状況でも、マスクなしでも障害と症状が報告されたことを考慮する必要があります（図1b）。

表 S1 に示したデータを考慮すると、エルゴメトリーにおける各運動レベルでのマスク使用時の快適性スコアとマスクなしの状況の比較では、湿度、暑さ、呼吸困難の感覚が著しく高いことが示されましたが、マスク使用による全体的な不快感も示しました (表 S1)。 2a)。盲検シナリオ（CPET）でも、FFP2を着用している場合、被験者は呼吸と快適さが著しく損なわれていると感じ、湿度と暑さがより多くなったと報告しました（表2b）。 4時間の職場検査後、マスクを使用した場合の主観的障害は、マスクを使用しない場合よりも30分後にすでに著しく顕著でした。繰り返しますが、これは特に湿気、熱、呼吸困難、全体的な不快感に関連していましたが、FFP2 を 60 分以上着用した場合、「塩辛い」を除くすべての質問で有意に高いスコアが報告されました (表 2c)。

表 S2 に見られるように、身体的な運動や長時間の着用の後でも、かなり低い症状スコアが報告されています。わかりやすくするために、各症状のデルタ (Δ、後マイナス前) を図 2a と b に示します。エルゴメトリー後、特に熱感の増加と呼吸の速さ/深さが報告されました。これらの変化はマスクなしでも発生しましたが、3 つのマスクタイプすべてでより顕著でした。ベースライン値と比較した最大の差は、FFP2 で報告されました (Δ: 1.33/4.0) (図 2a)。エルゴメトリーと比較して、職場検査によるさまざまな症状の変化は低く（最大Δ：4.0 の 0.28）、場合によっては、4 時間の装着期間後には以前よりもさらに低いスコアが報告されました（負のΔ）（図 1）。 2b)。しかし、言及されている障害は暖かさの感覚だけを指すものではなく、一部の被験者ではマスクを4時間着用した後に頭痛や眠気などの特定の症状も報告されています。

エルゴメトリー (a) および 4 時間の職場での測定 (b) の前後の症状スコアの違いを視覚化したグラフ。各症状について、検査後の平均値から検査前の40人の平均値を差し引いた。症状スコアの範囲は 1 ～ 5 であるため、予想される最大デルタは 4.0 になります。

快適性スコアと症状スコアの合計を使用することで、GLM モデルによる分析が可能になりました (表 3)。エルゴメトリーおよび職場検査において、被験者はすべてのタイプのマスクを使用して、最初の負荷レベル (E1) または測定時間 (30 分) から、マスクなしの場合よりも有意に高い快適スコアの合計値をすでに報告しています。ただし、1 つ (レベル E1 の CM) は例外です。 CPETでは、CPETマスクがぴったりとフィットすることにより、効果の強度がおそらく減少（Δが小さく）されたと考えられますが、ここでもスコアはマスクなしよりもマスクありの方が増加し、レベルE2およびE3のFFP2では有意に高かった（表3a）。症状スコアの合計に対するマスク着用の影響は弱かった。 3 つのマスクタイプはすべてスコアの増加 (正のΔ) を引き起こしましたが、ほとんどの場合、これは FFP2 でのみ有意でした (表 3b)。

コンフォートスコアの合計に影響を与える要因（年齢、性別、アトピー、喫煙、トレーニング状況（よくトレーニングしているかどうか）、および7つの感受性スケールによる「感受性」）を評価した結果、「感受性」は次のとおりであるという観察結果が得られました。 DIS 感度スケールに対するパフォーマンスは、エルゴメトリー中のコンフォートスコアの合計値が高い (より強い障害) と有意に関連していました (OR 1.14、95% CI 1.02 ～ 1.27、p = 0.018)。職場での検査中、女性は男性よりもコンフォートスコアが有意に低いことが示され（OR 0.84、95% CI 0.72～0.99、p = 0.043）、また、年齢が上がるにつれて（10歳あたり）コンフォートスコアが低下することが報告されました（OR 0.95、95% CI 0.92） -0.98、p = 0.001)。これとは対照的に、アトピー性被験者は非アトピー性被験者よりも有意に高いスコアを示しました (OR 1.16、1.06 ～ 1.27、p = 0.002)。しかし、アレルギー症状に苦しむアトピー患者（n = 10）は、アレルギー症状のないアトピー患者（n = 12）よりも有意に高いコンフォートスコアを示さなかった（p = 0.27 職場検査; p = 0.43 エルゴメトリー）。

図 3 は、マスクの有無にかかわらずエルゴメトリー中に測定された口と鼻の間の湿度と温度 (データは 16 を参照) と、快適スコアアンケートからの対応する情報との相関関係を示しています。 3 種類のマスクすべてで、マスクなしよりも湿度と温度が高くなりました。湿度と温度の最高中央値は両方とも FFP2 の後方で測定されました。これと良く一致して、「湿気」と「暑さ」のスコアは最大 10 まで FFP2 のみで報告されました。

マスク下およびマスクなしの湿度 (a) および温度 (b) の測定中央値と、快適スコアのアンケートの「湿度」および「暑さ」の値との一致をグラフで表示します。エルゴメトリーのあらゆるレベルにわたる 40 人の被験者のデータが検討されました。 NMノーマスク、SMサージカルマスク、CMコミュニティマスク、FFP2フィルタリング面体クラス2。

コンフォートスコアから選択されたデータは、エルゴメトリー中に生理学的パラメータ（心拍数（HF）、乳酸塩など）と正の相関がありました（図4）。マスク、特に FFP2 の状況では、快適スコアの「湿気」と「暑さ」の項目の間に、特に乳酸塩とボルグスケールのそれぞれと中程度から強い相関関係がありました。

選択した項目とコンフォートスコアアンケートの合計による、生理学的パラメーター (心拍数 (HF)、最大 HF からのパーセント、乳酸塩) と知覚された身体活動 (ボーグスケール) の間の相関関係のヒートマップ。エルゴメトリーのあらゆるレベルにわたる 40 人の被験者のデータが検討されました。 NMノーマスク、SMサージカルマスク、CMコミュニティマスク、FFP2フィルタリング面体クラス2。

マスク着用が認知能力に及ぼす影響を調査するため、4時間の職場検査の前後に数学とスペルのテストが実施された。正答（誤答）と脱落の割合はマスクの有無で同等であり、マスクを4時間着用した後でも誤答（誤答と脱落）の数は増加しませんでした（表4）。逆に、数学のテストでは、マスクありとマスクなしの両方で 2 回目の測定の方が誤りの数が少なくなりました。数学テストの反応時間は、スペルテストよりも一貫して長かったです。全体として、認知能力に関しては、マスクありとマスクなしの状況で有意な差は検出されませんでした。統計分析では、認知能力に影響を与える要因をテストした場合でも、有意な結果は得られませんでした。

私たちの部分二重盲検ランダム化クロスオーバー研究によると、SM、CM、特に FFP2 を着用すると、特に呼吸困難やマスク下の不快な湿気と熱感などの主観的不快感が生じます。不快感は、身体活動が増えると増大し、着用時間が長くなるとその程度は軽減されます。また、盲検CPETシナリオでは、被験者はマスクなしよりもFFP2の方が著しく強い障害を報告した。口鼻領域に直接影響を及ぼさない症状が報告されることはかなりまれです。しかし、4時間の職場検査の後、時々頭痛と眠気が発生しました。マスク着用による認知能力の変化は見られません。

何人かの著者はすでにマスクを着用している主観的な感覚を報告していますが、ほとんどの研究はボルグスケールを使用して被験者の知覚された運動量のみを調査しています。追加の機器を使用した研究では、被験者は安静時 28 または中程度の運動時 17 または最大運動時 13 のいずれかでインタビューされました。対照的に、私たちの研究では、すべての被験者は運動エルゴメトリーと4時間の職場検査の両方を受け、被験者の知覚された運動に加えて、2つの具体的で実証済みのアンケート、快適さと症状スコアのアンケートが実施されました。

私たちの研究の特に強みとして、二重盲検法（CPET）による身体運動中のマスク着用の主観的評価を実施しました。ぴったりとフィットする CPET マスクのため、これは通常のマスク着用とは一致しませんでしたが、エルゴメトリーの主な結果が裏付けられました。盲検化は主観的評価の場合に特に重要であると思われる。盲検化により意図的または非意図的に結果に偏りが生じにくくなり、研究の結論の信頼性を確保するのに役立つことがよく知られているからである29,30。我々の知る限り、盲検化が試みられたのは1件のみである。以前の研究14では、マスクを使用した身体運動中に被験者の知覚された運動量がボーグスケールを使用して記録されました（SMおよびFFP2）。マスクなしの状況を単独で盲検化するために、SM の中央から大きな材料片を切り出し、シリコン CPET マスクの下に着用しました。実際のマスクテスト (SM および FFP2) は、この方法では盲検化できませんでした。しかし、Mapelli らの研究 14 でも、運動のピーク時には、マスクなしから SM、FFP2 まで、すべての被験者の知覚運動量値が徐々に高くなっていることが明らかになりました。さらに、私たちの研究で使用されたGLMモデルベースの分析により、異なる検査時間での個人内比較（つまり、各被験者が自分自身と比較）と繰り返し測定の考慮が可能になりました。

私たちの研究のもう1つの利点は、マスクの下の温度と湿度の測定、およびマスク着用時の主観的な感覚と並行して、同じ40人の被験者からの生理学的パラメータ16を記録できることです。したがって、主観的データと身体的/生理学的データとの関連性を探すことができました。

マスクを着用すると、特に湿気、暑さ、呼吸困難の感覚だけでなく、全体的な不快感も増加するという発見、特にFFP2は、快適さスコアのアンケートが使用された以前の研究の結果とよく一致しています。 10 人の被験者が、トレッドミルで断続的な運動中に、異なる種類のマスクを 100 分間着用しました25。また、Fikenzer ら 13 は、このアンケートを使用して、CPET で最大限の運動を行っている 12 人の男性被験者のマスク着用の快適さ/不快感を研究しました。私たちの発見と一致して、マスクは運動中に重度の主観的不快感を引き起こし、FFP2/N95はSMよりも不快に感じられました。 Fikenzer ら 13 は、呼吸抵抗、熱、圧迫感、全体的な不快感が主観的感覚に最も強い影響を与える項目であると報告しました。しかし、彼らはぴったりとフィットするCPETマスクの下でマスクをテストしたため、これが私たちが観察しなかった強い締め付け感を説明する可能性があります。これは、CPET (呼吸パターンを観察するため、盲検シナリオとして) とエルゴメトリー (通常のマスク着用と同じ負荷レベル) を並行して実行する利点を示しています。

湿度と温度は FFP2 の下で最も高く、我々の研究におけるマスクの下の湿度と暖かさの主観的な認識とよく一致していることが示されました。他の著者もマスクの下の温度と湿度を測定したり、関連する苦情について尋ねたりしましたが、両方を行った研究はわずかでした。

Liuら28は、異なるマスクを着用した12人の男子学生を安静時に約100分間検査した。熱画像検査の結果は主観的な温熱感覚と湿潤感覚と一致しており、KN95 マスクの着用により最も強い不快感が得られました 28。

Scarano et al.31 は、1 日目には SM を、2 日目には N95 マスクをそれぞれ 1 時間装着した 20 名の被験者を調査しました。赤外線画像を使用すると、N95 では呼吸行為中に有意に低い温度変化が検出され、マスクを取り外した後は SM と比較して有意に高い口周囲の顔面温度が観察されました (p < 0.05)。赤外線画像によると、湿度、暑さ、呼吸困難、不快感の主観的感覚は、N95 の方が有意に高かった (p < 0.01)。 N95を着用している被験者は、N95を動かすために25回触りましたが、SMを着用している被験者はこのジェスチャーを8回実行しました。著者らは、不快感のためにマスクを一時的に顔から外すことになる人工呼吸器 (N95、FFP2) よりも、SM を正しく着用する方が良いと結論付けています 31。

被験者の知覚された運動全般（ボーグスコア）と快適スコアアンケートで尋ねられた特定の感情との間には、中程度から強い相関関係が観察されました。 FFP2による身体運動の場合、コンフォートスコアはBorgスコアおよび身体運動の生理学的パラメーター（HF、乳酸塩）とよく相関しました。これは、特にトレーニングの少ない人（心不全の大幅な増加）は、特にFFP2の場合、時には低レベルの運動でも、呼吸困難や熱感などの症状を経験するようであるという別の研究の発見と一致する可能性があります32。ただし、コンフォートスケールの合計に影響を与える要因としてのトレーニングステータスは、私たちの研究では有意な結果は示されませんでした。これは、PWC130 を使用したトレーニング状態 (十分にトレーニングされているかどうか) の推定が不正確であることが原因である可能性があります。

DIS 感度スケールに従って不快感に対してより不耐性であると分類された被験者は、エルゴメトリー中により多くの不快感を知覚しましたが、男性およびアトピー性被験者は職場での測定中により多くの不快感を知覚しました。

不快感に対する不耐症は、健康な被験者の生物学的ストレス要因に応じた急性の健康影響の報告に影響を与えることが判明しているため 33、DIS スコアが高い人は快適スコアも高いと報告することはもっともらしいと思われます。アトピー患者のコンフォートスコアが高いことは、アトピー患者がさまざまな刺激に対してより強く反応するかどうかに関する議論を考慮して説明することもできます。しかし、22 人の被験者を対象としたアクリル酸エチルの刺激効果に対するアトピーの影響を調査したところ、アトピー被験者は非アトピー被験者よりも高い目や鼻の刺激強度評価を報告していないことが示されました 34。標準化された模擬作業タスク中に N95 マスクを着用している 104 人の被験者を対象とした研究では、女性の性別はいくつかの自己申告尺度でより強い影響と関連していました 35 が、これは私たちの研究ではまったく逆であり、男性被験者は職場検査中により不快感を感じました。いくつかの研究では、女性は男性よりも頻繁に症状を報告しました36。しかし、これは心理社会的な仕事のストレスや女性の劣悪な労働条件と関連していることが多く、おそらくこれらの要因は私たちの研究対象集団では影響を及ぼしていないと思われます。

口鼻領域や呼吸の快適さに直接影響を及ぼさない症状が報告されることはかなりまれでしたが、一部の研究参加者は、4時間の職場検査の終了時に頭痛と眠気を報告しました。頭痛は、SARS-CoV-2 パンデミック中に 1 日平均 6 時間 N95 人工呼吸器を着用していた高リスク病院エリアの医療従事者 158 人のうち 81% が報告した顕著な症状でした37。重症急性呼吸器症候群（SARS）の流行中に実施された研究では、212 人の医療従事者のうち 37% が N95 フェイスマスクに関連した頭痛を報告しました 38。どちらの研究でも、4時間以上マスクを着用し、以前から頭痛を患っていた被験者では頭痛が最も起こりやすいことが示されました。私たちの研究の研究参加者からは、既存の頭痛は報告されませんでした。これは、私たちの研究でマスクを4時間着用していた被験者が頭痛に悩まされることはほとんどなく、かなり弱かった理由を説明できる可能性があります。さらに、私たちの職場調査は軽度/中度の作業を表しており、参加者はそれが短期的な学習状況であり、高リスクの病院エリアでの医療従事者の日常の身体的および精神的ストレスとは比べものにならないことを認識していました。長期にわたる精神的なストレスや緊張状態が頭痛の発症をさらに促進すると考えられます。

マスク着用によるさらなる潜在的な障害は認知能力に関係するため、オフィスでの仕事をシミュレートするために数学とスペルのテストが実施されました。他の研究によれば、マスク着用が認知能力に及ぼす悪影響は検出されなかった10,39。また、11～14歳の子供133人を対象とした研究では、90分間のフェイスマスク（SMまたはFFP2）の着用は有意な影響を及ぼさなかった。集中力と認知力への影響40。

マスクありとマスクなしの両方で 2 回目の測定で数学テストのエラー数が低かったという発見は、おそらくトレーニング効果に起因すると考えられます。スペルテストと比較して数学テストの反応時間が一貫して長いのは、おそらくタスクがより複雑であるためです。 N95 を使用した場合と使用しない場合の 104 人のボランティアの集中力における性別特異的な違いを証明できなかった Haber ら 35 の意見と同様に、マスク着用に関連して認知能力に影響を与える要因は我々の研究では特定できなかった。

この研究ではさまざまなマスクの種類と運動強度 (負荷レベル) がテストされましたが、周囲温度の影響は考慮されていませんでした。マスクの下の熱と湿度の主観的な認識は周囲温度に依存し41、暑い環境での高強度のインターバル運動中にこれらの影響が増幅されることが現在では知られています42。

軽度の喘息を患う被験者も私たちの集団に含まれていましたが、喘息患者などのサブグループ分析は不可能でした。喘息や慢性閉塞性肺疾患（COPD）などの呼吸器疾患を患う被験者に対するマスク着用の生理学的および主観的影響は、今後の研究でさらに解明される必要がある。以前のある研究では、疾患の状態が人工呼吸器の種類の効果を変化させるという重大な相互作用が報告されています35。これによると、喘息患者は、慢性的に気流抵抗が増加している健康な被験者や COPD 患者よりも、吸気負荷を検出し、パニック型反応を起こしやすい可能性があります。

マスクを着用しても、軽度から中程度の作業では認知能力に影響はありませんでしたが、主観的な不快感、特にマスクの下での呼吸困難や湿気と熱感が生じました。マスク着用時間が長くなり、身体活動量が増加するにつれて、不快感が増大した。影響は生理学的パラメータおよびマスク下の温度と湿度とよく相関していました。二重盲検試験によって検証されたところ、主観的障害は SM と CM で同様であり、FFP2 で最も顕著であることが示されました。一般に、不耐性と不快感の回避の指数が高い被験者は、運動中にマスクを着用すると不快感が増大すると報告する可能性が高かった。したがって、リスク評価の一環として、使用するマスクの種類やマスクの着用期間などの保護措置を決定する際には、個別の要因の考慮と専門家のアドバイスが重要です。

現在の研究中に生成されたデータセット、および/または現在の研究中に分析されたデータセットは、合理的な要求に応じて責任著者から入手できます。

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著者らは、Susann Widmer、Vanessa Thiele、Karla Bosse、Raphael Kollenberg、Philipp Zaghow の優れた技術支援に感謝します。実験に関わっていただいた参加者の皆様に心より感謝申し上げます。さらに、ルール大学ボーフム大学のオープンアクセス出版基金による支援にも感謝します。

Projekt DEAL によって実現および組織されたオープンアクセス資金調達。この研究は、ドイツ社会災害保険 (Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung、DGUV) の資金提供を受けました。

ドイツ社会災害保険予防・産業医学研究所、ルール大学ボーフム研究所 (IPA)、Bürkle-de-la-Camp-Platz 1、44789、ボーフム、ドイツ

ヴェラ・ヴァン・カンペン、アイケ＝マクシミリアン・マレック、キルステン・サッカー、ビルガー・ジェットカント、ベンジャミン・ケンジア、ビアンカ・シュトラウス、メラニー・ウルブリッヒ、アンジャ・デッカート、ハンス・ベレスハイム、クリスチャン・アイゼンハウワー、フランク・ホフマイヤー、サイモン・ワイドハース、トーマス・ベーレンス、トーマス・ブリューニング、ユルゲン・ブンガー

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研究構想: EMM、VvK、JB 研究組織: VvK、EMM、MU、BJ、AD、JB、CE、T.Br。手法への貢献：EMM、BJ、KS データ収集：EMM、MU、VvK、BJ、KS 健康診断：SW、FH データの読み出しと確認：BJ、HB、EMM、VvK、KS 統計解析：BK、BS、 KS、VvK データ解釈: VvK、BK、BS、KS、EMM、JB 原稿準備: VvK 原稿編集: JB、BK、BS、KS、T.Be.、SW、BJ、FH、EM すべての著者が最終原稿を承認。

ベラ・ヴァン・カンペンへの手紙。

すべての著者は競合する利益を宣言していません。著者は全員、ドイツ社会災害保険予防・産業医学研究所、ルール大学ボーフム研究所（IPA）の職員です。著者らは、研究設計、収集されたデータへのアクセス、データ分析と解釈に対する責任、および出版の権利においてドイツ社会災害保険から独立しています。

シュプリンガーネイチャーは、発行された地図および所属機関における管轄権の主張に関して中立を保ちます。

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転載と許可

van Kampen, V.、Marek, EM.、Sucker, K. 他さまざまな身体的作業負荷における主観的障害に対するフェイスマスクの影響。 Sci Rep 13、8133 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41598-023-34319-0

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受信日: 2023 年 1 月 13 日

受理日: 2023 年 4 月 27 日

公開日: 2023 年 5 月 19 日

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-34319-0

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