Skutečná účinnost respirátorů při ochraně dýchacích cest

Předložená práce se zabývá testováním účinnosti vybraných respirátorů používaných u Hasičského záchranného sboru ČR. Byla měřena skutečná ochranná účinnost respirátorů doporučovaných k ochraně dýchacích cest osob před nežádoucími mikroskopickými částicemi o průměru do 1 μm, které se můžou dostávat až do plicních sklípků. Respirátory byly testovány na osobách ženského a mužského pohlaví s různými tvary obličejů. Ochranná účinnost respirátorů je vyjádřena celkovým experimentálním faktorem těsnosti FF v podmínkách dynamické zátěže osob.

Faktor těsnosti FF každého respirátoru je stanoven jako poměr průniku aerosolových částic z vnějšího prostředí do prostoru respirátorů před vstupem do dýchacích orgánů. Koncentrace aerosolových částic ve vnějším prostředí a jejich průniková koncentrace do respirátorů byla měřena přístrojem PortaCount® Pro + Model 8038 s použitím softwaru na testování těsnosti FITPRO™ za podmínek předepsaného režimu dýchání, pohybů hlavy a obličeje testovaných osob.

Experimentálně zjištěné faktory těsnosti FF byly v rozmezí od velmi nízkých hodnot 18 až po 527 (minimální hodnota podle OSHA 29CFR1910.134 má hodnotu 100). Testování respirátorů prokázalo, že jejich ochranná účinnost je zásadně závislá na správném nasazení na obličej, dalším vlivem na těsnost je tvar obličeje a případně ne zcela hladký povrch obličeje. Účinnost těsnící linie respirátorů na obličeji závisí dále jak na jejich konstrukci a velikosti, tak i na pohybech hlavou a mimice tváře.

Výsledky měření efektivity respirátorů proti záchytu částic prokázaly, že více než na průchodnosti aerosolů přes filtrační materiál, ze kterého je respirátor zhotoven, závisí celková ochranná účinnost respirátoru na jeho správném nasazení na obličej. Výběr respirátorů pro ochranu dýchacích orgánů je zbytné posuzovat na základě konstrukce těsnící linie a jejího účinného přizpůsobení různým tvarům obličeje. Zavedení testů účinnosti správného nasazení ochranných prostředků dýchacích cest – respirátorů – by mohlo být standardním postupem zaměstnavatele při zabezpečování účinné ochrany osob proti jemným aerosolům (velikost < 1 μm), se kterými se při výkonu své profese můžou setkat.

Klíčová slova:

respirátor – aerosol – ochranný faktor – dýchací cesty

ÚVOD

Při záchranných a likvidačních pracích je třeba chránit život a zdraví nejen zachraňovaných osob, ale také zasahujících složek. Kromě kvalitního ochranného oděvu je nezbytné chránit osobními ochrannými prostředky zejména dýchací cesty. Ne vždy je nutné použít dýchací přístroje, v některých případech lze užít k ochraně dýchacích cest pouze respirátory. Jelikož se aerosoly antropogenního původu o malých velikostech s průměrem menším než 1 μm vyskytují v ovzduší čím dál častěji, je vhodné před jejich průnikem do organismu člověka chránit [1, 2]. Respirátory jsou proto používány například při vyprošťování u dopravních nehod, při řezání rozbrušovací pilou, kácení stromů nebo při záchraně osob ze sutin domu, popř. bývají použity vyšetřovateli zjišťování příčin požáru při průzkumu požářiště.

Cílem této práce bylo otestování účinnosti respirátorů používaných u HZS ČR, respektive jejich těsnosti při správném nasazení na obličej. Pro tyto účely byly vybrány tři respirátory, které jsou nejčastěji používané u hasičských záchranných sborů, byly otestovány na různých typech obličejů a dále bylo porovnáno subjektivní hodnocení uživatelů těchto respirátorů.

K prokázání stupně snížení inhalovaných mikro- a nanočástic byl použit tzv. faktor těsnosti, jehož principem je porovnání koncentrací mikroskopických částic vně respirátoru s částicemi, které se dostaly dovnitř respirátoru. Faktor těsnosti FF (Fit Factor) se vypočítá podle následující rovnice 1 [3]:

Z rovnice (1) vyplývá, že čím vyšší bude hodnota FF, tím bezpečnější je ochrana uživatele respirátoru. Ochranná účinnost filtračního materiálu je stanovena normou ČSN EN 149+A1 Ochranné prostředky dýchacích orgánů – Filtrační polomasky k ochraně proti částicím [4] pro všechny třídy. Jelikož mikroskopické částice ve vzduchu by neměly procházet přes filtry respirátoru, všechny částice, které proniknou pod respirátor, se musely dostat dovnitř přes netěsnosti [3, 5].

SOUBOR A METODIKA

Měření ochranného faktoru bylo provedeno na souboru pěti studentů Fakulty bezpečnostního inženýrství, kteří jsou dobrovolnými hasiči. Jednalo se o čtyři studenty a jednu studentku s různými typy obličejů ve věku 24–26 let. Testované osoby byly před měřením proškoleny, jak správně respirátor nasadit a také jim byl detailně vysvětlen postup měření. Charakteristika obličejů testovaných osob je uvedena v tabulce 1.

Měření bylo prováděno v laboratoři monitorování pracovního ovzduší Fakulty bezpečnostního inženýrství VŠB-TU Ostrava ve Výškovicích. Místnost má rozměry 4 x 4 x 4 metry, mikroklimatické podmínky v laboratoři během měření byly: teplota 21,9 °C, relativní vlhkost 30 % a atmosférický tlak 982,9 hPa.

Přístrojem pro testování účinnosti respirátorů byl PortaCount Pro+ Model 8038 s použitím softwaru na testování těsnosti FitProTM. Dalším použitým přístrojem byl Particle Generator Model 8026, který slouží k doplnění přirozeně se vyskytující částic ve vzduchu při testování účinnosti respirátorů na přístroji PortaCount Pro+. Jako doplňující byl použit přístroj P-Trak Ultrafin Particle Counter Model 8525, který měří početní koncentraci částic o velikosti 20 nm – 1 μm v 1 cm³ ovzduší, pro kontrolu minimálního počtu částic v okolním vzduchu, která je nutná pro provedení zkoušky těsnosti. Všechny výše zmíněné přístroje jsou relativně nové s platnou kalibrací od výrobce.

Pro měření účinnosti respirátorů byly vybrány na základě konzultace 3 typy používané u HZS ČR – obrázek 1.

Jedním z kritérií výběru byla třída respirátoru FFP2, tedy střední ochrana proti netoxickým, mírně až středně toxickým pevným a kapalným aerosolům, jehož netěsnost nesmí být větší než 11 % [6, 7]. Dalším kritériem byl výdechový ventilek. Všechny vybrané respirátory jsou vyrobeny z polypropylenu a odpovídají normě ČSN EN 149:2001+A1:2009 – Ochranné prostředky dýchacích orgánů – Filtrační polomasky k ochraně proti částicím – požadavky, zkoušení a značení. Velikost dostupná v České republice je pouze jedna, a to univerzální pro všechny typy obličejů. Souhrn vlastností testovaných respirátorů je uveden v tabulce 2.

Osoby s nasazeným respirátorem (dále respirátory označeny jen SPIRO, 3M a Dräger) během testování provádějí úkony simulující dynamickou činnost – obrázek 2.

Celý test je složen z 8 cvičení podle normy OSHA 29CFR1910.134 [8], přičemž každé trvá 64 vteřin a cvičení s grimasou 15 vteřin. Cvičení jsou prováděna po sobě bez přestávky a testovanou osobu informuje o změně cvičení pípnutí přístroje. Cvičení s grimasou se provádí pro úmyslné porušení těsnosti, a následné ujištění, zda se maska dokáže před dalším cvičením vrátit do původní polohy a opět zajistit těsnost respirátoru. Úkony prováděné při testu:

1. Normální dýchání
2. Hluboké dýchání
3. Otáčení hlavou ze strany na stranu
4. Pohyb hlavou shora dolů
5. Hlasitý hovor
6. Grimasa
7. Předklon
8. Normální dýchání

Po dokončení testu se na přístroji objeví vypočtený celkový faktor těsnosti a hodnoty zjištěné u jednotlivých úkonů. Výsledky jsou automaticky uloženy do databáze. Minimální hranice faktoru těsnosti je 100, pokud je hodnota nižší, jedná se již o podlimitní hodnoty, u kterých byla těsnost nedostatečná.

Po provedeném měření testovaná osoba vyplnila dotazník subjektivních pocitů. Zde byla posuzována velikost masky, zda na obličeji seděla nebo byla velká či malá. Dále byl posuzován pocit těsnosti respirátoru, zda byly po správném nasazení masky někde znatelné netěsnosti. Dalším kritériem byla náročnost primárního nasazení masky a celková pohodlnost respirátoru. Následně bylo hodnoceno upevnění respirátoru na hlavě, zda gumové pásky k upevnění držely nebo zda po hlavě sjížděly. Posledním klasifikovaným kritériem bylo mluvení přes masku.

VÝSLEDKY

Výsledky testů jsou zaznamenány do výstupního protokolu vytvořeného softwarem FitProTM. Naměřené hodnoty faktoru těsnosti všech testovaných osob jsou přepsány do tabulky a barevně vyznačeny vyhovující (světle fialové) a nevyhovující (tmavší fialová) hodnoty. Vyhovující jsou všechny údaje, které přesáhly minimální hodnoty faktoru těsnosti 100. Pokud je hodnota nižší, jedná se o normou stanovenou nedostatečnou hodnotu faktoru těsnosti. Nevyhovující hodnoty ukazují, u kterých cvičení došlo ke vzniku netěsností respirátoru. Naměřené hodnoty faktoru těsnosti pro jednotlivé úkony jsou uvedeny v tabulce 3 pro respirátor SPIRO, v tabulce 4 pro respirátor 3M a v tabulce 5 pro respirátor Dräger.

V tabulkách níže jsou sumarizovány výsledné odpovědi testovaných osob z dotazníku subjektivních pocitů, které byly vyplňovány ihned po skončení testu. Celkové vyjádření subjektivních pocitů je uvedeno v tabulce 6 pro respirátor SPIRO, v tabulce 7 pro respirátor 3M a v tabulce 8 pro respirátor Dräger.

DISKUSE

Hodnoty celkového faktoru těsnosti získané při měření s vybranými respirátory značky SPIRO, 3M a Dräger jsou ve velmi širokém rozmezí od 18 až po 527. Vliv na tyto výsledky mělo několik faktorů. Hlavním faktorem bylo správné nasazení respirátoru, kdy vliv na těsnost mohl mít tvar obličeje a případně strniště na obličeji. Těsnost respirátoru se měnila v důsledku vykonávaných cviků během měření. V americké normě, podle které bylo měření vykonáváno, je limitní faktor těsnosti pro vhodnou masku 100.

U respirátoru SPIRO je velice dobře vidět, jak těsnost ovlivnily i krátké vousy. U této osoby během celého testu byl prokazatelně nízký faktor těsnosti. Další negativní faktor u této masky byla velikost, kdy osoba s kulatým obličejem uvedla, že jí je maska malá. Při určitých úkonech byla zaznamenaná netěsnost. Osobě č. 5 respirátor sjížděl z obličeje a to způsobilo nevyhovující faktor těsnosti u většiny cviků. Respirátor značky SPIRO měl celkový faktor těsnosti nad hranicí 100 pouze u dvou osob. Podle subjektivního hodnocení byl tento respirátor pohodlný a jednoduchý k nasazení. Dvěma osobám během měření sjížděl, ale ostatní osoby uvedly dobré připevnění na hlavě, komunikace s respirátorem nebyla nijak omezena.

Skládací respirátor značky 3M ukazoval pro prvních 5 testovacích úkonů vysoké hodnoty faktoru těsnosti (ve všech případech byly hodnoty nad limitní hranicí 100), což bylo způsobeno zachycením velkého množství aerosolových částic v důsledku dobré těsnosti masky na obličeji. Netěsnosti vznikly pouze u dvou osob po grimase, kdy se maska nedokázala vrátit do původního stavu. Jednalo se o osobu s krátkými vousy a osobu s kulatým obličejem. Celkový faktor těsnosti byl nad hranicí 100 u třech osob. Podle hodnocení v dotazníku byl respirátor velice pohodlný, dobře upevněný k hlavě a netlačil během jeho používání. Jedinou uvedenou nevýhodou bylo náročnější prvotní nasazení masky, které uvedly tři testované osoby. Komunikace s respirátorem opět nebyla nijak omezena.

Výsledky testovaného respirátoru značky Dräger ukázaly netěsnost při hlubokém dýchání u všech testovaných osob. Vliv měla opět velikost, kdy první osoba uvedla malou velikost respirátoru a třetí osoba naopak velkou velikost. Při mluvení a kývání hlavou nahoru dolů se maska vysouvala a tvořila netěsnosti, stejně jako u respirátoru SPIRO. Další vliv na tento typ respirátoru měl tvar obličeje, kdy u užších obličejů vznikly netěsnosti po cviku s grimasou. U osoby s krátkými vousy byly netěsnosti téměř po celou dobu měření. Celkový faktor těsnosti prokázal vhodnost respirátoru pouze u dvou osob. Podle dotazníku testovaných osob tento respirátor tlačil a řezal v oblasti nosu a tváří, nebyl příliš pohodlný. Upevnění vyhovovalo a drželo na hlavě pouze u dvou osob. Nasazení masky však posoudili jako jednoduché a komunikace také nebyla nijak omezena.

ZÁVĚR

Srovnáním účinnosti respirátorů bylo zjištěno, že nejdůležitějším faktorem je utěsnění respirátoru na obličeji, který závisí na správné velikosti respirátoru, tvaru obličeje i vousech na obličeji. Při zvolení nesprávné velikosti nebo v případě vousů na tváři se vytváří mezi obličejem a respirátorem netěsnosti. Při testování respirátoru Dräger bylo zjištěno, že při úkonu hluboké dýchání se u všech osob při tomto cvičení vytvořila netěsnost. Při náročné fyzické práci, kdy dochází k vyšší plicní ventilaci, je proto vhodné zvážit použití tohoto respirátoru.

Naměřené výsledky nejsou zcela jednoznačné v tom, který z testovaných respirátorů je vhodný pro univerzální použití bez ohledu na tvar obličeje. Z toho důvodu je nutné při výběru správného respirátoru brát zřetel na jeho velikost, která zjevně ovlivňuje jeho těsnost. Krátké vousy (malé strniště) byly označeny jako další negativní faktor, který významně ovlivňuje těsnost respirátoru. Tento faktor by neměl být problémem u HZS ČR, kde je podle §8 vyhlášky č. 247/2001 Sb., o organizaci a činnosti jednotek požární ochrany, ve znění pozdějších předpisů, povinností hasiče chodit hladce oholen, právě pro použití věcných prostředků k ochraně dýchacího ústrojí.

Z výsledků subjektivního hodnocení testujících osob vyplynulo, že nejkomfortnější byl respirátor značky 3M. Uživatelé ho shledali velmi pohodlným, dobře držícím na hlavě, pouze některým přišlo obtížnější prvotní nasazení. Tento respirátor lze doporučit jako ochranu dýchacích cest z hlediska subjektivního posouzení uživateli.

Vzhledem ke zjištěným skutečnostem je vhodné otestovat ochranný faktor respirátoru na kaž-dém člověku, který ho bude používat ve snaze nalézt nejvhodnější variantu k danému typu obličeje. Zavedení testů účinnosti správného nasazení ochranných prostředků dýchacích cest – respirátorů – by mohlo být standardním postupem zaměstnavatele při zabezpečování účinné ochrany osob proti jemným aerosolům (velikost < 1 μm), se kterými se při výkonu své profese můžou setkat.

Předložené výsledky byly prezentovány jako obhajoba diplomové práce Kristýny Kachlíkové s názvem Srovnání účinnosti respirátorů používaných u HZS ČR v červnu 2018 na Vysoká škole báňské – Technické univerzitě Ostrava.

Poděkování

Práce byla finančně podpořena projektem VUS4_02_VÚBP Hodnocení nebezpečnosti nanočástic na pracovištích a možnosti prevence.

Do redakce došlo dne 5. 9. 2018.

Do tisku přijato dne 20. 9. 2018.

Adresa pro korespondenci:

Ing. Šárka Bernatíková, Ph.D.

Fakulta bezpečnostního inženýrství

Laboratoř výzkumu a managementu rizik, VŠB-TU Ostrava

Lumírova 13

708 00 Ostrava

e-mail:sarka.bernatikova@vsb.cz