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疫期「彈性體防護面具」(防毒面具)主要類型與應用

作者: Timothy Lynn O'Ceallaigh (美國National Registry of Emergency Medical Technicians(NREMT)的Paramedic, 有八年實務經驗. 現任於GMR公司北加州分部. 曾在FEMA CDP接受過  Highly Infectious Disease Control等訓練。)

一、前言

  新冠肺炎疫疾(Covid-19)去年發生以來,世界各國對於普羅大眾及專業人員的呼吸防護裝備,都很慎重地考量與提供。一般人使用外科口罩、並與人保持相當距離來防護;但是,專業醫療與急救人員,常常是接觸患者的第一線,在必要時,宜進一步使用彈性體防護面具(respirator)來加強保護了。

  本人是在美國執業的救護員, 過去一年來使用不同的防護面具(respirator),有實務經驗, 承蒙 平編邀請,因此撰文介紹並向各位先進請教。

 

 二、美國NIOSH的五種主要「彈性體防護面具(elastomeric respirator)」  

  市面上可用來防疫的防毒面具有數百種,本文只針對美國業界常應用的類型做簡單描述。 至於,坊間不同國家、個別產品的構造與應用,敬請依據廠商的使用說明為準。

  根據美國國家職業安全衛生研究所(National Institute for Occupational Safety and Health,簡稱NIOSH) 的分類,主要「防護面具(respirator) 」大致分成五種 : (註一)

 (一) 過濾型面具(Filtering Facepiece, FFP) :  也就是一般常見N95微粒口罩, 事實上還有很多其他等級跟種類存在。

(二) 彈性體面具 (elastomeric respirator又俗稱防毒面具,Air Purifying Respirator, APR) : 分成半面式跟全面式兩大類。 本文將著重此項的說明。

(三) 動力式呼吸過濾器(Powered Air Purifying Respirator, PAPR) :. 用一送風機將過濾的空氣送入頭套或是面罩裡, 防護力跟舒適度都高於APR系統, 但是價格相當昂貴。在美國這是醫院感染部門防疫人員主流配備。

(四) 個人自給式呼吸器Self-contained breathing apparatus,SCBA) : 也就是空氣瓶,常見用於消防隊員。

(五) 空氣管線系統(Supply Air Respirator, SAR) : 使用空氣導管連結面具,常見於工廠或是實驗室移動距離有限的工作環境

  因為第2類的應用面較廣,而且本文受限於篇幅,將集中討論第(二)類「彈性體面具」(俗稱防毒面具,Air Purifying Respirator, APR)。

 

 三、「彈性體防護面具」 (俗稱防毒面具, APR)的構造  

(一) 「彈性體面具」有本體與濾罐兩基本構造

首先, 我們要了解「彈性體面具」的基本結構。

一般來說,「彈性體面具」會分成至少兩個部位, 面具本體以及可更換之過濾系統(濾罐)兩者必須結合後才能發揮過濾的功能保護使用者,空氣被使用者吸入後會通過濾芯, 然後進入面具內部, 使用者呼出氣體則會從排氣閥離開。

(二) 「彈性體面具」的濾罐基本上分成三大類

1. 微粒濾罐 : 微粒濾罐顧名思義是過濾空氣中的微粒, 他本身不可過濾有毒氣體。微粒包括粉塵, PM2.5, 放射線落塵, 以及大多數的生物危害, 因此防疫必須有微粒過濾功能。

2. 氣體濾罐 : 氣體濾罐只能過濾特定化學氣體, 根據不同濾罐設計跟材質可以過濾的氣體種類也不同。 有些種類只能過濾單一氣體, 也有可以過濾多種氣體的設計。

3. 綜合濾罐 : 綜合濾罐是同時有 (1)微粒濾罐;跟 (2)氣體濾罐的設計,一般軍用核生化濾罐都是此種設計,才能對抗戰場上不同威脅。民用的濾罐也有許多採此設計,又有如3M 6000系列設計是二合一可分離設計,讓使用者決定只用氣體濾罐或是兩者並用。

 

 以(1) 微粒濾罐為例,説明如下:

(3-1) 綜合濾罐的微粒濾罐標準通常是美規NIOSH或是歐規EN143標準。

▲A. 美規 NIOSH標記方式為95/99/100三種, 數字代表過濾0.3um大小微粒時的最低效能。 美規數字前方則用英文字母N/R/P標明濾芯針對油性微粒的抵抗力。 N為不抗油性, R為抗油性至少八小時, P為抗油性四十小時。 組合起來就是如N95, P95, R99, P100之類標記。 通常最常見的是 N95跟P100兩種。 99級市面上很少見。 油性微粒通常是工業環境才會遭遇, 因此防疫使用不需要強求R或是P系列。

▲B. 歐規EN143系統用P1-P3數字標明。 P1為至少可過濾80%, P2為 94%,P3為99%。

C. 過濾是用0.3um做標準 : 很多人看到這裡可能會問, 為什麼過濾是用 0.3um做標準而不是更小呢? 那更小的微粒是否能有效阻擋。 這是呼吸防護很反直覺的一個地方, 答案是0.3um的穿透力其實最高, 甚至高於更小的微粒。用簡單白話解釋, 濾芯是靠四種不同方式過濾微粒, 0.3um剛好介於幾種過濾方式之間,因此穿透力反而較大,所以測試用此為防護標準。 

D. 實際上NIOSH是用0.055um的鹽粒作氣密測試, EN143則是用0.06um。 因此實際上濾芯是可以過濾小於0.3um的微粒的。 (註二, 註三)

(3-2) 使用的等級,是根據使用者環境與需求而定。 過濾能力較高的濾罐通常呼吸阻力也會較大,價格也會較高。 一般來說防疫使用95/P2系列就足夠,不一定需要P100/P3系統。受限於篇幅,氣體濾罐功能就無法多提,綜合濾罐的微粒防護等級分類是跟微粒濾罐相同的。

 

(三) 「彈性體面具」有全面體及半面體兩種設計

1. 全面體設計 : 全面體市面上就沒有單一普遍型號, 從3M 6800到軍用面具都有。 一般來說, 全面體的防護係數會較高. 除了可以保護眼睛之外, 全面體的氣密性通常會高於半面體根據美國OSHA勞動安全與健康管理局 (跟上述NIOSH是相關但是不同機構)規定, 半面體的防護係數 (Assigned protective factor)至少要超過十, 全面體至少要超過五十。 (註四) 這數字代表可以將有害物質降低到多少分比以下。 APF10 就是將有害物減少到至少十分之一, 五十自然就是五十分之一。 市面上有些軍用等級的全面具APF超過兩千以上。

2.半面體設計 : 最常見就是3M 6000與7000系列, 另外重松牌(Shigematsu Works)在台灣也很常見。最大優勢是沒有使用眼鏡的問題,這在眼鏡族眾多的台灣是很大的考量,相較之下眼鏡族要使用全面體只有三種選擇:

(1) 使用搭配該面具的眼鏡架(需另外配一副專用眼鏡) 。

(2) 某些面具可以使用一種美軍通用橡膠眼鏡(如Criss Optical Combat Eyeglass Frames, 一樣需要另外配一副眼鏡)。

(3) 最後是使用隱形眼鏡, 使用隱形眼鏡是有爭議的。

OSHA指引下是不允許的, 不過ANSI指引則可以(ANSI Z88.2-1992) (註五, 註六)

  相反的, 全面體面具除氣密較好外, 對眼睛保護性也遠大於半面體。因為雙眼也是在氣密保護區域內而不需另外使用護目鏡。目前防疫指引,通常沒有強調護目鏡需要氣密, 但是要是於化學或是高粉塵環境下工作眼睛可能接觸到危險物質時全面體防護明顯妥善許多。

 

 四、彈性體面具 (俗稱防毒面具, APR)使用需注意的事項  

(一)濾心更換時間。

  根據NIOSH指引, 在油性環境下工作, R系列濾心應該使用不超過八小時。 P系列濾心使用不超過40小時或是三十天, 看哪一限制先到達。 不過防疫環境下上述時間限制不套用, 因為防疫環境通常不會出現大量油性粉塵。 而根據3M的技術指引, 防疫時更換濾心的時機如下: 1.濾心嚴重阻塞影響呼吸時; 2. 機構的防疫指引中更換時機。 實際運用上由於飛沫不會實際阻塞濾心, 因此濾心堵塞的速度是根據空氣汙染決定。 (註七)

  本人在美國使用P100等級濾心(Avon CTCF50)工作, 每天使用一至四小時左右不等。 超過半年以上依然沒有明顯出現阻塞。 但是要是進入野火季後空氣嚴重惡化, 濾心兩到三星期就會變成黑色要迅速更換。 又有朋友是在地下鐵設施工作, 空氣中充斥大量金屬粉塵, 一個星期就要更換一次濾罐。

  另外濾心幾乎都怕水, 因此要是大量液體進入導致濾心溼透的情況下要盡快更換。 (註八)

 

(二)氣密測試

  根據NIOSH規定, 任何使用於職業環境的呼吸防護(包括N95 FFP口罩)都必須進行氣密測試。 業主應該於員工新進時測試, 之後每年測試一次。 員工要是有體重大幅改變, 頭臉進行手術, 發配不同型號呼吸面具等時機也都必須重測。

  NIOSH使用的測試有兩種: Quantitative fit testing與Qualitative fit test。 前者是使用專業微粒偵測器測試面具的漏氣程度。 加州政府規定N95 FFP平均數字需要至少達到一百, OSHA規定全面罩至少要五百。 FEMA CDP則要求高達三千。

  後者是受測者戴上一個頭套後對頭套內施放刺激性氣融膠。 受測者要是聞到氣味代表面具有漏氣必須拉緊頭帶或是使用不同大小/型號。(註九)

  OSHA規範中個人自己非業務使用時是不需要受測的, 但是強烈推薦受測確保使用安全。

 

(三)面具清洗消毒方式:

  面具使用完, 尤其是在工作環境如醫療院所必須進行清消。 清理(Cleaning)與消毒(Disinfect)在技術上是兩個不同定義。 清理的定義是移除設備上的汙物與微生物, 但不是殺死微生物為目標。 消毒是使用化學消毒劑殺死微生物。 兩者可能一起使用也可能分開使用。

  使用清理跟消毒的時機要根據各機構的防疫管控指引。

  像我工作時是每個患者接觸完都會簡單消毒我的面具, 但是只有下班後才會徹底清洗面具。實際清洗跟消毒的方式要根據面具廠商的指引而定。 這資料通常可以在該廠商網站上取得。 因此這裡描述的手段不見得可以通用在所有產品上。 一般來說清洗的方式都大同小異, 首先移除面具上濾罐以及電子設備(例如揚聲器跟熱影像儀)。 然後將面具放入50°C以下溫肥皂水中浸泡數分鐘後攪動水面。 再用海綿或是抹布將面具上明顯髒污擦除之後將其風乾。

  消毒建議使用廠商推薦的消毒藥水, 有些消毒藥水如酒精跟漂白水有可能對面具有害。 例如3M指引指出長期使用酒精浸泡可能會損害面具上的單向閥。 假如真的長期使用酒精浸泡消毒建議二十次後更換單向閥。 另一方面Avon指引指出長期使用漂白水浸泡面具, 可能會造成頭帶與金屬扣環氧化受損。 (漂白水是化武除污最常見的方式, 不過化武除污的頻率遠低於防疫所需。 防疫很可能每天都要浸泡因此耗損速度會快很多)。

  一般來說四級銨(季銨鹽)消毒水是最常推薦的產品。 通常推薦方式是如清洗般移除配件後將面具浸泡十分鐘後用清水洗去消毒水後風乾。  (註七, 註八)

  濾罐內部不可清消, 濾心通常都怕水。 因此濾罐只能用消毒水或是消毒巾擦拭外表塑膠部分。  

 

(四)感染控制:

  使用「彈性體面具」防疫一個爭議點是感染控制(Source control)。 有一種疑慮是萬一操作者自己是無症狀感染者時有可能透過出氣閥將氣融膠傳染給他人。 這方面目前NIOSH還在進行仔細研究, 不過有些初步證據顯示可能危險性不如之前想像的高。

  2020年12月NIOSH一篇對使用出氣閥的N95口罩的實驗表示, 有出氣閥的N95口罩對外氣融膠散布雖然高於綁帶式外科口罩, 但是卻低於掛耳式醫療口罩。 假如N95外面再套上醫療口罩時對外氣融膠量又更低。 隨後CDC指引也修改成僅有在無菌手術環境下不建議使用「彈性體面具」。 目前這研究還是相當初步階段, 使用的是N95而非彈性體, 且是取不同產品之間的數字平均值而非個產品數字(有些產品數字相當好, 幾乎可跟外科口罩相比, 但是也有很差的)。 所以實際運用還是要看機構的指引跟其他環境考量。 (註十, 十一)

  總結而論, 在有正確觀念前提下, 彈性體防護面具是相當有效的防疫設備. CDC也建議在適當的環境下盡可能使用彈性體防護面具保存N95過濾行面具的存量. 希望這篇短文可以幫助於有風險環境下工作的大眾。

 

資料來源:

  1. https://www.cdc.gov/niosh/topics/respirators/default.html
  2. https://www.cdc.gov/niosh/npptl/stps/respirator_testing.html
  3. https://tsi.com/getmedia/53f4dd60-e7b4-4fba-90d6-91e795d4d56e/AFT-003_EN%20143-appnote?ext=.pdf
  4. https://www.osha.gov/sites/default/files/publications/3352-APF-respirators.pdf
  5. https://law.resource.org/pub/us/cfr/ibr/002/ansi.z88.2.1992.pdf
  6. https://www.nrc.gov/docs/ML1034/ML103440428.pdf
  7. https://multimedia.3m.com/mws/media/1793959O/cleaning-and-disinfecting-3m-reusable-respirators-following-potential-exposure-to-coronaviruses.pdf
  8. https://www.avon-protection.com/images/covid/User%20Notice%20-%20%20COVID-19%20APR%20Disinfecting%20Procedure.pdf
  9. https://www.cdc.gov/niosh/npptl/topics/respirators/disp_part/respsource3fittest.html
  10. https://www.cdc.gov/niosh/docs/2021-107/default.html?fbclid=IwAR36_U6P5rGieGxs5lqisp1oRtqSgOWZ0SR62x-PHS5iwKGilf6lbU2eaaQ
  11. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/respirators-strategy/index.html
  12. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/elastomeric-respirators-strategy/index.html