在两种不同的温度和室外空气供应速率下，佩戴外科口罩对认知表现的影响

《BUILDING AND ENVIRONMENT》：The effects on cognitive performance of wearing a surgical mask at two different temperatures and outdoor air supply rates

　　

朗晓月|刘伟伟|方兆松|大卫·彼得·怀恩|帕维尔·瓦戈茨基

中南大学建筑与艺术学院，中国长沙410083

摘要

虽然佩戴口罩可以降低我们感染呼吸道传染病的风险，但也可能产生一些不良影响。目前很少有研究系统地探讨在通风不良的房间内佩戴口罩时现有的室内温度标准是否适用，而且一些研究结果并不一致。因此，我们进行了气候室实验，让静坐的受试者依次暴露在四种条件下：这些条件是通过结合两种室外空气供应率创建的，从而产生了两种不同的生物排放物浓度（以二氧化碳（CO₂）浓度1500 ppm和3000 ppm表示），以及两种温度条件（26°C和28°C），分别考察了他们佩戴和不佩戴外科口罩的情况；总共检验了八种实验情景。相对湿度保持在60%。在佩戴口罩的170分钟内，记录了16名男性和16名女性的认知表现、生理反应和主观感受。生物排放物浓度和佩戴外科口罩对认知表现有交互作用。在28°C时，与26°C相比，佩戴外科口罩时乘法和加法任务的准确性显著下降。在较高温度下，氧饱和度（SpO₂）下降，耳膜温度上升。在28°C时不佩戴口罩时，随着生物排放物浓度的增加，高负荷记忆任务的准确性下降；在26°C时，受试者报告的非临床急性健康症状（如喉咙干燥）也随之加剧。总之，当室外空气供应率不足时，较低的环境温度可以减少佩戴外科口罩对认知表现的负面影响。

引言

佩戴口罩是减少呼吸道传染病传播风险的重要个人防护措施[1]。然而，研究表明，佩戴口罩可能会引起主观不适，包括头痛[[2], [3], [4], [5], [6], [7]]、呼吸困难[5,[7], [8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16]]、沟通障碍[5,12,17]、对难闻气味的感知[8,12,17]、疲劳[8,11,17,19,20]、皮肤瘙痒[8.19,21,22]、头晕[9,11]、口干[9]、眼睛干涩[22]、鼻腔干燥[22]、注意力难以集中[9]、热不适[[7], [8], [9],11,13,17,19,[23], [24], [25]]以及潮湿感[7,9,12,13,25]。

佩戴口罩还会引起生理反应的变化，包括心率加快[5,[26], [27], [28], [29],31]、耳膜温度升高[17]、皮肤二氧化碳（PtcCO₂）增加[27,32]、呼气末二氧化碳（ETCO₂）增加[25,33,34]、氧饱和度（SpO₂）下降[9,25,26,31,35]、呼吸频率加快[19,25,27]、氧气输送减少[36]以及面部皮肤温度升高[13,37]。

已有研究表明，佩戴布口罩或外科口罩也会对认知表现产生负面影响。我们在之前的研究[38]中提供了详细信息；相关内容也可以在已发表的综述[39]中找到。以下总结了一些研究发现。Robin等人的研究[19]发现，与不佩戴口罩相比，佩戴外科口罩的受试者在完成d2测试时的速度下降，无论他们所处的环境是31°C/77%相对湿度（RH）还是24°C/42% RH。同样，Slimani等人报告说，佩戴布口罩的参与者在完成d2测试时的表现较差[40]。Deng等人证明，在24°C/35% RH的环境中，与不佩戴口罩相比，佩戴外科口罩的参与者在加法测试中的正确答案减少，视觉搜索测试的准确性也降低[41]。Rizvi等人报告称，在室温下，佩戴外科口罩会导致字母游戏得分降低。他们得出结论，佩戴口罩会影响处理能力和反应时间[35]。除了这些实验研究外，实地调查也表明，佩戴口罩会导致受试者出现认知障碍[2,22,42,43]。

与上述结果相反，一些研究并未观察到佩戴口罩长达4小时会对认知表现产生可测量的影响，尽管它们观察到了生理反应的变化[7,[44], [45], [46]]。Schlegtendal等人报告称，对于5至7年级的学生来说，上课时佩戴口罩并不会显著影响注意力或执行功能[44]。van Kampen等人表明，尽管佩戴口罩会导致发热、潮湿不适和呼吸困难，但连续佩戴4小时并不会损害认知能力[7]。Tornero-Aguillera等人观察到，大学生佩戴外科口罩150分钟后，心率加快，SpO2下降，但反应时间保持不变[45]。Hurley等人发现，在31.5°C和30% RH的条件下，佩戴口罩90分钟的学生在短期记忆测试中的得分优于未佩戴口罩的学生[46]。考虑到这些结果，可以得出结论，关于口罩对认知表现影响的证据并不一致，需要进一步研究。

上述研究中没有一项考虑了室外空气供应率的影响，而室外空气供应率决定了房间内人类排放物（生物排放物）的浓度。只有一项研究[47]涉及这一主题，这是一项实地调查，发现教室通风不足会显著影响小学生佩戴口罩时的学业表现。生物排放物是人类新陈代谢产生的污染物，包括呼出的气体、皮脂代谢和汗腺分泌物[48]。一些研究发现，不佩戴口罩不仅可以降低感知到的空气质量（由皮肤释放的生物排放物引起），还会加剧病态建筑综合症的症状，如感到困倦、头晕、喉咙干燥和压力水平升高[49,50]。较高的生物排放物水平还会降低认知表现和工作效率[[51], [52], [53], [54], [55], [56]]。因此，值得研究通风率的变化是否会对佩戴口罩的个体的认知表现产生进一步影响。如果是这样，那么在佩戴口罩时可能需要增加室外空气供应率。

为了进一步研究佩戴口罩的影响，本研究在两种不同温度下，分别佩戴和不佩戴外科口罩的情况下，考察了两种通风率条件，并特别关注了交互效应。分析比较了静坐受试者的认知表现、热感觉、主观报告的急性健康症状和热生理参数。这些结果为确定必须佩戴口罩时的室内通风率提供了实证依据。

章节摘录

研究方法

本研究招募了32名受试者（16名女性和16名男性），并将他们随机分配到8个组中参与实验（见补充材料，表S1），每个组由2名女性和2名男性组成。研究采用了被试内设计，每位受试者都经历了所有八种实验条件。使用拉丁方设计来平衡各组间条件的呈现顺序，以尽量减少顺序对实验结果的影响

环境参数

实验中测量的环境参数如表2所示。测量的温度与设定值相差在0.3°C以内，测量的相对湿度与设定值相差在3%以内，表示不同通风条件和生物排放物浓度的CO₂浓度与设定值相差在4%以内。

认知表现

首先，使用重复测量方差分析（ANOVA）来检测学习效应；对于那些表现出学习效应的任务，

讨论

如图3所示，认知表现受到佩戴口罩和通风率共同影响：在两种通风率下，只有当受试者佩戴外科口罩时，随着温度的升高，乘法和加法任务的准确性显著下降。与26°C相比，在28°C时，1500 ppm条件下的乘法准确性下降了2.7%，3000 ppm条件下的加法准确性下降了3.1%。SEPX问卷的回答（表5）

结论

• •
  在室内二氧化碳浓度达到或超过1500 ppm的通风率下佩戴外科口罩会降低认知表现。
• •
  当受试者佩戴外科口罩时，随着温度从26°C升高到28°C，在室内二氧化碳浓度达到或超过1500 ppm的通风率下，他们的认知表现下降。
• •
  当受试者不佩戴口罩时，在通风率足够低导致

未引用的参考文献

[18,30]

CRediT作者贡献声明

朗晓月：撰写——初稿、调查、数据分析。刘伟伟：监督、资金获取、概念构思。方兆松：资源提供。大卫·彼得·怀恩：撰写——审阅与编辑。帕维尔·瓦戈茨基：撰写——审阅与编辑、监督。