呼吸器の保護係数

呼吸保護具（RPD）は、その保護特性が職場の条件に適切である場合にのみ労働者を保護することができます。したがって、専門家は、指定保護係数（APF）を含む適切で十分な呼吸保護具を選択するための基準を開発しました。指定保護係数（APF）とは、吸入空気中の有害物質の濃度を低下させるもので、雇用主が効果的な呼吸保護具プログラムを実行する場合、教育および訓練を受けた労働者が（密着したマスクの個別の選択とフィットテストを行った後）、特定のタイプ（設計）の認定呼吸保護具を適時に適切に使用することで（提供されることが期待されます）です。

技術的プロセス、機械、その他の設備の不備により、職場の空気が有害物質で汚染される可能性があります。このような状況で労働者の健康を保護するには、効果の低い順に以下に示すさまざまな手段を講じる必要があります。

これらの方法を使用できない場合、または使用しても有害物質の濃度が安全な値まで低下しなかった場合、作業者は呼吸用保護具を使用する必要があります。これらの呼吸用保護具は十分に効果的でなければならず、職場の既知または予想される条件に対応している必要があります。ただし、個人用保護具のみに頼ることは、汚染された大気中で呼吸用保護具を使用しないこと、マスクと顔の隙間からろ過されていない空気が漏れること、ガスカートリッジの交換が遅れることなどの理由から、危険を制御する最も効果の低い手段であると考えられています。

呼吸器の保護特性を説明するために、さまざまな用語が使用されることがあります。

• 浸透率= (マスクの下の有害物質の濃度) / (マスクの外側の濃度);
• 効率= ( (マスクの外側の濃度) - (マスクの下の有害物質の濃度) ) / (マスクの外側の濃度) = 1 - 浸透;
• 保護係数(PF) = (マスクの外側の有害物質の濃度) / (マスクの下の濃度) = 1 / 透過率。

「保護係数 PF」という用語は米国で使用されており、「浸透」という用語は 1960 年代のソビエトの文献で使用されていました。

20世紀前半、専門家は研究室で呼吸器の防護特性を測定した。彼らは様々な対照物質（アルゴン、^[3]ハロゲン化炭化水素蒸気、^[4] 塩化ナトリウムおよびオイルミストのエアロゾル、 ^[5]蛍光体、^[6]ジオクチルフタレート、^{[7] [8]}など）を使用し、マスクの下とマスクの外側（同時）でそれらの濃度を測定した。測定された濃度の比率は、異なるタイプの呼吸器の防護特性の指標となる。これらの測定により、フィルターの効率が十分に高い場合、マスクと顔の間の隙間が、マスクの下への空気汚染の浸透の主な経路になることが示された。これは、寒い日に暖かいジャケットとズボンを着ている人が頭と四肢からほとんどの熱を失うのと同じである。

これらの隙間の形状と大きさは一定ではなく、多くの要因（形状とサイズによるマスクの顔へのフィット度、マスクの正しい装着、作業中のさまざまな動作の実行によるマスクの顔からのずれ、マスクのデザイン）に依存します。呼吸器のPFは数分間で数十回変化する可能性があり、2つの平均PF（同じ作業者について1日に測定されたもの、たとえば昼休みの前と後）は12,000倍以上異なる可能性があります。^[10]

専門家は、実験室で防護係数を測定することで、職場環境でのRPD効率を正しく評価、予測できると信じていました。しかし、米国の原子力産業でHEPA粒子フィルターを備えた高品質の呼吸器を使用した従業員が過度に有害な曝露を受けた事例が検出された後、専門家は意見を変更しました。^[11]実験室だけでなく職場でも、さまざまな種類の呼吸器の防護係数を測定する研究が行われてきました。^[12]数十のそのようなフィールド研究では、職場で使用可能な呼吸保護具の性能は、実験室条件よりも大幅に低い可能性があることが示されています。したがって、実際の効率を評価するために実験結果を使用することは誤りであり、労働者を確実に保護できないような呼吸器の誤った選択につながる可能性があります。

専門家は、実験室と職場での測定結果を使用して、呼吸器の性能を説明するより完全な用語を開発しました。^{[13] [14] [15] [16]}この用語は公式に適用され、^[17]出版用の研究結果の準備にも使用されています。^{[18]専門家は、呼吸器を継続的に使用する職場で測定された保護係数、労働者が呼吸器を断続的に使用した職場で測定された保護係数、}フィットテスト中に職場以外で測定された保護係数、職場の状況を模擬した実験室で測定された保護係数、および労働者が職場で適切に呼吸器を使用した場合に （ほとんどの場合）期待できる保護係数を説明するために、さまざまな用語を使い始めました。

実験室での呼吸器の性能と職場での効率との間には大きな差があるため、実験室の結果を使用して実際に提供される保護の程度を予測することはできませんでした。また、呼吸器の保護特性が不安定なため (同じ RPD 設計で、同じ使用条件の場合)、効率を評価することができませんでした。これらの問題を解決するために、科学者の Donald Campbell 氏と Steven Lenhart 氏は、職場の PF 値の測定結果を、割り当てられた (実際に期待される) PF 値 (APF)の開発に使用することを提案しました ( WPF 値の信頼区間の下限値として)。 ^[19] WPF の測定結果は、ANSIによる APF の開発で使用されています(推奨標準用、必須ではありません)。 [ ^{20 ]}同じことが、OSHAによるAPF の開発中にも使用されています(標準の開発中、^[22]これは雇用主に必須です)。

米国と英国での WPF の測定結果は、英国規格^[1]および EU 規格の英語版^[2]の APF 開発の基礎となりました。 場合によっては、職場での特定の設計 (タイプ) の呼吸器の有効性に関する情報がありませんでした。これは、職場の PF の測定が非常に困難で、時間がかかり、費用のかかる作業であり、あまり頻繁に行われなかったためです。これらのタイプの呼吸器については、専門家は類似する他のタイプの呼吸器の WPF 測定結果を使用しました。たとえば、給気呼吸器 (ホース付き SAR) の有効性は、同じフェイスピースと同じ空気供給モードの場合、電動空気清浄呼吸器(PAPR) の効率と同様であると考えられました。最後に、この情報がない場合、専門家はシミュレートされた WPF 測定の結果、または有能な専門家の推定値を使用できます。^[20]

職場の保護係数の測定により、意外にも一部の呼吸器設計の効率が低いことが明らかになり、その結果、そのような設計の呼吸器の適用制限要件が大幅に厳しくなりました。

• ヘルメットまたはフード付きPAPR

1984 年の Myers らによる研究では、ヘルメット（顔にぴったりとフィットしない）を装着した電動空気清浄呼吸器（PAPR）の WPF 測定で、吸入した空気中の有害物質の侵入が非常に高くなる可能性があることが示されました^[23]（2 つのモデルで PF = 28 および 42）。これは意外な結果でした。というのも、以前の研究室での研究では、ヘルメットの内側から外側へのフィルターされたきれいな空気の流れによって、ヘルメットの下への有害物質の侵入が防止される（PF > 1000）ことが示されていたからです。1986 年と 1981 年の追加研究^[24]は、Myers らによる 1986 年の研究結果と一致しました。2 つの呼吸器モデルの職場保護係数の最小値は 31 と 23 であり、風洞内での空気速度 2 m/s では、フィルターされていない空気の漏れが 16% に達するケースもありました^[25]。

そのため、このようなRPDタイプの使用は、米国では25 PEL、^[22] 、英国では40 OELに制限されていました。 ^{[1] [2]}

• 負圧フルフェイスマスク

高効率フィルターを備えた負圧フルフェイスマスクの防護係数を実験室で測定したところ、防護特性がわずかに低下するリスクがあることが明らかになった。^[27]そのため、米国ではこのような呼吸器の使用は50または100 PELに制限されている。しかし、英国の専門家は英国のマスクの品質が米国のマスクよりも高いと考えており、900 OELまでの使用が許可されていた。しかし、研究^[26]では、実際には900を超える防護係数の値が達成されることはまれであることが示された。3つの異なるモデルのフルフェイスマスクの最小防護係数は、11、18、および26であった。そのため、新しい基準^{[1] [2]}では、英国ではこれらの呼吸器の使用を40 OELまでに制限している（この研究以降）。

• 陰圧式半面マスク（フィットテスト後）

1980 年代に、米国の産業界では、陰圧呼吸器の密着マスクのフィット テストが広く使用されるようになりました。当初は、フィット テスト中に保護係数 (フィット係数) が 10 以上であれば、ハーフ マスクは作業者の顔に非常によくフィットすると考えられていました (後に、専門家はフィットテスト中に「安全係数」 = 10 を使用するようになり、しきい値フィット係数は 10 × 10 = 100 になりました)。業界でフィット テストが広く使用されていることで、専門家は楽観的になり、雇用者は作業者の個人フィット係数の値 (汚染物質の最大濃度 = 個人フィット係数 × PEL) に従ってハーフ マスクの使用を制限できるようになりましたが、100 × PEL を超えないように制限しました。ただし、科学的研究では、このようなテストによって保護の有効性は高まりますが、大量の未濾過空気が漏れるリスクは残ることが示されています。さらに、研究によると、マスクの下の濾過されていない空気は濾過された空気と均一に混合されず、汚染物質の面内濃度の測定とそれに続くフィット係数の計算に大きな誤差が生じることが示されています。フィット係数は「測定値」よりもはるかに小さいことがよくあります。そのため、専門家は、有害物質の濃度が10 PELを超える場合は、負圧半面マスク呼吸器を使用しないことを推奨しています。^{[28]そのため、OSHA規格では、作業員のマスク選択中にフィット係数が100以上になった後、10 PELまで半面陰圧呼吸器の使用を制限することを要求しています（}安全係数=10を使用）。

空気清浄型呼吸器は、酸素欠乏雰囲気（酸素濃度19.5%未満）では使用できません。また、汚染物質の濃度が直ちに生命や健康に危険を及ぼす可能性のある雰囲気や、未知の雰囲気で使用することもできません。これらの場合には、給気型呼吸器を使用する必要があります。危険な粒子状物質またはガスの濃度が職業暴露限界を超える場合、米国の規制では呼吸器の着用が義務付けられていますが、より低い濃度でも着用できます。^[29]同様の強制的な法的要件は、他の多くの国でも雇用主に適用されます（例^{[30] [31] [32] [33]}）。呼吸器は、状況に対して十分な指定保護係数（APF）を備えている必要があります。^[29]

エラストマーマスクは、危険な環境に入る前に着用しないと保護効果が得られない可能性があります。その他の問題としては、着用者がフィットテストを受けたサイズ以外のサイズを使用すること、間違った種類のカートリッジを使用すること、使用できなくなったカートリッジを再使用すること、マスクを着用するたびに正圧と負圧の密閉チェックを行わないこと、呼吸器のテストを怠ること（そしておそらく壊れたカートリッジから炭素を吸い込むこと）、さらには鼻をつまんで閉じるのではなく鼻クリップを鼻に挿入することなどが挙げられます。^[37]

この表には、最も一般的な呼吸器タイプ（米国および英国）の APF 値が記載されています。

米国の粒子フィルターN95はP2に類似しており、P100（HEPA）はP3に類似しています。米国のN95フィルターフェイスピースのフィルター素材はFFP2に類似しています。ただし、英国とヨーロッパでは、タイトフィットのハーフマスク/フルフェイスマスクは、FFP2の場合は8％、FFP3の場合は2％を超えてはならない総内部漏れ（TIL）に基づいて2回目のチェックを受ける必要があります。

空気清浄負圧フルフェイスマスクの APF の差は大きくありません。ヘルメット付き PAPR の差はさらに少しあります。しかし、測定により、RPD の実際の有効性 (職場環境) は、設計だけでなく使用条件に大きく依存することが示され、これが APF 値の差を部分的に説明しています。負圧ハーフマスク呼吸器の APF は 2 倍です。しかし、この差は呼吸器の使用に関する推奨事項とは切り離して考えることはできません。米国でのハーフマスクの使用は、「最悪の場合」、つまり汚染された大気中で 1 日 8 時間、週 40 時間の作業の場合、10 PEL に制限されています。しかし、英国の専門家は、負圧空気清浄 RPD の使用に関する豊富な経験を考慮し、1 日 8 時間の呼吸器の連続着用は不可能であると結論付けました (労働者の健康に悪影響を与えるため)。このため、彼らは雇用主に、労働者がシフト全体ではなくシフトの一部だけを汚染された大気中で作業するように仕事を与えることを推奨しています。残りの時間は、従業員は汚染されていない大気中で作業する必要があります (呼吸器なし)。従業員が作業時間の一部で汚染されていない大気中にいるという事実は、従業員の健康をさらに保護するため、呼吸器の効率に対する要件はそれほど厳しくない場合があります。

米国と英国で割り当てられたPFの開発は、職場での呼吸器の有効性の測定値（統計処理後）に基づいていました。また、異なるデザインの呼吸器の類似性（たとえば、電動空気清浄フィルター呼吸器（PAPR）と類似の給気呼吸器SAR）に基づく専門家の意見も使用されました（ただし、空気供給のモードと量、およびフェイスピース（マスク）は同じでした）。2か国の専門家は、WPFの同じ研究結果を頻繁に使用しました（数が限られているため）。たとえば、英国の規格^[1]は、31の研究で1897のWPF測定の結果を使用して開発されました。この31の研究のうち23は米国で実施されました。

したがって、米国と英国で割り当てられた PF の値は証拠に基づいており、互いに非常に似ています。

呼吸器の性能に関する研究はそれほど頻繁に行われておらず、これらの研究のほとんどが米国（および英国）で実施されました。職場での RPD 効率に関する情報が不足していることが、米国および英国の APF の証拠に基づく値とは大幅に異なるこれらの割り当てられた PF をいくつかのヨーロッパ諸国で開発した理由である可能性があります。

英国を除くほとんどのヨーロッパ諸国は、職場における呼吸器の有効性に関する非常に複雑で費用のかかる研究を行っていないか、またはそのような研究にほとんど費やしていない。そのため、一部の国では外国の研究結果（実験室環境での呼吸器の有効性と職場での使用との間に有意な差があることを示した）を十分に考慮していない可能性がある。たとえば、1990年の研究^{[26]の後、英国では陰圧フルフェイスマスクのAPF値が900から40（1997年） [1]}に低下した。しかし、他の国では同様の研究は行われておらず、同様の低下は起こっていない。

研究^[26]では、3つのモデルのフルフェイスマスクで、マスクと顔の隙間からろ過されていない空気がかなり漏れていることが示されています。3つの負圧フルフェイスマスクの各モデルの職場保護係数（WPF）の最小値は、11、17、26でした。モデルの1つからのWPFの最大値は、一度も500を超えませんでした。また、すべての結果を合わせると、WPFは測定の約30％で100以下でした。そのため、ドイツ（400）、フィンランド（500）、イタリア（400）、スウェーデン（500）でのこのRPDタイプのAPFの値は、職場でのこのタイプの呼吸器の性能が実験室（認証中）での性能よりも低いことを十分に考慮していない可能性があります。他のRPDタイプとそのAPFについても同じことが当てはまりました。

インドの国家規格^[38]では、呼吸器の許容使用を制限するために職場の保護係数を使用する必要性を指摘しているが、APFの値は設定していない。この規格では、認証時に取得されるPF（職場ではなく実験室で取得される）の使用も推奨されている。これらの値は、米国や英国で使用されている値を大幅に上回っている。

EU規格EN 529のウクライナ版では、ウクライナでの呼吸器の選択のためのAPFの値は設定されていません。 ^[39]この文書では、いくつかのヨーロッパ諸国のAPFの値が（参考として）記載されているだけで、職場での保護特性を予測するために実験室の効率を使用することは認められないと宣言しています。

APFはロシアでは開発されておらず^[40]、韓国でも他の多くの国でも開発されておらず、呼吸器の選択は国の法律で規制されていません。これにより、設計上労働者を確実に保護できないタイプの呼吸器（特定の認定モデルが高品質であっても）が使用され、間違いが発生する一因となっています。

米国の法律では、雇用主は職場の空気汚染を正確に測定する義務があります。測定結果は、有害物質の短期的な吸入が健康の不可逆的で重大な悪化、または死亡につながる可能性があるかどうかを評価するために使用されます（IDLH濃度）。濃度がIDLHを超える場合、基準では最も信頼性の高い呼吸器、つまりSARまたは自給式呼吸器（フルフェイスマスクに圧力要求式空気供給機能付き）のみの使用が許可されています（§(d)(2) ^[22]）。

有害物質の濃度がIDLHより低い場合、有害物質の大気汚染係数（危険係数）が決定され、これはこの濃度と有害物質のPEL（TLV、OEL）の比に等しい。選択された呼吸器タイプのAPFは、危険係数以上でなければならない。^{[17] [55]}

職場の空気中に複数の有害物質が存在する場合、選択された呼吸器は以下の要件を満たしていなければならない：^[17]

C ₁ /(APF×PEL ₁ ) + C ₂ /(APF×PEL ₂ ) + C ₃ /(APF×PEL ₃ ) + ... + Cn/(APF×PELn) ≤ 1

ここで、C ₁、C ₂ ...およびCnは、有害物質番号1、2 ... nの濃度であり、PELは、呼吸ゾーン内の対応する有害物質の最大許容濃度です。

この要件が満たされない場合、雇用主はより高い APF 値を持つ別のタイプの呼吸器を選択する必要があります。

いずれの場合も、雇用主が密着型フェイスピース付きの呼吸器（フルフェイスマスク、エラストマー製ハーフマスクまたはクォーターマスク、またはフィルター付きフェイスピース呼吸器）を選択した場合は、従業員全員のフィットテストを実施する必要があります（顔にぴったり合わない密着型マスクと顔の隙間からフィルターされていない汚染された空気が漏れるのを防ぐため）。付録A ^[22]にこのテストの詳細な説明があります。

IDLH濃度の値と呼吸器（および自力救助者）の選択に関する詳細な推奨事項は、NIOSHディレクトリに掲載されています。^[56]

ISOは、呼吸器の認証を規定する2つの国際規格を開発している。^[57]呼吸器の選択と適用^{[58] [59]}

呼吸器の選択を規定する基準ではAPF値が使用されている。しかし、HSEの専門家はこれらの文書を批判し、^[60]これらの基準は米国や英国で確立された値とは異なるAPF値に設定されており、これらの値は特定のRPDタイプに対してではなく、承認要件を満たすすべてのRPDに対して設定されていると指摘している。

報告書は、新しい ISO 規格が設定した APF 値が不十分であると結論付け、これらの値は実際には使用すべきではなく、さまざまな種類の呼吸器の APF の正当性に関する作業を継続することを推奨しました。

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