Zaawansowane urządzenie do oceny oporu oddechowego w filtrach ochronnych – innowacyjna metoda optymalizacji parametrów ergonomicznych środków ochrony układu oddechowego
Natalia Brzezińska1, Jadwiga Gabor1, Anna Kłeczek1, Magdalena Popczyk1,
Andrzej S. Swinarew1, 2
1 Wydział Nauk Ścisłych i Technicznych, Uniwersytet Śląski w Katowicach, Polska
2 Instytut Nauk o Sporcie, Akademia Wychowania Fizycznego im. Jerzego Kukuczki w Katowicach
W odpowiedzi na rosnące globalne zapotrzebowanie na skuteczną ochronę dróg oddechowych – potęgowane przez nawracające kryzysy epidemiologiczne oraz coraz powszechniejsze narażenie zawodowe i środowiskowe na zanieczyszczenia powietrza – funkcjonalna konstrukcja oraz ergonomiczna efektywność środków ochrony układu oddechowego stały się kluczowymi zagadnieniami w dyskursie dotyczącym zdrowia publicznego i bezpieczeństwa pracy. Choć skuteczność filtracyjna masek ochronnych jest powszechnie uznana i dobrze udokumentowana, kwestia oporu oddechowego wywoływanego przez elementy filtracyjne pozostaje wciąż niedostatecznie zbadana. Parametr ten ma szczególne znaczenie dla użytkowników końcowych, takich jak osoby z przewlekłymi chorobami układu oddechowego, personel medyczny pracujący na pierwszej linii frontu czy pracownicy przemysłowi zmuszeni do długotrwałego noszenia masek w warunkach wzmożonego wysiłku fizycznego. Niniejsza praca przedstawia opracowanie i walidację nowoczesnego urządzenia analitycznego, specjalnie zaprojektowanego do precyzyjnego pomiaru oporu oddechowego w materiałach filtracyjnych stosowanych w indywidualnych środkach ochrony układu oddechowego (PPE). Urządzenie wyposażono w starannie zaprojektowaną komorę rozprężną o zoptymalizowanych parametrach geometrycznych, gwarantujących warunki przepływu laminarnego i minimalizujących zakłócenia pomiarowe. Zastosowano w nim zaawansowany anemometryczny czujnik przepływu, umożliwiający wysokorozdzielczą detekcję natężenia przepływu, a także cyfrowy moduł termometryczny z funkcją bieżącej kompensacji środowiskowej, uwzględniającej zmienność przepływu zależną od temperatury. System umożliwia kontrolowaną i powtarzalną ocenę różnicy ciśnień na różnych typach filtrów masek ochronnych w warunkach symulowanego wdechu i wydechu. Modułowa konstrukcja stanowiska pozwala na dynamiczną wymienność testowanych filtrów, co ułatwia porównanie różnych materiałów, konfiguracji strukturalnych oraz kompozytów wielowarstwowych. Uzyskane dane empiryczne charakteryzują się wyjątkową czułością, dokładnością i powtarzalnością, co umożliwia rzetelną analizę zależności pomiędzy składem filtra, jego oporem strukturalnym a subiektywnie odczuwanym wysiłkiem oddechowym. Wyniki eksperymentalne podkreślają potencjał urządzenia jako przyszłego standardu referencyjnego w zakresie ergonomicznej oceny środków ochrony dróg oddechowych. System dostarcza producentom wymiernych wskaźników umożliwiających optymalizację konstrukcji masek – z naciskiem na redukcję oporu wdechowego i wydechowego bez kompromisów w zakresie skuteczności filtracji. Takie usprawnienia są kluczowe nie tylko dla poprawy komfortu użytkownika, lecz także dla zapewnienia przestrzegania zasad noszenia i długotrwałego użytkowania w środowiskach wysokiego ryzyka. Urządzenie zostało formalnie zgłoszone do ochrony patentowej w Urzędzie Patentowym Rzeczypospolitej Polskiej (zgłoszenie nr P.449573) i przeszło pozytywną ocenę wstępną, potwierdzającą jego nowość techniczną oraz poziom wynalazczy. Innowacja ta stanowi istotny krok naprzód w zakresie dostępnych metodologii rozwoju i oceny środków ochrony układu oddechowego. Jej wdrożenie może przyczynić się do ustanowienia standardowych procedur badania oporu oddechowego, wspierając poprawę bezpieczeństwa, funkcjonalności i przestrzegania zasad użytkowania w zastosowaniach medycznych, przemysłowych i codziennych.
