Przegląd rozwiązań systemów wentylacji w salach operacyjnych – doniesienia naukowe

Autorzy dr hab. inż. Anna Bogdan, prof. uczelni, mgr Vasco Vasconcelos, mgr inż. Natalia Lisicka

Wstęp

Wentylacja w salach operacyjnych odgrywa kluczową rolę w redukcji ryzyka zakażeń pooperacyjnych. Pierwsze badania w tym zakresie przeprowadził Charnley wskazując na związek między czystością powietrza a częstością infekcji. Kolejne badania Lidwella potwierdziły, że pacjenci operowani w salach z ultraczystym powietrzem mieli dwukrotnie mniejsze ryzyko zakażeń. Jednak dyskusja na temat najskuteczniejszych systemów wentylacji pozostaje otwarta. W niniejszym materiale przedstawiono przegląd dostępnych rozwiązań, ich zalety i wady oraz czynniki wpływające na wybór odpowiedniego systemu.

Rodzaje systemów wentylacji stosowane w salach operacyjnych

Wentylacja mieszająca (MV): System MV polega na równomiernym mieszaniu powietrza w sali operacyjnej w celu rozcieńczenia zanieczyszczeń. Świeże powietrze jest wprowadzane przez nawiewniki w suficie, a następnie rozprzestrzenia się po całym pomieszczeniu, usuwając cząsteczki zanieczyszczeń poprzez wyciągi umieszczone przy podłodze. Badania wykazują, że system ten jest skuteczny w operacjach o średnim ryzyku zakażeń, ale może być mniej efektywny w bezpośrednim polu operacyjnym. Wadą MV jest możliwość nierównomiernego rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń, zwłaszcza w warunkach dużego ruchu personelu.

Wentylacja jednokierunkowa (LAF): System LAF zapewnia jednokierunkowy, pionowy przepływ powietrza nad polem operacyjnym, eliminując zanieczyszczenia. Powietrze filtrowane przez HEPA (99,5-99,7%) jest dostarczane z sufitu lub specjalnych osłon, tworząc „kurtynę powietrzną” wokół pola operacyjnego. Badania sugerują, że system ten redukuje ilość bakterii w powietrzu, ale jego wpływ na zmniejszenie zakażeń SSI jest niejednoznaczny. Wadą LAF są wysokie koszty instalacji i eksploatacji oraz możliwość zakłóceń przepływu przez sprzęt i personel. Światowa Organizacja Zdrowia (WHO) w 2018 roku sugerowała, że LAF nie powinien być stosowany jako standardowy środek zapobiegający zakażeniom w operacjach ortopedycznych, jednakże ten raport był kwestionowany.

Systemy hybrydowe (TcAF): System TcAF łączy cechy wentylacji mieszającej i jednokierunkowej. Powietrze filtrowane przez HEPA jest kierowane w stronę pola operacyjnego, a jego temperatura jest obniżona o 1,5-3°C względem otoczenia. Badania sugerują, że TcAF jest bardziej odporny na zakłócenia i zużywa mniej energii niż tradycyjne systemy. W porównaniu do LAF zapewnia skuteczniejszą eliminację cząstek zanieczyszczeń w całej sali operacyjnej.

Który system stosować?

Nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, który system wentylacji jest najlepszy, ponieważ decyzja zależy zarówno od ryzyka zakażeń, jak i kosztów instalacji i użytkowania.

Badania Brandta i in. wykazały, że laminarny przepływ powietrza (LAF) nie zmniejszał ryzyka infekcji w większości operacji, a nawet zwiększał je w niektórych przypadkach, np. w alloplastyce stawu biodrowego i kolanowego. Jednak Assadian i Kramer krytykowali to badanie za brak uwzględnienia kluczowych czynników, takich jak parametry techniczne wentylacji, liczba chirurgów czy profilaktyka zakażeń. Ponadto, wiele zakażeń ujawnia się dopiero po wypisie pacjenta, co utrudnia ocenę skuteczności LAF.

McHugh i in. przeanalizowali 50 lat badań nad LAF, wskazując, że choć system zmniejsza liczbę bakterii w powietrzu, nie ma jednoznacznych dowodów na redukcję zakażeń SSI. Wpływ mogą mieć także inne czynniki, jak przestrzeganie zasad higieny, wielkość nawiewników czy nadmierne poleganie na systemie wentylacyjnym zamiast na standardowych środkach aseptycznych. Podobne wnioski wysunął Bischoff, sugerując, że skoro LAF nie wykazuje wyraźnych korzyści, a jego koszty są wysokie, nie powinien być standardem w nowych salach operacyjnych.

Raport WHO rekomenduje, aby nie stosować LAF jako środka redukcji zakażeń w ortopedii, podkreślając, że dowody na jego skuteczność są słabe. Z kolei wentylacja mieszająca (MV) może być równie efektywna, a badania Cao i in. sugerują, że lepiej radzi sobie z równomiernym rozprowadzaniem powietrza niż LAF, który jest podatny na zakłócenia powodowane przez personel i sprzęt.

Najnowsze badania Lansa porównujące cztery systemy wentylacyjne wskazują, że system jednokierunkowy (UDAF) najskuteczniej utrzymuje ultra-czyste powietrze, choć inne rozwiązania, takie jak TcAF i MV, również wykazują dobrą efektywność.

Podsumowując, choć LAF jest powszechnie stosowany i pod pewnymi warunkami może zapewnić ultra-czyste powietrze w obszarze mikrośrodowiska operacyjnego, nie ma jednoznacznych dowodów na jego wyższość nad innymi systemami w zakresie zapobiegania zakażeniom miejsca operowanego. Wybór optymalnego rozwiązania powinien uwzględniać nie tylko jakość powietrza, ale także organizację pracy w sali operacyjnej i koszty eksploatacji.

Inne aspekty mające udowodniony wpływ na efektywność wentylacji w strefie chronionej

Zastosowanie lamp operacyjnych: Badania Aganovica i in. wykazały, że lampy operacyjne mogą zakłócać przepływ powietrza w salach z systemem LAF. Obniżają prędkość powietrza wokół stołu operacyjnego, co sprzyja osadzaniu się mikroorganizmów i zwiększa ryzyko infekcji. Lampy o zamkniętej konstrukcji zaburzają przepływ bardziej niż te z otworami. W celu minimalizacji tego efektu zaleca się stosowanie lamp z otworami oraz ich odpowiednie rozmieszczenie z dala od pola operacyjnego.

Odzież i zachowanie personelu: Cao i in. analizowali wpływ odzieży chirurgicznej i aktywności personelu na jakość powietrza w salach z wentylacją mieszającą (MV). Odpowiednie kombinezony i dobrze dopasowane kaptury zmniejszały liczbę bakterii w powietrzu. Nieprawidłowe noszenie kapturów powodowało wzrost poziomu CFU/m³, a intensywne ruchy chirurgiczne, np. młotkowanie czy manipulacja kończynami, zwiększały zanieczyszczenia. Najwyższy poziom CFU odnotowano podczas wymiany stawu, a najniższy – w fazach nacięcia i zszywania rany. Skuteczność MV w utrzymaniu ultra-czystego powietrza zależy od ograniczenia ruchu personelu i stosowania właściwej odzieży.

Otwieranie drzwi: US Pharmacopeial Convention wykazał, że otwieranie drzwi w sali operacyjnej z systemem MV powoduje wzrost poziomu bakterii w powietrzu z 25 CFU/m³ do 28 CFU/m³. Wzrost ten nie zawsze następuje natychmiast, co może wynikać z dynamiki przepływu powietrza i ruchów personelu. Wprowadzane w ten sposób zanieczyszczenia mogą docierać do pola operacyjnego z opóźnieniem, co podkreśla konieczność ograniczenia otwierania drzwi w trakcie zabiegów.

Podsumowanie

Przegląd systemów wentylacji w salach operacyjnych wskazuje, że każde rozwiązanie ma zalety i ograniczenia, a jego wybór zależy od rodzaju operacji, poziomu sterylności powietrza oraz kosztów instalacji i eksploatacji. Wentylacja mieszająca (MV) skutecznie rozcieńcza zanieczyszczenia, ale może być mniej efektywna w ochronie pola operacyjnego niż system jednokierunkowego przepływu powietrza (LAF). LAF zmniejsza liczbę bakterii w powietrzu, jednak nie zawsze ogranicza ryzyko zakażeń (SSI). Alternatywą są systemy hybrydowe, np. TcAF, łączące cechy MV i LAF, oferujące kompromis między skutecznością a kosztami. Dalsze badania nad efektywnością systemów w rzeczywistych warunkach operacyjnych oraz rozwój technologii mogą zwiększyć skuteczność eliminacji patogenów i zmniejszyć ryzyko infekcji pooperacyjnych.

Literatura

  1. Charnley, J. (1964). A clean-air operating enclosure. Journal of British Surgery, 51(3), 202-205.
  2. Charnley J., Eftekhar N. (1969) Postoperative infection in total prosthetic replacement arthroplasty of the hip‐joint with special reference to the bacterial content of the air of the operating room, Br. J. Surg., 56, pp. 641-649
  3. Lidwell, O. M., Lowbury, E. J., Whyte, W., Blowers, R., Stanley, S. J., & Lowe, D. (1982). Effect of ultraclean air in operating rooms on deep sepsis in the joint after total hip or knee replacement: a randomised study. Br Med J (Clin Res Ed), 285(6334), 10-14.
  4. Melhado, M. D. A., J. L. M. Hensen, and M. G. L. C. Loomans. „Review of operating room ventilation standards.” conference; ACV 2006: Air-conditioning and Ventilation Conference 2006; 17, Prague; 2006-05-17; 2006-05-19. STP-Society of Environmental Engineering, 2006.
  5. Lin, Tee, et al. „An experimental study of the flow characteristics and velocity fields in an operating room with laminar airflow ventilation.” Journal of Building Engineering 29 (2020): 101184.
  6. Agirman, Aleyna, et al. „Effect of air exhaust location on surgical site particle distribution in an operating room.” Building Simulation. Vol. 13. Tsinghua University Press, 2020.
  7. DIN 1946-4 Ventilation and air conditioning – Part 4: Ventilation in buildings and rooms of health care
  8. Sadrizadeh, Sasan, Sture Holmberg, and Ann Tammelin. „A numerical investigation of vertical and horizontal laminar airflow ventilation in an operating room.” Building and Environment 82 (2014): 517-525.
  9. Casagrande, Diego, and Marzio Piller. „Conflicting effects of a portable ultra-clean airflow unit on the sterility of operating rooms: A numerical investigation.” Building and Environment 171 (2020): 106643.
  10. Wang, Cong, Sture Holmberg, and Sasan Sadrizadeh. „Numerical study of temperature-controlled airflow in comparison with turbulent mixing and laminar airflow for operating room ventilation.” Building and Environment 144 (2018): 45-56.
  11. Alsved, Malin, et al. „Temperature-controlled airflow ventilation in operating rooms compared with laminar airflow and turbulent mixed airflow.” Journal of Hospital Infection 98.2 (2018): 181-190.
  12. Sadrizadeh, Sasan, and Peter Ekolind. „A new principle of ventilation system for operating rooms: Temperature-Controlled Air Flow.” CLIMA 2016. 2016.
  13. Brandt, Christian, et al. „Operating room ventilation with laminar airflow shows no protective effect on the surgical site infection rate in orthopedic and abdominal surgery.” Annals of surgery 248.5 (2008): 695-700.
  14. Assadian, Ojan, et al. „Protective effect of HEPA-filtered operating room air ventilation with or without laminar airflow on surgical site infections.” Annals of surgery 250.4 (2009): 659-660.
  15. Kramer, A., et al. „Infektiologische Bedeutung von Raumlufttechnischen Anlagen (RLTA) in Operations-und Eingriffsräumen.” Zentralblatt für Chirurgie 135.01 (2010): 11-17.
  16. McHugh, S. M., A. D. K. Hill, and H. Humphreys. „Laminar airflow and the prevention of surgical site infection. More harm than good?.” The Surgeon 13.1 (2015): 52-58.
  17. Bischoff, P., Kubilay, N. Z., Allegranzi, B., Egger, M., & Gastmeier, P. (2017). Effect of laminar airflow ventilation on surgical site infections: a systematic review and meta-analysis. The Lancet Infectious Diseases, 17(5), 553-561.
  18. World Health Organization. „Global guidelines on the prevention of surgical site infection.” Global guidelines on the prevention of surgical site infection. 2016.
  19. Cao, Guangyu, et al. „Laminar airflow and mixing ventilation: Which is better for operating room airflow distribution near an orthopedic surgical patient?.” American journal of infection control 47.7 (2019): 737-743.
  20. Lans, JLA 2024, 'Operating Room Ventilation: A View From Different Perspectives’, Doctor of Philosophy, Delft University of Technology. https://doi.org/10.7480/abe.2024.21
  21. Aganovic, Amar, et al. „Impact of surgical lights on the velocity distribution and airborne contamination level in an operating room with laminar airflow system.” Building and Environment 126 (2017): 42-53.
  22. Cao G, Pedersen C, Zhang Y, Drangsholt F, Radtke A, Langvatn H, Stenstad LI, Mathisen HM, Skogås JG. Can clothing systems and human activity in operating rooms with mixed flow ventilation systems help achieve the ultraclean air requirement (≤10 CFU/m3) during orthopaedic surgeries? J Hosp Infect. 2022 Feb;120:110-116. doi: 10.1016/j.jhin.2021.11.005. Epub 2021 Nov 16. PMID: 34798173.
  23. US Pharmacopeial Convention. „General Chapter,  Validation of Microbial Recovery from Pharmacopeial Articles.” USP 39—NF 34 (2016).

Niniejszy materiał w rozszerzonej formie można znaleźć w numerze 03/2025 miesięcznika „Ciepłownictwo Ogrzewnictwo Wentylacja”