Kontekst badania
W trakcie pandemii COVID-19 wykrywano obecność RNA wirusa SARS-CoV-2 w aerozolach powietrznych w szpitalnych korytarzach. Obszary te, szczególnie w oddziałach chorób zakaźnych, charakteryzują się dużą mobilnością pacjentów i często niewystarczającą wentylacją. To sprzyja gromadzeniu się patogennych aerozoli oddechowych, zwiększając ryzyko zakażenia wśród personelu medycznego. Mimo to, brakuje szczegółowych badań analizujących dynamikę tych aerozoli w kontekście ruchu pacjentów i warunków wentylacyjnych.
Cele i hipotezy
Celem pracy było zbadanie wpływu ruchu pacjenta i warunków wentylacji na rozprzestrzenianie się i osadzanie aerozoli oddechowych w szpitalnych korytarzach, w szczególności w pobliżu stanowisk pielęgniarskich. Postawiono hipotezę, że: ruch pacjenta wytwarza strumienie powietrza (oncoming flow i wake flow), które wpływają na trajektorie aerozoli; słaba wentylacja lub wyłączenie nawiewników znacząco zwiększa koncentrację aerozoli zawieszonych; aerozole exhalowane przez poruszających się pacjentów mogą pokonywać większe odległości niż w przypadku pacjentów statycznych.
Metody badawcze
Zastosowano połączone podejście symulacyjne (CFD) oraz pomiary terenowe w korytarzu oddziału chorób układu oddechowego w szpitalu w Szanghaju. Modele numeryczne oparto na metodzie RANS z modelem turbulencji RNG k-ε oraz modelu cząstek dyskretnych (DPM). Uwzględniono różne scenariusze: prędkości chodu pacjenta, intensywności oddechu, ścieżki przemieszczania się i warianty pracy systemu wentylacyjnego. Weryfikacji modeli dokonano na podstawie rzeczywistych pomiarów prędkości powietrza i temperatury.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Ruch pacjenta powoduje, że aerozole pozostają zawieszone w strumieniu powietrza za ciałem (wake flow), co może prowadzić do rozprzestrzeniania ich nawet do 9 metrów od źródła. Przy wyłączonych nawiewnikach lub przechodzeniu pacjenta blisko stanowiska pielęgniarskiego odnotowano wzrost stężenia cząstek zawieszonych o odpowiednio 8% i 3% po 60 sekundach. Większe prędkości chodu i wyższe prędkości wydechu prowadziły do zwiększonego stężenia i utrzymywania się aerozoli w powietrzu. Przy wyłączonej wentylacji aerozole łatwiej penetrowały przestrzeń stanowiska pielęgniarskiego. Nawet po opuszczeniu korytarza przez pacjenta, cząstki pozostawały zawieszone w powietrzu przez ponad minutę.
Wnioski
Badanie dowodzi, że ruch pacjenta istotnie wpływa na rozprzestrzenianie się patogennych aerozoli w korytarzach szpitalnych. Brak odpowiedniej wentylacji oraz niewłaściwe zachowania personelu (np. wyłączanie nawiewników) znacząco zwiększają ryzyko ekspozycji. Wyniki podkreślają potrzebę optymalizacji systemów wentylacji w korytarzach oddziałów zakaźnych i zastosowania protokołów dezynfekcyjnych uwzględniających dane o rozkładzie czasowo-przestrzennym aerozoli.
Ograniczenia zakresu badawczego
Uwzględniono jedynie liniowy ruch pacjenta; pominięto skręty, zmiany kierunku czy inne nieregularne ruchy. Symulacje ograniczono do określonego zakresu wielkości cząstek (0–5 μm) i nie uwzględniono procesu parowania czy bioaktywności cząstek. Przyjęto uproszczony model oddechu pacjenta (ciągły wydech) oraz stałe warunki otwarcia okien. Pomiary terenowe wykonano w ograniczonym zakresie przestrzennym, bez wpływu pory dnia czy obciążenia szpitala. Badania wykonano dla jednego typu systemu wentylacji – inne konfiguracje wymagają dalszych analiz.
Artykuł opublikowano w Building and Environment.