Kontekst badania
Badanie zostało przeprowadzone w odpowiedzi na wyzwania związane z ograniczeniami w dostępności izolacyjnych pomieszczeń podciśnieniowych podczas pandemii COVID-19. W szczególności skupiono się na przenoszeniu aerozoli, które odgrywają kluczową rolę w transmisji wirusów w środowiskach zamkniętych, takich jak szpitale i placówki medyczne.
Cele i hipotezy
Celem badania była ocena skuteczności przenośnych urządzeń do redukcji aerozoli, takich jak oczyszczacze powietrza kierunkowego (DAP) i urządzenia HEPA, w porównaniu z tradycyjnymi pomieszczeniami podciśnieniowymi (SNP). Hipoteza zakładała, że DAP i HEPA mogą stanowić skuteczne alternatywy dla SNP w redukcji aerozoli i minimalizacji ryzyka zakażeń.
Metody badawcze
Eksperyment przeprowadzono w kontrolowanych warunkach symulacyjnych, z wykorzystaniem manekinów oddychających, generujących różne scenariusze oddechowe (np. normalne oddychanie, przyspieszone oddychanie, kaszel). Użyto cząsteczek modelowych i systemów pomiarowych do śledzenia koncentracji aerozoli w różnych częściach pomieszczenia (głowa, tułów, stopy). Porównano efektywność SNP, DAP i urządzeń HEPA w 40 konfiguracjach.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Porównanie skuteczności różnych technologii
- Kierunkowe oczyszczacze powietrza (DAP): Modyfikowany przepływ (61% przepływu wyjściowego): DAP z modyfikowanym przepływem osiągnął najwyższą skuteczność, redukując stężenie aerozoli do 1-3% w porównaniu z grupą kontrolną (100%). Był szczególnie efektywny w warunkach normalnego oddychania, przyspieszonego oddychania (tachypnoe) oraz kaszlu. Pełny przepływ: DAP z pełnym przepływem był mniej efektywny niż modyfikowany DAP, redukując aerozole do 5-18%.
- Urządzenia HEPA: Samodzielne urządzenia HEPA obniżyły koncentrację aerozoli do 7-14% w większości przypadków. W połączeniu z pomieszczeniem podciśnieniowym (SNP), HEPA osiągnęło redukcję do 1-2%, szczególnie w przypadku aerozoli w pobliżu głowy i tułowia.
- Pomieszczenia podciśnieniowe (SNP): SNP redukowały koncentrację aerozoli do 15-47%, co było znacznie mniej efektywne w porównaniu do DAP i HEPA. W obszarze stóp SNP okazały się najmniej skuteczne – aerozole były tam przepychane przez ruch powietrza w kierunku podłogi, co zwiększało ich koncentrację.
Wyniki w zależności od lokalizacji pomiaru
- Głowa: Największe stężenie aerozoli zaobserwowano w grupie kontrolnej i podczas tachypnoe. DAP z modyfikowanym przepływem oraz HEPA w połączeniu z SNP wykazały najwyższą skuteczność redukcji, obniżając stężenie do 1-2%.
- Tułów: Koncentracja aerozoli w grupie kontrolnej była najwyższa w scenariuszach obejmujących użycie masek tlenowych. DAP z modyfikowanym przepływem i HEPA obniżyły koncentrację do 1-5%.
- Stopy: SNP powodowały akumulację aerozoli w obszarze stóp, co stwarzało dodatkowe zagrożenie dla personelu medycznego. DAP z modyfikowanym przepływem i HEPA w połączeniu z SNP zmniejszyły stężenie do 1-3%.
Scenariusze oddechowe i urządzenia tlenowe
- Oddychanie normalne (8 L/min): Najmniejsze rozprzestrzenianie aerozoli zaobserwowano w tym scenariuszu. Modyfikowany DAP i HEPA osiągnęły prawie pełną eliminację aerozoli.
- Tachypnoe (16 L/min): Zwiększone rozprzestrzenianie aerozoli. DAP i HEPA z SNP były najbardziej skuteczne, redukując koncentrację do 2-3%.
- Kaszel: DAP z modyfikowanym przepływem oraz HEPA były skuteczniejsze w szybkim eliminowaniu aerozoli niż SNP, które działało wolniej i powodowało akumulację aerozoli w obszarze stóp.
- Maska tlenowa (15 L/min): HEPA radziło sobie gorzej w kontrolowaniu aerozoli, które rozprzestrzeniały się w wielu kierunkach. DAP był bardziej skuteczny dzięki szerokiemu zasięgowi przepływu
- Kaniula nosowa (4 L/min): Modyfikowany DAP osiągnął najwyższą skuteczność, redukując aerozole do 1% w okolicy głowy i tułowia.
Analiza ruchu aerozoli
W grupie kontrolnej aerozole rozprzestrzeniały się w wielu kierunkach. DAP i HEPA wprowadzały jednokierunkowy ruch powietrza, co minimalizowało ryzyko dalszego rozprzestrzeniania aerozoli. Przy stosowaniu maski tlenowej aerozole uciekały w przeciwnym kierunku do przepływu HEPA, co ograniczało jego efektywność.
Podsumowując: DAP z modyfikowanym przepływem jest najbardziej skuteczną technologią redukcji aerozoli, HEPA działa najlepiej w połączeniu z SNP, zwłaszcza w scenariuszach bez dodatkowych urządzeń tlenowych, SNP wymaga uzupełnienia przez technologie DAP lub HEPA, aby skuteczniej redukować aerozole w dynamicznych warunkach klinicznych.
DAP i HEPA mogą być skutecznymi alternatywami dla pomieszczeń podciśnieniowych, szczególnie w sytuacjach kryzysowych, takich jak pandemie, gdzie szybkie wdrożenie izolacyjnych technologii jest kluczowe. Urządzenia te efektywnie redukują koncentrację aerozoli w miejscu ich emisji, co zmniejsza ryzyko transmisji patogenów.
Ograniczenia zakresu badawczego
- Badanie przeprowadzono w symulacyjnych warunkach laboratoryjnych, które mogą nie w pełni oddawać złożoności rzeczywistych środowisk szpitalnych.
- Analizowano wyłącznie koncentrację aerozoli, a nie rzeczywiste ryzyko zakażenia.
- Wyniki mogą różnić się w zależności od zmiennych środowiskowych, takich jak temperatura i wilgotność.