Kontekst badania
Wentylacja sal operacyjnych ma ograniczać transport cząstek mogących przenosić drobnoustroje do pola operacyjnego. Jednym z podstawowych parametrów opisujących działanie takiej instalacji jest prędkość powietrza, wpływająca na stabilność przepływu i zdolność usuwania zanieczyszczeń ze strefy chronionej. W praktyce część badań odbiorowych i walidacyjnych wykonuje się jednak w warunkach spoczynkowych, bez pacjenta i personelu. Tymczasem ludzie oraz wyposażenie stanowią przeszkody aerodynamiczne i źródła ciepła, dlatego rzeczywisty rozkład przepływu podczas zabiegu może różnić się od wyników uzyskanych w pustej sali. Autorzy zwrócili również uwagę, że wpływ samego pacjenta, jego cech fizycznych oraz temperatury powietrza nawiewanego był dotychczas słabiej rozpoznany eksperymentalnie, zwłaszcza z udziałem rzeczywistych osób.
Cele i hipotezy
Celem badania była ocena rozkładu prędkości powietrza w mikrośrodowisku chirurgicznym. Autorzy sprawdzili trzy hipotezy: czy obecność personelu i pacjenta zmienia prędkość powietrza w porównaniu z warunkami spoczynkowymi, czy znaczenie ma płeć pacjenta oraz czy na przepływ wpływa temperatura powietrza nawiewanego. Analizowano dwa rozwiązania wentylacyjne: przepływ jednokierunkowy z sufitu nad stołem operacyjnym oraz wentylację mieszającą.
Metody badawcze
Badania przeprowadzono w laboratoryjnym modelu sali operacyjnej Politechniki Warszawskiej. Oceniono 16 scenariuszy obejmujących pomieszczenie bez użytkowników, obecność personelu symulowanego za pomocą manekinów termicznych oraz jednoczesną obecność personelu i pacjenta. W badaniu uczestniczyło 50 ochotników w wieku 18–25 lat, po 25 kobiet i mężczyzn. Trzy ogrzewane manekiny symulowały chirurga, pielęgniarkę instrumentariuszkę i asystenta, a dodatkowy nieogrzewany manekin – anestezjologa. Przeprowadzono pomiary przy temperaturze powietrza nawiewanego 19 i 26 °C. Prędkość mierzono pięcioma anemometrami rozmieszczonymi 0,35 m nad stołem operacyjnym: nad głową, klatką piersiową, miednicą, kolanami i stopami pacjenta. Każdy pomiar trwał 30 minut. Czujniki rejestrowały wartość prędkości, ale nie kierunek lokalnego przepływu.
Rezultaty badań i ich interpretacja
Obecność pacjenta i personelu istotnie zmieniała lokalną prędkość powietrza w obu systemach. W zależności od punktu pomiarowego różnice pomiędzy warunkami spoczynkowymi a warunkami z użytkownikami dochodziły do około 50% dla wentylacji jednokierunkowej i 65% dla wentylacji mieszającej. Nie oznaczało to jednak prostego, równomiernego zmniejszenia prędkości. Obecność ludzi powodowała raczej przestrzenną redystrybucję przepływu: w części punktów prędkość spadała, a w innych rosła. Szczególnie wyraźny wpływ pacjenta obserwowano w rejonie jego stóp, gdzie nie znajdowały się bezpośrednio manekiny personelu. Wyniki wskazują więc, że pacjent nie jest jedynie obiektem chronionym przed zanieczyszczeniami, lecz także elementem aktywnie kształtującym pole przepływu poprzez swoją geometrię i oddziaływanie cieplne.
Stwierdzono również wpływ płci pacjenta, choć jego wielkość zależała od systemu wentylacyjnego i temperatury. Największa różnica wystąpiła przy przepływie jednokierunkowym i temperaturze nawiewu 19 °C: średnia prędkość wynosiła 0,207 m/s dla kobiet i 0,190 m/s dla mężczyzn. Przy 26 °C różnica była mniejsza. W systemie mieszającym efekt płci był słabszy, a przy 26 °C średnia prędkość była nawet nieznacznie większa w grupie mężczyzn. Autorzy wiążą te obserwacje możliwie zarówno z różnicami antropometrycznymi, jak i z indywidualnymi reakcjami termofizjologicznymi oraz powstawaniem strug konwekcyjnych wokół ciała. Badanie nie pozwala jednak rozdzielić znaczenia tych mechanizmów.
Podwyższenie temperatury powietrza nawiewanego z 19 do 26 °C powodowało statystycznie istotny spadek prędkości w obu systemach i we wszystkich głównych wariantach obecności użytkowników. Przykładowo przy jednoczesnej obecności personelu i pacjenta średnia prędkość w systemie jednokierunkowym zmniejszyła się z 0,198 do 0,141 m/s, a w wentylacji mieszającej z 0,303 do 0,258 m/s. Autorzy interpretują to jako efekt zmian relacji między przepływem nawiewnym a siłami wyporu i strugami cieplnymi generowanymi przez ludzi. W konsekwencji temperatura nawiewu powinna być rozpatrywana nie tylko z punktu widzenia komfortu cieplnego, lecz także jako parametr wpływający na organizację przepływu w strefie operacyjnej.
Wnioski
Badanie pokazuje, że walidacja instalacji wentylacyjnej wyłącznie w pustej sali może nie odzwierciedlać warunków występujących podczas zabiegu. Pacjent i personel istotnie kształtują lokalne pole przepływu, a znaczenie ma również temperatura nawiewu. Autorzy wskazują, że przy ocenie instalacji warto stosować warunki bardziej zbliżone do eksploatacyjnych, a gdy udział ludzi nie jest możliwy – wykorzystywać odpowiednio rozmieszczone manekiny termiczne. Wyniki wspierają też koncepcję dynamicznego sterowania strumieniem powietrza w zależności od trybu użytkowania sali i temperatury nawiewu. Jednocześnie sama prędkość powietrza jest parametrem pośrednim i nie może być utożsamiana z bezpośrednią miarą ryzyka zakażenia miejsca operowanego ani poziomu skażenia mikrobiologicznego.
Ograniczenia zakresu badawczego
Badania wykonano w pomieszczeniu mniejszym niż wiele współczesnych sal operacyjnych, z sufitem nawiewnym przepływu jednokierunkowego o wymiarach 1,30 × 1,95 m, który nie spełnia w pełni wymagań normy DIN 1946-4 dotyczących wielkości takiej strefy. Zastosowano także stosunkowo kompaktową lampę operacyjną; większe oprawy mogą powodować silniejsze zaburzenia przepływu. Ochotnicy byli młodymi osobami i nie byli poddawani znieczuleniu, a pomiary obejmowały wyłącznie wartość prędkości, bez jej kierunku oraz bez równoczesnych pomiarów cząstek i skażenia mikrobiologicznego. Dlatego bezpośrednie przenoszenie uzyskanych wartości prędkości na inne geometrie sal i układy wentylacyjne wymaga ostrożności.
Artykuł dostępny na stronie czasopisma Journal of Hospital Infection