Анализ - режими на предаване на COVID-19 по отношение на качеството на въздуха в помещенията

Въведение

Многократно е заявявано, че предаването става главно чрез контакт и капчици, които, излъчвани от заразеното лице, достигат до чувствителния рецептор по пътя си, така че ако се поддържа безопасно разстояние от 1 m до 2 m, рискът от замърсяване и разпространението на болестта ще бъде сведено до минимум.

Авторът смята, че без никакви научни доказателства, които да оправдаят, ролята, която може да играе въздушното предаване на частици, е намалена. По този начин някои от защитните мерки, които вероятно са обезкуражени в някои европейски страни, ще бъдат основата за по-ниски нива на разпространение на епидемията в някои азиатски страни.

Частици във въздуха в помещенията

Въпреки че няма съмнение, че вирусът на корона SARS 2, който причинява заболяване COVID-19, се предава главно чрез изтекли частици от заразени пациенти, важно е да започнем с основно обяснение как частиците обикновено се обозначават от до съкращението PM, класифициран. Когато се позоваваме на класовете по размер на частиците, след PM пишем число, което съответства на еквивалентния диаметър, изразен в микрони (1 µm = 0,001 mm). По този начин, например, името PM10 трябва да се разбира като набор от всички частици с размер по-малък от 10 μm във въздушната проба, която анализираме.

Фигура 1 показва основните видове частици, присъстващи във въздуха в помещенията, класифицирани според техните размери.

Фигура 1. Размери на основните частици във въздуха в помещенията.

По отношение на начина, по който тези частици взаимодействат, от строго физическа гледна точка, с нашата дихателна система, те се класифицират, в зависимост от нивото на проникване, в инхалационни, гръдни и дишащи, като съответствието между тази класификация и интервалите на размер, показан в фигура 2. Инхалируемите частици се съхраняват в косата в носа или слуз в устната, носната или ларингеалната кухина. Гръдните частици са в състояние да проникнат до трахеята и бронхите, като се задържат от слузта, която съществува там, докато дишащите частици отиват до бронхиолите и алвеолите. Независимо от тяхната степен на заразност, от строго физическа гледна точка, най-опасните частици са най-малките, тъй като те могат да се отлагат в алвеолите и могат да причинят запушването им, предотвратявайки или увреждайки газовия обмен, извършен там, основен за човешкия живот. .

Фигура 2. Класификация на частиците според нивото на проникване в дихателната система.

Фигура 3. Типични траектории на въздушни частици, в зависимост от техния размер.

Обосновката на описаното по-горе произтича от факта, че коефициентът на аеродинамично съпротивление на сферичното тяло не е постоянен по отношение на безразмерния коефициент, наречен Рейнолдс. Този коефициент представлява връзката между силите на налягане и вискозните сили, които идват от взаимодействието на тялото с течност. При неговото изчисление една от променливите е характерен геометричен размер на тялото, в този случай диаметърът. По този начин в графиката, представена в фигура 4, ако имаме две частици с различен диаметър, подложени на действието на една и съща течност, по-малките частици ще бъдат повече вляво, с по-висок коефициент на съпротивление, а по-големите частици ще бъдат по-вдясно, с по-нисък коефициент на съпротивление. Това ще доведе до това, че най-малката частица ще се влачи по-лесно и ще следва въздушните течения по-лесно, поради което тя се класифицира като въздушна частица, докато по-големите частици ще се отлагат след известно време, тъй като теглото й е доминиращата сила и я кара да падне.

Областта, където типичните явления, възникващи с частици при естествена вентилация или механична вентилация в сградите, е маркирана в лявата част на графиката с маркираната червена елипса.

Като любопитство разликата между поведението на тела с гладки или грапави повърхности, за площта на числото на Рейнолдс, в диапазона 105 - 106, е това, което оправдава факта, че топките за голф имат видна повърхност. Тази грапавост причинява появата на така наречения критичен режим, който съответства на внезапно намаляване на стойността на коефициента на съпротивление, който се появява по-рано, което позволява на топката да пътува на по-големи разстояния.

Тази графика също обяснява защо молекулите на водните пари в облаците остават в суспензия, а също и появата на дъжд поради кондензацията на тези молекули и появата на капчици, които се съединяват и придобиват размер, така че силата на гравитацията става доминираща.

Фигура 4. Аеродинамичен коефициент на съпротивление като функция от числото на Рейнолдс за сфера.

Corona Virus 2 (SARS-CoV-2) и режими на предаване

Corona Virus 2 (SARS-CoV-2) има сфероидна форма, с диаметри между 80 и 140 nm (± 0,1 µm). Фигура 5 представя сравнение на размерите му с някои от класовете, често използвани за суспендирани частици.

Фигура 5. Сравнение на размерите на SARS-CoV-2 с някои класове частици.

Има три възможни начина на предаване от патогени, които са били изхвърлени в дихателния процес на заразените хора: инфекция със суспендирани частици (биоаерозоли), капки и контакт. Фигура 6 представя адаптиран образ на брошура от Кабинета на министър-председателя и Министерството на здравеопазването, труда и социалните грижи на Япония, публикувана наскоро в съвместна позиция на Японското дружество по санитарно, топло и климатично инженерство (SHASE) и Института по архитектура от Япония (JIA), което илюстрира гореспоменатите начини на предаване. Произходът на изпускането на капки от заразения индивид може да произтича от различни процеси, като кашлица, кихане, повръщане, реч и дишане, с количества и разпределения естествено, по класове по размер на издишаните частици, в зависимост от вида на процеса. .

Във въздушен режим на предаване, при който частиците обикновено са с размер по-малък от 10 μm, феноменът обикновено включва изпаряване на значителна част от водната маса на капчицата, което се намалява до така нареченото ядро на капката, където някои могат да съществуват. вируси или бактерии., които могат да се вдишат от заразения чувствителен гостоприемник.

Фигура 6. Начини на предаване от патогени с изтекъл срок на годност (адаптирани от проспекта на Кабинета на министър-председателя и Министерството на здравеопазването, труда и социалните грижи на Япония (2020 г.)).

Вторият начин на предаване, споменат в фигура 6 е директното предаване чрез капчици, които преминават от заразения предавател към чувствителния гостоприемник и се вдишват от последния. Обикновено се случва с капчици с междинен размер, между около 10 μm и 50 μm, които могат да си проправят път между предавателя и приемника, преди той да се изпари напълно. В епизод на кашляне или кихане първоначалната скорост на струята, излизаща от устата на предавателя, може да има типични стойности от 10 до 30 m/s, така че частиците бързо да извървят пътеките от около 1 m между предавателя и приемника по траектория. приблизително хоризонтално, поради равновесната ситуация между аеродинамичните сили на повдигане и силата на гравитацията, които имат сходни величини и противоположни посоки.

Най-големите капчици, с диаметър между 50 μm и 300 μm, са тези, които генерират режима на контактно предаване. Тъй като в неговия случай силата на гравитацията е доминираща, тъй като силите от аеродинамичен характер губят относителното си влияние, тези частици падат по-бързо и се утаяват върху повърхности, създавайки така наречените фомити (предмети или материали, замърсени от патогени). Има няколко вида поведение, които могат да допринесат за транспорта на патогени, за да влязат в контакт с зона на навлизане в тялото на рецепторния елемент (уста, очи, нос). Публикуван е подходящ набор от документи за този начин на предаване, например статии от Rheinbahen et al. (2000) и Barker et al. (2001).

Фигура 7. Време на изпаряване на течната фаза във водни капчици, в зависимост от местния размер и относителната влажност.

Повече или по-малко съгласие е, че начинът на контактно предаване и начинът на предаване на капчици присъстват при предаването на вируса на SARS-2, но до преди известно време съществува убеждението, че начинът на въздушно замърсяване не е бил от значение за случаите. на вирусни инфекции и се е случило главно с бактерии (туберкулоза, легионела,.). Вероятно трудността при установяването на причинно-следствената връзка, тъй като това е по-труден тип разследване и включва нуждата от по-усъвършенствани средства, се крие в основата на този факт, въпреки че вече е известно, че например в случая на морбили, който е вирусен, има и предаване на суспендирани частици. Нямаше пълно единодушие относно ролята на въздушните аерозолни трансмисии, но доказателствата за неговото съществуване в случаите на вирусни трансмисии се увеличиха значително в последните статии. маса 1 представя някои от статиите, които подкрепят съществуването на предаването на вирусни инфекции чрез режим на въздушни частици.

маса 1. Някои от статиите, които подкрепят съществуването на предаване на вирусни инфекции чрез въздушни частици

В статия, публикувана в „Въздух в помещенията“ от Li et al. (2007), експертна група от няколко държави, проведе систематичен мултидисциплинарен анализ на 40 статии за ролята на предаването на частици във въздуха, публикувани между 1960 и 2005 г., като се има предвид, че 10 от 40 статии са убедително, със сериозни доказателства за връзката. между вентилация в сградата и предаване по въздух или разпространение на болести като морбили, туберкулоза, едра шарка, грип, птичи грип и ТОРС.

В опит да обяснят разликите в скоростта на разпространение между SARS-1 и SARS-2 (COVID-19), няколко американски автори проведоха сравнително проучване за оцеляването на двата вида вируси в различни среди и райони. На 17 март 2020 г. в писмо до редактора на New England Journal of Medicine те заявяват, че и двете остават жизнеспособни и заразни за повече от 3 часа в аерозоли.

Следвайки тази информация, Световната здравна организация (СЗО) счете, че "предпазните мерки за твърди частици" трябва да се вземат от здравните специалисти. Директорът на Отдела по спешни болести д-р Мария Ван Керхове информира медиите на пресконференция на 23 март 2020 г., че „Когато се извършва аерозолна генерираща клинична процедура в здравно звено, съществува възможност за аерозолизиране на тези частици., което означава, че мога да остана във въздуха още малко ".

Тя добави: „Много е важно здравните работници да вземат допълнителни предпазни мерки при работа с пациенти и да правят този тип процедури“.

Трудно е да се разбере, че на нивото на Управителния комитет на СЗО няма възприятие, че аерозолизацията не се извършва само когато клиничните изпитвания се извършват с определен тип оборудване в болнична обстановка, но също така се среща естествено при свързани процеси. на дихателната система на човека (кашлица, кихане, вербализация, дишане и др.).

По този начин последиците от последните знания за устойчивостта на SARS-2 в аерозолите трябва да бъдат много по-широки, а именно по отношение на предефинирането на концепцията за безопасно разстояние между хората и необходимостта от широко използване на горните средства за защита на дихателните пътища (маски). и козирки), когато се очаква, че някой ще бъде в оживена среда.

Анализирайки, например, разпределението на размера на капчиците, които се отделят, когато човек кашля (Bourouiba et al. (2014)), представено в фигура 8, оказва се, че важна част има потенциал за аерозолизация, тъй като се очаква това да се случи, поради загубата на вода при изпаряване, до размер 16 um, по време на изтичане.

Фигура 8. Разпределение по класове по размер на капки за кашлица с изтекъл срок на годност.

В статия, публикувана в Building and Environment, Jianjan Wei и Yuguo Li (2015), представят резултатите от компютърна симулация за дестинациите на издишани частици, с размери 10 µm, 50 µm и 100 µm на човек, кашлящ с начална скорост от струя, излизаща от устието на 10 m/s. Фигура 9 представя сглобена картина на резултатите от тази статия, в която е ясно, че съществува риск въздушните частици да бъдат вдишани от лица на разстояния по-големи от 2 m, препоръчани като безопасно разстояние.

Фигура 9. Космическите площи, потенциално заети от частици 10 um, 50 um и 100 um, са изчерпани от човек с кашлица. (адаптирано от Jianjan Wei и Yuguo Li (2015))

Трябва да се отбележи, че вирусният товар по принцип ще бъде пропорционален на размера на капките или пръските, така че при по-малки частици вероятността за причиняване на инфекции със сигурност няма да бъде нула, но може да бъде по-ниска, отколкото при най-големите . Във всеки случай, ако се вземат мерки само за режимите на предаване Contact and Drops, както е в различните страни, предаването няма да бъде нарушено и режимът на въздушно предаване може да стане доминиращ.

Основните стратегии за борба с възможна възможност за предаване са:

За начина на предаване на контакт: често почистване и дезинфекция на работни места и повърхности, които могат да функционират като места за предаване в сгради и транспортни средства. Дезинфекция на инструменти и други предмети. Често миене на ръцете

За това как се предават капките: социално дистанциране и ограничения на движението и тълпата

За режим на въздушна трансмисия: За намаляване на концентрацията на тези частици чрез разреждането им с чист въздух, осигурен от процеса на вентилация. Да се сведе до минимум рискът от вдишване през дихателните пътища чрез използване на маски и козирки

Предложения и заключения

Тъй като повечето страни са въвели мерки за борба с режимите на контакт и капки, следва да бъдат предоставени следните допълнителни мерки:

Докато епидемичната криза продължава, не трябва да се организират срещи лице в лице;
Закритите помещения с човешка заетост трябва да бъдат добре проветрявани, само с чист въздух, за да се намалят концентрациите на вируса в случай на възможно замърсяване със суспендирани частици и по този начин да се намали рискът от инфекция;
Когато планирате излет, на места, посещавани от други, трябва да носите маска и, ако е възможно, козирка. Нормалните маски не са напълно ефективни при задържането на най-малките частици, така че използването им в комбинация с козирка значително увеличава ефективността на задържане;
Работещите на обществени места трябва да носят маска и козирка за защита на горните дихателни пътища.
Трябва да се прилагат изключителни мерки за защита към здравните специалисти поради високия риск от инфекция.