Wentylacja w szpitalach może sprzyjać rozprzestrzenianiu się wirusów

Zwiększone wykorzystanie systemów wentylacyjnych i oczyszczaczy powietrza, które mają na celu ograniczenie rozprzestrzeniania się infekcji wirusowych w szpitalach, może mieć nieprzewidywalne skutki i prowadzić do większego przemieszczania się cząstek wirusowych – wynika z nowego badania przeprowadzonego przez naukowców z University College London (UCL) i University College London Hospitals (UCLH).
W badaniu, opublikowanym w czasopiśmie Aerosol Science & Technology, naukowcy przeanalizowali wpływ wentylacji mechanicznej oraz przenośnych oczyszczaczy powietrza (PAC) na rozprzestrzenianie się unoszących się w powietrzu cząstek, podobnych do tych, które wydycha osoba z infekcją wirusową dróg oddechowych, taką jak SARS-CoV-2 lub grypa.
Zespół śledził ruch aerozoli w typowej przychodni szpitalnej w UCLH w centrum Londynu, używając generatora aerozolu oraz liczników cząstek. Symulowano różne scenariusze, w tym przemieszczanie się cząstek do sąsiedniego pomieszczenia, na całą przestrzeń kliniki oraz z jednego pomieszczenia do innego, znajdującego się po przeciwnej stronie przychodni.
Naukowcy badali również wpływ zamykania drzwi oraz umiejscowienia systemów wentylacyjnych i oczyszczaczy powietrza na rozprzestrzenianie się cząstek.
Paradoksalne skutki oczyszczaczy powietrza i wentylacji
Okazało się, że chociaż systemy wentylacyjne i oczyszczacze powietrza mogą w pewnych sytuacjach ograniczać rozprzestrzenianie się cząstek, to w niektórych eksperymentach ich użycie prowadziło do zwiększonego rozprzestrzeniania się aerozoli – o 29% w sąsiednich pomieszczeniach w przypadku PAC. Natomiast wentylacja mechaniczna mogła zwiększyć migrację cząstek w obrębie przychodni nawet 5,5-krotnie w porównaniu do braku wentylacji.
Profesor Laurence Lovat, główny autor badania z UCL Surgery & Interventional Science oraz UCLH, podkreśla:
„Pandemia COVID-19 uwypukliła ryzyko zakażeń wirusami przenoszonymi drogą powietrzną w szpitalach, co naturalnie doprowadziło do zwiększonych wysiłków na rzecz ograniczenia tego ryzyka. W wielu placówkach medycznych wzrosło wykorzystanie systemów wentylacyjnych i oczyszczaczy powietrza.
Choć sytuacja wymagała szybkiej reakcji, to w kolejnych badaniach precyzyjnie analizowaliśmy, jak cząstki wirusowe przemieszczają się w rzeczywistych przestrzeniach i wyniki nas zaskoczyły.
Umieszczanie oczyszczaczy powietrza w pomieszczeniach w niektórych przypadkach nieoczekiwanie zwiększało krążenie aerozoli. Zrozumienie tych efektów zajęło nam wiele miesięcy – każdy scenariusz prowadził do innych, nieprzewidywalnych wyników w zależności od układu przestrzeni i źródeł przepływu powietrza.”
Wentylacja w szpitalach: ryzyko czy korzyść?
Badanie wykazało, że stosowanie systemów wentylacyjnych w celu ograniczenia rozprzestrzeniania się patogenów w powietrzu wymaga dokładnej analizy dynamiki przepływu powietrza i właściwego rozmieszczenia urządzeń, aby nie nasilić problemu.
Eksperymenty przeprowadzono w przychodni składającej się z dużej poczekalni (154 m³, podzielonej na dwie strefy – A i B), ośmiu gabinetów lekarskich oraz stanowiska pielęgniarskiego (każde pomieszczenie o objętości około 35 m³). Przychodnia była połączona z korytarzem szpitalnym przez stale otwarty pasaż. Badania prowadzono w nocy i w weekendy, gdy w placówce nie było pacjentów ani personelu.
Podczas eksperymentów w określonych pomieszczeniach umieszczano generatory aerozolu rozpylające roztwór soli, a liczniki cząstek rozmieszczano w innych pokojach, aby śledzić ruch aerozoli w obrębie przychodni.
W jednym z eksperymentów symulowano rozprzestrzenianie się cząstek wirusowych od osoby zakażonej w gabinecie lekarskim do sąsiedniego pomieszczenia. Pomiar bazowy wykonano przy otwartych drzwiach, bez działania wentylacji ani oczyszczaczy powietrza.
Okazało się, że zamknięcie drzwi pomieszczenia, w którym znajdowało się źródło aerozolu, znacznie ograniczyło rozprzestrzenianie się cząstek, a zamknięcie obu drzwi ograniczyło ich migrację aż o 97%.
Jednak gdy drzwi były otwarte, a duże oczyszczacze powietrza w poczekalni zostały włączone, rozprzestrzenianie cząstek do sąsiedniego gabinetu wzrosło o 29%. Dodanie małych oczyszczaczy powietrza na biurko w gabinetach i przy stanowisku pielęgniarek nieco zmniejszyło liczbę cząstek, ale nie w sposób znaczący.
Dr Jacob Salmonsmith, główny autor badania i Honorowy Badacz z Wydziału Inżynierii Mechanicznej UCL, zauważa:
„Wyniki tego eksperymentu mogą wydawać się sprzeczne z intuicją – powszechnie uważa się, że częstsza wymiana powietrza zmniejsza rozprzestrzenianie się cząstek wirusowych.
Choć oczyszczacze powietrza rzeczywiście usuwają wirusy z powietrza i mogą redukować ogólne rozprzestrzenianie się patogenów, mogą również mieć niezamierzone skutki. W szczególności duże oczyszczacze powietrza z dużymi otworami wylotowymi mogą generować dodatkowe prądy powietrza, które mogą rozprzestrzeniać cząstki dalej niż gdyby oczyszczacz nie był obecny.
W każdej przestrzeni mamy do czynienia z niezwykle złożoną interakcją różnych prądów powietrza – wentylacji, ruchu ludzi czy zamykania i otwierania drzwi. Nasze badania pokazują, że należy uwzględniać cały ten kontekst przy wyborze lokalizacji dla oczyszczaczy powietrza.”
Potrzeba dalszych badań i innowacyjnych rozwiązań
W innym eksperymencie zaobserwowano bardzo skomplikowane wzory rozprzestrzeniania się cząstek, gdy wszystkie drzwi gabinetów lekarskich były otwarte.
Największe stężenie cząstek odnotowano w pomieszczeniach znajdujących się najdalej od źródła aerozolu – poziom cząstek był tam o 184% wyższy od średniej. Z kolei w pomieszczeniu naprzeciwko źródła cząstek ich poziom był o 68% niższy niż średnia.
Profesor Andrea Ducci z Wydziału Inżynierii Mechanicznej UCL podsumowuje:
„Nasze eksperymenty wykazały, że duża liczba cząstek może kumulować się w określonych obszarach na skutek dynamiki przepływu powietrza. To niepokojące, zwłaszcza jeśli miejscem takim jest stanowisko pielęgniarek, gdzie często przebywa personel opiekujący się pacjentami.
Dobrą wiadomością jest to, że nasza wiedza na temat tego zjawiska szybko się rozwija. Obecnie pracujemy nad systemem AI, który pomoże symulować przepływ powietrza i optymalizować rozmieszczenie wentylacji oraz oczyszczaczy powietrza w celu minimalizacji ryzyka zakażeń szpitalnych.”
Badacze podkreślają, że ich odkrycia mogą pomóc w dostosowaniu standardów wentylacji NHS i poprawie bezpieczeństwa w placówkach medycznych.
Źródło: Aerosol Science and Technology
DOI: 10.1080/02786826.2024.2446587