Analýza - spôsoby prenosu COVID-19 z hľadiska kvality vnútorného ovzdušia Integrované služby

Úvod

Opakovane sa uvádza, že k prenosu dochádza hlavne kontaktom a kvapkami, ktoré emitované infikovanou osobou dosiahnu citlivý receptor v jej dráhe, takže pri dodržaní bezpečnej vzdialenosti 1 m až 2 m hrozí riziko kontaminácie. a šírenie choroby bude minimalizované.

Autor sa domnieva, že bez akýchkoľvek vedeckých dôkazov, ktoré by to odôvodňovali, sa znížila úloha, ktorú môže hrať prenos častíc vo vzduchu. Niektoré z ochranných opatrení, od ktorých sa v niektorých európskych krajinách pravdepodobne odrádza, budú teda základom pre nižšiu mieru šírenia epidémie v niektorých ázijských krajinách.

Hmota častíc vo vnútornom vzduchu

Aj keď niet pochýb o tom, že vírus Corona SARS 2, ktorý spôsobuje ochorenie COVID-19, sa infikovanými pacientmi prenáša predovšetkým expirovanými časticami, je potrebné začať základným vysvetlením toho, ako sú častice obvykle označované na skratku PM, klasifikovaná. Keď hovoríme o triedach veľkostí častíc, po PM napíšeme číslo, ktoré zodpovedá ekvivalentnému priemeru vyjadrenému v mikrónoch (1 µm = 0,001 mm). Názov PM10 teda treba chápať ako množinu všetkých častíc s veľkosťou menšou ako 10 μm vo vzorke vzduchu, ktorú analyzujeme.

postava 1 predstavuje hlavné typy častíc prítomných vo vnútornom vzduchu klasifikované podľa ich veľkostných rozsahov.

postava 1. Veľkosti veľkostí hlavných typov častíc vo vnútornom vzduchu.

Pokiaľ ide o spôsob, akým tieto častice interagujú z prísne fyzikálneho hľadiska s našim dýchacím systémom, sú klasifikované v závislosti od úrovne ich prieniku do inhalovateľnej, hrudnej a dýchateľnej formy, čo je korešpondencia medzi touto klasifikáciou a intervalmi veľkosť zobrazená v obrázok 2. Vdýchnuteľné častice sa ukladajú vo vlasoch v nose alebo v hliene v ústnej, nosnej alebo hrtanovej dutine. Hrudné častice sú schopné preniknúť do priedušnice a priedušiek a zadržiavať ich tam prítomný hlien, zatiaľ čo dýchateľné častice idú do bronchiolov a alveol. Bez ohľadu na stupeň ich infekčnosti sú z najprísnejšie fyzikálneho hľadiska najnebezpečnejšie častice najmenšie, pretože sa môžu ukladať v alveolách a spôsobiť ich upchatie, zabránenie alebo poškodenie výmen plynov, ktoré sa tam uskutočňujú, ktoré sú zásadné pre ľudský život. .

Obrázok 2. Klasifikácia častíc podľa úrovne prieniku do dýchacieho systému.

Obrázok 3. Typické trajektórie vzdušných častíc v závislosti od ich veľkosti.

Vyššie popísané je odôvodnenie, že koeficient aerodynamického odporu sférického telesa nie je konštantný vo vzťahu k bezrozmernému koeficientu nazývanému Reynolds. Tento koeficient predstavuje vzťah medzi tlakovými silami a viskóznymi silami, ktoré pochádzajú z interakcie tela s tekutinou. Pri jeho výpočte je jednou z premenných charakteristický geometrický rozmer telesa, v tomto prípade priemer. V grafe uvedenom v obrázok 4, ak máme pôsobeniu tej istej tekutiny vystavené dve častice s rôznymi priemermi, menšie častice budú viac vľavo, s vyšším koeficientom odporu a väčšie častice budú viac vpravo, s nižším koeficientom odporu. To bude mať za následok, že najmenšia častica sa bude viac ťahať a ľahšie bude sledovať vzdušné prúdy, a preto sa klasifikuje ako vzduchová častica, zatiaľ čo väčšie častice sa po určitom čase usadzujú, pretože jej hmotnosť je dominantná sila a spôsobí jej pád.

Oblasť, kde typické javy vyskytujúce sa s časticami v prirodzenom vetraní alebo v mechanickom vetraní prúdia vnútri budov, je označená na ľavej strane grafu označenou červenou elipsou.

Zaujímavosťou je, že rozdiel medzi chovaním telies s hladkými alebo drsnými povrchmi pre oblasť Reynoldsovho čísla v rozmedzí 105 - 106 je dôvodom, prečo majú golfové loptičky výrazný povrch. Táto drsnosť spôsobuje vznik takzvaného kritického režimu, ktorý zodpovedá náhlemu poklesu hodnoty koeficientu odporu, ktorý sa objaví skôr, čo umožňuje loptičke prekonať väčšie vzdialenosti.

Tento graf tiež vysvetľuje, prečo molekuly vodnej pary v oblakoch zostávajú v suspenzii a tiež výskyt dažďa v dôsledku kondenzácie týchto molekúl a výskytu kvapôčok, ktoré sa spájajú a zväčšujú sa, takže sila gravitácie sa stáva dominantnou.

Obrázok 4. Aerodynamický odpor ako funkcia Reynoldsovho čísla pre guľu.

Corona Virus 2 (SARS-CoV-2) a režimy prenosu

Corona Virus 2 (SARS-CoV-2) má sféroidný tvar s priemermi medzi 80 a 140 nm (± 0,1 µm). Obrázok 5 predstavuje porovnanie jeho rozmerov s niektorými triedami bežne používanými pre suspendované častice.

Obrázok 5. Porovnanie rozmerov SARS-CoV-2 s niektorými triedami častíc.

Existujú tri možné spôsoby prenosu z patogénov, ktoré boli vylúčené dýchacím procesom infikovaných osôb: infekcia suspendovanými časticami (bioaerosoly), kvapky a kontakt. Obrázok 6 predstavuje upravený obrázok brožúry Úradu predsedu vlády a Ministerstva zdravotníctva, práce a sociálnych vecí Japonska, ktorú nedávno uverejnili v spoločnom stanovisku Japonská spoločnosť pre sanitárne, tepelné a klimatizačné inžinierstvo (SHASE) a Ústav architektúry z Japonska (JIA), ktorý ilustruje režimy prenosu uvedené vyššie. Pôvod emisie kvapiek z infikovaného jedinca môže pochádzať z rôznych procesov, ako je kašeľ, kýchanie, vracanie, reč a dýchanie, s množstvami a distribúciami prirodzene, podľa veľkostných tried vydychovaných častíc, v závislosti od typu procesu. .

V režime prenosu vzduchom, v ktorom budú častice obvykle menšie ako 10 μm, tento jav zvyčajne spočíva v odparení podstatnej časti vodnej hmoty kvapôčky, ktorá sa redukuje na takzvané jadro kvapôčky, kde nejaké môžu existovať. vírusy alebo baktérie., ktoré môže byť infikovaným vnímavým hostiteľom vdýchnuté.

Obrázok 6. Režimy prenosu z expirovaných patogénov (upravené v prospekte Úradu predsedu vlády a Ministerstva zdravotníctva, práce a sociálnych vecí Japonska (2020)).

Druhý spôsob prenosu uvedený v obrázok 6 je priamy prenos cez kvapôčky, ktoré prechádzajú z infikovaného vysielača na citlivého hostiteľa a sú ním inhalované. Za normálnych okolností sa vyskytuje u kvapiek so strednou veľkosťou medzi asi 10 μm a 50 μm, ktoré si môžu cestu medzi vysielačom a prijímačom urobiť skôr, ako sa úplne odparí. V epizóde kašľa alebo kýchania môže mať počiatočná rýchlosť prúdu vychádzajúceho z úst vysielača typické hodnoty 10 až 30 m/s, takže častice rýchlo urobia dráhu medzi vysielačom a prijímačom asi 1 m. približne vodorovne, kvôli rovnovážnej situácii medzi aerodynamickými zdvíhacími silami a gravitačnou silou, ktoré majú podobné veľkosti a opačné smery.

Najväčšie kvapôčky s priemermi medzi 50 μm a 300 μm sú tie, ktoré generujú režim prenosu kontaktov. Pretože v jeho prípade je dominantná sila gravitácie, pretože sily aerodynamického charakteru strácajú relatívny vplyv, tieto častice padajú rýchlejšie a usadzujú sa na povrchoch, pričom vytvárajú takzvané fomity (predmety alebo materiály kontaminované patogénmi). Existuje niekoľko druhov správania, ktoré môžu prispieť k transportu patogénov prichádzajúcich do styku s oblasťou vstupu do tela receptorového prvku (ústa, oči, nos). Príslušný súbor článkov o tomto spôsobe prenosu bol publikovaný napríklad v článkoch Rheinbahen a kol. (2000) a Barker a kol. (2001).

Obrázok 7. Časy odparovania kvapalnej fázy vo vodných kvapôčkach, v závislosti od veľkosti a miestnej relatívnej vlhkosti.

Je viac-menej konsenzus, že spôsob prenosu kontaktov a spôsob prenosu kvapiek sú prítomné pri prenose vírusu SARS-2, ale do istej doby existuje presvedčenie, že spôsob kontaminácie vzduchom nebol relevantné v prípadoch. vírusových infekcií a vyskytli sa hlavne u baktérií (tuberkulóza, legionella atď.). Pravdepodobne ťažkosti s vytvorením vzťahu medzi príčinami a následkami, pretože ide o zložitejší typ vyšetrovania a vyžaduje si sofistikovanejšie prostriedky, spočívajú v koreni tejto skutočnosti, hoci je už známe, že napríklad v prípade vírusu osýpok, ktoré sú vírusové, dochádza aj k prenosu suspendovaných častíc. Neexistovala úplná jednomyseľnosť o úlohe vzdušných prenosov aerosólov, ale dôkazy o jej existencii v prípade vírusových prenosov sa v posledných článkoch podstatne zvýšili. stôl 1 predstavuje niektoré z článkov, ktoré podporujú existenciu prenosu vírusových infekcií vzdušným režimom častíc.

stôl 1. Niektoré z článkov, ktoré podporujú existenciu prenosu vírusových infekcií vzduchom prenášanými časticami

V článku publikovanom v „Indoor Air“ Li a spol. (2007), expertná skupina pre viac krajín, uskutočnila systematickú multidisciplinárnu analýzu 40 článkov o úlohe prenosu častíc vo vzduchu, publikovaných v rokoch 1960 až 2005, pričom sa domnievala, že 10 zo 40 článkov bolo presvedčivý, so silnými dôkazmi o vzťahu. medzi vetraním budov a prenosom vzduchom alebo šírením chorôb, ako sú osýpky, tuberkulóza, kiahne, chrípka, vtáčia chrípka a SARS.

V snahe vysvetliť rozdiely v miere šírenia medzi SARS-1 a SARS-2 (COVID-19) uskutočnilo niekoľko amerických autorov porovnávaciu štúdiu o prežití týchto dvoch typov vírusov v rôznych prostrediach a oblastiach. 17. marca 2020 v liste redaktorovi New England Journal of Medicine uvádzajú, že obaja zostávajú v aerosóloch životaschopní a infekční viac ako 3 hodiny.

Na základe týchto informácií sa Svetová zdravotnícka organizácia (WHO) domnievala, že zdravotnícki pracovníci by mali prijímať „preventívne opatrenia proti tuhým časticiam“. Riaditeľka divízie urgentných chorôb Dr. Maria Van Kerkhove informovala médiá na tlačovej konferencii 23. marca 2020, že „Keď sa na zdravotníckej jednotke vykonáva klinický postup generujúci aerosól, existuje možnosť aerosolizácie týchto častíc., čo znamená, že môžem zostať vo vzduchu o niečo dlhšie “.

Dodala: „Je veľmi dôležité, aby zdravotnícki pracovníci pri práci s pacientmi dodržiavali mimoriadne bezpečnostné opatrenia a vykonávali tento typ zákroku.“.

Je ťažké pochopiť, že na úrovni riadiaceho výboru WHO nie je vnímané, že aerosolizácia sa neuskutočňuje iba vtedy, keď sa klinické skúšky uskutočňujú s určitým typom zariadenia v nemocničnom prostredí, ale že sa prirodzene vyskytuje aj v súvisiacich procesoch. dýchacieho systému osoby (kašeľ, kýchanie, verbalizácia, dýchanie atď.).

Dôsledky nedávnych poznatkov o pretrvávaní SARS-2 v aerosóloch by preto mali byť oveľa širšie, a to najmä z hľadiska predefinovania koncepcie bezpečnej vzdialenosti medzi ľuďmi a potreby rozsiahleho používania ochranných prostriedkov (masiek) horných dýchacích ciest. a priezory), kedykoľvek sa predpokladá, že niekto bude v rušnom prostredí.

Analýza napríklad distribúcie veľkosti kvapôčok, ktoré sú emitované pri kašľaní (Bourouiba et al. (2014)), uvedené v obrázok 8, Ukazuje sa, že dôležitá časť má potenciál na aerosolizáciu, pretože sa predpokladá, že k tomu dôjde v dôsledku straty vody odparením až do veľkosti 16 um v čase exspirácie.

Obrázok 8. Distribúcia kvapiek proti kašľu po vypršaní platnosti podľa veľkostných tried.

V článku publikovanom v časopise Building and Environment prezentujú Jianjan Wei a Yuguo Li (2015) výsledky počítačovej simulácie pre ciele vydychovaných častíc s rozmermi 10 µm, 50 µm a 100 µm osoby kašľajúcej pri počiatočnej rýchlosti prúd vychádzajúci z ústia 10 m/s. Obrázok 9 poskytuje súhrnný obraz o výsledkoch uvedeného článku, z ktorého je zrejmé, že existuje riziko vdýchnutia častíc zo vzduchu osobami vo vzdialenosti väčšej ako 2 m, odporúčaných ako bezpečná vzdialenosť.

Obrázok 9. Vesmírne oblasti potenciálne obsadené 10 um, 50 um a 100 um časticami expirovali osobou s kašľom. (upravené autormi: Jianjan Wei a Yuguo Li (2015))

Je potrebné poznamenať, že vírusová záťaž bude v zásade úmerná veľkosti kvapiek alebo postriekania, takže u menších častíc nebude pravdepodobnosť vzniku infekcií určite nulová, ale môže byť nižšia ako v najväčšej . V každom prípade, ak sa prijmú opatrenia iba pre režimy prenosu Contact a Drops, ako je to v rôznych krajinách, prenos sa nepreruší a režim prenosu vzduchu sa môže stať dominantným.

Hlavné stratégie boja proti možnej možnosti prenosu sú:

Pre spôsob prenosu kontaktu: časté čistenie a dezinfekcia pracovísk a povrchov, ktoré môžu fungovať ako miesta prenosu v budovách a dopravných prostriedkoch. Dezinfekcia nástrojov a iných predmetov. Časté umývanie rúk

Za to, ako sa kvapky prenášajú: spoločenské dištancovanie a obmedzenia pohybu a tlačenice

Pre režim prenosu vzduchu: Znížiť koncentráciu týchto častíc ich zriedením čerstvým vzduchom zabezpečeným ventilačným procesom. Minimalizovať riziko vdýchnutia dýchacími cestami pomocou masiek a štítov

Návrhy a závery

Pretože väčšina krajín zaviedla opatrenia na boj proti režimom Kontakt a kvapky, mali by byť k dispozícii tieto doplňujúce opatrenia:

Pokiaľ bude epidemická kríza pokračovať, nemali by sa organizovať osobné stretnutia;
Vnútorné priestory s ľudským obsadením musia byť dobre vetrané, iba na čerstvom vzduchu, aby sa znížili koncentrácie vírusu, prípadná kontaminácia suspendovanými časticami a znížilo sa tak riziko infekcie;
Pri plánovaní vychádzky na miestach navštevovaných inými ľuďmi by ste mali mať masku a podľa možnosti štít. Normálne masky nie sú úplne účinné pri zadržiavaní najmenších častíc, takže použitie v kombinácii so štítom podstatne zvyšuje účinnosť zadržania;
Tí, ktorí pracujú na verejných miestach, musia mať na ochranu horných dýchacích ciest masku a štít.
Na zdravotníckych pracovníkov by sa mali vzťahovať mimoriadne ochranné opatrenia z dôvodu vysokého rizika infekcie.