Аналіз - режими передачі COVID-19 з точки зору якості повітря в приміщеннях Інтегровані послуги

Вступ

Неодноразово зазначалося, що передача відбувається переважно через контакт і через краплі, які, випромінювані зараженою людиною, досягають чутливого рецептора на своєму шляху, так що при збереженні безпечної відстані від 1 м до 2 м ризик забруднення і поширення хвороби буде зведено до мінімуму.

Автор вважає, що без жодних наукових доказів, які б це обґрунтовували, роль, яку може відігравати повітряно-крапельна передача частинок, зменшена. Таким чином, деякі заходи захисту, які, ймовірно, не рекомендували в деяких європейських країнах, будуть основою для зниження темпів поширення епідемії в деяких країнах Азії.

Матерія частинок у повітрі всередині приміщення

Хоча немає сумнівів, що вірус Corona SARS 2, який викликає хворобу COVID-19, передається зараженими пацієнтами переважно через прострочені частинки, важливо почати з основного пояснення того, як часто позначають частинки до скорочення ПМ, класифіковано. Коли ми маємо на увазі класи розміру частинок, після ПМ ми пишемо число, яке відповідає еквівалентному діаметру, вираженому в мкм (1 мкм = 0,001 мм). Так, наприклад, під назвою ПМ10 слід розуміти сукупність усіх частинок розміром менше 10 мкм у зразку повітря, який ми аналізуємо.

Фігура 1 показані основні типи частинок, присутніх у повітрі в приміщенні, класифіковані за діапазонами їх розмірів.

Фігура 1. Діапазони розмірів основних типів частинок у повітрі в приміщенні.

Що стосується способу взаємодії цих частинок, з суворо фізичної точки зору, з нашою дихальною системою, їх класифікують, залежно від рівня їх проникнення, на інгаляційні, грудні та дихальні, що відповідає відповідності між цією класифікацією та інтервалами розмір показаний у малюнок 2. Частинки, що вдихаються, зберігаються у волоссі в носі або слизі в порожнині рота, носа або гортані. Грудні частинки здатні проникати до трахеї та бронхів, затримуючись слизом, що існує там, тоді як дихаючі частинки йдуть до бронхіол та альвеол. Незалежно від ступеня зараженості, з суворо фізичної точки зору, найнебезпечнішими частинками є найдрібніші, оскільки вони можуть осідати в альвеолах і можуть спричинити їх засмічення, запобігаючи або пошкоджуючи газообмін, що проводиться там, основний для життя людини. .

Малюнок 2. Класифікація частинок за рівнем проникнення в дихальну систему.

Малюнок 3. Типові траєкторії руху повітряних частинок залежно від їх розміру.

Обґрунтування описаного вище випливає з того, що коефіцієнт аеродинамічного опору сферичного тіла не є постійним щодо безрозмірного коефіцієнта, званого Рейнольдсом. Цей коефіцієнт представляє взаємозв'язок між силами тиску та силами в'язкості, які виникають внаслідок взаємодії тіла з рідиною. При його обчисленні однією зі змінних є характерна геометрична розмірність тіла, в даному випадку діаметр. Таким чином, на графіку, представленому в малюнок 4, якщо ми маємо дві частинки з різним діаметром, піддані дії тієї самої рідини, то менші частинки будуть більше лівіше, з вищим коефіцієнтом опору, а більші частинки будуть більше праворуч, з меншим коефіцієнтом опору. Це призведе до того, що найменша частинка буде більш тягнутися і буде легше слідувати за повітряними потоками, через що вона класифікується як частинка повітря, тоді як більші частинки осідатимуть через деякий час, оскільки її вага домінуюча сила і змушує її падати.

Область, де типові явища, що відбуваються з частинками в природній вентиляції або в режимі механічної вентиляції всередині будівель, позначена зліва на графіку позначеним червоним еліпсом.

Як цікавість, різниця між поведінкою тіл з гладкими або шорсткими поверхнями для площі числа Рейнольдса в діапазоні 105 - 106 є тим, що виправдовує той факт, що м'ячі для гольфу мають помітну поверхню. Ця шорсткість спричинює появу так званого критичного режиму, який відповідає раптовому зменшенню значення коефіцієнта опору, що з'являється раніше, що дозволяє кулі проходити більші відстані.

Цей графік також пояснює, чому молекули водяної пари в хмарах залишаються в суспензії, а також поява дощу внаслідок конденсації цих молекул і появи крапель, які з’єднуються і набирають розмір, так що сила тяжіння стає домінуючою.

Малюнок 4. Аеродинамічний опір як функція числа Рейнольдса для сфери.

Вірус корони 2 (SARS-CoV-2) та режими передачі

Вірус корони 2 (SARS-CoV-2) має сфероїдальну форму з діаметром від 80 до 140 нм (± 0,1 мкм). Малюнок 5 представлено порівняння його розмірів з деякими класами, які зазвичай використовуються для зважених частинок.

Малюнок 5. Порівняння розмірів SARS-CoV-2 з деякими класами частинок.

Існує три можливі шляхи передачі від патогенних мікроорганізмів, які були вигнані в процесі дихання інфікованих людей: зараження завислими частинками (біоаерозолями), краплями та контакт. Малюнок 6 представляє адаптоване зображення брошури Канцелярії Прем'єр-міністра та Міністерства охорони здоров'я, праці та соціального забезпечення Японії, нещодавно опублікованої у спільному документі Японського товариства санітарної, теплової, кондиціонерної техніки (SHASE) та Інституту архітектури з Японії (JIA), що ілюструє згадані вище способи передачі. Виникнення крапель від зараженої особини може відбуватися внаслідок різних процесів, таких як кашель, чхання, блювота, мова та дихання, з кількістю та розподілом природним шляхом, за класами розміру видихуваних частинок, залежно від типу процесу. .

У режимі повітряно-крапельної передачі, в якому частинки, як правило, мають розмір менше 10 мкм, явище зазвичай включає випаровування значної частини водної маси краплини, яка зводиться до того, що називається ядром краплі, де деякі можуть існувати. віруси або бактерії., який може вдихати сприйнятливий інфікований господар.

Малюнок 6. Способи передачі від патогенів із простроченим терміном придатності (адаптовано з проспекту Канцелярії Прем'єр-міністра та Міністерства охорони здоров'я, праці та соціального забезпечення Японії (2020).

Другий спосіб передачі, згаданий у малюнок 6 - це пряма передача через краплі, які рухаються від зараженого передавача до чутливого господаря і вдихаються останнім. Зазвичай це відбувається з краплями з проміжним розміром, між приблизно 10 мкм та 50 мкм, які можуть прокласти шлях між передавачем та приймачем до того, як він повністю випарується. В епізоді кашлю чи чхання початкова швидкість струменя, що виходить із рота передавача, може мати типові значення від 10 до 30 м/с, так що частинки швидко проходять траєкторію приблизно 1 м між передавачем і приймачем. приблизно горизонтальна, через рівновагу між аеродинамічними підйомними силами та гравітаційною силою, які мають однакові величини та протилежні напрямки.

Найбільші краплі діаметром від 50 до 300 мкм - це ті, що генерують режим передачі контакту. Оскільки, у його випадку, сила тяжіння є домінуючою, оскільки сили аеродинамічного характеру втрачають відносний вплив, ці частинки швидше падають і осідають на поверхнях, створюючи так звані фоміти (предмети або матеріали, забруднені патогенами). Існує кілька типів поведінки, які можуть сприяти транспортуванню патогенних мікроорганізмів, які контактують із зоною потрапляння в організм рецепторного елемента (рот, очі, ніс). Відповідний набір статей щодо цього способу передачі був опублікований, наприклад, статті Rheinbahen et al. (2000) та Barker et al. (2001).

Малюнок 7. Час випаровування рідкої фази у краплях води залежно від місцевих розмірів та відносної вологості.

Більш-менш одностайно, що спосіб передачі контакту та спосіб передачі крапель є при передачі вірусу SARS-2, але до певного часу існувала думка, що спосіб забруднення повітря не відповідні у справах. вірусних інфекцій і траплявся переважно з бактеріями (туберкульоз, легіонелла,.). Ймовірно, складність встановлення причинно-наслідкових зв’язків, оскільки це більш складний тип розслідування і передбачає потребу в більш досконалих засобах, лежить в основі цього факту, хоча вже відомо, що, наприклад, у випадку кору, який є вірусним, відбувається також передача зважених частинок. Не було повної одностайності щодо ролі повітряних аерозольних передач, але свідчення про його існування у випадках передачі вірусів значно зросли в останніх статтях. Таблиця 1 представляє деякі статті, які підтверджують існування передачі вірусних інфекцій через повітряно-крапельний режим.

Таблиця 1. Деякі статті підтримують існування передачі вірусних інфекцій повітряно-крапельними частинками

У статті, опублікованій в "Indoor Air" Лі та співавт. (2007), багатостороння експертна група, провела систематичний мультидисциплінарний аналіз 40 статей про роль передачі повітряних частинок, опублікованих між 1960 і 2005 роками, враховуючи, що 10 із 40 статей були незаперечний, з вагомими доказами стосунків. між вентиляцією будівлі та передачею по повітрю або розповсюдженням таких захворювань, як кір, туберкульоз, віспа, грип, пташиний грип та ГРВІ.

Намагаючись пояснити різницю в швидкості поширення між ГРВІ-1 та ГРВІ-2 (COVID-19), кілька американських авторів провели порівняльне дослідження щодо виживання двох типів вірусів у різних середовищах та районах. 17 березня 2020 року в листі до редактора журналу New England Journal of Medicine вони заявляють, що обидва вони залишаються життєздатними та інфекційними протягом 3 годин у аерозолях.

Слідуючи цій інформації, Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) вважала, що «заходи безпеки щодо твердих частинок» повинні дотримуватися медичні працівники. Директор Відділу невідкладних хвороб, доктор Марія Ван Керхове повідомила ЗМІ на прес-конференції 23 березня 2020 року, що «Коли в відділенні охорони здоров’я виконується клінічна процедура, що генерує аерозоль, існує ймовірність аерозолізації цих частинок., що означає, що я можу трохи довше залишатися в повітрі ".

Вона додала: "Дуже важливо, щоб медичні працівники вживали додаткових запобіжних заходів під час роботи з пацієнтами і робили подібний тип процедур".

Важко зрозуміти, що на рівні Керівного комітету ВООЗ не існує уявлення про те, що аерозолізація має місце не лише тоді, коли клінічні випробування проводяться з певним типом обладнання в лікарняних умовах, а й відбуваються природним шляхом у відповідних процесах. дихальної системи людини (кашель, чхання, вербалізація, дихання тощо).

Таким чином, наслідки останніх знань про стійкість ГРВІ-2 в аерозолях повинні бути набагато ширшими, а саме з точки зору переосмислення концепції безпечної відстані між людьми та необхідності широкого використання засобів захисту верхніх дихальних шляхів (масок). та козирки), коли передбачається, що хтось буде в зайнятому середовищі.

Аналізуючи, наприклад, розподіл крапель за розміром, які виділяються, коли людина кашляє (Bourouiba et al. (2014)), представлений у малюнок 8, виявляється, що важлива частина має потенціал для аерозолізації, оскільки очікується, що це станеться через втрату води випаровуванням, до розміру 16 мкм, на момент закінчення терміну дії.

Малюнок 8. Розподіл за розмірними класами крапель від кашлю із закінченим терміном придатності.

У статті, опублікованій в "Будівництво та навколишнє середовище", Jianjan Wei та Yuguo Li (2015), представляють результати комп'ютерного моделювання місць призначення видихуваних частинок, розмірами 10 мкм, 50 мкм і 100 мкм людини, яка кашляє з початковою швидкістю струмінь, що виходить із гирла 10 м/с. Малюнок 9 представляє зібрану картину результатів цієї статті, в якій ясно, що існує небезпека вдихання частинок, що потрапляють у повітря, особами на відстані більше 2 м, рекомендованих як безпечна відстань.

Малюнок 9. Космічні ділянки, потенційно зайняті частинками 10 мкм, 50 мкм і 100 мкм, закінчились людиною, що страждає від кашлю. (адаптовано Цзянджаном Вей та Югуо Лі (2015))

Слід зазначити, що вірусне навантаження, в принципі, буде пропорційним розміру крапель або бризок, тому у дрібніших частинок ймовірність викликати інфекції, безумовно, не буде нульовою, але може бути нижчою, ніж у найбільших . У будь-якому випадку, якщо вживати заходів лише щодо режимів передачі Contact and Drops, як це відбувається в різних країнах, передача не буде порушена, і режим передачі повітря може стати домінуючим.

Основними стратегіями боротьби з можливою можливістю передачі є:

Для способу передачі контакту: часте прибирання та дезінфекція робочих місць та поверхонь, які можуть виконувати функцію місць передачі в будівлях та транспортних засобах. Дезінфекція інструментів та інших предметів. Часте миття рук

Про те, як передаються краплі: соціальне дистанціювання та обмеження руху та скупчення людей

Для режиму пропускання повітря: зменшити концентрацію цих частинок, розбавляючи їх свіжим повітрям, що забезпечується процесом вентиляції. Щоб мінімізувати ризик вдихання через дихальні шляхи, використовуючи маски та козирки

Пропозиції та висновки

Оскільки більшість країн запровадили заходи для боротьби з режимами "Контакт" та "Краплі", слід надати такі додаткові заходи:

Поки триває епідемічна криза, не слід організовувати очні зустрічі;
Криті приміщення, в яких знаходиться людина, повинні добре провітрюватися, лише свіжим повітрям, щоб зменшити концентрацію вірусу, у разі можливого забруднення зваженими частинками і, таким чином, зменшити ризик зараження;
Плануючи прогулянку, в місцях, де відвідують інші люди, слід надіти маску та, якщо це можливо, козирок. Звичайні маски не є повністю ефективними для утримання найдрібніших частинок, тому використання в поєднанні з козирком значно підвищує ефективність утримання;
Працівники, які працюють у громадських місцях, повинні носити маску та козирок для захисту верхніх дихальних шляхів.
До медичних працівників слід застосовувати надзвичайні заходи захисту через високий ризик зараження.