По данным нового исследования, проведенного учеными из UCL и UCLH, более широкое использование вентиляции и воздухоочистителей, призванных смягчить распространение вирусных инфекций в больницах, может иметь непредсказуемые последствия и привести к более активному перемещению вирусных частиц.

В исследовании, опубликованном в журнале Aerosol Science & Technology , ученые изучили влияние использования встроенной механической вентиляции и портативных очистителей воздуха (ПОВ) на распространение частиц в воздухе, которые аналогичны тем, которые выдыхает человек с вирусной респираторной инфекцией, такой как SARS-CoV-2 или грипп.

Команда отслеживала перемещение частиц в воздухе вокруг типичной амбулаторной клиники больницы UCLH в центре Лондона, используя генератор аэрозоля и счетчики частиц. Были смоделированы различные сценарии, включая перемещение частиц в соседнюю комнату, по всей клинике и из одной комнаты в другую в дальней части клиники.

Они также проверили, влияют ли такие факторы, как закрытие дверей или расположение вентиляции и ПАК в помещении, на распространение частиц.

Исследователи обнаружили, что хотя использование встроенной вентиляции и PAC может снизить распространение частиц в некоторых сценариях, в некоторых экспериментах использование PAC увеличивало распространение аэрозоля до 29% между соседними помещениями. Встроенная вентиляция потенциально увеличивала миграцию аэрозоля по клинике до 5,5 раз больше, чем если бы вентиляция не использовалась.

Профессор Лоуренс Ловат, старший автор исследования из UCL Surgery & Interventional Science и UCLH, сказал: «Пандемия COVID-19 действительно выявила риск заражения вирусными инфекциями, передающимися воздушно-капельным путем, в больницах, что, естественно, привело к усилиям по снижению этого риска. Во многих больницах увеличилось использование вентиляционных систем и переносных воздухоочистителей.

«Хотя срочность ситуации требовала быстрого реагирования, с тех пор мы изучали, как именно вирусные частицы перемещаются в реальных пространствах, и были удивлены тем, что мы обнаружили.

«Установка воздухоочистителей в помещениях в некоторых случаях приводила к неожиданному увеличению циркуляции аэрозолей, но потребовались месяцы, чтобы понять, что мы видим. Каждый сценарий давал разные, неожиданные результаты в зависимости от помещений и задействованных источников воздушного потока.

«Даже в UCLH, современной больнице, построенной менее 20 лет назад, схемы воздушных потоков были непредсказуемыми. В старых больницах, где часто есть естественная тяга, ситуация, вероятно, была бы еще сложнее».

Исследование пришло к выводу, что использование устройств для обеспечения воздушного потока в больницах с целью ограничения перемещения патогенов, передающихся воздушно-капельным путем, требует тщательного рассмотрения динамики воздушного потока и размещения устройств, чтобы снизить риск усугубления проблемы.

Клиника, где проводились эксперименты, состояла из большого центрального зала ожидания (154 м3 , разделенного на A и B для целей исследования), восьми окружающих его кабинетов и поста медсестер (все примерно по 35 м3 ) . Клиника была соединена постоянно открытым проходом с коридором, ведущим в остальную часть больницы. Эксперименты проводились ночью и в выходные дни, когда не было ни персонала, ни пациентов.

Был проведен ряд экспериментов, в ходе которых в определенных помещениях были размещены генераторы аэрозолей, распыляющие физиологический раствор, а в других помещениях — детекторы частиц для отслеживания перемещения частиц по клинике.

В одном эксперименте исследователи смоделировали распространение частиц от медицинского работника или пациента в одном кабинете в соседнюю комнату. Базовое измерение проводилось в кабинете с источником аэрозоля, когда все двери были открыты и не использовалась вентиляция или PAC.

Было обнаружено, что закрытие двери комнаты, в которой находился источник, значительно сократило распространение частиц, а закрытие обеих дверей комнаты сократило его на 97%.

Но когда двери были открыты и большие PAC в соседнем зале ожидания были включены, распространение в соседний кабинет увеличилось на 29%. Когда небольшие настольные PAC были добавлены в оба кабинета и на пост медсестер, распространение было ниже базового уровня, но лишь незначительно.

Доктор Джейкоб Салмонсмит, первый автор исследования и почетный научный сотрудник факультета машиностроения Калифорнийского университета в Лондоне, сказал: «Результаты этого эксперимента могут показаться нелогичными, если вы придерживаетесь мнения, что более частая смена воздуха в помещении снижает распространение вирусных частиц».

«Хотя верно, что воздухоочистители удаляют вирусные частицы из воздуха и могут снизить общее распространение, они также могут иметь непреднамеренные последствия. В частности, этот эксперимент показывает, что более крупные воздухоочистители, которые имеют большие выпускные отверстия, создающие собственные потоки воздуха, могут привести к тому, что неотфильтрованные частицы будут распространяться дальше, чем если бы очистителя не было».

«В любом помещении наблюдается сложное взаимодействие между множеством различных воздушных потоков, таких как вентиляция, закрывание дверей и движение людей. Наши выводы показывают, что при выборе времени и места установки воздухоочистителей необходимо учитывать всю картину».

В другом эксперименте команда наблюдала очень сложные закономерности распространения частиц, когда все двери кабинета были открыты.

Это включало один сценарий, когда самые высокие концентрации частиц были обнаружены в комнатах, наиболее удаленных от источника аэрозоля, расположенного в кабинете врача, где работал PAC. Уровни частиц в комнате, наиболее удаленной от этого источника аэрозоля, были на 184% выше среднего, тогда как в комнате, расположенной прямо напротив источника, они были на 68% ниже среднего.

Также в комнате ожидания, наиболее удаленной от кабинета врача, где работал PAC, было на 247% больше частиц, чем в комнате ожидания, расположенной прямо рядом с ним. На посту медсестер концентрация частиц была выше, чем в любой комнате на той же стороне клиники, где находился генератор аэрозоля.

Профессор Андреа Дуччи, автор исследования из факультета машиностроения UCL, сказал: «Наши эксперименты показали, что большие объемы частиц могут быть собраны в определенных областях в результате динамики воздушного потока. Это, очевидно, не идеально, особенно если это место является ключевым, например, пост медсестер, который сотрудники, оказывающие помощь пациентам, вероятно, часто посещают во время своей смены».

«Хорошая новость заключается в том, что мы быстро расширяем наши знания об этом явлении. Проект, над которым мы сейчас работаем, направлен на моделирование всего воздушного потока в клинике и оценку эффективности различных устройств, расположенных в разных местах.

«Это позволит нам определить относительно простые вмешательства, такие как более эффективное размещение устройств искусственной вентиляции легких для уменьшения распространения частиц, тем самым снижая риск заражения инфекцией в больнице».

Учитывая непредсказуемость перемещения аэрозольных частиц в пространстве и сложность их измерения, в настоящее время команда создает систему искусственного интеллекта, которая поможет это сделать, и надеется начать ее тестирование в течение следующих 18 месяцев.

Авторы утверждают, что исследование имеет большие перспективы для информирования правительства о мерах по обеспечению соответствия стандартов NHS по вентиляции легких и инфекциям поставленным целям в соответствии с усилиями по предотвращению будущих пандемий.