Эффективность фильтрации медицинских и общественных масок для лица с использованием вирусных и бактериальных биоаэрозолей

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 7115 (2023) Цитировать эту статью

375 Доступов

4 Альтметрика

Подробности о метриках

Маски для лица часто рекомендуются в общественных местах для предотвращения воздушно-капельной передачи респираторных вирусов или бактерий. Нашей первой целью была разработка экспериментального стенда для оценки эффективности фильтрации вирусов (VFE) маски с использованием методологии, аналогичной нормативному измерению эффективности фильтрации бактерий (BFE), используемому для определения эффективности фильтрации медицинских масок. Затем при использовании трех категорий масок повышения качества фильтрации (два типа общественных масок и один тип медицинской маски) измеренные характеристики фильтрации варьировались от 61,4 до 98,8% от BFE и от 65,5 до 99,2% от VFE. Сильная корреляция (r = 0,983) между эффективностью бактериальной и вирусной фильтрации наблюдалась для всех типов масок и для одинакового размера капель в диапазоне 2–3 мкм. Этот результат подтверждает актуальность стандарта EN14189:2019, в котором бактериальные биоаэрозоли используются для оценки фильтрации маски, а также для экстраполяции характеристик масок независимо от их качества фильтрации по отношению к вирусным биоаэрозолям. Действительно, оказывается, что эффективность фильтрации масок (для капель микрометрового размера и малого времени воздействия биоаэрозоля) зависит главным образом от размера воздушно-капельной капли, а не от размера инфекционного агента, содержащегося в этой капле.

Передача аэрозольных частиц является одним из основных путей передачи возбудителей респираторных инфекций. Он определяется как передача патогенных микроорганизмов (бактерий или вирусов) от источника к человеку из инфекционных аэрозолей, выделяющихся во время выдыхательных процессов, образующих аэрозоли, таких как дыхание, кашель, разговор, пение и чихание1. Например, при одном чихании может высвободиться до 40 000 частиц аэрозоля2. С физической точки зрения термин «аэрозоль» соответствует гетерогенной смеси переносимых по воздуху частиц, твердых или жидких, взвешенных в газе и имеющих относительно низкую скорость осаждения3 (т.е. обычно переносимых по воздуху частиц с аэродинамическим диаметром менее 100 мкм). Однако в медицинской литературе на протяжении десятилетий часто встречается различие, кажущееся произвольным (и вводящее в заблуждение специалистов по аэрозолям) между «переносимыми по воздуху» частицами диаметром менее 5 мкм и «капельками» диаметром более 5 мкм3. , исходящие из традиционного медицинского языка, иногда создают научные необоснованные терминологические различия между так называемым «воздушным» и «капельным» путем передачи. Действительно, если люди могут вдыхать аэрозольные частицы (переменных размеров в пространстве и времени, поскольку они всегда преходящие явления), в основном состоящие из капель, содержащих болезнетворные микроорганизмы (из выделений и экскрементов организма), мы всегда вдыхаем жидкие частицы воздуха, независимо от их размера4.

Таким образом, в физической формулировке передача респираторных возбудителей осуществляется в обоих случаях («воздушно-капельная» и «капельная») путем различных размеров аэрозольных частиц5. Другими словами, независимо от того, называется ли передача возбудителя «воздушно-капельным» или «капельным», во всех случаях она может быть только аэрозольной. Однако верно, что способ передачи и меры контроля могут различаться в зависимости от физических характеристик аэрозольных частиц (включая их аэродинамический диаметр, изменяющийся в пространстве и времени). С одной стороны, если инфекционный возбудитель распространяется преимущественно за счет быстро оседающих частиц респираторного аэрозоля, называемых «капельками», первичные меры борьбы с передачей заключаются в уменьшении прямого контакта, физическом дистанцировании или использовании масок. С другой стороны, случай инфекционного патогена, передача которого в основном называется «воздушно-капельным путем», требует принятия мер предосторожности, таких как вентиляция помещения, фильтрация воздуха или внимание к качеству и прилеганию маски для лица при нахождении в помещении.

Более того, общепризнано, что предотвращению заражения патогенами, передающимися воздушно-капельным путем (например, гриппом, туберкулезом, корью или коронавирусом), можно способствовать с помощью прикрытия рта и носа3. Поэтому в настоящее время рекомендуется использовать маску для предотвращения передачи респираторных заболеваний медицинскому персоналу, заразным пациентам и, в некоторых случаях, населению в целом. Очевидно, что любая маска лучше, чем отсутствие маски, особенно с точки зрения защиты других. Ношение маски удерживает относительно большую долю вирусных капель, выделяемых пользователем маски, обеспечивая тем самым высокую степень защиты от выбросов биоаэрозолей. Хотя маски предназначены в первую очередь для удержания аэрозольных частиц микрометрового размера, содержащих патогены, при выдохе, они также, вероятно, обеспечивают некоторую степень самозащиты во время вдыхания (обычно гораздо меньшую из-за сжатия жидких аэрозольных частиц между выдохом и вдохом). Учитывая все обстоятельства, маски для лица в значительной степени способствуют снижению риска заражения тех, кто находится поблизости, а также могут снизить риск заражения для пользователя маски, особенно если возбудитель передается более крупными аэрозольными частицами. Например, понимание в девятнадцатом веке заражения туберкулезом, вызванного возбудителем Mycobacterium Tuberculosis, помогло ограничить его распространение благодаря разработке первой маски, закрывающей нос и рот6,7. Было убедительно доказано, что маски для лица, которые носят пациенты, инфицированные туберкулезом, могут значительно снизить уровень передачи инфекции неинфицированным пациентам8.