防疫

從氣膠技術學看新冠防疫!台大公衛專家剖析環境衛生管理重要性

從氣膠技術學看新冠防疫!台大公衛專家剖析環境衛生管理重要性 從氣膠技術學看新冠防疫!台大公衛專家剖析環境衛生管理重要性。僅為情境配圖,取自shutterstock

新冠病毒已經糾纏人類將近兩年,由於不斷變種導致疫苗效力降低,造成解封仍遙遙無期!除了治療藥物與疫苗研發製造需要跟上病毒突變的速度,人類對於微生物在空氣中懸浮時的物理特性也需要有進一步的認識,才能更正確的採取有效的防護措施。而從環境衛生管理的觀點,有效防治必須要從危害的認知辨識、評估量測及控制管理(包含工程控制、行政管理及個人防護)下手。

然而疫情發展至今,在危害認知辨識方面仍有偏差,尤其是可能產生含有病毒的懸浮微粒透過空氣傳染部分,其次是空氣中病毒採樣與量測的困難度高,因此也導致危害控制策略的偏差。

打噴嚏、咳嗽、講話及呼吸等都會產生含有病毒的懸浮微粒

首先包括打噴嚏、咳嗽、講話,以及呼吸等都會產生含有病毒的懸浮微粒(又稱生物氣膠, Bioaerosols,大陸用語俗稱「氣溶膠」)。前三種產生的機制大致相似,都是屬氣壓霧化(Nebulization),用的力量(Power)愈大,則產生的液滴愈小且數目愈多。主要是口水黏液先形成薄膜,透過呼吸氣流流過而破裂形成液滴(這與黏液表面張力及黏滯度有關),這些液滴會因為所挾帶的水分與成分組成、粒徑大小、以及外界空氣溫濕度,而有不同的乾燥速度,因而形成一特定的粒徑分佈。

說話:每秒約可產生1-50顆大小介於1-10微米的微粒。

咳嗽:一次會產生超過1000顆大小介於50-100微米的微粒。

打噴嚏:則會產生約10萬顆大小10-50微米的微粒。

深呼吸:產生之微粒大約是0.3微米。

這些都是氣膠(或懸浮微粒),主要差別在於大小不同,因此懸浮在空氣中的時間差異也極大。然而只要懸浮在空氣中,就有被吸入的風險。

除了氣膠(或懸浮微粒)以外,說話、咳嗽、打噴嚏也可能同時產生幾百甚至幾千微米的液滴,這些微粒因為太大所以無法在空氣中停留,所以一般不當成是氣膠(或懸浮微粒),這就是一般所稱的『飛沫』,被人體經由口鼻吸入的機會微乎其微,應該只會沉降在地面或其他表面而造成接觸傳染。

特別的是呼吸也會產生液滴,主要是經由末稍支氣管中液體薄膜破裂(Bronchiole Fluid Film Burst, BFFB)所產生,已有多篇研究顯示,較大口呼吸時,末稍支氣管會因為呼氣時擠壓而縮小,造成黏液堵塞管道,之後在吸氣過程中,因為末稍支氣管擴張形成黏液薄膜,此薄膜在吸氣與支氣管持續擴張時破裂,形成眾多小液滴,這些小液滴微粒會先短暫停留在肺泡中,並在下一次呼氣時呼出。

所以,從防疫角度來說,對於有新冠病毒或類似呼吸道感染疾病者,應儘量避免要求病人在未有適當防護措施下做深呼吸的動作。深呼吸產生的液滴與潮氣量有高度相關,潮氣量愈大,每一口呼出的次微米微粒愈多,可達數千顆之多。

至於生物氣膠暴露風險較高的醫療院所,若欲採行適當的防護措施,理應先要有生物氣膠之粒徑分佈與數目濃度的基本資料,作為防護參考。因為微粒的去除(收集)效率是粒徑的函數,也就是說大小不同的氣膠,其過濾效率有相當大的差異,甚至可達一或兩個數量級以上,但這些粒徑資料似乎仍相當有限,需要相關主管機關投注更多關心。

從理論與實驗上都證實隔板的效果差,恐怕只能去除100微米以上的微粒,對於10微米以下的微粒其防護效果很有限。僅為情境配圖,取自shutterstock圖/從理論與實驗上都證實隔板的效果差,恐怕只能去除100微米以上的微粒,對於10微米以下的微粒其防護效果很有限。僅為情境配圖,取自shutterstock

從氣膠學看防疫!隔板效果不如預期,5微米微粒可在空氣懸浮至少20分鐘

WHO一開始認定5微米以上為『飛沫』且飛沫傳染是最主要的傳播途徑,至於較小的「飛沫核」則不是考慮重點。但從氣膠技術學觀點,5微米微粒在無空氣流動的環境中仍會懸浮超過20分鐘,何況是一般環境根本不可能完全沒有通風換氣,也就是再加上環境的混合與對流,5微米微粒會在空氣中懸浮更久。

日前電視名嘴作秀使用防疫隔板,地方政府微解封,也要求餐廳內用必須設置隔板,但不論從理論與實驗上都證實隔板的效果差,恐怕只能去除100微米以上的微粒,對於10微米以下的微粒其防護效果很有限。這些可被隔板去除,甚至肉眼可見的大微粒,是不容易吸進人體呼吸系統,應該就不會造成呼吸暴露的風險。目前餐飲業或電視媒體使用的被動式防疫隔板可能只對幾百微米的飛沫有去除效果,已有研究單位正嘗試使用主動抽吸式氣罩,以期能發揮源頭管制的效果。

就氣膠學而言,『飛沫』—不管是大飛沫或小飛沫,就是懸浮微粒,就是氣膠,差別只在於在空氣中懸浮時間的長短。所以飛沫傳播、就是氣膠傳播、就是空氣傳播。如果連WHO專家對於氣膠的認知都不足,更遑論一般人,可見全世界都需要加強對氣膠的認知!

防疫應講究環境衛生管理,三面向加強防疫效率、力度!

從危害控制觀點,最有效率的是「源頭管控」、其次為「傳播途徑攔截」、以及最後手段的「個人防護」。

源頭管控

「源頭管控」就是將確診病人,依據病情輕重分別安置在負壓病房、加護病房或一般病房,甚至病房不夠時集中於檢疫旅館。

在工程控制方面甚至已有研究團隊開發出輕便型,甚至是個人攜帶式的呼出微粒捕集器,可以輔助或相當程度取代負壓病房,針對感染者做一感染控制,此類新型防疫產品對於後續的醫療運作可能會帶來變革性的影響,不過目前尚無官方分類標準與測試方法可針對其品質加以認證。

傳播途徑攔截

在「傳播途徑攔截」方面,主要方式是增加通風換氣量或是使用室內空氣清淨機,藉以稀釋或降低空氣中的病毒濃度;另外也可藉助紫外線消毒方式達到殺死微生物的目的。

「個人防護」部分,對於有暴露風險的工作人員而言,主要就是穿著「微粒防護衣」與佩戴「呼吸防護具」。僅為情境配圖,取自shutterstock圖/「個人防護」部分,對於有暴露風險的工作人員而言,主要就是穿著「微粒防護衣」與佩戴「呼吸防護具」。僅為情境配圖,取自shutterstock

個人防護

至於最後手段的「個人防護」,對於有暴露風險的工作人員而言,主要就是穿著「微粒防護衣」與佩戴「呼吸防護具」。目前醫護人員在微粒防護上的穿著似乎有些過當,而以職業衛生專業觀點來看,過當的防護反而會造成危害。理論上含有病毒的微粒(或稱飛沫)就算接觸到健康皮膚也不會造成感染,其實工作中只要好好遵循手部衛生程序即可,工作後好好清洗身體及工作服,並無穿著微粒防護衣之必要。尤其是當看到執行清潔消毒的人員或是機場檢疫人員也穿著防護衣,這其實是不必要的負擔。

至於呼吸防護具(或口罩)之選用與佩戴則看似簡單,其實是相當複雜的議題。除了最基本的過濾效率與空氣阻抗要謹慎考慮之外,口罩與臉部的密合度也是關鍵,但密合度又會受到繫帶張力、臉部皮膚彈性、以及口罩結構強度等的影響,但無論如何密合度測試仍是呼吸防護重要的關鍵

整體呼吸防護效能的提升,最直接的是提升濾材過濾品質,這可藉由採用奈米纖維濾材來達成,因為藉由奈米纖維空氣滑溜的特性可以使得口罩維持同樣的過濾效率,但是過濾阻抗則可以大幅降低,而較低的阻抗意味著經由不密合處之洩漏率也會降低,亦即實質防護增加。

但奈米纖維的生成目前大都是利用實驗室小規模電紡系統,若欲做商業化量產,則有賴相關主管機關籌組國家隊,才能爭取此新世代濾材的商機。另外個人配戴呼吸防護具的密合度議題可以透過3D掃描及列印技術製作客製化面體來加以改善,但對於軟性矽膠面體,目前尚無商用機型可廣為使用,且3D列印速度仍過於緩慢,大量生產的時機仍未完全成熟。

但是不管濾材空氣阻抗的高低,基本上佩戴負壓淨氣式的呼吸防護具,對呼吸而言都是額外的負擔。因此定流量正壓動力淨氣式呼吸防護具(Constant-Flow Powered-Air-Purifying Respirator, CF-PAPR)就應運而生,因其不須透過肺力吸氣過濾,但是由於其需要提供高流量乾淨空氣以稀釋累積在面罩內的二氧化碳,因此風扇、電池與濾罐的體積與重量常會造成佩戴者的負擔,甚至妨礙醫療動作。

不過最令人驚艷的是剛上市不久的呼吸迴饋式淨氣式呼吸防護具(Breath-responsive Powered-Air-Purifying Respirator, BR-PAPR),受惠於電池與風扇技術的進步,目前市售的款式相當輕便,大都能配合醫護人員工作的需求,甚至可連續運作超過12小時,應該是未來最值得推廣的新世代呼吸防護具了。

本文作者為台灣大學公共衛生學院、環境與職業健康科學研究所教授陳志傑)

本文章反映作者意見,不代表《健康遠見》立場

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