通风和空气净化器可能增加医院气溶胶传播

伦敦大学学院（UCL）和伦敦大学学院医院（UCLH）的研究人员进行的一项新研究表明，旨在减少医院内病毒感染传播的通风系统和空气净化器的使用可能会产生不可预测的效果，并可能导致病毒颗粒更多地移动。这项研究发表在《气溶胶科学与技术》杂志上。

研究人员调查了内置机械通风系统和便携式空气净化器（PACs）对空气中颗粒物传播的影响，这些颗粒物类似于患有SARS-CoV-2或流感等病毒性呼吸道感染的人呼出的颗粒物。研究团队在伦敦市中心的UCLH一家典型医院门诊诊所使用气溶胶发生器和粒子计数器追踪空气颗粒物的运动。模拟场景包括颗粒物从一个房间传播到相邻房间、整个诊所范围内的传播，以及从一个房间传到诊所另一侧的另一个房间。

研究人员还测试了关闭门、通风系统和PACs在房间内的位置等因素对颗粒物传播的影响。研究发现，在某些情况下，使用内置通风系统和PACs可以减少颗粒物传播，但在一些实验中，使用PACs使相邻房间之间的气溶胶传播增加了29%。内置通风系统可能导致气溶胶在整个诊所内的迁移量比不使用通风系统时高出5.5倍。

UCL外科学与介入科学系及UCLH的高级作者劳伦斯·洛瓦特教授表示：“COVID-19疫情真正突显了在医院内感染空气传播病毒的风险，这自然促使人们努力减少这种风险。许多医院增加了通风系统和便携式空气净化器的使用。尽管当时的情况紧迫需要迅速应对，但随后我们详细研究了病毒颗粒在实际空间中的运动情况，结果令我们感到惊讶。”

“在某些情况下，放置空气净化器导致气溶胶循环意外增加，但我们花了数月时间才理解我们看到的现象。每个场景产生的结果都不同且出乎意料，具体取决于涉及的空间和气流源。”

“即使在UCLH这家建于不到20年前的现代化医院，气流模式也是不可预测的。在较老的医院中，由于通常存在自然气流，情况可能会更加复杂。”

该研究得出结论，为了限制空气中病原体的传播，医院在使用气流设备时需仔细考虑气流动力学和设备放置位置，以减少问题恶化的风险。

实验所在的诊室包括一个大型中央候诊室（154立方米，分为A和B两部分），八个周边咨询室和一个护士站（均约为35立方米）。诊室通过一条永久开放的通道连接到通往医院其他部分的走廊。实验在夜间和周末进行，当时没有工作人员或患者在场。

在一项实验中，研究人员模拟了一名医务人员或患者在一个咨询室内传播颗粒物到相邻房间。当所有门打开且不使用通风系统或PACs时，进行了基线测量。结果显示，关闭含有气溶胶源的房间的门显著减少了颗粒物传播，而关闭两个房间的门则减少了97%的传播。

然而，当门打开并在相邻的候诊室启动大型PACs时，相邻咨询室内的传播增加了29%。当在两个咨询室和护士站添加小型桌面PACs时，传播略低于基线水平。

“这一实验的结果看似反直觉。虽然空气净化器确实可以从空气中去除病毒颗粒并减少总体传播，但也可能产生意想不到的后果。特别是，大型空气净化器有较大的排气口，引入自己的气流，可能导致未过滤的颗粒物传播得更远。任何给定空间内都存在复杂的气流交互作用，如通风、关门和人员移动。我们的研究结果表明，在选择何时何地引入空气净化器时，需要考虑整体情况。”

在另一项实验中，当所有咨询室的门都打开时，观察到了极其复杂的颗粒物传播模式。其中包括一种情景，即最高浓度的颗粒物出现在远离气溶胶源的房间中，而这个气溶胶源位于一个正在运行PAC的咨询室内。最远离气溶胶源的房间内的颗粒物水平比平均水平高184%，而直接对面的房间则低68%。

最远离咨询室的候诊室内的颗粒物数量比紧邻的候诊室高出247%。护士站的颗粒物浓度高于诊室同一侧任何房间的浓度。

UCL机械工程系的安德烈亚·杜奇教授表示：“我们的实验表明，大量颗粒物可能会因气流动力学而聚集在特定区域。这显然不是理想的，特别是如果那个地方是一个关键位置，例如护士站，工作人员在轮班期间会频繁访问。”

“好消息是我们对这种现象的认识正在迅速扩大。我们目前正在进行的项目旨在模拟诊室内的全部气流，并评估不同位置设备的效能。这将使我们能够识别相对简单的干预措施，如更好地定位通风设备以减少颗粒物传播，从而降低在医院内感染的风险。”

鉴于气溶胶颗粒在空间中的运动具有不可预测性，难以测量，研究团队正在构建一个AI系统来帮助解决这个问题，并希望在未来18个月内开始测试。

作者表示，该研究有望为政府采取行动确保NHS的通风和感染控制标准符合要求提供依据，以预防未来的大流行。

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