© Разработка методов дезинфекции респираторов, которые могут использоваться в домашних условиях, и проверка эффективности очистки воздуха фильтрующими полумасками и хирургическими масками – в условиях нехватки СИЗОД во время эпидемии

 

www.isrp.com

 

Journal of the International Society for Respiratory Protection, Vol. 37, No. 1, 2020

  

Разработка методов дезинфекции респираторов, которые могут использоваться в домашних условиях, и проверка эффективности очистки воздуха фильтрующими полумасками и хирургическими масками – в условиях нехватки СИЗОД во время эпидемии

 https://www.isrp.com/the-isrp-journal/healthcare-and-reuse-open-access 

Developing home-disinfection and filtration efficiency improvement methods for N95 respirators and surgical facial masks: stretching supplies and better protection during the ongoing COVID-19 Pandemic

 

Авторы: Роланд Ян¹², Стив Чилрод¹, Дебра Магадини³ и Бейжан Ян¹*

(Roland Yan, Steve Chillrud, Debra L. Magadini, Beizhan Yan)

1 Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, 16 Rt. 9W, Palisades, NY 10964 USA

2 Clarkstown South High School, West Nyack, NY 10994 USA

3 Secondary School Field Research Program, Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, Palisades, NY 10994 USA

* Corresponding author and E-mail: yanbz@ldeo.columbia.edu

 

Реферат

3 апреля 2020 г. Центры по профилактике и борьбе с заболеваниями (CDC, США) объявили, что все граждане должны закрывать лица при нахождении в общественных местах. Это, потенциально, может привести к росту спроса на медицинские маски[1] со стороны населения - и к обострению нехватки СИЗОД для медицинских работников. Одним из способов решить проблему является неоднократное применение СИЗ населением после дезинфекции. Проведённые ранее исследования показали, что выдержка в течение 30 минут при температуре 70 град С и выше эффективно убивает ТОРС, включая вирусы гриппа на масках. Для проверки того, как влияет дезинфекция на способность СИЗ очищать воздух, мы использовали (как имитатор вирусов) аэрозоль частиц сажи (Black carbon, BC), образующийся при горении керосиновой лампы. Диапазон размеров этих частиц охватывает диапазон размеров вирусов. Для определение степени очистки воздуха мы измеряли и сравнивали концентрации аэрозоля в воздухе до и после прохождения его через 2 респиратора N95[2] (Moldex и 3M) и медицинскую маску (HSI surgical mask). СИЗ надевали на манекен, и прокачивали через них воздух с помощью насоса. Измерения проводили при максимально плотном прилегании СИЗ к лицу манекена – до первой дезинфекции, и затем после каждой из дезинфекций. Степень очистки воздуха респираторами была не ниже 95% и у медицинской маски не ниже 70% - даже после десятикратного проведения дезинфекции. А при проведении замеров, когда не принимались дополнительные меры для достижения плотного прилегания СИЗ к лицам, эффективность очистки воздуха у медицинской маски уменьшилась до 40%. Это показывает, что защитные свойства масок (без принудительной подачи воздуха) сильно зависят от того, насколько плотно они прилегают к лицу. Чтобы решить эту проблему, мы придумали и изготовили самодельное приспособление, улучшающее прилегание маски к лицу в области носа. При его использовании степень очистки воздуха у 3М и медицинской маски сохранилась выше 95 и 80% соответственно. Неожиданным результатом стало то, что степень очистки воздуха у трёх самодельных лицевых повязок из толстой ткани (homemade thick cloth coverings) была 55%. Хотя необходимо провести дополнительные исследования, наши результаты поддерживают рекомендацию гражданам – использовать тканевые маски вместо респираторов класса N95 – при нахождении в общественных местах, когда риск небольшой. При использовании респираторов и медицинской маски вместе с самодельным приспособлением, они очищали воздух лучше, чем тканевые повязки, которые рекомендовали использовать гражданам Центры по профилактике и борьбе с заболеваниями (CDC).

Ключевые слова: коронавирус, дезинфекция, неоднократное использование, фильтрующая полумаска, медицинская маска, самодельная тканевая повязка, кухонная печь

(COVID-19, disinfection, reusability, N95 respirator, surgical mask, homemade cloth covering, kitchen oven).

 

Введение

За последние несколько недель мир столкнулся с глобальной пандемией; по данным информационной панели университета Джона Гопкинса (John Hopkins University Coronavirus Dashboard) (JHU, 2020) в целом заразилось 2,4 млн человек, в том числе в США 737 тыс человек (на 19 апреля 2020 г.). В условиях всё более быстрого увеличения числа больных и умерших, система здравоохранения оказалась в кризисе, и не всегда смогла оказать адекватную помощь растущему числу пациентов. Использование подходящих средств защиты, включая СИЗОД, имеют большое значение для защиты медицинских работников, которые чаще (других людей) подвергаются опасности заражения. В условиях быстрого распространения эпидемии люди столкнулись с нехваткой СИЗ, в том числе респираторов. Обнаружилась нехватка СИЗ для борьбы с эпидемией, особенно респираторов.

Сначала Центры (CDC) не давали рекомендаций использовать маски здоровым людям. В статье в Нью-Йорк Таймс 27 марта 2020 г. указывалось, что «вероятно, большему числу американцев следует использовать маски для защиты» (Sheikh, 2020). Эта рекомендация также была поддержала публикацией в научном журнале (Servick, 2020). Наконец, 3 апреля Центры и правительство (White House) объявили, что в общественных местах всем гражданам следует использовать лицевые повязки из ткани (CDC, 2020b). 15 апреля губернатор штата Нью-Йорк Эндрю Куомо обязал жителей использовать маски при нахождении в общественных местах. Эти объявления должны повысить спрос на СИЗ у населения в условиях резкого увеличения числа больных в госпиталях, то есть тогда, когда медицинские работники особенно сильно нуждаются в защите.

            Фильтрующие СИЗОД обеспечивают работника пригодным для дыхания воздухом, очищая загрязнённый окружающий воздух. Правительство наиболее настоятельно рекомендовало медицинским работникам использовать фильтрующие СИЗОД с фильтрами класса N95 (классификация США). Буква «N» означает, что фильтр может утратить свои свойства при улавливании аэрозолей масла и др. (нейтрализующие электростатический заряд на волокнах); а цифры «95» - что, при отсутствии просачивания неотфильтрованного воздуха через зазоры между маской и лицом, через сам фильтр пройдёт не более 5% мелкодисперсного аэрозоля. Для очистки воздуха в фильтре N95 обычно используются тонкие волокна из полипропилена, получаемые путём выдувания из расплава, и несущие электростатический заряд для улучшения улавливания самых мелких частиц – без повышения сопротивления дыханию. А медицинские (хирургические) маски предназначены, в первую очередь, для защиты окружающих от крупных капель и брызг, содержащих микробы (вирусы и бактерии), источником которых может быть использующий их человек. Из-за очень неплотного прилегания медицинских масок к лицам, и использования фильтровального материала, создающего низкое сопротивление потоку воздуха, они первоначально не предназначались для улавливания мелких частиц для защиты того, кто их использует.

            С учётом нехватки СИЗОД, общественные организации (community groups), и теперь Центры (CDC) предложили использовать лицевые повязки из обычной ткани, сшитые (изготовленные) в домашних условиях (иногда их упоминают как «маски как последнее средство») (last-resort masks). Теоретически, подобные повязки не должны обеспечивать такую же эффективную защиту, как и респираторы (фильтрующие полумаски класса N95), из-за худшей очистки воздуха от частиц аэрозоля и капель (Rengasamy et al., 2010). Но, при носке таких повязок заражёнными людьми, они всё же снижают распространение заболевания, так как уменьшают попадание в воздух капель и инфекционно-опасного аэрозоля – а люди могут быть больны, без каких-то симптомов заболевания (Davies et al., 2013). Результаты изучения эффективности очистки воздуха такими повязками сложно сравнивать друг с другом, так как для их изготовления используются осень разные ткани, и разной толщины (Davies et al., 2013; Rengasamy et al., 2010). Кроме того, носка любых масок снижает распространение заболевания, так как люди меньше касаются (потенциально загрязнёнными руками) области рта и носа. В любом случае, защита от заражения улучшается тогда, когда маска плотно прилегает к лицу по всему периметру (предполагая, что человек не касается ни внутренней, ни наружной поверхности маски – а только эластичных лент оголовья, даже при надевании и снимании СИЗ).

            Для решения проблемы нехватки масок предлагалось (начать) их промышленное производство; регулировать количество масок, используемых населением; или использовать их неоднократно после дезинфекции. Выпуск повязок промышленностью в количестве, соответствующей быстро выросшему спросу, займёт какое-то время, а ограничение продажи СИЗ гражданам может увеличить заболеваемость. Несмотря на то, что Центры предложили гражданам не покупать ни респираторов класса N95, ми медицинские маски, у многих людей они уже есть, а многие стараются приобрести, так как считают, что те обеспечивают лучшую защиту по сравнению с тканевыми повязками. Если те жители, у кого есть респираторы, смогут использовать их неоднократно, это также поможет решить проблему нехватки СИЗ.

            Обработка масок для их неоднократного использования (при защите от биоаэрозолей) – не новая идея; начиная с 2003 г. был опубликован ряд статей об исследованиях в этой области (CDC, 2020a; Duan et al., 2003; Heimbuch et al., 2011; Kenney et al., 2020; Martella et al., 2019; Price & Chu, 2020; Song et al., 2020). Для уничтожения микробов на масках был предложен ряд методов, в том числе: тепловая обработка (в печке, и сухим нагретым воздухом); смачивание спиртом; смачивание хлоркой; обработка паром или перекисью водорода (H₂O₂), облучение ультрафиолетом (Viscusi et al., 2009). Значительная доля исследований дезинфекции СИЗ относится к случаям, когда те применяли для защиты от вирусов тяжёлого острого респираторного синдрома (ТОРС). Считается, что выживаемость этого вируса при дезинфекции схожа с выживаемостью коронавируса SARS CoV-2, вызывающего заболевание COVID-19 (Song et al., 2020). По данным опубликованных исследований (изучали тепловую обработку и облучение ультрафиолетом), вирус CoV-P обезвреживается после выдержки при температуре 75 град С в течение 30 минут (Duan et al., 2003). Аналогично, в публикации университета Фудань проводили схожие эксперименты, используя похожий на коронавирус вирус гриппа. Был сделан вывод: при использовании фена в течение 30 минут маска эффективно нагревается до 30 град С, и это приводит к уничтожению вирусов (Song et al., 2020). Недавно, Фишер и др. из National Institute of Allergy and Infectious Diseases (NIAID) изучали 4 разных метода дезинфекции, используя непосредственно коронавирус SARS-CoV-2. Они проверили ультрафиолетовое облучение, нагрев до 70 град С, обработку спиртом, обработку перекисью водорода, и установили, что все 4 метода способны уничтожить коронавирусы SARS-CoV-2, с разной скоростью (Fischer et al., 2020). Исследователи из Стэнфорда обнаружили, что обработка фильтровального материала растворами хлорки и спирта уменьшает электростатический заряд полимерных волокон, используемых в (подавляющем) большинстве противоаэрозольных респираторов класса N95. Это ухудшает очистку воздуха (Price & Chu, 2020). Кроме того, эти средства дезинфекции могут оказаться труднодоступны в условиях эпидемии. При использовании ультрафиолетового облучения возникают опасения, что оно не сможет достичь внутренних слоёв фильтровального материала, и не продезинфицирует их адекватно. Альтернативой может быть обработка перекисью водорода. Но для обеих видов обработки может потребоваться специальное оборудование, которое может дорого стоить, и которое больше подходить для использования в госпиталях, для частого проведения дезинфекции большого числа масок (CDC, 2020a).

Результаты, полученные в NIAID и Стэнфорде, стали причиной выбора (нами) сухой тепловой обработки масок, в том числе респираторов с волокнами, имеющими электростатический заряд. Проведённые исследования показали, что такая обработка не приводит к заметному ухудшению их свойств (Fischer et al., 2020; Price & Chu, 2020). Но в упомянутых исследованиях изучали эффективность очистки воздуха и сопротивление его протеканию не через весь респиратор, а лишь через вырезанный образец фильтровального материала (Fischer et al., 2020; Price & Chu, 2020). Мы считаем, что будет полезно проверить весь респиратор в целом, а не только образец фильтровального материала, Обработка может повредить резинки оголовья, место соединения слоёв материала, носовую прокладку), и ухудшить защитные свойства изделия. Потенциально, вырезание образца фильтровального материала может повредить его, и может не дать точного представления о возможности повторного использования СИЗ целиком

Размер коронавируса около 60-140 нанометров (нм). Он имеет приблизительно сферическую форму, это сравнительно большой вирус (Cascella et al., 2020). Размер частиц сажи, непосредственно после её получения, перекрывает диапазон размеров вируса (от 15 до 200 нм) (Arnold et al., 2014; Baitimirova et al., 2012; Long et al., 2013), и потому частицы сажи пригодны для проверки эффективности очистки воздуха от вирусов. Также коронавирус может распространяться вместе с более крупными частицами – капельками слюны и др., образующимися при кашле и дыхании, размер 10⁴ – 10⁵ нм (Cascella et al., 2020). Эти, более крупные частицы, улавливаются фильтрами гораздо лучше. Кроме того, представили метод, с помощью которого граждане смогут дезинфицировать свои лицевые повязки с помощь бытовой техники. Большие учреждения здравоохранения могут обратиться к поставщикам промышленного оборудования, позволяющего обработать (дезинфицировать) много масок одновременно. Если с помощью тепловой дезинфекции удастся обеспечить повторное применение хирургических масок и респираторов, уже используемых населением, это отчасти решит проблему нехватки СИЗ. Мы также измерили эффективность очистки воздуха масками, рекомендованными Центрами по профилактике и борьбе с заболеваниями, сделанными дома из ткани, и показали, что их можно использовать (при низком уровне риска, что также отчасти решит проблему нехватки СИЗ. Цели этого исследования: 1) показать возможность повторного использования лицевых повязок, масок и респираторов после дезинфекции в печке, включая бытовую кухонную, и 2) разработать практически применимый способ повышения эффективности СИЗ.

 

Материалы и методы

Использовавшиеся материалы

• Пластиковые манекены: Закупили 2 манекена размером 38 см (15 дюймов) в Only Mannequins® Outlet (East Orange, NJ).
• Силиконовые манекены: Изготовлены Joshua Turi (Designs to Deceive, LLC). Голова манекена, соответствующая по размеру голове человека, была сделана из силикона (Platinum-cure silicone) with a shore hardness of 10. Для того, чтобы силикон стал мягче (эластичнее), использовали добавки, что позволило лучше имитировать эластичную человеческую кожу. Чтобы манекен сохранял форму, его центральная часть была сделана из жёсткого уретана.
• Маски и тканевые повязки: респиратор Moldex 2600 класса N95, закуплен у McMaster-Carr; респиратор 3M Aura N95 9210+; медицинская маска HSI surgical masks (Earloop face mask ASTM level 1, Henry Schein Inc.). 3М и медицинскую маску предоставил Dr. Bauer из Good Samaritan Hospital в Suffern NY; тканевые лицевые повязки были сделаны первым из авторов дома, в соответствии с видео-указаниями Dr. Jerome Adams на сайте Центров по профилактике и борьбе с заболеваниями (CDC, 2020b). Были проверены три лицевые повязки, сделанные из: 100% хлопкового свитера, 100% хлопковой ткани, и шарфа из 100% полиэстера. Мы измеряли, не было ли у них отличий в степени очистки воздуха (из-за отличий в использованных фильтровальных материалах).
• Ёмкости для хранения масок: Чтобы сымитировать, как жители смогут хранить маски в промежутке между использованием, использовали мешочки из коричневой бумаги для ланча, на которых писали имя. Каждый раз дезинфекцию проводили и маски, и мешка – вместе.
• Печь: Fisher Scientific oven позволяла точно выдерживать температуру в диапазоне от 50 до 150 град С (±3 град С). Печь использовалась для термообработки при температуре около 77 град С. Мы также проверили кухонную газовую печь (Amana) в доме одного из исследователей. Температура в ней регулировалась начиная с 76,7 град С. Во всех случаях температура в печи проверялась с помощью ртутного термометра.
• Ёмкость для термообработки: Reynolds Kitchens™ мешок для печки (размером под индейку).
• Ёмкости для получения аэрозоля и для испытаний. (Мы) купили две пластиковые ёмкости в Home Depot. В качестве камеры сгорания использовалась ёмкость объёмом около 100 л (26 галлонов) с наружными размерами 60 (L) x 47,3 (W) x 51,1 (H) сантиметров. Камера сгорания использовалась для того, чтобы в ней (собирался и накапливался) аэрозоль (сажа, дым) при горении керосиновой лампы. Для испытаний использовали ёмкость объёмом около 85 л (22,5 галлона) с наружными размерами 75,6 x 46,6 x 34,3 сантиметра. В этой ёмкости размещался манекен с надетым респиратором, маской или лицевой повязкой. Две ёмкости соединили трубкой из ламинированного картона с наружным диаметром 4 см и длиной 20 см.
• Керосиновая лампа и топливо: Лампа Parasene 499 Paraffin Warm Light ColdFrame Heater. Лампу использовали без стекла, что (как показали ранее проведённые исследования) позволяет получить практически чистую сажу (Cai et al., 2014; Yan et al., 2011). (Мы) использовали хорошо очищенное топливо Ultra-pure paraffin lamp oil (Lamplight Farm Inc, Menomonee, WI).
• Насос: для прокачивания воздуха: Использовали Medo USA Inc VP0625-V1014-P2-0511 Linear Pump. Воздух прокачивался по двум линиям, расход 10 л/мин через каждую, суммарный 20 л/мин. Периодически проводили кратковременные замеры расхода воздуха в месте его всасывания, которые показали, что они равны 10 (±0,5) л/мин в течение всех экспериментов. В одну линию воздух всасывался из ёмкости, в которой находился манекен; а в другую – из области рта манекена. Расход воздуха 10 л/мин примерно соответствует расходу у взрослого человека, находящегося в состоянии покоя.
• Приборы для измерения концентрации сажи: Два MA 200 microAeth real-time monitors, изготовлены Aethlabs (San Francisco, CA). Это компактный монитор, позволяющий делать замеры в реальном масштабе времени, с 5 длинами волны, с автоматической (automatic filter tape advance system). Оба прибора давали показания каждые 30 секунд, однократный отбор проб с из одного места с порогом ATN 30 перед автоматическим продвижением ленты (single spot sampling with an ATN threshold of 30 before an automatic tape advance). Для измерения концентрации сажи в ёмкости использовали расход воздуха 50 см³/мин (прибор № 2), а для измерения концентрации в отфильтрованном СИЗ воздухе использовали расход 150 см³/мин (прибор № 1)
• Материалы для изготовления пластикового уплотнения в районе носа (nose clips): Лист термопластичного пластика, размер ~ 20 на 30 см; толщина 1,6 мм (8 на 12 дюймов; 1/16 дюйма), изготовлен Polly Plastics; войлок/фетр толщиной 1 мм, изготовлен Kunin® PET fiber (9” x 12”) закуплен в Jo-Ann store; эластичные резинки диаметром 2 мм, и термометр, позволявший измерять температуру 65 град С (150°F). Всё это было закуплено у продавцов через интернет.

 

Проведение экспериментов

На Фиг. 1 схематично показана испытательная установка. В неё входила камера сгорания, ёмкость для испытаний, манекен с жёлтой медицинской маской, насос, всасывающий воздух в ёмкость для испытаний и затем – в 2 пробоотборные линии, и два измерителя концентрации сажи. Для подачи воздуха в камеру сгорания, и подачи воздуха с аэрозолем из неё в ёмкость для испытаний, в них были сделаны отверстия. Лампу поместили в камеру сгорания, и небольшая часть образовавшейся сажи направлялась из камеры сгорания в ёмкость для испытаний с помощью вентилятора и из-за прокачивания воздуха через 2 линии с суммарным расходом 20 л/мин (Фиг. 1). Концентрация сажи в ёмкости для испытаний измерялась и в ёмкости, и в воздухе, прошедшем через СИЗ, для вычисления эффективности очистки. И насос, и два измерителя концентрации сажи, были откалиброваны перед началом использования.

Фиг. 1. Схема лабораторной измерительной установки

 

Для изготовления трёх лицевых повязок мы использовали указания Центров (CDC, 2020b). Вкратце, мы сложили упомянутый выше материал (ткань) шириной около 10 см, поместили по краям две резинки (около 9 см), загнули концы (края), и надели получившуюся повязку на манекен из силикона (Фиг. 2). Хотя Центры рекомендовали стирать (мыть) и потом высушивать такие лицевые повязки, мы подвергали их той же самой дезинфекции, что и респираторы, и медицинские маски.

В таблице 1 показан график обработок и замеров. Проводили по 3 повторных замера, чтобы повысить воспроизводимость результатов. Маску надевали на манекен, манекен помещали в ёмкость для испытаний (см. Фиг. 1). Перед началом измерений, до зажигания лампы, мы измеряли фоновую концентрацию сажи в ёмкости для измерений, и за СИЗ (приборами № 2 и № 1 соответственно).

 

Поводили следующие виды измерений:

1. Проводили испытания респираторов и медицинских масок в условиях, когда они были надеты на манекены, и зазоры по периметру касания были устранены. Для устранения зазоров использовался, например, скотч для вентиляционных систем (Фиг. 3) – Moldex, надетый на (жёсткий) пластиковый манекен. Для устранения зазоров у 3М маску надели на силиконовый манекен (с эластичным наружным слоем), аккуратно отрегулировали, и с помощью дополнительной резинки придавили две эластичные упругие прокладки по бокам от носа (Фиг. 3).
2. Проводили измерения в условиях, более схожих с ноской СИЗ людьми. Для этого СИЗ надевали на (эластичный) силиконовый манекен, закрепляя резинки на ушах. (То есть, специальных мер для устранения зазоров по периметру касания – не предпринимали – прим.).
3. Проводили замеры степени очистки воздуха масками при использовании самодельного дополнительного носового уплотнения (описано ниже).

Фиг. 2. На фотографии показаны 3 лицевые повязки, самодельные, надетые на манекен. А) сделана из свитера, В) сделана их 100% хлопковой ткани, 3) сделана из шарфа, 100% полиэстер.

 

Таблица 1. График проведения обработки и измерений, использовавшийся при оценке трёх типов СИЗ при десятикратной дезинфекции. Использовались СИЗ плотно закрепленные на манекене. Выполнялось по 30 замеров (10 замеров на маску × 3 повтора для каждого типа СИЗ). У респиратора Moldex после 3 дезинфекции возникли проблемы с носовым уплотнением, и поэтому его проверяли только 3 раза.

	Базовая проверка	Нагрев 1	Цикл 1	Нагрев 2	Цикл 2	Нагрев 3	Цикл 3	Нагревы 4-10	Цикл 10
Moldex N95	30 замеров	До 77 град С, выдержка 30 минут	30 замеров	До 77 град С, выдержка 30 минут	30 замеров	До 77 град С, выдержка 30 минут	30 замеров	Не проводили	Не проводили
3M N95	30 замеров		30 зам.		30 зам.		30 зам.	До 77 град С, выдержка 30 минут	30 зам.
HSI медицинская маска	30 замеров		30 зам.		30 зам.		30 зам.		30 зам.

При проведении экспериментов, присоединяли трубки (к насосу), и включали приборы для измерения концентрации сажи не менее чем на 20 минут для первого эксперимента – каждый день. Затем закрывали крышку ёмкости для испытаний. Затем мы зажигали лампу в камере сгорания, включали вентилятор, и закрывали крышку камеры сгорания. Через 2 минуты мы начинали регистрировать концентрацию сажи, измерявшуюся двумя приборами. Для оценки очистки воздуха использовали среднее значение за интервал 5 минут (10 последовательных замеров длительностью 30 секунд каждый). Приборы (измерявшие концентрацию сажи) были включены в течение всего дня, пока проводили повторные замеры (по 3 раза для каждого вида СИЗ).

Фиг. 3. Плотное, без зазоров по периметру, крепление респиратора Moldex на пластиковом манекене с помощью скотча (А). Аналогично, крепление респиратора 3М с использованием резинки и двух эластичных уплотнений (В). Последний вид уплотнения подсказал идею – сделать самодельный уплотнитель для уменьшения зазоров у носа.

 

            Десятикратное проведение дезинфекции. Маски заворачивали в алюминиевую фольгу, и помещали в печку. Там их нагревали до 77 град С, и выдерживали 30 минут. Мы измеряли очистку воздуха от сажи и новыми, не прошедшими дезинфекционную обработку респираторами и медицинскими масками. Для этого их надевали на манекены, помещали в ёмкость для испытаний, и повторяли циклы (дезинфекция – замер) три раза. Посте четвёртой дезинфекции и до 10-й замеры не проводили, но в течение этих циклов маски снимали и надевали. При этом маска после нагрева остывала, её надевали на манекен и регулировали, и потом снимали для очередной дезинфекции. За счёт снимания и надевания, мы дополнительно сгибали и растягивали материал маски. При изучении лицевых повязок, измеряли степень очистки ими воздуха до дезинфекции, и потом после 10 дезинфекционных обработок.

 

            Проведение дезинфекции в домашних условиях. Эксперимент проводился для того, чтобы определить, возможно ли дезинфицировать СИЗ нагревом в домашних условиях, и как это делать.

1. После использования снимите маску за эластичные резинки оголовья, стараясь не касаться ни наружной, ни внутренней поверхности (там могут быть вирусы), и положите её в пакет из коричневой бумаги (для ланча). Закройте пакет, и напишите на нём имя. Использование маски одним и тем же человеком уменьшит её растягивание и износ.
2. Поместите бумажный пакет и маску в контейнер для печки с плотно закрывающейся крышкой. Мы использовали Reynolds Kitchens^TM oven bag.
3. Отрегулируйте печь, чтобы она поддерживала температуру 77 град С (170°F), и подождите, пока она нагреется.
4. Поместите контейнер для печки в центр предварительно нагретой печки.
5. Выставите таймер на 45 минут – чтобы успели прогреться пакет и маска внутри кухонного контейнера для печки.
6. Выньте контейнер из печки, и дайте ему остыть. Храните пакет из коричневой бумаги в пластиковом пакете с замком (застёжкой) Ziploc до следующего использования.

 

            При использовании дополнительного уплотнения в области носа, его нельзя дезинфицировать в печке, так как пластмасса расплавится. Его можно дезинфицировать с помощью хлорки или алкоголя (например, в плотно закрывающемся пакете).

 

            Изготовление носового уплотнения (снижающего попадание неотфильтрованного воздуха через зазоры в области носа). Имеется видеозапись (Yan et al., 2020). Вкратце, из листа термопластичной (способной многократно расплавляться и затвердевать при нагреве – охлаждении) пластмассы размером примерно 20 на 30 см, с помощью ножниц вырезают две полоски размером 20 на 1,3 см (Фиг. 4). Одна из них разрезается на три равные части длиной по ~6,5 см. вырезается полоска размером около 19 не 1,3 см из войлока (фетра), Фиг. 4. На неё сверху кладётся пластиковая полоска длиной 20 см. затем на пластиковую полоску кладутся две короткие – так, чтобы между ними, посередине, был промежуток 2,5 см. Соедините все части двумя зажимами (Е на Фиг. 4, аналог прищепки). Поместите всё вместе в горячую (60 град С / 140°F) воду, и держите в ней до тех пор, пока пластик не станет прозрачным. Выньте всё из воды, снимите зажимы (прищепки). Теперь все части соединились вместе, и при этом могут деформироваться. Возьмите полученную полоску, держа её горизонтально, войлоком/фетром к лицу. Прижмите её к носу и щекам так, чтобы она плотно к ним прилегала, соответствовала форме лица. Через 2 минуты изделие остынет, и сохранит форму, соответствующую лицу. Затем поместите один из концов в горячую воду, пока пластмасса не станет прозрачной и мягкой, и сразу сделайте в (нагретом конце) отверстие с помощью острого предмета (шила, авторучки и т.п.). Аналогично сделайте отверстие на другом конце. Вставьте в отверстия резинку длиной 45 см, и завяжите узелки на обоих концах (Фиг. 4). После надевания приспособления на голову, человек может вытянуть завязанные узелком концы резинки, и завязать их друг с другом, чтобы – при необходимости – обеспечить более плотное прилегание к лицу.

Фиг. 4. Основные части дополнительного пластикового уплотнения, и фотографии, показывающие то, как это уплотнение было надето на верхнюю часть респиратора и медицинской маски для более плотного, без зазоров, прилегания СИЗ к лицу. Части приспособления (показаны слева): A готовое приспособление для устранения зазоров между маской и лицом в области носа, B вырезанные из листа термопластичной пластмассы полоски, используемые для изготовления, C полоска из войлока/фетра, D резинки, E зажимы (прищепки).

 

            Мы проверили степень очистки воздуха респираторов класса N95 (3М), медицинской маски (HIS) и самодельных лицевых повязок при использовании описанного дополнительного уплотнения. СИЗ надевали на манекены, а на верхнюю их часть надевали приспособление, затем затягивали коны резинок до достижения плотного прилегания. Для проверки удобности использования, два соавтора носили маски вместе с дополнительным приспособлением по 5 часов каждый.

 

Статистический анализ. Для сравнения средних значений степени очистки воздуха СИЗ до и после дезинфекции; и также между случаем плотного крепления на манекене и крепления, имитирующего обычную носку, использовали проверку Стьюдента (t-test). Эта же проверка использовалась для определения того, нет ли значительных отличий между средними значениями степени очистки воздуха респираторами и, например, ожидаемым уровнем очистки 95% у фильтровального материала СИЗОД класса N95.

 

Результаты

Проверка правильности работы измерителей концентрации сажи и отсутствие систематичной погрешности при отборе проб воздуха

            Перед началом измерений, два отверстия для всасывания воздуха (измерителей концентрации сажи) помещали рядом в ёмкости для испытаний (вне СИЗ), чтобы проверить, что оба прибора дают одинаковые показания. Среднее отличие показаний было 12%, что говорит о том, что приборы работали правильно. Фоновая концентрация сажи, измеренная до начала проведения эксперимента (до зажигания керосиновой лампы) всегда была ниже 0,12 микрограмм/м3, по показаниям обоих приборов. Для сравнения, после зажигания лампы, концентрация была больше: по показаниям обоих приборов, от минимум 4 мкг/м³ до 100 мкг/м³.

            Чтобы проверить, не возникала ли систематичная погрешность измерений из-за разного расхода воздуха в двух отверстиях около рта манекена (10 л/мин у насоса, и 0,15 л/мин у измерителя концентрации сажи), мы сравнили результат измерений: полученные при всасывании воздуха около рта, в отверстии манекена, за маской, и при отборе проб из потока воздуха 10 л/мин (с помощью тройника), идущего в другое отверстие в манекене. Отличие в показаниях не превышало 12% при концентрации сажи ниже 10 мкг/м³, и не более 2% при концентрации сажи выше 10 мкг/м³. Соответствие результатов измерений в широком диапазоне концентраций сажи (от 0,8 до 80 мкг/м³) показывает отсутствие систематичной погрешности измерений концентрации наночастиц сажи (Фиг. 5).

Фиг. 5. Сравнение показаний двух измерителей концентрации сажи. Один прибор всасывал воздух при расходе 0,15 л/мин через отверстие в манекене, а другой (с помощью тройника) всасывал воздух через другое отверстие, при расходе 10 л/мин.

 

Сравнение степени очистки воздуха при отсутствии зазоров между маской и лицом, и при имитации обычного использования (статического)

            В таблице 2 сравниваются степени очистки воздуха у разных масок, как при отсутствии зазоров по периметру касания лица (уплотнение скотчем), так и при их наличии. При отсутствии зазоров, респираторы и медицинские маски очищали воздух значительно лучше, чем при имитации обычного использования. Это показывает, что плотное прилегание к лицу – важнейший фактор в обеспечении защиты от вдыхания аэрозолей с помощью СИЗОД. При использовании дополнительного уплотнения, даже медицинские маски улавливали 80% частиц сажи. Все фильтрующие респираторы или медицинские маски улавливали лишь ~40% частиц при имитации обычного использования, и большая часть из попавших в маску 60% частиц проходила через зазоры около носа. В зависимости от формы лица конкретного человека, все эти маски (включая жёсткую маску Moldex), могут защищать лучше или хуже, чем получилось в этом исследовании. А самодельные маски, при имитации обычной носки, показали большую степень очистки воздуха (55%), чем фильтрующие полумаски (40%).

 

Сохранение защитных свойств после многократной дезинфекции

            На Фиг. 6 показана эффективность очистки воздуха у респираторов и медицинских масок (при отсутствии зазоров между маской и лицом) до и после многократной дезинфекции. Средняя эффективность очистки воздуха после трёхкратной дезинфекции у 2 моделей респираторов была значительно выше 95%. Это подтверждает, что тепловая обработка не ухудшила способность улавливать частицы у этих моделей. Интересно, что у медицинской маски (точнее, у её фильтровального материала – прим.) степень очистки воздуха немного возросла: с 78 до 84% после первой дезинфекции; и сохранилась повышенной при последующих обработках. Но «базовое» значение (до первой дезинфекции) было нестабильно (Фиг. 6). У респиратора Moldex уплотняющая прокладка в области носа отслоилась, и поэтому мы не использовали их после трёх дезинфекций. Кроме того, мы проверили респираторы Moldex, взятые из той же коробки. Отслоение носового уплотнения произошло у всех экземпляров – не подвергавшихся тепловой обработке вообще. У респиратора 3М и у медицинской маски HSI после 10 циклов дезинфекции никаких признаков нарушения целостности не наблюдалось. У лицевых повязок из ткани обнаружилась схожая тенденция, статистически значимая (Фиг. 7).

           

Таблица 2. Сравнение степени очистки воздуха (%, в скобках – стандартное отклонение) при использовании трёх разных способов испытаний: устранение зазоров между маской и лицом с помощью скотча или дополнительного прижимания маски около носа (Фиг. 2, после трёх циклов дезинфекции); при имитации обычного использования (статического), после 3 циклов дезинфекции; и при надевании с дополнительным самодельным уплотнением (после 10 циклов дезинфекции).

	Moldex	3М	Медицинская маска	Лицевые повязки
Устранены зазоры	99,4 (0,4)***	95,2 (6,1)***	78,8 (21,6)***	Не измерялиа
Имитация нормального использования	43,0 (7,1)	39,6 (18,4)	41,69 (17,1)	54,4 (13,6)
С использованием самодельного уплотнения	Не измерялиb	97,7 (3,7)***	88,1 (13,6)***	51,6 (8,8)#

Примечания:

a невозможно устранить зазоры.

b все носовые уплотнения у трёх респираторов Moldex отсоединились, и эти респираторы при проведении дальнейших экспериментов – не использовали.

***р<0,0001, нулевая гипотеза (это же значение, при сравнении с имитацией обычного использования), можно отвергнуть.

# р=0,19, нулевая гипотеза (это же значение, при сравнении с имитацией обычного использования), нельзя отвергнуть.

 

Фиг. 6. Средняя эффективность очистки воздуха у респираторов Moldex, 3M и хирургических масок (при отсутствии зазоров между маской и лицом): начальное значение (до первой дезинфекции), и значения после дезинфекции, 10 циклов. Дополнительно показаны стандартное отклонения (error bar). Из-за нарушения целостности (отслоения носового уплотнения) замеры у Moldex после 3 дезинфекций не показаны, т.к. не проводились. У всех респираторов класса N95 эффективность очистки воздуха была значительно выше 95% (t-test Стьюдента, р<0,05). У медицинской маски, после 2, 3 и 10 обработок, эффективность очистки воздуха была значительно выше, чем до первой дезинфекции.

 

Фиг. 7. Средняя эффективность очистки воздуха у трёх лицевых повязок, до первой дезинфекции, и после десяти обработок. Показаны стандартные отклонения.

 

Носка масок во время экспериментов

            Мы не заметили никаких изменений цвета у респираторов N95, изменений эластичности лент оголовья, сгибаемости пластинки (используемой для придания формы маске в области носа). Но у респиратора Moldex после второй обработки произошло отслоение уплотняющей прокладки (около носа). У респиратора 3М и у медицинской маски никаких нарушений целостности не наблюдалось.

 

Использование бытовой техники для дезинфекции

            У населения нет возможности использовать для дезинфекции специальное оборудование, которое есть в лабораториях и госпиталях. Поэтому важно обеспечит возможность проводить дезинфекцию дола, после каждого выхода из дома (поездка в общественном транспорте, покупка продуктов и др.). Полученные в этом исследовании результаты показывают, что эффективность очистки воздуха после дезинфекции остаётся высокой. Мы помещали маски в мешок для печки, чтобы устранить риск разноса вирусов с маски (при обработке) в помещения дома. Использование мешка для печки гарантировало, что газ и вирусы останутся внутри контейнера.

 

Улучшение защитных свойств за счёт использования дополнительного носового уплотнения

            2 соавтора подогнали описанные ранее дополнительные пластиковые уплотнения к форме своего лица, и использовали их по 5 часов с масками. Никакого дискомфорта не заметили. В таблице 2 приводятся значения эффективности очистки воздуха при использовании трёх респираторов 3М и трёх медицинских масок HIS с дополнительным лицевым уплотнением, после 10 циклов дезинфекции. У 3М эффективность возросла с (средние значения) ~40% до 98%; у медицинской маски HSI с 42% до 88%.                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                

 

Обсуждение

Защита от коронавируса

            Главной целью использования масок населением в общественных местах, как это рекомендовали Центры (CDC) и правительство, является уменьшение риска распространения инфекции от того, кто использует маску (за счёт улавливания капель и аэрозоля) – так как люди могут быть больны, не имея симптомов. Исследований того, как разные маски влияют на распространение инфекции, при их использовании медиками, немного; и результаты не согласуются друг с другом (MacIntyre et al., 2017; Offeddu et al., 2017; Radonovich et al., 2019; Smith et al., 2016). В двух исследованиях использования масок дома не было получено никаких подтверждений того, что они обеспечивают защиту от вирусов. Но, возможно, это объясняется их не постоянным использованием участниками исследований (Cowling et al., 2008; Maclntyre et al., 2009).

            Для защиты медицинских работников, которые лечат больных коронавирусом, рекомендовано использовать фильтрующие респираторы класса N95 (примерно соответствуют FFP2, P2) – при обеспечении плотного прилегания к лицу. Это позволяет снизить риск вдыхания не только крупных капель, но и мелких частиц – хотя пока нет достоверных доказательств того, что живые коронавирусы могут присутствовать в маленьких частицах, которые могут длительное время находиться в воздухе, не оседая. Проведённое недавно исследование обнаружило вирусную РНК в воздухе - при отборе проб воздуха в изолированных помещениях, где лечили больных коронавирцусом SARS-CoV-2 и менее серьёзными заболеваниями (Santarpia et al., 2020). Однако в одном исследовании жизнеспособный коронавирус был обнаружен в помещении для медработников в госпитале Уханя (Wuhan Hospital), где СИЗ снимали и надевали перед подгонкой к лицу (Liu et al., 2020), но не после этого. А в другом исследовании, в Сингапуре, не были обнаружены признаки присутствия коронавируса в помещениях госпиталя (Ong et al., 2020).

            Таким образом, хотя специалисты не пришли к единому мнению о возможности заражения коронавирусом воздушным путём, использование респираторов и лицевых повязок обеспечивает некоторый значительный уровень защиты (того, кто их носит) от вдыхания очень маленьких и маленьких частиц, размер которых схож с размером коронавируса. В то же время, степень очистки воздуха не была высокой даже в проведённых статических экспериментах. Это показывает, что для предотвращения распространения инфекции необходимо соблюдать требования гигиены, мыть руки, держаться на расстоянии друг от друга. В этом исследовании степень очистки воздуха фильтром использовалась как показатель того, насколько хорошо респиратор или лицевая повязка способны улавливать вирусы, исходящие и от того, кто использует СИЗ, и при защите от окружающего загрязнённого воздуха.

 

Повторное использование масок для смягчения их нехватки

            Это исследование показало, что респираторы и медицинские маски могут хорошо улавливать частицы и после дезинфекции. Мы не использовали коронавирусы для испытаний, а вместо них использовали частицы сажи сразу после её получения. Диапазон размер таких частиц перекрывает диапазон размеров вирусов (60-140 нм). Ряд исследований показал, что нагрев сухим воздухом до температуры 70 град С и выше и выдержка в течение 30 минут адекватно уничтожает коронавирус (Fischer et al., 2020; Song et al., 2020). Хотя такая обработка эффективно уничтожает вирусы, она не является стандартным способом дезинфекции, который многократно проверен и широко используется. Например, обработка в автоклаве при температуре 121 град С используется для уничтодения патогенов, таких как холера. Наше исследование дало прямые свидетельства того, что маски сохраняют способность очищать воздух. Проведённое ранее в Стэнфорде исследование изучало только образец фильтра, измерялась очистка воздуха образцом после дезинфекции. Фишер и др. использовали куски фильтровального материала, вырезанные из респираторов класса N95. Они пришли к выводу, что после второй дезинфекционной обработки защитные свойства ухудшаются. (Но) вырезание куска материала может нарушить его целостность, структуру, повлиять на свойства, и (может оказаться) не надёжным способом проверки способности СИЗ защищать после дезинфекции. Результаты нашего исследования показывают, что медицинских масок после первой дезинфекции обнаружилось увеличение степени очистки воздуха, которое сохранилось при последующих обработках (Фиг. 6). Это может объясняться, например, уменьшением влажности материала после дезинфекции. Однако точное определение причин требует дополнительного изучения.

 

Необходимо соблюдать осторожность, проверяя целостность маски, особенно носовой прокладки

            Наши результаты показывают, что большинство СИЗ могут использоваться многократно. Мы не обнаружили повреждения или износа резинок оголовья, носовой прокладки, и краёв респиратора 3М и медицинской маски HIS. Но у другой модели респиратора (Moldex) обнаружилось отслоение прокладки в области носа. При проведении этого исследования, тепловая обработка не приводила к разрушению связи между прокладкой и маской, которую (непрочное крепление) мы обнаружили в других экземплярах респиратора той же модели, не прошедших тепловую обработку. При испытаниях респиратора Moldex, мы размещали прокладку на соответствующем месте, и проводили циклы обработки и измерения № 2 и 3. Но оказалось, что добиться плотного прилегания маски к манекену после отслоения прокладки стало сложнее. Этот результат может не соответствовать случаю использования респиратора людьми, но он показывает, что обработка масок может повлиять на их способность плотно прилегать к лицу, и соответственно – на степень очистки вдыхаемого воздуха.

 

Использование бытовой техники для дезинфекции.

            Как упоминалось выше, у населения может отсутствовать возможность использовать специальное оборудование для дезинфекции (лампы, излучающие ультрафиолет, или герметичные камеры для обработки перекисью водорода). У жителей может отсутствовать возможность использовать хлорку или спирт 70% во время эпидемии. В идеале, следует маски должны эффективно дезинфицироваться и повторно использоваться для снижения нагрузки на поставщиков, и обеспечения улучшенной защиты врачей. Для этого можно использовать описанный в статье способ тепловой обработки, с использованием домашней бытовой печки, и закрывающихся ёмкостей. У разных печек может быть разный диапазон поддерживаемых температур. Поэтому необходимо проверить, могут ли они поддерживать температуру не менее 71 град С (160°F). Мы настоятельно рекомендуем соблюдать меры безопасности – проводить обработку, предварительно поместив СИЗ в плотно закрывающуюся ёмкость.

 

Низкая эффективность очистки воздуха при имитации обычного использования СИЗ

            Это исследование показало, что можно значительно уменьшить попадание под маску неотфильтрованного воздуха используя две прокладки (сделанные из губки для мытья), поместив их около носа под дополнительную резиновую ленту (таблица 2). Если сравнивать результаты этого исследования с результатами, полученными Jung et al. 2014, эффективность очистки воздуха была низкой, всего лишь ~ 40%. Это очень важно, и необходимо изменить конструкцию для улучшения защитных свойств. Полученный результат соответствует результатам исследований, проведённых ранее fit (Coffey et al., 2004; Crutchfield et al., 1999; Jung et al., 2014; Lee et al., 2008). Подтвердилось, что наибольшее просачивание неотфильтрованного воздуха может произойти в области носа (He et al., 2013). В респираторе 3М и медицинской маске для подгонки к лицу около носа используется изгибаемая металлическая пластинка. Она может придать маске подходящую форму, но не создаёт достаточного давления. Дополнительное придавливание прокладками из губки и резиновой лентой улучшило защитные свойства СИЗ. Результат показывает, что изготовители СИЗ и граждане могут найти более приемлемые и эстетичные решения.

 

Улучшение защитных свойств за счёт использования недорогого дополнительного уплотнения

            При низкой степени очистки (вдыхаемого) воздуха, всего 40%, вероятность вдохнуть биоаэрозоль высока. На основе результатов, полученных при использовании прокладок и резиновой ленты, мы сочли, что создание дополнительного прижимающего давления в области носа (а не по всему периметру касания маски) улучшит её защитные свойства. Использование термопластичной пластмассы позволило изготовить уплотнение, подгоняемое к лицу индивидуально. Полученная высокая эффективность очистки показывает, что уплотнение снизило попадание неотфильтрованного воздуха. Толщина уплотнения всего 4 мм, и оно не ухудшает обзор, если смотреть вниз. Два соавтора использовали это уплотнение по 5 часов, и не почувствовали никакого дискомфорта (покраснения кожи, головной боли, утомления). Кроме того, уплотнение недорогое. Лист пластика стоит примерно 6 USD, и из него можно сделать 12 уплотнений. С учётом стоимости войлока/фетра и резинок, расходы на уплотнение будут меньше 2 USD. Но из-за того, что уплотнение сделано из термопластичной пластмассы, его нельзя дезинфицировать в печке, или феном. Можно использовать хлорку или спирт (если есть).

            В этом исследовании не только показано, как можно дезинфицировать СИЗ в бытовых печках перед повторным использованием, но и показано, как можно заметно улучшить защитные свойства СИЗ с помощью недорогого уплотнения. Неоднократное использование масок населением снизит их нехватку, и поможет сохранить здоровье за счёт уменьшения распространения инфекции.

            Это исследование проводилось из-за эпидемии коронавируса, но полученные результаты применимы и при других эпидемиях, которые, скорее всего, случатся в будущем. Результаты могут быть полезны и для значительного уменьшения воздействия воздушных загрязнений, например – пыльцы растений.

 

Ограничения

            У этого исследования есть ряд ограничений, так как оно проводилось в условиях эпидемии, и на дому. Мы старались разработать методы, позволяющие населению дезинфицировать маски перед повторным использованием, и повысить их эффективность. Для защиты тех, кто использует маски на рабочем месте, предложенные методы должны быть (дополнительно) проверены, так как на рабочем месте СИЗ используются в более сложных условиях. Проверка защитных свойств респираторов в статических условиях, на манекене, значительно завышает эффективность – по сравнению с измерениями, проводимыми на подвижном испытателе (Grinshpun et al., 2009). Влияние дезинфекции на попадание неотфильтрованного воздуха в маску через зазоры в месте касания лица не было адекватно изучено в нашей работе, и это следует учесть при проведении новых исследований. Все замеры проводились при небольшом расходе воздуха (10 л/мин), что соответствует расходу воздуха у взрослого человека в покое. А при сертификации респираторов в Институте охраны труда (NIOSH) используется расход воздуха 85 л/мин (NIOSH, 2009, 2019). Аэрозоль сажи не использовали как стандартное воздушное загрязнение для испытания защитных свойств СИЗОД. Движение воздуха с постоянным расходом хуже соответствует циклическому движению при дыхании людей, а это может повлиять на использование СИЗ (Bahloul et al., 2014; Haruta et al., 2008). Мы не проверили, может ли использование дополнительного носового уплотнения (самодельного) улучшить защитные свойства при разговаривании и движении. А нехватка времени не позволила проверить большее число моделей респираторов и масок.

 

 

Выводы

            Полученные результаты однозначно показывают, что сухая дезинфекция нагретым воздухом у ряда респираторов и медицинских масок не ухудшает способность фильтра улавливать аэрозоль, даже при неоднократной обработке. Разработана простая инструкция по дезинфекции СИЗ в домашних условиях, с помощью бытовой техники. Люди могут дезинфицировать респираторы и медицинские маски с неповреждённым носовым уплотнением, нагревая их в бытовой печке до температуры 77 град С, и выдерживая при этой температуре 30 минут. Если маска не ухудшит свои свойства, такую обработку можно проводить 10 раз, а потенциально – и ещё больше. То, что эффективность очистки воздуха оказалась значительно ниже при имитации обычного использования (у всех видов СИЗ), показывает, что необходимо уделять больше внимания тому, как маски используются. Также результаты показали, что самодельные лицевые повязки могут быть такими же эффективными (как средство защиты от вдыхания загрязнений), как и сертифицированные респираторы и медицинские маски (при нормальном использовании, когда между маской и лицом могут образовываться зазоры). Поэтому следовало бы обеспечивать именно респираторами в первую очередь медиков, а не население. Необходимо изучить способность лицевых повязок прилегать к лицу, и создаваемый ими дискомфорт. Снижение эффективности защиты из-за просачивания неотфильтрованного воздуха через зазоры отмечалось неоднократно и ранее, и необходимо принять меры для его снижения. Мы показали, что использование самодельного носового уплотнения, которое можно сделать соответствующим форме лица конкретного человека, значительно уменьшает просачивание неотфильтрованного воздуха, и снижает загрязнённость вдыхаемого воздуха (в статических условиях). При носке этого недорогого устройства (цена материала ниже 2 USD) в течение нескольких часов оно не создавало дискомфорта.

 

Благодарности

Мы признательны Doctor Kristy Bauer из Good Samaritan Hospital, предоставившего нам респираторы 3M N95 и медицинские маски HSI surgical masks, и Henry Rivkin из Only Mannequins позволившего нам приобрести пластиковый манекен в сжатые сроки (менее чем за 5 дней). Мы благодарны Mr. Joshua Turi (Designs to Deceive, LLC), который переживал из-за нехватки масок, и пожертвовал для проведения исследования манекен из силикона. Мы признательны Jason Kantrowitz (Luminous Ventures Ltd.), который нашёл Mr. Turi. Также мы признательны James Ross из LDEO, который помог приготовить фильтры для воздушного насоса. Drs. Haidong Kan и Jing Cai поделились подробными сведениями о том, какие методы дезинфекции они использовали. Мы признательны членам международного общества респираторной защиты за то, что они быстро отрецензировали статью, и за их конструктивные замечания, позволившие её улучшить. Выполнение этого исследования отчасти финансировалось NIEHS P30 ES009089. Это вклад LDEO contribution # 8399.

 

Литература

Arnold, I.J.; Berger, C.; Chakrabarty, R.K.; Moosmüller, H.; Sharma, N.; Mazzoleni, C., (2014) The iron lung: a device for the continuous delivery of fine particulate matter. Review of Scientific Instruments, 85(2), 025105. DOI: 10.1063/1.4865114

Bahloul, A.; Mahdavi, A.; Haghighat, F.; Ostiguy, C., (2014) Evaluation of N95 Filtering Facepiece Respirator Efficiency with Cyclic and Constant Flows. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 11(8), 499-508. doi: 10.1080/15459624.2013.877590

Baitimirova, M.; Osite, A.; Katkevics, J.; Viksna, A., (2012) Structure analysis and size distribution of particulate matter from candles and kerosene combustion in burning chamber. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 38, 012056, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1757-899X/38/1/012056 

Cai, J.; Yan, B.; Ross, J.; Zhang, D.N.; Kinney, P.L.; Perzanowski, M.S., . . . Chillrud, S.N., (2014) Validation of microaeth as a black carbon monitor for fixed-site measurement and optimization for personal exposure characterization Aerosol and Air Quality Research, 128, 35–41. PMCID: PMC4240508 doi: 10.4209/aaqr.2013.03.0088

Cascella, M.; Rajnik, M.; Cuomo, A.; Dulebohn, S.C.; Di Napoli, R., (2020) Features, evaluation and treatment coronavirus (COVID-19), StatPearls [Internet]. StatPearls Publishing https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK554776/ .

CDC, (2020a) Decontamination and Reuse of Filtering Facepiece Respirators. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/ppe-strategy/decontamination-reuserespirators.html

CDC, (2020b) Recommendation Regarding the Use of Cloth Face Coverings, Especially in Areas of Significant Community-Based Transmission.

https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/prevent-getting-sick/cloth-face-cover.htmlhttps://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/hcp/ppestrategy/decontamination-reuse-respirators.html

Coffey, C.; Lawrence, R.; Campbell, D.; Zhuang, Z.; Calvert, C.; Jensen, P., (2004) Fitting Characteristics of Eighteen N95 Filtering-Facepiece Respirators. Journal of occupational and environmental hygiene, 1(4), 262-71. doi: 10.1080/15459620490433799

Cowling, B.J.; Fung, R.O.P.; Cheng, C.K.Y.; Fang, V.J.; Chan, K.H.; Seto, W.H., . . . Leung, G.M., (2008) Preliminary Findings of a Randomized Trial of Non-Pharmaceutical Interventions to Prevent Influenza Transmission in Households. Plos One, 3(5):e2101. doi: 10.1371/journal.pone.0002101.

Crutchfield, C.D.; Fairbank, E.O.; Greenstein, S.L., (1999) Effect of test exercises and mask donning on measured respirator fit. Applied occupational and environmental hygiene, 14(12), 827-837. doi: 10.1080/104732299302062

Davies, A.; Thompson, K.A.; Giri, K.; Kafatos, G.; Walker, J.; Bennett, A., (2013) Testing the efficacy of homemade masks: would they protect in an influenza pandemic? Disaster Medicine and Public Health Preparedness, 7(4), 413-8. PMC7108646. doi: 10.1017/dmp.2013.43 https://www.researchgate.net/publication/258525804_Testing_the_Efficacy_of_Homemade_Masks_Would_They_Protect_in_an_Influenza_Pandemic

Duan, S.M.; Zhao, X.S.; Wen, R.F.; Huang, J.J.; Pi, G.H.; Zhang, S.X., . . . Dong, X.P., (2003) Stability of SARS coronavirus in human specimens and environment and its sensitivity to heating and UV irradiation. Biomedical and Environmental Sciences 16(3), 246-55

https://www.researchgate.net/publication/8995908_Stability_of_SARS_Coronavirus_in_Human_Specimens_and_Environment_and_Its_Sensitivity_to_Heating_and_UV_Irradiation

Fischer, R.; Morris, D.H.; van Doremalen, N.; Sarchette, S.; Matson, J.; Bushmaker, T., . . . Munster, V., (2020) Assessment of N95 respirator decontamination and re-use for SARS-CoV-2. medRxiv, 2020.04.11.20062018. doi: https://doi.org/10.1101/2020.04.11.20062018

Grinshpun, S.A.; Haruta, H.; Eninger, R.M.; Reponen, T.; McKay, R.T.; Lee, S.A., (2009) Performance of an N95 Filtering Facepiece Particulate Respirator and a Surgical Mask During Human Breathing: Two Pathways for Particle Penetration. Journal of Occupational and Environmental Hygiene, 6(10), 593-603. Doi  https://doi.org/10.1080/15459620903120086

Haruta, H.; Honda, T.; Eninger, R.; Reponen, T.; McKay, R.; Grinshpun, S., (2008) Experimental and theoretical investigation of the performance of N95 respirator filters against ultrafine aerosol particles tested at constant and cyclic flows. Journal of the International Society for Respiratory Protection, 25, 75-88.

He, X.J.; Grinshpun, S.A.; Reponen, T.; Yermakov, M.; McKay, R.; Haruta, H.; Kimura, K., (2013) Laboratory Evaluation of the Particle Size Effect on the Performance of an Elastomeric Half-mask Respirator against Ultrafine Combustion Particles. Annals of Occupational Hygiene, 57(7), 884-897. Doi   10.1093/annhyg/met014 https://www.researchgate.net/publication/236266182_Laboratory_Evaluation_of_the_Particle_Size_Effect_on_the_Performance_of_an_Elastomeric_Half-mask_Respirator_against_Ultrafine_Combustion_Particles

Heimbuch, B.K.; Wallace, W.H.; Kinney, K.; Lumley, A.E.; Wu, C.-Y.; Woo, M.-H.; Wander, J.D., (2011) A pandemic influenza preparedness study: use of energetic methods to decontaminate filtering facepiece respirators contaminated with H1N1 aerosols and droplets. American journal of infection control, 39(1), e1-e9. doi: 10.1016/j.ajic.2010.07.004

JHU, (2020) Coronavirus COVID-19 Global Cases by the Center for Systems Science and Engineering (CSSE) at Johns Hopkins University (https://coronavirus.jhu.edu/map.html)

Jung, H.; Kim, J.; Lee, S.; Lee, J.; Kim, J.; Tsai, P.; Yoon, C., (2014) Comparison of filtration efficiency and pressure drop in anti-yellow sand masks, quarantine masks, medical masks, general masks, and handkerchiefs. Aerosol and Air Quality Research, 14(14), 991-1002. DOI: 10.4209/aaqr.2013.06.0201

Kenney, P.; Chan, B.K.; Kortright, K.; Cintron, M.; Havill, N.; Russi, M., . . . Martinello, R., (2020) Hydrogen Peroxide Vapor sterilization of N95 respirators for reuse. medRxiv, 2020.03.24.20041087. doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.24.20041087

Lee, S.A.; Grinshpun, S.A.; Reponen, T., (2008) Respiratory performance offered by N95 respirators and surgical masks: human subject evaluation with NaCl aerosol representing bacterial and viral particle size range. The Annals of Occupational Hygiene, 52(3), 177-85.

Liu, Y.; Ning, Z.; Chen, Y.; Guo, M.; Liu, Y.; Gali, N.K., . . . Lan, K., (2020) Aerodynamic Characteristics and RNA Concentration of SARS-CoV-2 Aerosol in Wuhan Hospitals during COVID-19 Outbreak. bioRxiv, 2020.03.08.982637. doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.08.982637 

Long, C.M.; Nascarella, M.A.; Valberg, P.A., (2013) Carbon black vs. black carbon and other airborne materials containing elemental carbon: Physical and chemical distinctions. Environmental Pollution, 181, 271-286.  DOI: 10.1016/j.envpol.2013.06.009 https://www.researchgate.net/publication/249319066_Carbon_black_vs_black_carbon_and_other_airborne_materials_containing_elemental_carbon_Physical_and_chemical_distinctions 

MacIntyre, C.R.; Chughtai, A.A.; Rahman, B.; Peng, Y.; Zhang, Y.; Seale, H., . . . Wang, Q., (2017) The efficacy of medical masks and respirators against respiratory infection in healthcare workers. Influenza and other respiratory viruses, 11(6), 511-517. doi: 10.1111/irv.12474

Maclntyre, C.R.; Cauchemez, S.; Dwyer, D.E.; Seale, H.; Cheung, P.; Browne, G., . . . Ferguson, N., (2009) Face Mask Use and Control of Respiratory Virus Transmission in Households. Emerging Infectious Diseases, 15(2), 233-241. doi: 10.3201/eid1502.081167.

Martella, M.S.; Ross, A.; Le, C., Research to Mitigate a Shortage of Respiratory Protection Devices During Public Health Emergencies Report for the Period; Contract number: HHSF223201400158C; 2019. https://www.ara.com/sites/default/files/MitigateShortageofRespiratoryProtectionDevices.pdf 

NIOSH, (2009) Determination of particulate filter penetration test powered air-purifying respirator filters standard testing procedure (Procedure No. TEB-APR-STP-0001).  https://www.cdc.gov/niosh/npptl/stps/pdfs/TEB-APR-STP-0001-508.pdf 

NIOSH, (2019) Determination of Particulate Filter Efficiency Level for N95 Series Filters Against Solid Particulates for Non-Powered, Air-Purifying Respirators Standard Testing Procedure (STP) Revision 3.2 (TEB-APR-STP-0059). https://www.cdc.gov/niosh/npptl/stps/pdfs/TEB-APR-STP-0059-508.pdf 

Offeddu, V.; Yung, C.F.; Low, M.S.F.; Tam, C.C., (2017) Effectiveness of Masks and Respirators Against Respiratory Infections in Healthcare Workers: A Systematic Review and Meta-Analysis. Clinical Infectious Diseases, 65(11), 1934-1942. doi: 10.1093/cid/cix681 https://academic.oup.com/cid/article/65/11/1934/4068747 

Ong, S.W.X.; Tan, Y.K.; Chia, P.Y.; Lee, T.H.; Ng, O.T.; Wong, M.S.Y.; Marimuthu, K., (2020) Air, Surface Environmental, and Personal Protective Equipment Contamination by Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) From a Symptomatic Patient. JAMA.  doi:10.1001/jama.2020.3227. https://jamanetwork.com/journals/jama/fullarticle/2762692 

Price, A.; Chu, L., (2020) Can face masks be safely disinfected and reused? https://stanfordmedicine.app.box.com/v/covid19-PPE-1-2  

Radonovich, L.J.; Simberkoff, M.S.; Bessesen, M.T.; Brown, A.C.; Cummings, D.A.T.; Gaydos, C.A., . . . Res, P.I., (2019) N95 Respirators vs Medical Masks for Preventing Influenza Among Health Care Personnel A Randomized Clinical Trial. Jama-Journal of the American Medical Association, 322(9), 824-833. doi: 10.1001/jama.2019.11645

Rengasamy, S.; Eimer, B.; Shaffer, R.E., (2010) Simple Respiratory Protection—Evaluation of the Filtration Performance of Cloth Masks and Common Fabric Materials Against 20–1000 nm Size Particles. The Annals of Occupational Hygiene, 54(7), 789-798. doi: 10.1093/annhyg/meq044 

Santarpia, J.L.; Rivera, D.N.; Herrera, V.; Morwitzer, M.J.; Creager, H.; Santarpia, G.W., . . . Lowe, J.J., (2020) Transmission Potential of SARS-CoV-2 in Viral Shedding Observed at the University of Nebraska Medical Center. medRxiv, 2020.03.23.20039446. doi: https://doi.org/10.1101/2020.03.23.20039446

Servick, K., (2020) Would everyone wearing face masks help us slow the pandemic? Science Magazine, 03/27/2020 https://www.sciencemag.org/news/2020/03/not-wearing-masks-protect-againstcoronavirus-big-mistake-top-chinese-scientist-says

Sheikh, K., (2020) More Americans Should Probably Wear Masks for Protection - Experts have started to question whether masks may offer at least some protection to healthy individuals and essential workers, New York Times; 03/27/202 https://www.nytimes.com/2020/03/27/health/us-coronavirus-face-masks.html   

Smith, J.D.; MacDougall, C.C.; Johnstone, J.; Copes, R.A.; Schwartz, B.; Garber, G.E., (2016) Effectiveness of N95 respirators versus surgical masks in protecting health care workers from acute respiratory infection: a systematic review and meta-analysis. Canadian Medical Association Journal, 188(8), 567-574.

Song, W.; Pan, B.; Haidong, K.; Xu, Y.; Yi, Z., (2020) Evaluation of heat inactivation of virus contamination on medical mask. Journal of Microbes and infections, 15(1), 31-35. http://jmi.fudan.edu.cn/EN/abstract/abstract820.shtml 

Viscusi, D.J.; Bergman, M.S.; Eimer, B.C.; Shaffer, R.E., (2009) Evaluation of five decontamination methods for filtering facepiece respirators. The Annals of Occupational Hygiene, 53(8), 815-27. PMC2781738.DOI: 10.1093/annhyg/mep070 

Yan, B.; Kennedy, D.; Miller, R.L.; Cowin, J.P.; Jung, K.-h.; Perzanowski, M., . . . Chillrud, S.N., (2011) Validating a nondestructive optical method for apportioning colored particulate matter into black carbon and additional components. Atmospheric Environment, 45(39), 7478-7486. PMCID: PMC3223915. doi: 10.1016/j.atmosenv.2011.01.044

Yan, R., (2020) https://www.youtube.com/playlist?list=PLXtE1kgf4F3m79K4ZE2d6QLl7yuROWcdn.

 

[1] В США медицинские (хирургические) маски сертифицируют. Они должны, например, не допускать попадания в рот струйки заражённой жидкости (если случайно брызнет в лицо патологоанатома) – это проверяется на лабораторном стенде.

[2] N95 – класс противоаэрозольных фильтров (классификация США), улавливающих не менее 95% мелкодисперсных частиц, может не сохранять свои свойства при воздействии аэрозоля масла. Примерно соответствует FFP2 и Р2 в ЕС/РФ, средняя эффективность.