UVGI в верхней зоне помещения: стратегия борьбы с инфекционными заболеваниями
Автор: Дэвид Скелтон
На протяжении почти столетия ультрафиолетовая бактерицидная технология эффективно использовалась для уничтожения поверхностных и переносимых по воздуху микробов, таких как туберкулез, корь и другие. Но по причинам, которые трудно определить, его применение в основном ограничивалось такими зонами повышенного риска, как отделения неотложной помощи и хирургические кабинеты. Ситуация изменилась за несколько месяцев после вспышки COVID-19. Внезапно самые разные учреждения — от церквей до парикмахерских — искали способы безопасно вернуться к нормальной жизни. Неудивительно, что их поиск привел многих к ультрафиолетовому бактерицидному облучению (UVGI), особенно в верхней комнате.(UVGI), как способ снизить риск заражения. В этой статье объясняем в форме, доступной для всех владельцев и менеджеров зданий, что такое UVGI верхней комнаты, чем UVGI верхней комнаты отличается от других УФ-стратегий, и что делает его особенно актуальным решением для широкого спектра основных приложений сегодня.
Для тех, кто может не знать, хотим подчеркнуть, что UVGI не является ни новым, ни бездоказательным методом. Его эффективность в отношении микробной инактивации изучается и документируется с 1930-х годов. Он успешно используется для борьбы с распространением карманных вспышек кори и туберкулеза, а также для уничтожения дополнительных микробов в воздухе и на поверхности, включая ветряную оспу, эпидемический паротит и вирусы простуды. Кроме того, Центр по контролю за заболеваниями (CDC) и Американское общество инженеров по отоплению, холодильной технике и кондиционированию воздуха (ASHRAE) признали UVGI эффективным средством борьбы с распространением вирусных и бактериальных микробов.
В таком случае, почему бактерицидный ультрафиолетовый (УФ-С) свет не применяется в зданиях с большей регулярностью? И почему мы не слышали о технологии раньше?
Нет однозначного ответа, кроме, пожалуй, того, что исторически фармакология и вакцины занимали центральное место в борьбе с инфекционными заболеваниями. Как общество, мы со временем перешли от культуры профилактики к культуре постфактум и вакцинам. Но если серьезность пандемии COVID-19 и научила нас чему-то, так это тому, что ожидание вакцины может быть мучительным, не говоря уже о разрушительных экономических последствиях.
Также было ограниченное количество случаев, когда при неправильном применении или использовании имели место временные травмы. Тем не менее, при правильном применении и основных мерах безопасности UVGI вполне безопасен и не связан с какими-либо долгосрочными последствиями для здоровья. Образование — ключ к тому, чтобы эта технология заняла свое законное место в стратегии здорового строительства и готовности к пандемии. Это начинается с краткого объяснения ультрафиолетового излучения и того, как с ним можно манипулировать, чтобы инактивировать болезнетворные микробы.
Что такое UVGI и как оно работает?
УФ-свет, электромагнитное излучение, подразделяется на четыре диапазона длин волн, измеряемых в нанометрах (нм): вакуумный УФ (от 100 до 200 нм), УФ-С (от 200 до 280 нм), УФ-В (от 280 до 315 нм). и УФ-А (от 315 до 400 нм). Из них УФ-С свет является наиболее полезным средством дезинфекции. В этом конкретном диапазоне УФ-свет поглощается ДНК, РНК и белками биологических организмов. Когда происходит это всасывание, организм больше не может воспроизводить или заражать другие организмы, включая людей. Продолжительность и уровень воздействия УФ-С, необходимые для дезактивации, незначительно варьируются от микроба к микробу, но обычно дезактивация происходит в течение секунд. (См. Таблицу 1, в которой перечислены хорошо известные патогены, которые были деактивированы УФ-светом на момент написания этой статьи.)
Таблица 1: Известные патогены, дезактивированные с помощью УФ-излучения
В приложениях UVGI УФ-C на длинах волн, близких к 254 нм, доставляется через ртутные лампы низкого давления, которые можно применять несколькими способами для дезинфекции воздуха, поверхностей и даже питьевой воды.
Лампы UV-C для поверхностного применения могут быть стационарными или переносными и предназначены для использования в помещениях, в которых в настоящее время нет людей. Лампы УФ-С для дезинфекции воздуха обычно применяются одним из двух способов: они могут быть установлены в системе механической обработки воздуха здания (метод, известный как «внутриканальный» UVGI) для дезинфекции приточного воздуха в здании; или они могут быть включены как часть специально разработанных приспособлений, которые устанавливаются на стенах и / или потолках для дезинфекции воздуха в помещении. Последний метод, обычно называемый UVGI «верхний воздух» или «верхняя комната», специально нацелен на загрязняющие вещества в занятом помещении., в то время как воздуховод UV-C обрабатывает подаваемый или рециркулирующий воздух перед его подачей в помещение. Таким образом, UVGI в верхней комнате обрабатывает воздух, близкий к источнику загрязнения (людям), что делает его особенно эффективным для предотвращения передачи от человека к человеку.
Светильники UVGI для верхней комнаты могут быть настенными, подвешенными к потолку или и тем, и другим, в зависимости от размера и геометрии помещения. Светильники могут быть открытыми или решетчатыми, в зависимости от высоты потолка. Светильники с жалюзи можно безопасно устанавливать в комнатах высотой от восьми до девяти футов, если нижняя часть светильника находится на высоте не менее 7 футов от пола. Жалюзи направляют и ограничивают излучение УФ-ламп бактерицидного поля, которое обычно не превышает шести дюймов от потолка. Открытые светильники или светильники без жалюзи направляют бактерицидную энергию на всю верхнюю часть комнаты и могут безопасно использоваться в комнатах с потолками высотой более девяти футов.
Движение воздуха (создаваемое естественным подъемом и спадом конвекции, существующей системой отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха или, в некоторых случаях, лопастными вентиляторами) помогает «загнать» выдыхаемые вирусы и другие загрязнители помещения в зону облучения. Ликвидация происходит быстро, обычно в течение нескольких секунд, в зависимости от дозы энергии УФ-С излучения и конкретного вируса или бактерий.
Визуальное ощущение безопасности
Что делает UVGI в верхней комнате особенно привлекательным в эпоху COVID-19, так это то, что его можно легко и недорого применить к существующим зданиям. В отличие от систем с воздуховодом, для применения или установки не требуется специальных знаний в области HVAC. Для некоторых приложений может потребоваться скрытая проводка, и в этом случае может потребоваться электрик, но во многих случаях освещение может быть установлено надлежащим образом обученным обслуживающим персоналом. Производители UVGI и их представители могут получить доступ к конкретному приложению и помочь выбрать подходящее оборудование.
По словам Майка Ши, президента Tom Barrow Company, именно буквальная и психологическая доступность UVGI в верхней комнате делает его особенно актуальным, учитывая трудности пандемии COVID-19. Ши поставлял продукцию UV-C вместе со многими продуктами для вентиляции и кондиционирования воздуха, которые его компания продавала в течение многих лет. Однако только после недавней пандемии он столкнулся с таким высоким спросом, особенно на UVGI в верхней комнате .
«Верхнюю комнату гораздо легче понять среднему владельцу бизнеса. Во-первых, это не спрятано в механической системе. Люди видят, как это работает. И прямо сейчас люди действительно хотят этого визуального ощущения безопасности, когда они входят в пространство », — сказал Ши.
С начала пандемии Shea продала светильники UVGI для верхних отделений стоматологических кабинетов, тренажерных залов, классных комнат K-12, университетов, офисных помещений, церквей и многого другого. Спрос возник еще до того, как у ученых появилась возможность проверить влияние УФ-С на новый вирус. С тех пор появляется все больше доказательств того, что УФ-С эффективен против SARS-CoV-2.
Ультрафиолетовый свет против. SARS-CoV-2
Задолго до COVID-19 множество доказательств доказало, что ультрафиолетовый свет C является эффективным средством против передачи болезней, передаваемых воздушным путем. Совсем недавно научное сообщество опубликовало работу, подтверждающую, что УФ-С свет особенно эффективен против SARS-CoV-2.
В октябре 2020 года Американский журнал инфекционного контроля опубликовал отчет «Восприимчивость Sars-CoV-2 к УФ-облучению», в котором утверждалось следующее:
- SARS-CoV-2 очень чувствителен к облучению ультрафиолетом.
- Высокая вирусная нагрузка 5 x 10 6 TCID50 / мл SARS-CoV-2 может быть инактивирована УФ-излучением за девять минут.
- УФ-облучение представляет собой подходящий метод дезинфекции для SARS-CoV-2.
Данные исследования «подтверждают предыдущие выводы о том, что УФ-С более эффективен в инактивации вирусов, и подчеркивают, что УФ-облучение является эффективным методом инактивации SARS-CoV-2».
Результаты другого исследования, проведенного и составленного учеными Бостонского университета, показывают, что «УФ-С — это мощный инструмент, который можно широко применять в широком спектре государственных учреждений, включая больницы, дома престарелых, рабочие места, школы, аэропорты и торговые центры. дезинфицировать зараженное оборудование и поверхности, чтобы предотвратить и уменьшить контактную передачу SARS-CoV-2 ». На момент написания этой статьи предварительный отчет об исследовании был опубликован в Интернете и ожидает экспертной оценки.
Что касается UVGI в верхней комнате, результаты рецензируемого технико-экономического обоснования «настоятельно предполагают, что UVGI в верхней комнате при правильном применении должна быть эффективной для дезинфекции вирионов SARS-CoV-2, взвешенных в дыхательных каплях в воздухе».
Применение и обучение — ключ к безопасности
Безопасность остается проблемой в умах многих, в основном потому, что многие не осознают, что ни воздуховодное, ни верхнее оборудование UVGI не спроектировано и не предназначено для прямого воздействия на кожу человека. Однако до тех пор, пока оборудование правильно установлено и соблюдаются правила безопасности, UVGI в верхней комнате можно безопасно устанавливать в различных помещениях.
В отличие от солнечного УФ-излучения, УФ-С-излучение не проникает за пределы «мертвого» внешнего слоя кожи и, следовательно, не связано с такими же долгосрочными эффектами. При этом прямое воздействие ультрафиолетового излучения на кожу или глаза может вызвать эритему («солнечный ожог»} и фотокератит («вспышку сварщика») глаз. Даже если УФГИ в верхней комнате может работать, пока комната занята, это не означает, что люди подвергаются прямому воздействию, поскольку неотражающие жалюзи направляют излучение в узком поле, значительно выше голов людей. Учащиеся в классе могут лежать на спине и смотреть в потолок, не причиняя вреда. Прямое воздействие это было бы похоже на то, как кто-то взбирается по лестнице и попадает в поле облучения, иначе нормальное перемещение и занятие по комнате не представляет опасности.
Какие аварии произошли из-за неправильной установки и человеческой ошибки. К такому выводу пришли по крайней мере одно двойное слепое плацебо-контролируемое полевое испытание UVGI верхней комнаты в 14 приютах для бездомных в шести городах США с 1997 по 2004 год.
- «UVGI верхнего помещения может предложить значительную защиту при относительно низкой стоимости и особенно хорошо подходит для модернизации старых зданий. Основываясь на результатах, представленных здесь, опасения относительно безопасности — особенно возможность фотокератитного конъюнктивита и эритемы кожи от чрезмерного воздействия УФ-С — не должны препятствовать применению тщательно спроектированных и обслуживаемых УФ-систем в верхней комнате.
- [….] Современные технологии UVGI для верхних помещений при надлежащем проектировании, установке и техническом обслуживании могут быть безопасно размещены в самых разных внутренних помещениях, даже в таких разнообразных зданиях, как приюты для бездомных. […] С более глубоким пониманием применения UVGI необходимо реализовать весь потенциал этой технологии для улучшения контроля передачи от человека к человеку патогенов, переносимых воздухом в зданиях ».
Помимо правильной установки и обслуживания, необходимо соблюдать определенные меры предосторожности и протоколы. К ним относятся, помимо прочего, обучение рабочих, размещение вывесок, информирующих пассажиров о наличии устройств UVGI, обучение процедурам безопасного технического обслуживания и в некоторых случаях установка датчиков для обнаружения любого движения в пределах поля излучения и связанные сигналы тревоги или отключения. FDA также предлагает (и автор этой статьи соглашается), что любой, кто рассматривает возможность внедрения технологии, должен задать следующие вопросы производителям УФ-оборудования:
- Какие риски для здоровья или безопасности связаны с оборудованием?
- Какие инструкции по использованию или обучение доступны или предусмотрены для продукта?
- Вырабатывает ли продукт озон? (Примечание: озон образуется только при длинах волн ниже 200 нм, поэтому бактерицидные УФ-лампы с длиной волны 254 нм не должны содержать озона.)
- Как следует обращаться с разбитыми или поврежденными лампами и утилизировать их?
Чтобы обеспечить бесперебойную работу в будущем, потенциальные покупатели также должны узнать о наличии запасных ламп. Некоторые производители используют патентованные лампы в своих светильниках, которые могут быть очень дорогими, и их трудно найти, особенно в периоды высокого спроса. Непатентованные лампы обычно широко доступны, намного дешевле и их даже можно заказать через Интернет.
Снова сделать старый воздух новым
На протяжении всей пандемии нас всех учили ценности вентиляции, фильтрации и разбавления как способа очистки воздуха в помещении от болезнетворных патогенов, но это не отдельные стратегии.
Например, чтобы снизить риски COVID-19, ASHRAE теперь рекомендует обновить воздушные фильтры HVAC до MERV-13 или выше, если это возможно.
ASHRAE также рекомендует по возможности увеличивать вентиляцию и операционные системы на 100% наружным воздухом. К сожалению, во многих зданиях предусмотрена рециркуляция определенного количества предварительно кондиционированного возвратного воздуха. У них нет возможности полностью кондиционировать (нагревать, охлаждать, увлажнять и осушать) каждую частичку приточного воздуха в помещении. И даже если они это сделают, это очень дорого обходится большинству владельцев.
«Мы много видели это в прошлом году. Один университет решил использовать все свои здания на 100% под открытым небом, хотя он и не был спроектирован для этого. Это было сделано, зная, что это может создать множество других проблем, например плесень », — сказал Ши.
Применение ультрафиолетового излучения в верхней комнате может до некоторой степени освежить старый воздух за счет инактивации биологических загрязнителей, таких как плесень, бактерии, микробы и вирусы. Это было продемонстрировано в различных исследованиях с использованием обычно используемого показателя вентиляции — воздухообмена в час (ACH).
ACH, попросту говоря, относится к тому, как часто воздух в помещении полностью заменяется. Чем выше ACH, тем ниже риск распространения болезни, передающейся воздушно-капельным путем. Например, действующие руководящие принципы CDC для медицинских учреждений требуют минимум шести замен воздуха во всех помещениях. В некоторых помещениях, например в операционных, требуется 15 или более ACH. ACH, равное четырем, является минимальной рекомендуемой скоростью воздухообмена для большинства коммерческих зданий. Часто исследования, в которых измеряется эффективность UVGI для инактивации конкретных переносимых по воздуху патогенов, сравнивают с количеством ACH, которое потребуется для устранения тех же патогенов с использованием нормальной вентиляции.
УФГИ в верхних помещениях не только дешевле, чем создание воздухообмена физически с помощью механической вентиляции, но и более эффективен. В исследовании, опубликованном в 2002 году, исследователи из Гарвардской школы общественного здравоохранения обнаружили, что когда дело дошло до снижения концентрации двух распространенных бактерий, одна из которых вызывает туберкулез, а другая — ряд инфекций, приобретенных в больнице, UVGI в верхней комнате производит эквивалентная вентиляция в диапазоне от 6,4 до 28,5 ACH с использованием потолочных и настенных светильников [UVGI].
Другое исследование, посвященное вирусу, вызывающему оспу, дало еще более впечатляющие данные в отношении эквивалентных изменений воздуха с использованием UVGI в верхней комнате.
«Используя аэрозоли вируса коровьей оспы в качестве заменителя оспы, мы сообщаем об эффективности дезинфекции воздуха с помощью ультрафиолетового излучения в верхней комнате в смоделированных реальных условиях, включая эффекты конвекции, механического перемешивания, температуры и относительной влажности. В экспериментах по распаду ультрафиолетовые светильники в верхней комнате, используемые со смешиванием с помощью обычного потолочного вентилятора, приводили к снижению концентрации переносимых по воздуху вирусов, что потребовало бы дополнительной вентиляции с более чем 87 воздухообменами в час. В установившемся режиме эффективные воздухообмена в час, связанные с ультрафиолетовым излучением в верхней части помещения, колеблются от 18 до 1000».
Но как насчет SARS-CoV-2? Можно ли достичь аналогичных высоких показателей ACH с помощью УФ-излучения в верхней комнате для удаления вируса, вызывающего COVID-19? Согласно тому же рассмотренному экспертами технико-экономическому обоснованию, упомянутому ранее в этом документе, ожидается, что оно может:
«Посредством анализа ожидаемых и наихудших сценариев продемонстрирована эффективность подхода УФ-С в верхней комнате для снижения передачи COVID-19 в замкнутых пространствах (с умеренной, но достаточной высотой потолка). Кроме того, показано, что с SARS-CoV-2 должно быть возможно достичь высоких эквивалентных скоростей воздухообмена с помощью УФ-дезинфекции воздуха в верхней комнате, что позволяет предположить, что эта технология может быть особенно применима в плохо вентилируемых помещениях ».
Хотя прямых доказательств нет из-за новизны вируса COVID-19, в таблице 2 приведены эквивалентные уровни ACH для сокращения переносимых по воздуху загрязнителей.
Таблица 2
«Значение этого для владельцев зданий трудно переоценить. UVGI в верхней комнате обеспечивает такой уровень бактерицидной обработки воздуха, который, с практической и доступной точки зрения, не может обеспечить ни фильтрация, ни вентиляция. И это доступно — как для разросшихся университетов, так и для баров и ресторанов », — сказал Ши.
Ши также добавил, что без какой-либо дополнительной стратегии, такой как UVGI, владельцы зданий, которые стремятся соответствовать последним рекомендациям по энергопотреблению ASHRAE 90.1, в конечном итоге будут вращать свои колеса, а также будут пытаться смягчить распространение COVID-19 с помощью только фильтрации и вентиляции. Даже ASHRAE в своем позиционном документе по инфекционным аэрозолям на 2020 год признает, что проектирование и работа систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха — лишь «одна часть комплекса инфекционного контроля», при этом называя UVGI «хорошо изученной и проверенной» стратегией.
Заключение
Пока мир ждет повсеместного распространения иммунитета к вирусу COVID-19, каждый из нас почти ежедневно сталкивается с одними и теми же двумя вопросами: что мы можем сделать, чтобы оставаться в безопасности (и) в это время? И что мы можем сделать, чтобы уменьшить влияние будущих инфекционных вспышек? UVGI в верхней комнате является потенциальным противоядием от беспомощности, которую чувствуют многие, особенно владельцы бизнеса и учреждения, чья деятельность и средства к существованию резко изменились за последний год. Решение легко модернизируется и служит визуальным напоминанием жильцам здания о том, что воздух в данном помещении постоянно очищается от вредных патогенов. Эта технология хорошо изучена и имеет долгую историю успеха в борьбе с некоторыми из самых заразных болезней, известных человеку. Он заслужил право на видное место в борьбе с COVID-19, а также стратегию готовности к будущим кризисам в области здравоохранения.