• By Sharon Theimer

HEPA过滤器可减少剧烈运动时产生的空气传播呼吸道微粒

2021 年 5 月 10 日

罗切斯特,明尼苏达州— 呼吸气溶胶是呼吸气体的常见组成部分,也是COVID-19等呼吸道病毒传播给他人和各种表面的常见途径。在妙佑医疗国际(Mayo Clinic) 对心脏病患者进行运动负荷试验的研究人员发现,随着运动强度的增加,房间周围气溶胶的浓度也会增加。他们还发现,高效微粒空气过滤器(HEPA)可有效地过滤气溶胶,减少患者之间更换清新空气所需的时间。

两项研究均发表在CHEST期刊上。

明尼苏达州罗切斯特妙佑医疗国际心肺运动负荷试验主管及两项研究的资深作者Thomas Allison博士表示:“我们的工作是在妙佑医疗国际心血管内科领导的支持下进行的,他们在疫情开始时就认识到需要采取特别措施来保护患者和工作人员避免感染COVID-19,同时又能继续为所有需要的人提供高质量的心血管护理。由于缺乏可靠的指引来做到这一点,我们组建了一个研究小组,希望通过科学测试和数据来寻找答案。”

在第一项研究中,为了确定各种强度的运动所产生的气溶胶的特征,Allison博士的团队在一个气流受控的塑料帐篷中建立了一个特殊的气溶胶实验室。其中使用了两种类型的激光束微粒计数器在骑健身自行车的人的前、后和侧面测量气溶胶浓度。八名运动志愿者佩戴设备来测量他们的耗氧量、换气量和心率。

在测试过程中,志愿者首先进行五分钟的静息呼吸,然后在监测和指导下进行四轮三分钟的分阶段运动,心率保持在其年龄预测心率的25%、50%、75%和100%。然后是三分钟的平静时间。研究结果在线发表于CHEST上

在整个测试过程中,气溶胶的浓度呈指数级增长。具体来说,在50%静息心率或更高的心率下进行运动时,气溶胶浓度明显增加。

Allison博士表示,“从某种意义上,我认为我们已经解开了许多人的疑问,即健身房被关闭和大多数运动负荷试验实验室关闭的原因。在我们的研究之前,运动负荷试验未被列为产生气溶胶的程序,因为之前没有人专门进行过相关研究。在测试过程中,运动会产生数以百万计的呼吸道气溶胶,据报告其中许多气溶胶的大小具有携带病毒的潜力。运动强度越高,产生的气溶胶越多。”

Allison领导的后续研究将重点放在如何在受试者呼出气溶胶后立即将其从空气中过滤掉,从而减少运动负荷试验期间产生的气溶胶。研究人员使用了类似的设置,包括受控气流运动帐篷、微粒计数器和固定式自行车,但增加了一个带通风罩的便携式HEPA过滤器。

六名健康的志愿者完成了与先前研究相同的20分钟运动负荷试验,首先是在没有过滤措施的情况下,然后是在使用便携式HEPA过滤器的情况下。

另外,还进行了一项单独的实验,通过使用人工产生的气溶胶来测试临床运动负荷试验实验室中气溶胶的清除时间,即清除99.9%的气溶胶需要多长时间。研究人员首先在现有供暖、通风和空调条件下进行了测试,然后在增加便携式HEPA过滤器的情况下进行了测试。

“研究清除时间告诉我们,在完成对前一名患者的测试后,我们需要多久才能将一名新患者安全地带入实验室。HEPA过滤器将这一时间缩短了50%,从而允许进行更多必要的测试以满足我们心血管医学实践的临床需求,”Allison博士说。

该研究团队通过HEPA过滤器落实了美国疾病控制和预防中心关于增强气流以减少气溶胶的指南,并证明其在运动负荷试验中效果良好:HEPA过滤器可从空气中清除96% (±2%)剧烈运动期间产生的所有大小的气溶胶。

“因此,我们能够恢复每天进行多达100次运动负荷试验的做法,并确保在我们的运动负荷试验实验室中没有任何COVID传播,”Allison博士说。

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