譚彩霞(TAN Cai-xia) 譯，吳安華(WU An-hua) 審校

(中南大學(xué)湘雅醫(yī)院醫(yī)院感染控制中心, 湖南 長(zhǎng)沙 410008)

摘要：本報(bào)告通過對(duì)相關(guān)流體力學(xué)和密封壓力的分析建模，論證了當(dāng)N95自吸過濾式防護(hù)口罩 (N95 FFR)被外科口罩、布口罩或醫(yī)用口罩(統(tǒng)稱為外科口罩)覆蓋時(shí)，將增加顏面部與口罩之間密封泄漏的潛在風(fēng)險(xiǎn)。以前發(fā)表的關(guān)于呼吸器壓力和泄漏的試驗(yàn)研究也適用于此問題。在可預(yù)見的未來，正確使用N95 FFR仍將是保證醫(yī)護(hù)人員安全的重要組成部分，特別是對(duì)于那些從事產(chǎn)生氣溶膠操作(AGP)(如氣管插管)的人員。在考慮泄漏風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，重要的是要了解哪些因素可能會(huì)影響顏面部與口罩之間的密封性。N95 FFR的適配度和密封性會(huì)隨著反復(fù)的穿戴和落紗而退化。據(jù)報(bào)道，一些N95 FFR再處理或回收技術(shù)可以加速這種退化。簡(jiǎn)而言之，N95型口罩密封性容易受損，可能會(huì)受到多種因素的影響。

方法：與單獨(dú)佩戴N95 FFR相比，額外佩戴外科口罩對(duì)氣流產(chǎn)生了新的阻力。作為一種多孔介質(zhì)，流體通過N95的難易程度可以用達(dá)西定律中的滲透率“k”建模。達(dá)西定律規(guī)定，通過多孔介質(zhì)的流速與該介質(zhì)的滲透率和壓降成正比，如公式(1)所示。

(1)

其中Q是體積流量(類似于每分鐘通氣量)，A是橫截面積，μ是流體的黏滯系數(shù)，L是多孔介質(zhì)的長(zhǎng)度，Δp是壓降。這個(gè)定律表明，對(duì)于相同的壓降，滲透到多孔介質(zhì)的流量隨著介質(zhì)長(zhǎng)度的增加而減小。根據(jù)公式(1)如果使用外科口罩覆蓋N95 FFR，則多孔介質(zhì)的長(zhǎng)度(即兩個(gè)口罩的厚度)增加，因?yàn)槿绻麎航挡蛔?，那么通過口罩的氣流量就會(huì)降低。因此，為了保持正常的每分鐘通氣量，呼吸壓力(壓降)必須隨著阻力的增加而增加。

根據(jù)公式(1)如果QB是通過口罩的正常體積流量，則通過該口罩的壓降定義為公式(2)：

(2)

(3)

其中Req是兩個(gè)口罩的等效流阻，R1和R2分別是N95 FFR和外科口罩的流阻。等效流阻等于各電阻之和，類似于電路中串聯(lián)的電阻。根據(jù)公式(3)的結(jié)果表明，與僅使用N95 FFR相比，在N95 FFR外面覆蓋外科口罩時(shí)，由于呼吸流量不變，流動(dòng)阻力增加了R2，因此兩個(gè)口罩的總壓降有所增加。當(dāng)使用者保持正常的每分鐘通氣量時(shí)，由于額外的外科口罩而產(chǎn)生的新阻力，進(jìn)而在口罩內(nèi)和氣道內(nèi)相對(duì)于大氣(室內(nèi)空氣)壓力產(chǎn)生更高的呼吸壓力。

因此，呼吸循環(huán)壓力必然會(huì)在吸氣時(shí)更負(fù)壓，在呼氣時(shí)更正壓，以克服組合式口罩增加的阻力，從而試圖保持正常的氣流或每分鐘通氣量。隨著口罩上壓降的增加，同樣的大氣到氣道壓降也適用于N95 FFR邊緣與顏面部的密封。因此，當(dāng)較高的壓差在柔性機(jī)械密封(如N95 FFR邊緣與顏面部密封)上脈動(dòng)時(shí)，可能會(huì)逐漸發(fā)生泄漏。

當(dāng)顏面部和N95 FFR邊緣相互貼合形成密封時(shí)，配合表面之間的任何間隔都會(huì)大大增加泄漏風(fēng)險(xiǎn)。倍增的密封面間隔可以使泄漏風(fēng)險(xiǎn)增加8倍。這可以將密封界面處的臨界收縮近似為具有較長(zhǎng)寬度和相對(duì)較小高度的矩形截面的孔洞。假設(shè)不可壓縮的牛頓流體，U1為各配合面之間的平均分離高度，則單位時(shí)間內(nèi)通過臨界收縮的體積流量(泄漏率)由公式(4)(泊肅葉流動(dòng))計(jì)算：

(4)

其中η是流體黏度，Δp是口罩之間的壓降，如公式(3)所示。

結(jié)果：根據(jù)公式(4)，在N95 FFR外面覆蓋外科口罩可增加脈動(dòng)壓力差從而可能會(huì)導(dǎo)致泄漏的風(fēng)險(xiǎn)增加。

討論：分析模型包括簡(jiǎn)化假設(shè)，例如可以忽略外科口罩邊緣周圍的多相流和泄漏的影響。此外，在吸氣過程中，密封物體的平衡率可能會(huì)增加，從而抵消了密封性能的增加。

用外科口罩覆蓋N95 FFR可能會(huì)增加N95 FFR泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。需要更多的研究對(duì)這一風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估，包括更高階的理論分析、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型、臺(tái)架試驗(yàn)和/或人體研究。我們從事這項(xiàng)研究的同時(shí)，也鼓勵(lì)其他人也做此類研究。在進(jìn)一步研究之前，N95 FFR的臨床應(yīng)用指南和使用外科口罩覆蓋N95 FFR的說明應(yīng)該考慮并評(píng)估這種風(fēng)險(xiǎn)。

譯自：Mueller JT, Karimi S, Poterack KA, et al . Surgical mask covering of N95 filtering facepiece respirators: the risk of increased leakage[J]. Infect Control Hosp Epidemiol, DOI: 10.1017/ice.2021.50.