• 8 (800) 55-00-495
  • +7 (495) 025-20-20

Современная отечественная технология обеззараживания воздуха методом инактивации микроорганизмов

Наголкин А.В.1, Володина Е.В.1, Акимкин В.Г.2,3,4, Борисоглебская А.П.5, Сафатов А.C.6

1 – ООО НПФ «Поток Интер», г. Москва;

2 – ФБУН «Научно-исследовательский институт дезинфектологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, г. Москва;

3 – ГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, г. Москва;

4 – ФБУН «Центральный НИИ эпидемиологии» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, г. Москва;

5 – ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» Министерства образования и науки Российской Федерации, г. Москва;

6 – ФБУН ГНЦ ВБ «Вектор», г. Новосибирск.

Резюме

В статье обсуждаются проблемы обеззараживания воздуха в медицинских учреждениях. Приведены наиболее распространённые технологии обеспечения микробиологической чистоты воздуха. Особое внимание уделено технологиям инактивации микроорганизмов в воздухе, приведены их достоинства и недостатки. В качестве наиболее перспективной технологий обеззараживания воздуха предлагается использование технологии «Поток», основанной на инактивации микроорганизмов под воздействием постоянных электрических полей, с последующей фильтрацией инактивированной биомассы микроорганизмов и аэрозольных частиц на электростатическом осадителе.

В современных условиях развития здравоохранения и человечества в целом, профилактика инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи (ИСМП), является одной из глобальных мировых проблем. Решению этих серьезных вопросов сегодня подчинена деятельность значительного количества ученых, многочисленных практиков здравоохранения и большинства крупных компаний, представляющих свою продукцию и услуги на мировом рынке.

В настоящее время трудно переоценить социальный и экономический ущерб, наносящий ИСМП ежегодно мировому сообществу. Так, по данным официальной статистики, в США от ИСМП ежегодно страдает более 2 млн. пациентов, погибает – 88000 больных, при этом ежегодный экономический ущерб составляет 4-10 млрд. долларов. В Великобритании с учетом регистрируемых ИСМП стационарное лечение пациентов увеличивается на 3,6 млн. дней, ежегодный экономический ущерб составляет около 1 млрд. фунтов стерлингов [1-3].

Пациенты с ИСМП находятся в стационаре в 2-3 раза дольше, чем аналогичные пациенты без признаков инфекции. В среднем на 10 дней задерживается их выписка, в 3-4 раза возрастает стоимость лечения, и в 5-7 раз – риск летального исхода. Экономический ущерб, причиняемый ИСМП, значителен: в Российской Федерации эта цифра, официально не изменяясь уже более 15 лет, предположительно составляет 10-15 млрд. рублей в год. Однако, аналогичное количество реально существующих случаев ИСМП в России и США позволяет очевидно свидетельствовать о недоучете экономического ущерба от ИСМП в 30-50 раз [2].

Инфекции, связанные с оказанием медицинской помощи существенно снижают качество жизни пациента, приводят к потере репутации учреждения здравоохранения.

Интенсивное развитие высокотехнологичных, инвазивных методов диагностики и лечения в сочетании с широким распространением микроорганизмов с множественной лекарственной устойчивостью определяет необходимость непрерывного совершенствования систем надзора и контроля за ИСМП.

В нашей стране впервые на государственном уровне основные направления профилактики были сформулированы в 1999 г. в программном документе «Концепция профилактики внутрибольничных инфекций», который определил на последующее десятилетие стратегию научных исследований, задачи разработки нормативного, правового обеспечения, внедрения передовых методов профилактики в практику. В современных условиях в России принята и действует «Национальная Концепция профилактики инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи» (2011 г.). Настоящая Концепция разработана специалистами Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, известными учеными и организаторами здравоохранения и определяет цель, принципы, общую архитектуру, основные направления совершенствования национальной системы профилактики инфекций, связанных с оказанием медицинской помощи, механизмы обеспечения ее функционирования, а также ожидаемый социально-экономический эффект [4].

Учитывая это, проблема обеспечения качества воздуха в помещениях медицинских организаций (МО) остается одной из наиболее актуальных на протяжении последних десятилетий. Пожалуй, наиболее важным параметром, характеризующим санитарно-гигиеническое состояние воздушной среды в стационарах (кроме химических, механических, радиологических составляющих) является обсемененность воздуха микроорганизмами, в том числе наличие в воздухе патогенной микрофлоры [5]. Присутствие патогенных микроорганизмов в воздухе помещений представляет серьезную опасность для пациентов, так как ведёт к увеличению количества случаев ИСМП и вероятности возникновения осложнений в ходе оказания медицинской помощи (вплоть до увеличения количества смертельных исходов).

Это обусловлено тем, что воздушно-капельный (аэрозольный) механизм передачи инфекций в эпидемиологии является одним из самых быстродействующих и высокоэффективных. При этом патогенные микроорганизмы с потоками воздуха способны распространяться как в горизонтальной плоскости (между смежными помещениями на одном этаже), так и в вертикальной плоскости – между этажами здания с потоками перетекающего воздуха [6]. Именно поэтому, качество воздушной среды, во многом, влияет на качество оказания медицинской помощи. В связи с этим рациональные архитектурно-планировочные решения и санитарно-технические мероприятия, в том числе организацию вентиляции и воздухообмена помещений, можно отнести к неспецифическим мерам профилактики распространения инфекций, поскольку их конечной целью является обеспечение микробиологической чистоты воздуха.

Однако проблема обеззараживания воздуха стоит не только перед медицинскими работниками. В последнее время, особую озабоченность специалистов в области биобезопасности вызывают вспышки «эмерджентных» инфекций [7-8]. Эмерджентными называют заболевания, которые возникли или проявились внезапно, обычно мало изучены или неизвестны. Причин, способствующих возникновению эмерджентных болезней несколько, но к основным можно отнести социально-экономические изменения (которые привели к резкому увеличению численности и плотности населения, а также усилению контактов, как на уровне отдельных регионов, так и в глобальных масштабах) и глобальные изменения в окружающей среде (которые способствуют распространению трансмиссивных болезней и векторному распространению инфекций). При этом, специалисты сходятся во мнении, что воздушно-капельный (аэрозольный) механизм передачи эмерджентных инфекций является одним из самых опасных и сложно контролируемых. В связи с этим, технологии, позволяющие быстро и эффективно уничтожать микроорганизмы в воздухе, становятся остро востребованными не только в медицине, но и в других областях жизнедеятельности человека.

На протяжении многих лет для обеззараживания воздуха в различных помещениях применяются системы приточно-вытяжной вентиляции. Основная цель систем приточно-вытяжной вентиляции – обеспечение поступления в помещение и удаления требуемого количества воздуха, с соблюдением его нормируемых параметров: газового состава, температуры, влажности и подвижности. Для медицинских учреждений системы вентиляции выполняют более широкую задачу – обеспечение эпидемиологической безопасности пребывания больных за счет поддержания микробиологической чистоты воздуха. Наиболее распространённым способом очистки приточного воздуха является применение фильтров различных классов очистки (в зависимости от назначения помещения и требований к обеспечению в них чистоты воздуха). Данная технология была разработана в середине XX века для обеспечения необходимого уровня (класса) чистоты воздуха при производстве микроэлектроники. Позднее, после незначительных доработок технология фильтрации была перенесена в область медицины и биотехнологии.

В основе метода фильтрации лежит принцип предотвращения поступления в помещение твердых аэрозольных частиц (в том числе микроорганизмов) путем их задержки на высокоэффективных фильтрах (HEPA-фильтрах по ГОСТ Р 51251-99 «Фильтры очистки воздуха. Классификация. Маркировка») [9]. Однако, со временем выяснилось, что технология фильтрации, с успехом применявшаяся на предприятиях по производству микроэлектроники, оказалась не столь эффективной в области медицины. Основная причина этого заключается в том, что условия работы, а также требования к чистоте воздуха в медицинских помещениях и в помещениях по производству микроэлектроники существенно отличаются:

- на эффективность лечения влияет обсеменённость воздуха, то есть наличие в воздухе патогенных и условно-патогенных микроорганизмов – в микроэлектронной промышленности качество производимой продукции определяется преимущественно концентрацией твердых аэрозольных частиц в воздухе;

- в медицинских помещениях всегда есть источники, выделяющие микроорганизмы (пациенты, медицинский персонал, медицинские отходы и др.) – в микроэлектронной промышленности подобных источников может не быть;

- для обеспечения низкой концентрации микроорганизмов в воздухе помещений требуются значительно меньшие кратности воздухообмена, чем для обеспечения низкой концентрации аэрозольных частиц, поэтому в медицине целесообразно использовать иные подходы к организации вентиляции и очистке воздуха.

Поскольку метод высокоэффективной фильтрации воздуха (НЕРА-технология) много лет используется в медицине, его недостатки широко известны:

- НЕРА-технология направлена не на уничтожение микроорганизмов, а только на ограничение их поступления в помещение. Несмотря на то, что в отечественных нормативах с 90-х годов HEPA-фильтры были обозначены как «бактерицидные фильтры» (этим подчеркивалось их назначение – очистка воздуха от бактерий), они могут лишь задерживать частицы и микроорганизмы в порах фильтрующего материала и накапливать их в процессе эксплуатации. При этом инактивации (уничтожения) микроорганизмов в фильтрах не происходит. Именно поэтому количество микроорганизмов, накопленных фильтрами во время эксплуатации, постоянно растет и они быстро становятся источником повышенной микробиологической опасности.

- НЕРА-фильтры должны обеспечивать эффективность фильтрации до 99,995% и более, однако, в реальных условиях эксплуатации, их эффективность может резко снижаться под воздействием следующих факторов: влажности воздуха, свойств аэрозольных частиц, целостности фильтрующего материала, герметичности уплотнений и др. Также эффективность фильтрации НЕРА-фильтров может сильно уменьшиться после остановки систем вентиляции, а повторное ее включение может привести к «залповым» выбросам микроорганизмов.;

- из-за отсутствия в системах вентиляции автоматики, контролирующей эффективность фильтрации и целостность фильтров, невозможно обеспечить высокую надежность и микробиологическую безопасность воздуха и своевременно предпринять необходимые меры для уменьшения последствий «залповых» выбросов микроорганизмов в помещение;

- сложность и трудоёмкость технического обслуживания и большие эксплуатационные расходы создают дополнительные проблемы при использовании данной технологии в медицине поскольку НЕРА-фильтры необходимо часто заменять, а системы вентиляции требуют больших расходов воздуха и применения мощного вентиляционного оборудования.

Всё выше перечисленное свидетельствует о том, что использование НЕРА-фильтров не позволяет в полной мере обеспечить высокую надежность и безопасность работы систем обеззараживания воздуха. Однако, необходимо констатировать, что, несмотря на все описанные недостатки, в подавляющем большинстве МО для обеззараживания воздуха используется именно системы приточно-вытяжной вентиляции с HEPA-фильтрами.

В настоящее время технологии обеззараживания воздуха описаны в двух основных нормативных регламентирующих документах:

обязательном для исполнения – СанПиН 2.1.3.2630-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность» [10];

рекомендательном для исполнения – ГОСТ Р 52539-2006 «Чистота воздуха в лечебных учреждениях» [11].

В СанПиН 2.1.3.2630-10 предусмотрено обеззараживание воздуха в медицинских помещениях классов чистоты (А) и (Б) методом инактивации микроорганизмов с эффективностью не менее 95% с последующей фильтрацией воздуха с эффективностью фильтров класса Н11-Н14.

ГОСТ Р 52539-2006 предусматривает обеззараживание воздуха только фильтрацией с применением высокоэффективных фильтров класса до Н14.

Требования к микробиологической чистоте воздуха и организации вентиляции в помещениях различного назначения, изложенные СанПиН 2.1.3.2630-10 существенно отличаются от требований ГОСТ Р 52539-2006:

  • по классификации классов чистоты помещений;
  • по допустимым уровням бактериальной обсемененности воздуха;
  • по рекомендуемым кратностям воздуха;
  • по технологии обеззараживания воздуха (отсутствуют требования к инактивации микроорганизмов);
  • по рекомендуемой кратности воздухообмена в помещениях и др.

С учётом описанных выше отличий и, что немаловажно, ограниченных финансовых возможностей медицинских учреждений, более целесообразно руководствоваться требованиями к технологиям обеззараживания воздуха, изложенным в СанПиН 2.1.3.2630-10, согласно п. 6.24 которого, воздух, подаваемый в помещения классов чистоты (А) и (Б), сначала должен обрабатываться устройствами, обеспечивающими инактивацию микроорганизмов с эффективностью не менее 95% и только затем фильтрами высокой эффективности классов Н11-Н14.

Предварительная инактивация микроорганизмов до стадии фильтрации позволяет:

1. Поддерживать финишные фильтры в безопасном состоянии, предотвращать накопление на них микроорганизмов и предотвращать возможность неконтролируемых «залповых» выбросов микроорганизмов в помещение.

2. Обеспечить большую стабильность и надежность поддержания заданной микробиологической чистоты и безопасности воздуха, подаваемого в помещение воздуха.

3. Упростить техническое обслуживание систем обеззараживания воздуха и сократить эксплуатационные расходы.

4. Проектировать более эффективные и экономичные системы вентиляции с обеззараживанием воздуха, отвечающие современным требованиям микробиологической чистоты и микробиологической безопасности.

Известные в настоящее время устройства обеззараживания воздуха с инактивацией микроорганизмов можно разделить на три группы:

1. Высокоэффективные (НЕРА) фильтры с биоцидной пропиткой, инактивация на которых осуществляется при контакте химических соединений с микроорганизмами;

2. Установки, с так называемой «активной фильтрацией», осуществляющие инактивацию задержанных на фильтрах микроорганизмов воздействием генерируемых ими химически активных веществ или газов (озона, перекиси водорода, др.);

3. Установки, осуществляющие инактивацию воздействием физических факторов (ультрафиолетовым бактерицидным облучением, воздействием постоянных электрических полей и др.) и последующую фильтрацию частиц на высокоэффективных фильтрах.

Использование НЕРА-фильтров с биоцидной пропиткой, является модификацией технологии НЕРА-фильтрации. В связи с этим данный подход имеет те же недостатки, а обеспечение высокой эффективности инактивации микроорганизмов на них, в реальных условиях эксплуатации, маловероятна, из-за сложности обеспечения тесного контакта между микроорганизмами и биоцидным покрытием, а также из-за возможности формирования резистентности микроорганизмов к используемым химическим соединениям. Кроме того, недостатком данной технологии является большие эксплуатационные расходы, связанные с необходимостью частой замены фильтров.

Технологии на основе «активной фильтрации» имеют следующие основные недостатки:

  • низкая скорость инактивации микроорганизмов;
  • избирательное действие химически активного вещества или газа на различные виды микроорганизмов (из-за разной резистентности микроорганизмов);
  • потенциальная опасность выделяемых в установке вредных веществ для человека, в случае их попадание в помещение;
  • низкая эффективность и надежность обеззараживания воздуха, связанная с накоплением микроорганизмов на фильтрах и возможности их «залповых» выбросов в помещение;
  • необходимость частой замены фильтров и технического обслуживания элементов установок.

Так, например, при использовании установок обеззараживания воздуха, которые для инактивации задержанных фильтром микроорганизмов используют высокие концентрации озона необходимо иметь ввиду следующее: - в применяемых в медицине установках обеззараживания воздуха на выходе концентрация озона должна быть не более 1 ПДК для атмосферного воздуха (30 мкг/м3). Согласно ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны. Гигиенические нормативы» [12] в воздухе рабочей зоны, т.е. при работе не более 8 часов в сутки, ПДК озона – не более 100 мкг/м3. Озон по параметрам токсичности при аэрозольном воздействии отнесён к 1-му, самому высокому, классу опасности вредных веществ – «чрезвычайно опасные» с остронаправленным механизмом действия, требующим автоматического контроля за его содержанием в воздухе. Согласно п.7.6.1 СП 60.13330.2012 «Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха» [13], при использовании в помещениях оборудования, имеющего потенциальную возможность выделения вредных веществ в опасных концентрациях, необходимо предусматривать в таких помещениях аварийную вентиляцию и систему контроля вредных веществ. Таким образом, использование установок с так называемой «активной фильтрацией» (генерирующих озон) для инактивации задержанных фильтрами микроорганизмов является потенциально опасными при эксплуатации и требуют соблюдения специальных мер безопасности.

Эффективность инактивации микроорганизмом озоном сильно зависит от его концентрации, протекает медленно и в значительной степени зависит от вида инактивируемого микроорганизма. Из экспериментальных данных, полученных ГНЦ ВБУ «ВЕКТОР» (г. Новосибирск), следует, что при обработке фильтра, содержащего золотистый стафилококк, озоном в концентрации около 700 мкг/м3, 99% данного микроорганизма гибнет только через 4 часа. Приведённые данные свидетельствуют о том, что установки обеззараживания воздуха, использующие внутри высокие концентрации озона для инактивации микроорганизмов, не могут соответствовать требованиям СанПиН 2.1.3.2630-10, поскольку не обеспечивают требуемую скорость инактивации на выходе установки, т.е. уничтожать микроорганизмы за время не более 1 секунды.

Наиболее перспективными для применения в медицине являются технологии обеззараживания воздуха, осуществляющие инактивацию воздействием физических факторов и последующую задержку уже инактивированных микроорганизмов на высокоэффективных фильтрах.

Технология обработки воздуха ультрафиолетом бактерицидным излучением имеет многолетнюю историю применения и является одной из наиболее изученных. Ультрафиолетовые (УФ) бактерицидные лампы широко используются в медицинских организациях, на предприятиях пищевой промышленности, в микробиологических лабораториях и т.д. Однако необходимо отметить, что бактерицидный эффект УФ ламп наблюдается только в узком диапазоне длин волн (200-300 нм) и только в случае получения микроорганизмами необходимой бактерицидной дозы.

Эффективность УФ-бактерицидных ламп позволяет осуществлять инактивацию многих видов микроорганизмов с эффективностью не менее 99% за время прохождения воздуха через установку (т.е. за время не более 1 секунды). Однако необходимо отметить, что наиболее значимым недостатком УФ облучения является относительная устойчивость к нему спор и плесневых грибков, в связи с чем в ходе обеззараживания воздуха в медицинских помещениях эффективность их инактивации недостаточна. Также, необходимо учитывать, что в ходе эксплуатации УФ-ламп мощность их излучения постоянно снижается, что затрудняет их эффективное использование. Из плюсов бактерицидных облучателей необходимо отметить их низкую стоимость и доступность для потребителей.

Одной из наиболее эффективных технологий обеззараживания воздуха является инактивация микроорганизмов под воздействием постоянных электрических полей, с последующей фильтрацией инактивированной биомассы микроорганизмов и аэрозольных частиц на электростатическом осадителе. Данный метод разработан в России, запатентован и реализован в установках обеззараживания воздуха (УОВ) «Поток-150-М-01», выпускаемых ООО НПФ «Поток Интер».

Метод позволяет инактивировать микроорганизмы и вирусы, находящиеся в обрабатываемом воздухе за 0,5 секунды и предотвращать их накопление на фильтрах. Автоматика, осуществляющая непрерывный контроль за параметрами, определяющими эффективность работы, позволяет обеспечить высокую надежность и безопасность эксплуатации установок и систем обеззараживания воздуха [14].

Эффективность работы установок «ПОТОК» по инактивации микроорганизмов изучалась во многих ведущих отечественных и зарубежных специализированных институтах. Результаты воздействия УОВ «Поток» на структуры бактериальных и дрожжевых клеток можно проиллюстрировать фотографиями, полученными методами электронной микроскопии – ультратонких срезов и криофрактографии в Институте биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К. Скрябина РАН (Рис.1).

На фотографиях наглядно видна полная дезорганизация клеточных структур после воздействия УОВ «Поток».

Рис. 1 Структура биологического материала в смыве с фильтра (слева – метод ультратонких, справа – метод криофрактографии)

Эффективность инактивации вирусов была проверена в ГНЦ ВБУ «ВЕКТОР». Совместно с НПФ «Поток Интер» был разработан проект методических указаний «Методика определения эффективности работы установок обеззараживания воздуха по инактивации микроорганизмов, находящихся в обрабатываемом воздушном потоке», который в настоящее время находятся на согласовании.

К достоинствам технологии и установок «ПОТОК» также можно отнести предотвращение размножения микроорганизмов на фильтрах, что предотвращает формирование устойчивости микроорганизмов к данному методу инактивации, низкое электропотребление, большой ресурс работы и отсутствие расходных материалов. Всё это позволяет существенно снизить расходы на эксплуатацию и техническое обслуживание систем обеззараживания воздуха в медицинских организациях.

Установки «Поток 150-М-01» с высокой эпидемиологической эффективностью функционируют в системах вентиляции «чистых» и «особо чистых» помещений многих медицинских учреждений: ГКБ №1 им. Н.И. Пирогова, ГКБ им. С.П. Боткина (рис. 2), ГКБ № 24 г.Москвы, Главном военном клиническом госпитале им. Бурденко, Научно-практическом центре медицинской помощи детям с пороками развития черепно-лицевой области и врождёнными заболеваниями нервной системы в г. Солнцево, Перинатальных центрах в городах. Ростов-на-Дону, Кемерово, Тверь, Рязань, Красноярск и др. (рис. 3).

Таким образом, регламентированный в СанПиН 2.1.3.2630-10 метод обеззараживания воздуха, в основе которого лежит высокоэффективная инактивация микроорганизмов с последующей фильтрацией воздуха, является наиболее прогрессивным и эффективным.

Рис. 2 Установки «Поток» с воздухораспределителем в операционной ГКБ им. С.П. Боткина (г. Москва).

Рис. 3 Установка «Поток» стоматологическом кабинете (г. Москва).

Наряду с высоким уровнем биобезопасности, данный метод позволяет обеспечить высокую стабильность и надежность поддержания требуемой микробиологической чистоты воздуха, упростить техническое обслуживание систем обеззараживания и существенно сократить эксплуатационные расходы.

Использование данного метода может быть эффективно в системах вентиляции общественных зданий (вокзалы, супермаркеты, административные и общественные здания), позволит решить многие проблемы, связанные с предотвращением распространения инфекций и обеспечением микробиологической чистоты воздуха.




Задать вопрос специалисту