Množství CO₂ jako měřítko rizika přenosu infekce koronaviry a další pokyny pro větrání

Úvod

V masových médií se pozornost od infekcí koronaviry přesunula z větší části k jiným tématům. Přispívá k tomu i to, že nákaz a úmrtí významně ubylo. Přesto zde riziko je a nikdo nemá jistotu, že se neobjeví jiná varianta virů. I proto výzkum v této oblasti intenzívně pokračuje a objevují se poznatky, které lze poměrně dobře a rychle uplatnit i v technické praxi, konkrétně při návrhu větracích zařízení a řízení jejich provozu. Intenzita větrání odpovídající běžným hygienickým požadavkům s ohledem na koncentraci CO₂ nemusí být v některých případech s ohledem na výši rizika infekce dostačující, přitom v jiných případech může i její nedodržení být postačující. Protože změna intenzity větrání ovlivňuje i potřebu tepla na případné přihřívání vzduchu, snižování rizika infekce úzce souvisí i s vytápěním a zdroji tepla. Při vysokých intenzitách větrání jsou i maximálně zatíženy výměníky tepla zajišťující zpětné získávání tepla z odváděného vzduchu, snižuje se jejich účinnost a i s tímto faktorem je nutné počítat.

Přečtěte si také Decentní decentrální větrání Přečíst článek

Faktory ovlivňující riziko infekce

Berlínský Hermann Rietschel Institut na základě měření proudění vzduchu a s využitím detekce pohybu částic pomocí světelné projekce a vysokorychlostních kamer vyvinul zjednodušený rizikový model určující pravděpodobnost infekce z aerosolů ve vzduchu v místnosti. Jako indikátor se nepoužívá koncentrace CO₂, ale dávka CO₂ odvozená z průběhu koncentrace CO₂ v posuzovaném prostoru, doby pobytu osoby v něm, z fyzické aktivity osoby, tedy intenzity dýchání a z použití/nepoužití ochranné roušky, respirátoru.

Model je založen na již ověřeném modelu infekční dávky, vyhodnocení 25 zdokumentovaných ohnisek a nových matematických výpočtech. V současnosti probíhá v posluchárnách Technické univerzity Berlín provozní test. Ohnisko infekce je definováno jako jakákoli infekce, kdy jedna osoba nakazí více než jednu další osobu. Zkoumané případy pocházejí nejen z Německa, ale i z dalších míst celého světa.

Stanovením DNA viru u infikovaných lidí bylo možné přesně určit, kdo koho nakazil. Důležitými údaji jsou například spolehlivý počet všech nakažených během propuknutí infekce, přesný počet přítomných, kdo na jakých místech a jak dlouho byl a co přesně původci nákazy i nakažení dělali. Nesmí chybět informace o provozním stavu větrání.

Ke stanovení konkrétního doporučení k prevenci, jako je maximální počet lidí v místnosti nebo nezbytný proud čerstvého vzduchu, použili vědci základní rovnice popisující dynamiku infekce, které byly vyvinuty v 50. a 70. letech 20. století.

Obr. Porovnání (bezrozměrového) rizikového faktoru x_r ze zjednodušeného modelu rizika pro různé každodenní situace. Délka pobytu se v jednotlivých případech liší. Předpokládá se plný pracovní nebo školní den, návštěva kina nebo restaurace je odpovídajícím způsobem kratší. Referenční hodnota je x_r = 1 platí pro půlhodinový pobyt v supermarketu s rouškou. Hodnota x_r je nezávislá na variantách viru. [1]

Obr. Vliv různých preventivních opatření uplatněných na ohnisko infekce. Červený sloupec představuje virovou zátěž, respektive rizikový faktor. Modré sloupce potenciál snížení faktoru rizika šíření infekce různými opatřeními. [1]

Z obrázku je zřejmé, že i při kombinaci různých opatření uplatněných na ohnisku nákazy se nelze infekci zcela vyhnout a může dojít k infekcím, pokud je virová zátěž dostatečně vysoká. Malé zvýšení virové zátěže faktorem 10, např. z 10⁸ na 10⁹, by se pravděpodobně mohlo kompenzovat nošením obličejových masek a pravidelným větráním (viz modré sloupce „face mask“ + „1000 ppm“). Je-li možné se vyhnout vstupu zdroje viru do místnosti, je to nejúčinnější preventivní opatření.

Z měření na vyšetřovaných ohniscích infekce bylo odvozeno, že ke vzniku pozorované míry virových onemocnění byla nutná virová zátěž alespoň 10⁸ (počet kopií viru v 1 ml vzduchu). Virová nálož odhadnutá z výtěru může nadhodnocovat zátěž člověka prostřednictvím aerosolu, protože člověk je obecně považován za infekčního, nezávisle na přenosové metodě, když virová zátěž z výtěru je 106 virových kopií/ml. Virová emise infikované osoby je dominantním ovlivňujícím faktorem, ale významný vliv mají tři další aspekty:

• situační aspekty
• osobní aspekty vnímavých osob
• preventivní opatření.

Vyšší aktivita, jako je například zpěv nebo fyzická aktivita, sama o sobě nemusí nutně vést k šíření infekce. Přitom i nižší aktivita může být zdrojem nákazy, pokud jsou jiné stavy nepříznivé, např. vysoká virová nálož, neúčinná preventivní opatření aj.

Doba vystavení riziku nákazy je důležitá

Měření okamžité koncentrace CO₂ v místnosti je dobrým měřítkem pro posouzení kvality vzduchu a stanovení potřeby, kdy větrat, ale nepostačuje k posouzení míry rizika infekce. Neboť neexistuje limit, tj. bezpečný práh CO₂ pro šíření infekce. Proto vědci navrhli jako indikační prostředek použít dávku vdechnutého CO₂ za dobu, po kterou je člověk této koncentraci vystaven. Tento indikátor nyní vědci testují v posluchárnách TU Berlín. Indikátor mimo jiné umožňuje využití aplikace pro chytré telefony, která každému studentovi vytvoří osobní rizikový profil v závislosti na délce jeho pobytu v různých prostorech s různou koncentrací CO₂.

Matematicky popsaný rizikový model mohou využívat nejen další výzkumníci, ale je vhodný i pro specialisty odpovídající za hygienu, ventilační techniku a management budov, pořadatele akcí aj.

Intenzita výměny vzduchu udává, jak často se za určité časové období vymění celý objem vzduchu v místnosti. Objemový průtok udává, kolik neznečištěného čerstvého vzduchu je přiváděno na osobu a dobu pobytu. A to poskytuje informace pro stanovení dávky CO₂, a tedy předpokládaného rizika infekce pro dimenzování ventilačních systémů a řízení jejich provozu. Riziko infekce není možné řídit jen na základě intenzity větrání.

Obr. Zjednodušená pomůcka pro určení rizika infekce koronaviry v místnosti v závislosti na střední hodnotě koncentrace CO₂ během doby pobytu v místnosti, doby pobytu v místnosti, úrovni fyzické aktivity a na použití ochranné pomůcky. Pomůcka je volně k použití na
https://hri-pira.github.io/co2/.

Zdroje

1. SARS-CoV-2 Aerosol Transmission Indoors: A Closer Look at Viral Load, Infectivity, the Effectiveness of Preventive Measures and a Simple Approach for Practical Recommendations. Martin Kriegel 1, Anne Hartmann 1, Udo Buchholz 2, Janna Seifried 2, Sigrid Baumgarte 3, Petra Gastmeier 4. 1 Hermann-Rietschel-Institut, Technical University of Berlin, Germany; 2 Department for Infectious Disease Epidemiology, Robert Koch Institute, Berlin, Germany; 3 Local Health Authority “Hamburg-Nord”, Hamburg, Germany; 4 Institute for Hygiene and Environmental Medicine, Charité-University Medicine Berlin. (https://mdpi-res.com/d_attachment/ijerph/ijerph-19-00220/article_deploy/ijerph-19-00220-v3.pdf)
2. Praktische Anwendung von vereinfachten Prognose-modellen zur Einschätzung des Infektionsrisikos über Aerosol bei SARS-CoV-2 und der Effektivität von nichtmedizinischen Präventivmaßnahmen, Anne Hartmann 1, Petra Gastmeier 2, Martin Kriegel 1. 1 Technische Universität Berlin, Hermann-Rietschel-Institut, 2 Charité-Universitätsmedizin Berlin, Institut für Hygiene und Umweltmedizin. (https://www.ggberlin.de/public/GGN_01-2022_praxisempfehlungen_hri-tub_charite.pdf)
3. Corona-Maßnahmen: Auf die CO₂-Dosis kommt es an. (https://www.tga-fachplaner.de/tags/meldungen)