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篇名: 從SARS感染控制談負壓與通風
作者: 十二 日期: 2020.02.06  天氣:  心情:
工研院環安中心工程師 鄭詠仁∕組長 黃建彰


前言

  今年5、6月間,SARS疫情在台灣快速地蔓延,造成台灣人民的恐慌,並且也考驗著政府危機處理的智慧。當時為了有效遏止國內疫情持續擴散,由衛生署設立多家SARS病患治療與收容專責醫院,並選定部分專責醫院設立SARS負壓實驗室,進行病毒研究。SARS疫情促使大眾對微生物危害有進一步的認識,而「負壓」一詞亦因而成為耳熟能詳的名詞。


何謂負壓

  負壓是一個氣壓的相對值,兩區之間比對,氣壓值較低者即屬於負壓區。負壓常被應用做為一種限制空氣擴散的手段,可保證氣流如預期的方向流動。以負壓隔離病房為例,病房內應被假設為空氣含有傳播病原的存在,為污染區域,亦稱為阻隔區,因此必須隔離內外空氣以保障隔離區外人員。而如何隔絕室內空氣勿擴散至室外,除可利用嚴密的洩漏填塞達到室內氣密外,更好的方式則是利用室內外的氣壓差異,藉著空氣由高壓區往低壓區流動的特性,使室外周圍的空氣僅向室內負壓區流動。但因實際上室內仍存在許多難以避免的細微洩漏,任何微小孔洞的洩漏均能被感染氣懸膠通過,所以建立室內負壓可有效防止室內空氣由洩漏點向外流動。由此可知,負壓是阻隔區對區外環境的一個重要的防護機制。例如SARS負壓隔離病房的設置可用以保護走廊及護理站人員,全棟負壓的結核病醫院可避免污染空氣擴散至鄰近社區,而輻射、同位素實驗室或生醫實驗室亦均需設置負壓系統來保護同建物內的辦公區人員等。

負壓的標準

  根據美國疾病管制局出版的「微生物與生醫實驗室的生物安全」(1999年,第4版),建議將具有微生物危害風險的場所分為4個安全等級:

1. 生物安全第一級(Biological Safety Level, BSL-1)場所:在此等級操作下的病原微生物不會使健康成人致病,對實驗室工作人員及環境具最低潛在性危險。
2. 生物安全第二級(BSL-2)場所:可操作屬於中度風險的病原,此等病原會導致人類的疾病但不嚴重,且現有科技已能提供有效的預防與醫療處理。
3. 生物安全第三級(BSL-3)場所:病原可導致健康成人嚴重及毀滅性的致死疾病,但通常能有效地預防與處理。
4. 生物安全第四級(BSL-4)場所:可導致健康成人嚴重及毀滅性的致死疾病,且通常無有效地預防與處理措施,並為氣霧傳播或未知傳染途徑之病原。

  在以上4個層級中,環境設施的標準在BSL-2場所對負壓要求屬建議實施。但在BSL-3與BSL-4場所,則均須設置負壓系統來維護作業者安全。針對SARS病毒,國科會已將之列為RG-3(Risk Group)危險群,其病毒培養或鑑定等均需於BSL-3實驗室內進行。目前,各國或各研究機構對室內負壓標準值的界定仍未達一致。而加拿大疾病管制局出版的「實驗室生物安全準則」(2001年,第3版)則為國際上較新的標準,該準則認定負壓標準應達25 Pa(氣壓的單位, Pascal=Nt/m2)以上;至於澳洲標準AS 2243則要求實驗室負壓應達50 Pa以上。根據國內疾病管制局特殊隔離病房設置標準(鼠疫、伊波拉病毒出血熱、炭疽病及其他傳染病或新感染症等)之要求需達25 Pa,呼吸道傳染隔離病房之標準(白喉、流行性腦脊髓膜炎及開放性肺結核等)則未要求負壓值,但有負壓通風系統的要求。而對SARS這種屬於呼吸道傳染之新感染症,勞委會勞工安全衛生研究所於整合專家學者意見後,在隔離病房通風檢查表中建議以8 Pa為負壓的最低標準。

負壓以外之其他要件

  由於負壓的保護是對外的,因此對於在阻隔區(負壓室)內從事醫療或研究的人員而言,負壓的指標已無安全保障的價值,所以在室內必須採用其他防禦機制來維護自己的人身安全。控制感染的硬體防護一般可分為主要屏障與次要屏障兩項。主要屏障係針對作業者的個人防護,目的在隔離人員與病原微生物接觸的界面,如口罩、實驗衣帽、正壓防護衣、實驗眼鏡或生物安全櫃等,是醫護人員熟悉且常用的設備。次要屏障為區域環境的設施,例如採特殊設計的建物、空調排氣系統、廠務與監控系統等措施,以提供人員安全防護。

  現今對SARS的研究指出,SARS感染途徑應當為飛沫或接觸傳染,顯示病原在空氣中傳播途徑短,其感染可能為近距離接觸或長時間處於高濃度病原的環境空氣中所導致。故對於在負壓隔離室內近距離處理病患之醫護人員而言,比負壓更重要的安全指標應為室內氣流型態與換氣效能。

  室內氣流與空氣傳播病原的擴散,有極大的關係。如飛沫、細菌或菌孢等的懸浮微粒,雖可能會因粒徑大小差異使其沈降效應有強弱差別,但微粒均會受空氣牽引而隨氣流方向運動是不變的事實。因此,為防止醫護人員暴露於污染區,室內氣流的設計就必須遵循「Clean to Dirty」原則。亦即氣流方向應採有效的設計,使其由乾淨區域往下游的污染源流動並排出室外,負壓隔離病房在病患頭部附近裝設排風口即為此理。但若進一步考量更完整的通風安全,則室內的迴流區亦可能導致污染物的累積而徘徊不去。為降低迴流尺度,調整供風口與排風口相對位置,使室內流場儘可能達單方向性流動,為較佳的設計策略。醫護人員需先瞭解室內流場型態,方可在有利位置進行作業,避免暴露於高濃度病原空氣中。

  另外,室內換氣效能的高低可決定空氣的品質,換氣率高的室內可有效稀釋空氣病原濃度。由於多數病原在濃度甚低時可降低使人體致病的機率,因此對負壓病房或生物實驗室等場所,一般均要求其換氣率標準至少需達12~15 ACH(Air Change per Hour),即室內排出的氣體每小時為12至15倍的室內空氣體積。理論上,換氣率越高可獲得的稀釋效果較佳。但過高的排氣量對於不使用循環空氣的阻隔區來說,就表示必須有同樣的外氣供氣量。為控制不斷引入的外氣的溫濕度,則將導致空調運轉成本大增。因此,無論是負壓病房或生物實驗室等含微生物風險之場所,必須考量風險與運作成本,進行有效的評估。

結語

  對可經由空氣傳播的病原,必須以通風的手段進行控制。而對有微生物危害的阻隔區施予負壓,則可以保護阻隔區外環境免受污染。在阻隔區內提供足夠的換氣量,並安排適當的室內氣流型態,可使作業人員在良好的空氣品質下,選擇較潔淨空氣的位置進行醫療或研究工作。另外,為避免阻隔區與其他區域(如辦公區、休息區)的交互污染,設置獨立的空調與排氣系統也是必須的手段。而排氣的處理在經過高效率微粒過濾器或殺菌設備導引至建物頂排放,儘可能遠離建物空調進氣口避免再吸入。如此一套完整的負壓通風系統,將有助於控制SARS病原對內的感染與對外的散播。









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