Пречистване на въздуха
УЛТРАВИОЛЕТОВА ДЕЗИНФЕКЦИЯ НА ВЪЗДУХА
РЕЗЮМЕ
През 1870 г. използвайки слънчевата светлина като източник на ултравиолетово лъчение (UVR), са започнати изследвания, за да се разберат молекулярните промени в живите организми, получени от поглъщането на UVR. През 20-ти век, с изобретяването на електрическите живачни разрядни лампи, се предлага контролируем, икономичен източник на бактерицидно късовълново 253,7 nm UVR. Започва систематично изследване на влиянието на UVR върху биологичните системи в няколко дисциплини, като се използват бактерицидни UVR лампи. Влиянието на UVR върху биологичните системи се проучва, за да осигури знания за защита на хората от опасно излагане на UVR и да ограничи разпространението на инфекциозни заболявания чрез дезактивиране на микроорганизмите в храната, водата и въздуха. Глобалните инциденти с биотероризма ескалират в края на 20 век и 21-ви век и намаляването на биологичните заплахи в обществените сгради придобива допълнително значение за дезинфекцията и дезактивацията на въздуха и повърхностите с UVR. Увеличават се устойчивите на много лекарства щамове на въздушно-инфекциозни агенти. Mycobacterium tuberculosis (TB) е най-изявеният от тях. С 2 милиарда души, заразени от туберкулоза и 2 милиона умиращи годишно, това е най-големият убиец сред инфекциозните заболявания. Необходимо е по-дълбоко изследване на потенциала на UVR дезинфекцията на въздуха. Този доклад обобщава настоящото състояние на познанията за UVR дезинфекция на въздуха и дава препоръки за бъдеща работа в процедурите за изследвания, стандартизация и тестване.
ВЪВЕДЕНИЕ
В исторически план определянето на термините, метода на измерване, спектралните граници и полезните приложения на ултравиолетовото лъчение (UVR) и ултравиолетовото бактерицидно облъчване (UVGI) започват в рамките на CIE в началото на 30-те години на миналия век (CIE, 1935). Дезинфекцията на въздух от патогени обикновено се осъществява чрез вентилация (за разреждане и отстраняване на инфекциозни частици), високоефективна филтрация на прахови частици (HEPA - за улавяне на инфекциозни частици, достатъчно малки за вдишване) и ултравиолетово бактерицидно облъчване (UVGI) (за увреждане на дезоксирибонуклеиновата киселина (ДНК) на микроорганизма, с цел да го направи безвреден) (CDC, 1994; Harm, 1980). Атентатите от биотероризма през XXI век водят до интензивен преглед на литературата за прилагане на UVR дезинфекция (въздух, както и повърхности и вода) за защита на общественото здраве (Glanz et al., 2001; Gerberding et al., 2002; CDC, 2001b; Drazen, 2002; Комисия по наука и технологии за борба с тероризма, 2002). За третиране на някои сгради (обществени сгради като приюти за бездомни, училища, аудитории, офис сгради и транспортни центрове) UVGI може да има важно предимство пред високата степен на вентилация или филтрация (Brickner et al., 2000; First et al., 1999b). Като екологична форма на контрол UVGI се прилага за деактивиране на инфекциозни агенти в закрити помещения (чрез дезинфекция на въздуха в горната им част); върху повърхности (както в закрити, така и в открити помещения) и във вентилационни системи (системи от канали). Проучванията от 30-те години на миналия век (Wells, 1935; Wells, 1955; Riley et al., 1976; Riley et al., 1989; Luckiesh, 1946) показват, че UVGI в горната част на помещението намалява концентрацията на инфекциозни пренасяни по въздуха микроорганизми в долната част на помещението. Медицинската професия е първата, която одобрява UV лампите за дезинфекция (CPM, 1948). Лекарите в операционните зали използват UVGI за стерилизиране на операционното поле, за контрол на инфекцията при пациенти, както и за почистване на повърхностите в залите (Hart, 1960a, Hart, 1960b). Лаборантите, които боравят с инфекциозни материали, продължават да използват техники на UVR стерилизация (Phillips et al., 1955). Някои хранително-преработващи предприятия използват ултравиолетово лъчение, за да запазят храните. Бактерицидните ултравиолетови лампи, стратегически поставени в горната част на помещението, излъчват късовълново лъчение с дължина на вълната 253,7 nm (UV-C лъчение), което уврежда бактериите и вирусите в конвекционните въздушни потоци в помещенията, като ги прави безобидни. По подобен начин, бактерицидните лампи се поставят във въздухопроводи, както и в преносими, самостоятелни устройства за конвекция на въздух за почистването му от микроорганизми. Бактерицидният ефект предотвратява възпроизвеждането на тези инфекциозни агенти. По този начин предаването на болестта се прекъсва. Някои от инфекциозните агенти, причиняващи респираторни заболявания при хората и които са податливи на UVR дезинфекция на въздуха,са: туберкулоза, морбили, аденовирус, грип и вероятно едра шарка.
Събитията от 2001 г. в Съединените щати създават нов интерес към възможността за използване на бактерицидно UVR за унищожаване на спори на антракс, освободени в околната среда. Тези спори са с аеродинамичен размер, което им позволява да плават по въздушните потоци и да се пренасят през въздуховодите. Контролът на предаването изисква повърхностно и въздушно обеззаразяване, за което понастоящем няма установена основа за прилагане на UVR. В откритата литература има малко информация за чувствителността на спорите на антракс към UVR. Съществуващата информация е по-приложима за повърхностна дезинфекция. Изследване на Knudson (Knudson, 1986) предполага, че спорите са около 20 пъти по-устойчиви на UVR, отколкото вегетативната форма на Bacillus anthracis. Спорите на антракс се деактивират от UVR по същия начин като другите микроби, т.е. количеството оцелели спори намалява като експоненциална функция на енергийната плътност на UVR. Следователно, за да се разработи смислена процедура за дезинфекция, е необходимо да се определят приемливи норми за количеството на оцелелите спори. Такъв референтен стандарт все още не е установен. По-важното е, че UVR инактивирането е като видимата светлина. Това означава, че UVR е лош дезинфектант на повърхности. Всяко засенчване, дори на микроскопична основа, може да предотврати ефективната дезинфекция. Като предположение за UVR устойчивостта на споровата форма, експеримент с UVR стерилизация върху повърхности от алуминиеви, керамични и дървени повърхности от Dietz et al. (Dietz et al., 1980) заключават, че в редки случаи стерилността може да бъде получена чрез доза 2 х 104 J/m2. Въпреки това, като цяло дозата над 2 х 106 J/m2 не е достатъчна. Необходимо е по-нататъшно проучване, за да се определи потенциала на деактивиране чрез UVR на аерозолизирани спори на антракс. UVR е значително по-ефективен за контрол на инфекцията, пренасяна във въздуха, в сравнение с пренасяната от повърхностите.
Проучванията за предаване на Mycobacterium tuberculosis (MTB) могат да дадат насоки как да се подходи към ефективна защита на обществените пространства от широк спектър от инфекции, причинени от въздуха. От средата на 80-те години на миналия век с възобновяване на туберкулозата и до наши дни съществува засилена грижа за глобализираното разпространение на щамове на мултирезистентна туберкулоза (MDR TB) (CDC, 2002a; CDC, 2002b; Farmer et al., 1999; Walton et al., 2000). Докато ефективното лечение на пациенти с туберколоза в развитите страни и в страни с ограничени ресурси, чрез пряко наблюдаван кратък курс на терапия (DOTS-плюс) (Frieden, 2000), е съществена намеса за спиране на разпространението му, има друг критично важен аспект на проблема, който е получил малко внимание от страна на правителствените и неправителствените агенции: контрол на инфекцията в общи условия. Всеки случай на туберкулоза, MDR или по друг начин е резултат от въздушно предаване от човек на човек. Предаването в общи условия не само води до по-ефективно разпространение на туберкулоза в общността, но също така заплашва много здравните работници (ЗР), които са от съществено значение за лечението на пациентите. Молекулярният отпечатък демонстрира предаване на мултирезистентна туберкулоза (MDR TB) в болници в Южна Африка и Аржентина, страни с ограничени ресурси, където късната диагноза, неефективното лечение, продължителната хоспитализация и липсата на изолационни съоръжения се комбинират, за да се получи разпространение между пациентите и между пациентите и здравните работници. Пациентите, лекувани за ТБ, чувствителни към наркотици в руските затвори, дори са се заразили от MDR щамове, доказано чрез молекулярен отпечатък. Медицинските работници, особено тези, които са заразени с ХИВ, заразяват с мултирезистентна туберкулоза (MDR TB) в райони с високо разпространение и много от тях са починали (Espinal et al., 2001; CDC, 2001c; Friedman, 2001).
1. ОБХВАТ
Техническото задание за CIE TC 6-35 е: Преглед на текущото състояние на използване на формите на ултравиолетово лъчение (UVR) за дезинфекция на въздуха. Поради нарастващия интерес е включен кратък раздел за дезинфекция на повърхности.
2. УЛТРАВИОЛЕТОВО ЛЪЧЕНИЕ (UVR)
2.1 Свойства
Ултравиолетовото лъчение (UVR) е всяка излъчена енергия с дължина на вълната между 100 nm и 400 nm (виж фиг. 1). Ултравиолетът (UV) е част от електромагнитния спектър и излъчването в този диапазон на дължината на вълната се произвежда от Слънцето и създадени от човека източници. Фотобиолозите често използват разделянето на ултравиолетовия спектър, предложено от CIE:
UV-A: 315 nm - 400 nm;
UV-B: 280 nm - 315 nm;
UV-C: 100 nm - 280 nm.
Терминът UVGI (дефиниран като ултравиолетово бактерицидно облъчване) се отнася до излъчването на ултравиолетови бактерицидни лампи и системите, които разпределят UVGI енергията, т.е. UVGI облъчватели.