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纱布口罩的防护病毒效果或许被低估

已有 5335 次阅读 2020-2-28 13:20 |个人分类:科研*创新|系统分类:科研笔记

我记得非典的时候,提倡戴十二层以上的纱布口罩,当时的医护人员也是佩戴这样的口罩。而如今防护口罩技术突飞猛进,出现了防护效果更好并且佩戴效果更舒适的口罩。纱布口罩从此退出医用防护相关口罩的视野,属于被废弃使用的口罩。

网上有个叫来自回形针的视频科普说纱布口罩防护效果最烂,里面还有一条曲线显示纱布口罩的效果最差,甚至比棉布口罩还差。当时我看了就感觉不符合常理,因为如果纱布口罩效果连棉布口罩还达不到,为何纱布口罩自从十九世纪末诞生以来有百余年时间作为医生防护的标配?当时我考虑的是,或许制作人找的数据不是用十二层以上的纱布口罩做的实验,而是单层或者比较少的层数做的实验,所以得到这个结论。

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最近新冠病毒在全球很多国家开始爆发,导致口罩专用过滤材料熔喷布原材料从一万多每吨涨到近35万每吨。在这种情况下,如果疫情还要在国内持续一段时间,可能导致口罩更抢手。于是我想查找一下文献和相关数据,想看看在现在流行的这些口罩资源情况紧张的情况下,纱布口罩是否也可以起到一个比较好的防护效果,这样可以把更多口罩资源留给和肺炎患者有接触的医护人员。

以下是查到的一些文献和报道描述的情况:

在2003年6月6日网络有篇报道《16层普通材料口罩不能有效过滤病毒》中提到,经国家食品药品监管局北京医疗器械质量监督检验中心测定, 16层普通材料口罩过滤效果为24% , 24层普通材料口罩过滤效果是36. 8%,而N95口罩是98.49%。

很多人是依据这篇文章得出纱布口罩过滤效果不行,防护效果只有24%或者36.8%。

这篇报道没有给出是什么条件下做的测试,也没有和医用外科口罩、普通医用口罩等的对比,只是和N95对比。

过滤效果(有的文献用的是过滤效率这个词)是多少,实际上和做实验选用的颗粒物大小,性质,气流量有很大关系。如果测试不同类型口罩过滤效果选用的颗粒物大小,性质,气流量等是不同的,那么之间没有可比性。例如医用外科口罩的国标(YY 0469-2011)要求在空气流量(30±2)L/min条件下,对大小分布为粒数中值直径(CMD)在0.075μm±0.020μm氯化钠气溶胶的过滤效率不低于30%,对平均颗粒直径为(3±0.3)μm的金黄色葡萄球菌气溶胶的过滤效率不低于95%。从30%和95%的数据不同可以看出,不同标准测试下,过滤效果是不一样的。

所以,在同一标准的测试下的比较数据更能说明问题。

我进一步查找文献,发现2012年有篇论文《医用防护口罩防护效率及佩戴时间的研究》(杜建,岳淑敏,谢忠尧,马艳,姜晓颖,弭凤玲,高静韬,高微微,李琦,李亮.医用防护口罩防护效率及佩戴时间的研究[J].中国防痨杂志,2012,34(10):633-636.)里面就有在同一标准测试下对于N95,纱布口罩,一次性医用外科口罩的比较测试。

论文的摘要是:目的测试使用前的N95医用防护口罩(简称"N95口罩")、外科口罩和纱布口罩及N95口罩在佩戴不同时间的过滤效率和呼吸阻力变化,为呼吸道传染病领域的呼吸防护提供指导。方法选用某公司生产的D32-N95型医用防护口罩52只、普通外科口罩50只、12层纱布口罩42只及24层纱布口罩51只。采用美国TSI公司生产的测试仪器TSI-8130测量过滤效率和呼吸阻力,测试方法与NIOSH N95和国家标准GB 19083-2010测试方法一致。分别测量N95口罩、外科口罩和纱布口罩的过滤效率和呼吸阻力。同时分别佩戴N95口罩0.5、1、2d直至7和14d(以工作时间4h为0.5d),佩戴后1h内测量其过滤效率和呼吸阻力。结果N95口罩的平均过滤效率为97.4%,12层纱布口罩为32.3%,24层纱布口罩为43.9%,外科口罩为18.4%,差异有统计学意义(F=4511.5,P<0.05)。N95口罩使用2d过滤效率仍在95%以上,6d在90%以上,14d在80%以上。根据数学模型,使用45d时仍可高于24层纱布口罩的过滤效率43.9%。呼吸阻力变化不大,各类口罩佩戴14d都在14mm H2O(1mm H2O=0.0098kPa)以下,低于国家标准要求的35mm H2O。

里面主要结论性数据如下:

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从研究中可以看出,这几种口罩的比较,是按照现有的医用防护口罩的国家标准GB 19083-2010来做测试的,这个标准是在空气流量(85±2)L/min条件下,对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效率。从这个来看,一次性医用外科口罩还不如12层纱布口罩的对空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm氯化钠气溶胶的过滤效果好。

国家标准GB 19083-2010的要求还是比较高的,首先选用的氯化钠气溶胶的空气动力学中值直径(0.24±0.06)μm就属于口罩最难防护的尺寸级别,并且试验用的空气流量比较大,是(85±2)L/min。而前面也提到医用外科口罩的国标((YY 0469-2011)测试要求的空气流量是(30±2)L/min,远小于(85±2)L/min。医用外科口罩国标里的氯化钠气溶胶直径和GB 19083-2010是一样的。医用外科口罩国标里提到的直径数字是0.075±0.020μm,实际上这个和GB 19083-2010的(0.24±0.06)μm是一致的,只是表述不同。因为条件用的氯化钠气溶胶颗粒大小分布为粒数中值直径(CMD)在0.075μm±0.020μm,集合标准差不超过1.86,这是相当于空气动力学质量中值直径(MMAD)0.24μm±0.06μm。

 

结合这篇论文再来看前面提到的“经国家食品药品监管局北京医疗器械质量监督检验中心测定, 16层普通材料口罩过滤效果为24% , 24层普通材料口罩过滤效果是36. 8%”,那说明这个测试条件也是比较高的条件的。并且它只是和N95相比,而没有和一次性医用外科口罩相比。我想,是不是那时候(2003年)还没有标准的一次性医用外科口罩?毕竟医用外科口罩的最初的国标YY 0469-2004(现在已经更替为YY 0469-2011)是2004年才有的。

总之,如果《医用防护口罩防护效率及佩戴时间的研究》这篇文章的数据没有学术造假,那么从这来看12层以上纱布口罩还是有很大可取之处的,因为它的过滤效率比医用外科口罩的效果好。

纱布口罩和医用外科口罩还存在一个问题是因为是平面货,容易密封不严密侧漏,泄漏率高,不如N95是个罩杯,能在脸上扣的很严实。N95要求的总泄漏率在8%以下。好在一次性外科口罩上面有个条可以按照鼻子的形状来贴合,这点比纱布口罩好一些。不过纱布口罩还有那种套头而不是挂耳朵的系带方式,把带子紧紧系着,也能弄的比较严实。总之,有侧漏的情况下就达不到上述说的过滤下效果,所以戴严实一些很重要。这方面是否有论文研究我就没有再过多关注。

纱布口罩还有个缺点是比较捂的慌,呼吸阻力比医用外科口罩大,不如一次性普通医用口罩和医用外科口罩那么透气,但是比N95的呼吸阻力要小。上面的论文也有相关数据作为支撑。我之所以花时间做了这样的一个小小的研究,也是因为我戴N95出门超过十分钟,感觉太憋了,实在太难受了,感觉喘不过气来的感觉,所以才想想有没有替代方案。

医用外科口罩和N95还有防喷溅效果,12层以上的纱布口罩因为比较厚,所以肯定能一定程度防喷溅,但是效果未知,我没有查到相关的文献。

此外,上述说的N95是医用防护口罩的N95,不是市场上卖的防雾霾的N95。防雾霾的N95国标是GB2626-2006,这个标准没医用防护口罩具有防喷溅作用,但是要求对于颗粒物的过滤效率也是95%以上。

 

为了进一步验证十二层以上纱布口罩的实际效果,我找到了另外一篇2004年的文献《SARS流行时期医务人员防护及效果评价》(邹宇华,陈少贤,郜艳晖,陶茂萱,曹兆进,王德全,张瑛,张碧娟,范健文,钟文龙,李丽霞.SARS流行时期医务人员防护及效果评价[J].中华医院感染学杂志,2004(04):77-79.)

里面的一些数据如下:

表1是医务人员第1 次接触SARS 患者时各项防护工具的使用率。

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后来随着时间的增长,使用防护工具的人的比例增加了。

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表3是医务工作人员从第1 次接触SARS 患者或疑似患者时是否采取防护措施与感染SARS 的关系。

 

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表4是9 所医院的医务人员第1 次接触SARS 患者时各项防护措施使用率和SARS 感染率。

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从上面数据可以看出当时的纱布口罩还是降低了感染率。但这些数据也说明,防护服,眼罩,手套在防护感染方面也是有重要作用的,口罩只是一个方面。

 

而医用外科口罩和N95口罩的实际效果,在美国有做相关实验:发表在《美国医学会杂志》上的一项研究将一次性医用外科口罩与N95口罩进行了比较。该研究报告称,一次性医用外科口罩与N95口罩在预防流感或其他病毒性呼吸道疾病方面的有效性没有显著差异。

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值得注意的是,这篇文章里提到的一次性口罩实际上不是普通的一次性口罩,是美国标准的医用外科口罩。虽然在论文标题使用了"Medical Mask"——医用口罩,但在论文当中有一句提到:医用口罩,往往又被称为外科口罩。

 

对于美国这篇文章的数据和结论,我的观点是:

1、这一方面可能说明了口罩实际上只能起到一部分防护作用,因为有其他防护因素干扰(身体其他部位的防护因素)在只是比较口罩的情况下,没有显著差异。

2、这另一方面可能说明,虽然医用外科口罩和N95口罩在测试条件下的过滤率相差很大,一个30%以上,一个95%以上,但这可以算是一种极端的条件的差别,实际上在防范病毒方面达不到这种极端条件的比较性。病毒虽然小,流感病毒直径大概0.08-0.12μm,新冠病毒的直径大概0.06-0.14μm,但是病毒很多时候是以大颗粒形式存在,这些口罩对于大颗粒的防范效果都还挺高的。

 

我查找了上述资料之后,又进一步关注了一个问题:口罩的使用寿命有多长时间?

会关注这个问题主要是因为现在因为口罩紧缺,本来一次性口罩都重复使用,N95口罩更是如此,到底可以戴多长时间。尤其是在戴一次之后需要消毒才能戴下一次的情况下,可以支持多长时间?

N95口罩和一次性口罩都不能用水洗。N95、一次性医用外科口罩、一次性普通医用口罩的防护效果有一部分是靠静电原理。如果静电功能失去,那么防护效果会大幅度降低。在静电力和范德华力的作用下大部分飞沫和粉尘都粘附到致密的短纤维上,起到极大吸附作用。随着时间的增长这些口罩的吸附力会降低,导致性能降低。

知乎上有个叫做“大肥狐”的人的《N95口罩可以用多久?多份研究解析》文章中,收集了国内外一些资料,最后比较分析,他得出的结论是:

“综合以上证据,我认为N95口罩主要随使用时间降低,平均每天8小时降低1.2%,在33-40小时后会降低到90%,也就是相当于N90的级别。每天工作8小时计算至少可以用5天,与CDC有限重复使用5次的建议吻合,防护效果还能接受。

1.如果长期不佩戴时静置消毒后存放在密闭干燥容器内的话,性能的降低可以忽略。

2.经常使用可以一般环境存放,避免高湿度环境。

3.尽量保证口罩形状不要被破坏,小心佩戴和存放。

4.有呼吸阀的N95口罩使用寿命可能会高一倍以上。

5.效率降低主要集中在亚纳米级别,这个级别的过滤效率与滤材的静电荷直接相关,微米级别的过滤效率主要来自于物理阻隔。

6.实在短缺,理论上日常环境下每天8小时使用54天,也就是使用430小时后,PFE降低到30%也只是与国内外科手术口罩相当。”

 

上面提到的文献《医用防护口罩防护效率及佩戴时间的研究》也有关于N95口罩随着时间延长的效果测试。N95佩戴5个工作日后,过滤效率降至92.0%;14个工作日后过滤效率仍在80%以上(80.6%)。拟合直线的方程为:y=97.9-1.22x(y为过滤效率,x为佩戴天数),拟合效果较好。根据方程推算,佩戴N95口罩的过滤效率将在45d时接近24层纱布口罩的过滤效率,在54d时接近12层纱布,在66d时接近外科口罩。这个结论和上述结论差别不大。相当于是说,N95口罩还是很耐用的。每天使用8小时,使用大概两个月左右差不多降到医用外科口罩的水平。

 

当然,上述数据是在消毒方法没有破坏口罩结构的情况下的。如果消毒方法不合适,口罩使用寿命减少。知乎的Puli的《口罩为什么不能重复使用?》总结了很多资料和数据,提到:“通过这几天我查阅了二十多份相关的期刊与实验,通过专业的实验表明普通口罩至少可以重复使用十次以上,其过滤效率并不会有太大的降低,更有大胆的实验结论普通口罩重复正常使用50次过滤效率也不会有太大的减弱。(具体的期刊见文章结尾)过滤效率不受影响,那有害物质呢?上面说了我们现在主要认为的有害物质是病毒,或者飞沫,而这些这些东西是可以通过消毒手段去进行清除的。普通家庭经常使用的消毒手段有:紫外消毒,加热干燥,蒸煮,喷酒精消毒等。这里又有专业资深的媒体实验表示,这些方法虽然可以杀毒,但是会破坏口罩纤维影响口罩的过滤效率。对于这个新的问题,我们不能一棒子打死,从实验数据中我们可以看出蒸煮,喷酒精等的消毒方法会导致口罩的过滤效率下降,但是紫外线消毒,加热干燥对于口罩的影响不大,更有实验数据显示这样消毒后口罩的过滤效率反而提高了,不排除实验误差的影响,不过我们可以知道紫外线消毒,加热干燥并不会给口罩的过滤效率带来很大的影响。

 

这篇文章还链接了知乎梁川回答别人话题的回复,里面提到了台湾行政院劳工安全卫生研究所在2003年在SARS事件过后,为应对未来发生防疫物资不足的情况,做过类似的研究《拋棄式防塵口罩滅菌再使用之可行性探討》。

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目前,对于一次性口罩的重复利用和消毒没有相关报道。可能是这口罩设计的初衷就没有想过反复使用很多天。再说一下一次性普通医用口罩,它的国标YYT_0969-2013里面没有对过滤效果有要求。但是它中间也有一层熔喷层,也是有一定过滤效果的。我猜测很有可能它的过滤效果不如医用外科口罩。

 

纱布口罩是可以反复水洗的。所以纱布口罩的消毒方法可以喷酒精,还可以用开水烫。这个消毒比较容易,因为纱布口罩不涉及上述说的很容易破坏口罩的吸附力,所以重复利用性应该比较好(不过这方面似乎也没有实验数据作为支撑)。

 

 从上述分析,既然十二层纱布口罩过滤效率大于一次性医用外科口罩(《医用防护口罩防护效率及佩戴时间的研究》),而一次性医用外科口罩实际对于病毒防护效果和N95差不多(美国的研究),我认为,在防疫物资不足的情况下,普通民众为了预防,是可以佩戴十二层以上纱布口罩,或者用N95在选用适当消毒方法的情况下反复使用。




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