27.11.2019 13:13
A. Zarzycka , Royal HaskoningDHV, Политехнический университет Эйндховена, Нидерланды W. Maassen, Royal HaskoningDHV, Политехнический университет Эйндховена, Нидерланды W. Zeiler, Политехнический университет Эйндховена, Нидерланды Параметры микроклимата и качества воздуха в операционных строго нормируются, поскольку оказывают непосредственное влияние на здоровье пациента и успех операции. Данная статья посвящена вопросу энергетической эффективности решений, обеспечивающих качество воздуха и требуемые параметры микроклимата в операционных залах.
Общемировая статистика показывает, что около 6 % общего энергопотребления зданий приходится на здания медицинского назначения. Вопрос снижения энергопотребления и выбросов СО2 в атмосферу актуален для всех зданий, в том числе и для зданий сферы здравоохранения. Согласно Директиве ЕС по энергоэффективности [1] все здания, в том числе и медицинские центры, со временем должны соответствовать требованиям околонулевого энергопотребления (nZEB). Наибольший потенциал энергосбережения в госпиталях и больницах Нидерландов оказался у помещений операционных залов и боксов (боксированные палаты, изоляторы) [2]. Наибольшая доля в энергопотреблении операционных залов приходится на систему вентиляции. Энергопотребление системы вентиляции напрямую зависит от расхода воздуха и времени затрачиваемого на проведение операции.
Методология
При оценке потенциала снижения энергопотребления операционных залов мы используем подход, при котором центральным и ключевым вопросом является необходимость обеспечения безопасности и здоровья пациента. Самые важные факторы в профилактике распространения инфекций разделены на четыре группы, так называемые четыре «П»: Персонал, Патогены, врачебная Практика и Помещение.
Общепринятый подход при проектировании энергоэффективных зданий в Нидерландах – это трехступенчатая стратегия Trias Energetica [3]. По мере роста требований к энергоэффективности и развитию технических решений этот подход трансформируется в стратегию «Пять шагов» (рис. 1). К стратегии Trias Energetica добавляется два пункта: оценка модели поведения и потребностей пользователя помещения и внедрение системы аккумуляции и перераспределения тепловой энергии.
 |
| Рис. 1. Стратегии энергоэффективного проектирования Trias Energetica и метод «Пять шагов» |
Фокус на модели поведения пользователя помещения позволяет правильно оценить его потребности, подобрать оптимальные параметры микроклимата и качества воздуха, по возможности снизить расход энергии на поддержание выбранных параметров. В статье рассматривается этот подход при поиске решений, снижающих энергопотребление операционных. Мы рассмотрим: какие параметры микроклимата создают безопасную для пациента среду в операционной и препятствуют распространению бактерий, чтобы оценить насколько оправдан нормируемый для операционных расход воздуха; какие решения для организации вентиляции могут применяться в операционных и за счет чего возможно снижение энергопотребления системы вентиляции.
Патогены
В европейских медицинских учреждениях, согласно статистике, от инфекций области хирургического вмешательства (инфекции, которые развиваются в течение 30 дней после хирургического вмешательства или в течение года после установки протеза) страдают 1,12 % пациентов [4]. При проведении операций бактерии могут попадать в рану через воздух, плохо продезинфицированные медицинские инструменты или из собственной микрофлоры пациента. Наибольшую опасность для раны пациента представляют бактерии, содержащиеся на коже медицинского персонала [5]. При ходьбе за одну минуту с человека в воздух «падает» около 10 000 частиц кожи. Около 10 % этих частиц содержат болезнетворные бактерии [6]. Средний размер частиц кожи, переносящих бактерии, составляет 12 мкм (от 4 до 60 мкм). Инфицирование раны пациента в 30 % случаев происходит вследствие прямого попадания частиц кожи на рану и в 70 % случаев после попадания частиц на инструменты и руки хирурга с последующим переносом на рану [7].
На распространение инфекций в воздухе операционной влияют несколько факторов: относительная влажность воздуха, температура, подвижность воздуха и интенсивность движения частиц. Исследования показывают, что поддержание уровня относительной влажности на уровне 40–60 % снижает риск инфицирования раны [8, 9]. Это связано с тем, что при данных значениях относительной влажности частицы находятся во взвешенном состоянии в воздухе меньше времени, слизистые поверхности не пересыхают, снижаются жизненный период бактерий и вирусов, риск аккумуляции электростатических зарядов [10, 11].
Однако среди профессионалов существует и альтернативное мнение, что важность уровня относительной влажности воздуха переоценена и этому вопросу не стоит уделять много внимания.
Персонал
Основной фокус при проектировании микроклимата операционных – это профилактика инфекций. При этом тепловой комфорт медицинского персонала, как правило, игнорируется. Исследования теплового комфорта медицинского персонала [12] показали, что при стандартных для операционных параметрах микроклимата хирургам, как правило, слишком жарко, анестезиологи, медсестры и пациенты мерзнут, и только ассистент хирурга ощущает тепловой комфорт [13].
Исследования [11] показали, что минимально требуемая температура для пациента составляет 21 °C. При этом при температуре выше 23 °C медицинскому персоналу слишком жарко. Во время операции температура тела пациента снижается из-за открытых тканей в области хирургического вмешательства, низкой температуры вдыхаемого газа при общей анестезии, сниженной мышечной активности. Даже незначительная гипотермия во время операции может привести к осложнениям и снижает сопротивление организма к хирургическим инфекциям [14]. Исследования Меллинга [15] показали, что при обогреве тела пациента во время операции риск развития инфекций области хирургического вмешательства снижается на 36 %.
Врачебная Практика
При проведении операций под общим наркозом иммунитет пациента снижается. Если во время операции происходит прямой контакт пациента и медицинского персонала, то небрежность в дезинфекции инструментов и рук персонала значительно увеличивает риск развития инфекций области хирургического вмешательства.
К факторам, влияющим на риск развития инфекций области хирургического вмешательства, относятся:
- недостаточная дезинфекция рук и предплечий медицинского персонала;
- недостаточная и несвоевременная санитарная обработка и дезинфекция помещения;
- недостаточная стерилизация медицинского инструмента;
- недопустимое загрязнение помещения операционного зала;
- несоответствующая условиям одежда персонала;
- неудовлетворительная дезинфекция кожи пациента в районе вмешательства;
- неудовлетворительное бритье кожи пациента в районе вмешательства;
- плохая хирургическая техника: чрезмерная кровопотеря, переохлаждение, травма тканей, отмирание тканей и др.;
- чрезмерная продолжительность операций.
В табл. 1 дана количественная оценка влияния различных факторов на риск развития инфекций области хирургического вмешательства. Следует отметить, что количественная оценка значительно расходится в различных исследованиях, поскольку дать точную оценку весьма затруднительно.
| Таблица 1 Факторы, влияющие на риск инфицирования | ||||||||||||||
|
Помещение
По уровню стерильности и оснащенности оборудованием операционные делятся на пригодные и непригодные для проведения особо опасных операций.
Вентиляционная система в операционной должна обеспечивать требуемое качество и уровень стерильности воздуха.
Как правило, в операционных применяются два типа систем вентиляции и распределения воздуха, представленных на рис. 2: смесительная TMA (turbulent mixed airflow – неоднонаправленный поток воздуха) и вытесняющая/поршневая UDF (unidirectional flow – однонаправленный поток воздуха).
 |
| Рисунок 2. Модель воздухораспределения при неоднонаправленном TMA (слева) и однонаправленном UDF (справа) потоке воздуха. |
При смесительной вентиляции/неоднонаправленном потоке очищенный через HEPA-фильтры приточный воздух раздается с относительно высокой скоростью через потолочные диффузоры. Реализуется принцип перемешивания и разбавления – снижения концентраций воздушно-капельных микробов с течением времени [19]. Раздача воздуха осуществляется как в сторону операционного стола, так и к периметру помещения. В зависимости от размеров помещения, требований к температуре воздуха направление потока может адаптироваться к текущим условиям использования операционной.
При однонаправленном потоке очищенный через HEPA-фильтры приточный воздух раздается с постоянной скоростью около 0,4 м/с и примерно параллельными линиями тока по всему поперечному сечению чистой зоны над операционным столом. Такой способ подачи воздуха создает подобие защитной воздушной завесы в зоне проведения операции.
На базе этих способов раздачи воздуха в последние годы разрабатываются новые системы, например Halton Vita OT Space, представленная на рынке в 2015 году.
Система Optimus Integrated Surgical Environment, реализованная на принципе однонаправленного потока, является комплексным решением для операционных залов и объединяет в себе систему вентиляции, систему освещения, видеонаблюдения за ходом операции, сенсоры, микрофоны и специальные хирургические видеокамеры. Кратность воздухообмена [21] составляет 30 час-1.
Система Opragon (рис. 3) реализована на принципе ламинарного потока с контролем температуры приточного воздуха (Temperature controlled Laminar Airflow – TAF) – по сути, это модификация принципа однонаправленного потока UDF. Слабо охлажденный (от −1,5 до −3 °C) относительно температуры в рабочей зоне воздух, прошедший через HEPA-фильтр, с малой скоростью раздается через полусферические воздухораспределители, смонтированные на потолке над операционным столом (Т1). Такое решение позволяет обеспечить зону стерильного воздушного потока над операционным столом, с подвижностью около 0,25 м/с. Дополнительные восемь полусферических воздухораспределителей смонтированы по периметру потолка (Т2). Раздача воздуха по периметру позволяет избежать образования застойных воздушных зон в помещении и при необходимости регулировать температуру воздуха в помещении.
Сравнение систем Vita IT Space, Optimus и Opragon приведено в табл. 2.
 |
| Рисунок 3. Система Opragon, работающая по принципу ламинарного потока с контролем температуры приточного воздуха TAF (источник: https://www.avidicare.com). |
| Таблица 2 Сравнение различных систем воздухораспределения [19] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Выводы
Традиционный подход в проектировании системы вентиляции для операционных основан на использовании типовых параметров (исходных данных), хотя на практике эти параметры сильно разнятся и зависят от многих факторов. Такие факторы, как гигиена рук, количество частиц кожи, спадающей с персонала, тип одежды персонала, вид хирургического вмешательства, опыт команды, интенсивность перемещения персонала в помещении при проведении операций, не могут быть описаны единым универсальным значением. Параметры микроклимата помещения также влияют на риск инфицирования области хирургического вмешательства. Для того чтобы корректно и эффективно спроектировать систему вентиляции, необходимо правильно оценить описанные выше факторы и их влияние на возможность перемещения бактерий в помещении, риск попадания бактерий в рану. Моделирование таких процессов является сложной задачей и доступно не в каждом проекте, однако есть несколько универсальных способов снизить энергопотребление системы вентиляции операционных залов:
- контроль расхода приточного воздуха по датчику концентрации частиц в зоне операционного стола;
- возможность изменения температуры приточного воздуха;
- отключение системы вентиляции в нерабочее время;
- оптимизация графика использования операционных;
- отказ от увлажнения воздуха;
- увеличение доли рециркуляционного воздуха.
Установка датчика концентрации частиц в зоне операционного стола позволяет в реальном времени оценивать количество взвешенных в воздухе частиц. Несмотря на отсутствие точной статистики по взаимосвязи количества взвешенных в воздухе частиц и риска возникновения инфекций области хирургического вмешательства, очевидно, что бактерия может попасть в открытую рану именно на одной из таких частиц. Таким образом, снижая количество взвешенных частиц в области операционного стола, мы снижаем риск инфицирования. Такой подход позволяет гибко менять расход воздуха по фактической потребности и экономить энергию.
Второй подход – это изменение температуры воздуха в помещении в зависимости от температуры наружного воздуха. Поскольку тепловые ощущения человека адаптируются к сезону, температура в помещении операционного зала может изменяться для разных периодов года, что позволит экономить энергию на подготовку приточного воздуха. При этом разность температур приточного и вытяжного воздуха, необходимая для обеспечения правильного потока, может оставаться постоянной, но уставки по абсолютной температуре воздуха в помещении могут меняться в зависимости от фактической температуры наружного воздуха.
Возможность отключения системы вентиляции операционных в нерабочее время детально изучена в работе Деттенкофера[23]. Автор пришел к выводу, что отключение системы вентиляции в нерабочее время не приводит к критическому росту количества взвешенных в воздухе частиц, бактерий и микробов. Запуск системы за 30 мин до проведения операции позволяет обеспечить достаточную стерильность воздуха при проведении операции.
Оптимизация графика использования операционных подразумевает необходимость управленческих решений: не все операции требуют наивысшего уровня стерильности и качества воздуха. Составление графика операций, согласно их классу по опасности и риску инфицирования, позволит делать разные уставки по качеству воздуха в помещении и снижать энергопотребление.
Отказ от увлажнения приточного воздуха и использование рециркуляции активно применяются в США в последние годы. Такой подход доказал свою энергоэффективность.
Необходимость обеспечить безопасный микроклимат и качество воздуха является первостепенной задачей при проектировании систем вентиляции операционных залов. Обзор доступной литературы показывает, что существует большой потенциал энергосбережения в операционных, а разработка решений по снижению энергопотребления операционных залов должна начинаться с оценки потребностей пациента в качестве воздуха/микроклимата и анализа возможных путей распространения бактерий в помещении.
Источник информации: https://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=7393