Фильтр дыхательный вирусо–бактериальный: что это такое и как выбрать?

Фильтр дыхательный вирусо–бактериальный: строение, принцип действия, способы фильтрации, виды.

 

Что такое фильтр дыхательный вирусо - бактериальный?

Фильтр -  устройство для отделения одного вида вещества от другого. Происходит от от лат. filtrum — «войлок», в переводе с других языков еще - “пористый камень”, “цедилка”, “ноздреватое тело, через которое пропускают жидкости, чтобы сделать их чистыми”. Очень точные назначения устройству.
Вирусо- бактериальный дыхательный фильтр - важный элемент в ходе искусственной вентиляции легких (ИВЛ). Это медицинское устройство для защиты пациентов, медперсонала и оборудования ИВЛ от вирусов и бактерий. А именно:

1. Находящиеся на ИВЛ пациенты не могут самостоятельно дышать, и поэтому  попадающая в легкие воздушная смесь не проходит очистку естественным путем через нос. Эту функцию за него выполняет вирусо-бактериальный фильтр. Он очищает поступающий в органы дыхания воздух, согревает и увлажняет дыхательную смесь из аппарата ИВЛ.
2. Защищает пациента от возможного перекрестного заражения через дыхательный контур аппарата - чтобы микроорганизмы, выделяемые из его слюны или из капель аэрозоля, не попали в дыхательную систему ИВЛ. 
3. Предохраняет медицинский персонал от риска заражения воздушно- капельным путем через вентиляционные выходы анестезиологической аппаратуры.
4. Стерилизация всех деталей аппарата – длительный и очень трудоемкий процесс. Не всегда есть возможность их тщательной обработки при массовом поражении COVID-19, при нехватке ИВЛ в отделениях интенсивной терапии. А использование индивидуальных вирусо-бактериальных фильтров дает возможность использовать аппараты в течение всего рабочего операционного дня без риска заражения оборудования и пациентов.

Рис.1,2.Расположение дыхательного фильтра в медицинском оборудовании.

Из чего состоит вирусо- бактериальный дыхательный фильтр?

Для изготовления корпусов дыхательных фильтров используют прочные, нетоксичные, экологичные пластики - полипропилен, K-Resin, акрилонитрилбутадиенстирол (АВС). Такие материалы не деформируются в процессе эксплуатации, так как имеют высокую стойкость к ударам и перепадам температуры, что существенно важно для создания требуемой  герметичности фильтра. Устойчивость к агрессии химических веществ делает эти материалы безопасными для пациентов и персонала в случае обработки корпуса фильтра дезинфицирующими средствами. Ведь полипропилен, K-Resin, АВС пластики не будут вступать в реакцию со средством обработки или со случайно попавшим лекарством на корпус фильтра.
Для фильтрующего элемента используют  нетканые синтетические материалы с высокоэффективным удержанием частиц из полипропиленовых  волокон, стеклянных микроволокон, полиуретанов. Это спанбод, мелтблаун, HEPA. В зависимости от свойств используемого материала мембраны, фильтры будут способны поглощать влагу или не пропускать ее -  гигроскопичными или гидрофобными соответственно. 
 Рис.3. Фильтрационное полипропиленовое волокно под микроскопом.

Фильтрационный материал имеет волокнистую структуру. Поток воздуха проходит в промежутках между волокнами, а частицы, превышающие диаметр пор фильтра, задерживаются на его поверхности. 
Если производитель указывает эффективность фильтрации 99, 999% для частиц >0,3 мкм, это значит, что фильтр задерживает все вирусы и бактерии размером 0,3  микрометров и больше. 
Сравним размеры некоторых опасных бактерий. Стрептококки - 0,6-1 мкм, дифтероиды - 1-8×0,3-0,8 мкм, моракселлы - 1,0-1,5х1,5-2,5 мкм, синегнойная палочка, устойчивая к антибиотикам - 1-5×0,5-1 мкм, коринебактерии (более 60 видов) - 0,3-0,8x1,5-8 мкм, стафилококки от 0,6 до 1,2 мкм; патогенные штаммы: менингококки - от 0,5 до 1,5 мм, гноеродные стрептококки - около 1 мкм, пневмококки - 0,5-1,25 мкм, коклюшная палочка - 1 мм. 
Это далеко не весь перечень инфекций, присутствующих при искусственной вентиляции легких у пациента, например, с респираторной инфекцией, с пневмонией. Эффект дыхательного фильтра в этом случае очевиден. Бактерии больше 0,3 мкм (в нашем конкретном примере) задерживаются в промежутках между волокнами.
 Рис.4. Фильтрация по принципу сита.

Однако вирусы меньше бактерий и большинство изученных имеют диаметр от 0,02 до 0,3 мкм. Например, вирус гепатита B - 0,027 мкм, вирус гепатита дельта - 0,035-0,037  мкм, вируса ВИЧ - 0,1-0,12 мкм. Фильтр вирусо-бактериальный задержит и эти частицы. Только принцип фильтрации здесь будет иметь другую природу.
Для многослойных волокнистых нетканых фильтров работают следующие механизмы: 

• Диффузионный эффект осаждения частиц происходит за счет их броуновского (хаотичного) движения. Под его действием частицы смещаются с линии потока, сталкиваются с волокном при его обтекании и осаждаются на поверхности. При этом чем меньше размер частиц и скорость потока, тем больше вероятность столкновения частиц с волокном. Диффузионный механизм преобладает при фильтрации частиц с диаметрами меньше 0,05 мкм.
   Рис.5. Фильтрация диффузией.
• Инерционный эффект. При огибании потоком газа волокна, частицы смещаются с линии тока под действием инерции и, приблизившись к волокну, осаждаются на нем. Эффективность инерционного осаждения возрастает пропорционально увеличению размера частиц.
   Рис.6. Фильтрация с использованием инерции.
• Гравитационный эффект. Частицы смещаются с линии тока под действием силы тяжести во время прохождения вблизи волокна и оседают на нем. С увеличением размера частиц эффект осаждения возрастает.
  Рис.7. Гравитационный эффект фильтрации.
• Эффект зацепления. Когда частица приблизилась к поверхности волокна на расстояние своего радиуса, такого касания достаточно для ее осаждения.
   Рис.8. Фильтрация с эффектом зацепления.

Итак, механизм фильтрации дыхательных фильтров - это сумма различных эффектов и каждое волокно участвует в механизмах улавливания частиц.
 Рис.8. Механизм фильтрации дыхательного фильтра: сумма всех эффектов.

Какие бывают виды дыхательных фильтров?

В зависимости от принципа работы вирусо-бактериальные фильтры могут быть механическими или электростатическими. 
Электростатические фильтры используют электростатические законы и свойства материала для захвата частиц. При изготовлении такого устройства полипропиленовые волокна наделяются электрическим отрицательным зарядом на одном конце и положительным на другом. Благодаря наличию собственного поверхностного заряда, бактериальные и микробные организмы примагничиваются к волокнам, удерживаются внутри фильтрационной мембраны и не поступают в дыхательные пути. Капельки жидкости, не проникающие в фильтрующий слой, конденсируются на фильтрующей поверхности, увлажняя вдыхаемый воздух. Бактерии, вирусы, пылевые частички фильтруются по описанным выше эффектам и электростатическому полю.
 Рис.9. Электростатическая фильтрация.

В механических фильтрах применяют гофрированную пористую мембрану из гидрофобного материала. Для ее изготовления используют стеклянные микроволокна, вспененный полимер. Во время выдоха тепло и влага из выдыхаемого пациентом воздуха собираются целлюлозным элементом тепловлагообменника. Во время вдоха накопленные тепло и влага возвращаются пациенту. Мембрана фильтра предотвращает попадание в дыхательную систему пациента каких-либо микроорганизмов. В хаотично расположенных микроскопических волокнах бактерии, вирусы, пылевые частички фильтруются не только благодаря малому размеру пор, а и за счет гидрофобных свойств предотвращают проникновение жидкостей  в систему выделений пациента и конденсата. Применение механических фильтров предпочтительнее при ожидании значительного образования конденсата. Непроницаемость для воды гидрофобной мембраны дает гарантию задержки бактерий, распространяющихся воздушно-капельным путем.
 Рис.10. Механический фильтр с использованием тепловлагообменника.
На схеме показано, как во время выдоха тепло и влага из выдыхаемого пациентом воздуха собираются целлюлозным элементом тепловлагообменника. Во время вдоха накопленные тепло и влага возвращаются пациенту.
Итальянские педиатры провели исследование и сравнительный анализ электростатических и механических фильтров. Их вывод - механические фильтры могут обеспечить более высокую эффективность фильтрации, чем электростатические, но они обеспечивают более высокое сопротивление воздушному потоку. Zannin, E., Veneroni, C., Dellaca ', RL et al. Бактериально-вирусные фильтры для ограничения распространения респираторных патогенов в аэрозольной форме во время неонатальной респираторной поддержки в эпоху пандемии. Педиатр Res (2020). https://doi.org/10.1038/s41390-020-1102-4

Изготовители фильтров проходят испытания своих устройств в лабораторных условиях. Фильтр крепят к тестовой пластине пчелиным воском или термоклеем и помещают в автоматический тестер. Измеряется их сопротивление дыханию и проникание аэрозоля контрольного вещества с заданными свойствами при определенном расходе воздуха. В качестве контрольного вещества используют аэрозоль из хлорида натрия на задержку  твердых частиц, а парафиновое масло и диоктилфталат на захват жидких частиц. При проверке используют такие частицы, размер которых близок к “наиболее проникающим”. Показатели эффективности обычно выше указанных производителем - это гарантирует высокое качество фильтра.
 Рис.11,12.Лабораторные испытания дыхательных фильтров.

Производители вирусо-бактериальных дыхательных фильтров.

В настоящее время рынок предлагает огромный выбор всевозможных вирусо-бактериальных дыхательных фильтров для ИВЛ. Мировые производители по производству фильтров такие, как Medtronic, Draeger, MediteraTıbbi, PALL, Intersurgical, Mediplus, BBT, WilMarc, Smiths Medical, 3M Scott, Armstrong Medical, Flexicare, Matisec, Teleflex конкурируют между собой.
Но остановимся на популярных компаниях среди потребителей Украины:
“Intersurgical” (Интерседжикал)  - более 25 лет разрабатывает и производит  медицинские изделия для обеспечения проходимости дыхательных путей, анестезиологии, реанимации, кислородной и аэрозольной терапии. Штаб квартира - в Великобритании. Компания производит более 2 млн единиц продукции в неделю в соответствии с международными стандартами качества BS, ISO, EN. Фильтры дыхательные компании «Интерседжикал» отвечают требованиям международного качества ISO 9001:2000, ISO 13485, имеют маркировку CE и пользуются популярностью во всем мире.

“MEDICARE” (Медикар) - торговая марка украинского поставщика ООО “Допомога -1” и эксклюзивного украинского представителя фирмы “Medica Project LTD” (Великобритания). Официально ТМ “Medicare” зарегистрирована в ноябре 2005 года. Качество медицинских изделий “Medicare” подтверждают сертификаты соответствия международному стандарту ISO 13485 и соответствуют требованиям Директивы 93/42/EEC. Это гарантия, что дыхательные фильтры "Medicare" обеспечивают безопасность и качество по самым строгим международным стандартам. 

 "Ассомедика"- белорусская компания по производству расходных медицинских материалов. Основана в 2006 году в Минске. Имеет собственное современное высокотехнологичное производство и является единственным производителем дыхательных контуров в EAЭC. "Ассомедика" - официальный дистрибьютор мировых производителей медицинского оборудования и расходных материалов, в том числе для респираторной поддержки (фильтры дыхательные) чешской компании MEDIN. Дыхательные фильтры "Ассомедика" можно посмотреть здесь.

 "3M Scott" - американский производитель средств защиты органов дыхания и средств индивидуальной защиты с 1932 года. В 2017 году компанию приобрел конгломерат «3M» - американская многонациональная корпорация. Производит более 60 000 продуктов, в том числе изделия медицинского назначения, средства индивидуальной защиты, пластыри хирургические. 

Выбирая вирусо-бактериальные дыхательные фильтры, главное знать, какой тип фильтра необходим в конкретной ситуации и следовать правилам:

1. Четко представлять возможности используемого фильтра.
2. Один фильтр - один пациент и строго в рекомендуемый срок эксплуатации.
3. Немедленно менять фильтр при его загрязнении биологическими жидкостями.

Автор статьи Olga Gromasheva