Фільтр дихальний вірусо–бактеріальний: будова, принцип дії, способи фільтрації, види.
Що таке фільтр дихальний вірусо - бактеріальний?
Фільтр - пристрій для відокремлення одного виду речовини від іншого. Походить від лат. filtrum — "повсть", в перекладі з інших мов ще - "пористий камінь", "цедилка", "ноздреватое тіло, через яке пропускають рідини, щоб зробити їх чистими". Дуже точні призначення пристрою.
Вірусо - бактеріальний фільтр дихальний - важливий елемент в ході штучної вентиляції легень (ШВЛ). Це медичний пристрій для захисту пацієнтів, медперсоналу і обладнання ШВЛ від вірусів і бактерій. А саме:
- Знаходяться на ШВЛ пацієнти не можуть самостійно дихати, і тому потрапляє в легені повітряна суміш не проходить очищення природним шляхом через ніс. Цю функцію за нього виконує вірусо-бактеріальний фільтр. Він очищає надходить в органи дихання повітря, зігріває і зволожує дихальну суміш з апарату ШВЛ.
- Захищає пацієнта від можливого перехресного зараження через дихальний контур апарату - щоб мікроорганізми, виділені з його слини або з крапель аерозолю, не потрапили в дихальну систему ШВЛ.
- Оберігає медичний персонал від ризику зараження повітряно - крапельним шляхом через вентиляційні виходи анестезіологічної апаратури.
- Стерилізація всіх деталей апарату – тривалий і дуже трудомісткий процес. Не завжди є можливість їх ретельної обробки при масовому ураженні COVID-19, при нестачі ШВЛ у відділеннях інтенсивної терапії. А використання індивідуальних вірусо-бактеріальних фільтрів дає можливість використовувати апарати протягом усього робочого операційного дня без ризику зараження обладнання і пацієнтів.
Рис.1,2.Розташування дихального фільтра в медичному обладнанні.
З чого складається вірусо - бактеріальний фільтр дихальний?
Для виготовлення корпусів дихальних фільтрів використовують міцні, нетоксичні, екологічні пластики - поліпропілен, K-Resin, акрилонитрилбутадиенстирол (АВС). Такі матеріали не деформуються в процесі експлуатації, так як мають високу стійкість до ударів і перепадів температури, що суттєво важливо для створення необхідної герметичності фільтра. Стійкість до агресії хімічних речовин робить ці матеріали безпечними для пацієнтів і персоналу у разі обробки корпуса фільтра дезінфікуючими засобами. Адже поліпропілен, K-Resin, АВС пластики не будуть вступати в реакцію з засобом обробки або з випадково потрапили ліками на корпус фільтра.
Для фільтруючого елемента використовують неткані синтетичні матеріали з високоефективним утриманням частинок з поліпропіленових волокон, скляних мікроволокон, поліуретанів. Це спанбод, мелтблаун, HEPA. В залежності від властивостей використовуваного матеріалу мембрани, фільтри будуть здатні поглинати вологу або не пропускати її - гігроскопічними або гідрофобними відповідно.
Рис.3. Фільтраційне поліпропіленове волокно під мікроскопом.
Фільтраційний матеріал має волокнисту структуру. Потік повітря проходить в проміжках між волокнами, а частинки, що перевищують діаметр пор фільтра, затримуються на його поверхні.
Якщо виробник вказує ефективність фільтрації 99, 999% для часток >0,3 мкм, це означає, що фільтр затримує всі віруси і бактерії розміром 0,3 мікрометрів і більше.
Порівняємо розміри деяких небезпечних бактерій. Стрептококи - 0,6-1 мкм, дифтероиды - 1-8×0,3-0,8 мкм, моракселлы - 1,0-1,5х1,5-2,5 мкм, синьогнійна паличка, стійка до антибіотиків - 1-5×0,5-1 мкм, коринебактерії (більше 60 видів) - 0,3-0,8x1,5-8 мкм, стафілококи від 0,6 до 1,2 мкм; патогенні штами: менінгококи - від 0,5 до 1,5 мм, гноєтворні стрептококи - близько 1 мкм, пневмококи - 0,5-1,25 мкм, коклюшна паличка - 1 мм.
Це далеко не весь перелік інфекцій, присутніх при штучній вентиляції легень у пацієнта, наприклад, з респіраторною інфекцією, з пневмонією. Ефект дихального фільтра в цьому випадку очевидна. Бактерії більше 0,3 мкм (в нашому конкретному прикладі) затримуються в проміжках між волокнами.
Рис.4. Фільтрація за принципом сита.
Однак віруси менше бактерій і більшість вивчених мають діаметр від 0,02 до 0,3 мкм. Наприклад, вірус гепатиту B - 0,027 мкм, вірус гепатиту дельта - 0,035-0,037 мкм, вірусу ВІЛ - 0,1-0,12 мкм. Фільтр вірусо-бактеріальний затримає і ці частинки. Тільки принцип фільтрації тут буде мати іншу природу.
Для багатошарових волокнистих нетканих фільтрів працюють наступні механізми:
- Дифузійний ефект осадження частинок відбувається за рахунок їх броунівського (хаотичного) руху. Під його дією частинки зміщуються з лінії потоку, стикаються з волокном при його обтіканні і осаджуються на поверхні. При цьому чим менше розмір часток і швидкість потоку, тим більше ймовірність зіткнення частинок з волокном. Дифузійний механізм переважає при фільтрації частинок з діаметром менше 0,05 мкм.
Рис.5. Фільтрація дифузією. - Інерційний ефект. При огибании потоком газу волокна, частинки зміщуються з лінії струму під дією інерції і, наблизившись до волокна, осаджуються на ньому. Ефективність інерційного осадження зростає пропорційно збільшенню розміру частинок.
Рис.6. Фільтрація з використанням інерції. - Гравітаційний ефект. Частинки зміщуються з лінії струму під дією сили тяжіння під час проходження поблизу волокна й осідають на ньому. Зі збільшенням розміру частинок ефект осадження зростає.
Рис.7. Гравітаційний ефект фільтрації. - Ефект зачеплення. Коли частка наблизилася до поверхні волокна на відстань свого радіусу, такого дотику достатньо для її осадження.
Рис.8. Фільтрація з ефектом зачеплення.
Отже, механізм фільтрації дихальних фільтрів - це сума різноманітних ефектів і кожне волокно бере участь в механізмах уловлювання частинок.
Рис.8. Механізм фільтрації дихального фільтра: сума всіх ефектів.
Які бувають види дихальних фільтрів?
В залежності від принципу роботи вірусо-бактеріальні фільтри можуть бути механічними або електростатичними.
Електростатичні фільтри використовують електростатичні закони і властивості матеріалу для захоплення частинок. При виготовленні такого пристрою поліпропіленові волокна наділяються негативним електричним зарядом на одному кінці і позитивним на іншому. Завдяки наявності власного поверхневого заряду, бактеріальні та мікробні організми магнітяться до волокнам, утримуються всередині фільтраційної мембрани і не надходять у дихальні шляхи. Крапельки рідини, не проникаючі в фільтруючий шар, конденсуються на фільтруючій поверхні, зволожує вдихуване повітря. Бактерії, віруси, пилові частинки фільтруються з описаних вище ефектів і електростатичного поля.
Рис.9. Електростатична фільтрація.
У механічних фільтрах застосовують гофровану пористу мембрану з гідрофобного матеріалу. Для її виготовлення використовують скляні мікроволокна, спінений полімер. Під час видиху тепло і волога з видихається пацієнтом повітря збираються целюлозним елементом тепловлагообменника. Під час вдиху накопичені тепло і волога повертаються пацієнту. Мембрана фільтр запобігає потраплянню в дихальну систему пацієнта будь-яких мікроорганізмів. В хаотично розташованих мікроскопічних волокнах бактерії, віруси, пилові частинки фільтруються не тільки завдяки малому розміру пор, а й за рахунок гідрофобних властивостей запобігають проникнення рідини в систему виділень пацієнта і конденсату. Застосування механічних фільтрів краще при очікуванні значного утворення конденсату. Непроникність для води гідрофобної мембрани дає гарантію затримки бактерій, що розповсюджуються повітряно-крапельним шляхом.
Рис.10. Механічний фільтр з використанням тепловлагообменника.
На схемі показано, як під час видиху тепло і волога з видихається пацієнтом повітря збираються целюлозним елементом тепловлагообменника. Під час вдиху накопичені тепло і волога повертаються пацієнту.
Італійські педіатри провели дослідження і порівняльний аналіз електростатичних і механічних фільтрів. Їх висновок - механічні фільтри можуть забезпечити більш високу ефективність фільтрації, ніж електростатичні, але вони забезпечують більш високий опір повітряному потоку. Zannin, E., Veneroni, C., Dellaca ', RL et al. Бактеріально-вірусні фільтри для обмеження поширення респіраторних патогенів в аерозольній формі під час неонатальної респіраторної підтримки в епоху пандемії. Педіатр Res (2020). https://doi.org/10.1038/s41390-020-1102-4
Виробники фільтрів проходять випробування своїх пристроїв в лабораторних умовах. Фільтр кріплять до тестової пластині бджолиним воском або термоклеєм і поміщають в автоматичний тестер. Вимірюється їх опір диханню і проникнення аерозолю контрольного речовини із заданими властивостями при певній витраті повітря. В якості контрольного речовини використовують аерозоль з хлориду натрію на затримку твердих частинок, а парафінове масло і діоктилфталат на захоплення рідких частинок. При перевірці використовують такі частки, розмір яких близький до "найбільш проникаючим". Показники ефективності зазвичай вище зазначених виробником - це гарантує високу якість фільтра.
Рис.11,12.Лабораторні випробування дихальних фільтрів.
Виробники вірусо-бактеріальних дихальних фільтрів.
В даний час ринок пропонує величезний вибір всіляких вірусо-бактеріальних дихальних фільтрів для ШВЛ. Світові виробники з виробництва фільтрів такі, як Medtronic, Draeger, MediteraTıbbi, PALL, Intersurgical, Mediplus, BBT, WilMarc, Smiths Medical, 3M Scott, Armstrong Medical, Flexicare, Matisec, Teleflex конкурують між собою.
Але зупинимося на популярних компанії серед споживачів України:
"Intersurgical" (Интерседжикал) - більше 25 років розробляє і виробляє медичні вироби для забезпечення прохідності дихальних шляхів, анестезіології, реанімації, кисневої та аерозольної терапії. Штаб-квартира - у Великобританії. Компанія виробляє понад 2 млн. одиниць продукції в тиждень згідно з міжнародними стандартами якості BS, ISO, EN. Фільтри дихальні компанії «Интерседжикал» відповідають вимогам міжнародного якості ISO 9001:2000, ISO 13485, мають маркування CE і користуються популярністю у всьому світі.
“MEDICARE" (Медикар) - торгова марка українського постачальника ТОВ "Допомога -1" та ексклюзивного українського представника фірми "Medica Project LIMITED" (Великобританія). Офіційно ТМ "Medicare" зареєстрована в листопаді 2005 року. Якість медичних виробів "Medicare" підтверджують сертифікати відповідності міжнародному стандарту ISO 13485 і відповідають вимогам Директиви 93/42/EEC. Це гарантія, що дихальні фільтри "Medicare" забезпечують безпеку і якість за найсуворішим міжнародним стандартам.
"Ассомедика"- білоруська компанія з виробництва витратних медичних матеріалів. Заснована в 2006 році в Мінську. Має власне сучасне високотехнологічне виробництво і є єдиним виробником дихальних контурів в ЄАЕС. "Ассомедика" - офіційний дистриб'ютор світових виробників медичного обладнання та витратних матеріалів, в тому числі для респіраторної підтримки (фільтри дихальні) чеської компанії MEDIN. Дихальні фільтри "Ассомедика" можна подивитися тут.
"3M Scott" - американський виробник засобів захисту органів дихання та засобів індивідуального захисту з 1932 року. У 2017 році компанію придбав конгломерат «3M» - американська багатонаціональна корпорація. Виробляє більше 60 000 продуктів, у тому числі вироби медичного призначення, засоби індивідуального захисту, пластирі хірургічні.
Вибираючи вірусо-бактеріальних дихальні фільтри, головне знати, який тип фільтра необхідний в конкретній ситуації і слідувати правилам:
- Чітко представляти можливості використовуваного фільтра.
- Один фільтр - один пацієнт і строго в рекомендований термін експлуатації.
- Негайно міняти фільтр при його забрудненні біологічними рідинами.
Автор статьи Olga Gromasheva
