外科口罩覆蓋N95自吸過濾式防護口罩：增加泄漏風險

譚彩霞(TAN Cai-xia) 譯，吳安華(WU An-hua) 審校

(中南大學湘雅醫院醫院感染控制中心, 湖南 長沙 410008)

摘要：本報告通過對相關流體力學和密封壓力的分析建模，論證了當N95自吸過濾式防護口罩 (N95 FFR)被外科口罩、布口罩或醫用口罩(統稱為外科口罩)覆蓋時，將增加顏面部與口罩之間密封泄漏的潛在風險。以前發表的關于呼吸器壓力和泄漏的試驗研究也適用于此問題。在可預見的未來，正確使用N95 FFR仍將是保證醫護人員安全的重要組成部分，特別是對于那些從事產生氣溶膠操作(AGP)(如氣管插管)的人員。在考慮泄漏風險時，重要的是要了解哪些因素可能會影響顏面部與口罩之間的密封性。N95 FFR的適配度和密封性會隨著反復的穿戴和落紗而退化。據報道，一些N95 FFR再處理或回收技術可以加速這種退化。簡而言之，N95型口罩密封性容易受損，可能會受到多種因素的影響。

方法：與單獨佩戴N95 FFR相比，額外佩戴外科口罩對氣流產生了新的阻力。作為一種多孔介質，流體通過N95的難易程度可以用達西定律中的滲透率“k”建模。達西定律規定，通過多孔介質的流速與該介質的滲透率和壓降成正比，如公式(1)所示。

(1)

其中Q是體積流量(類似于每分鐘通氣量)，A是橫截面積，μ是流體的黏滯系數，L是多孔介質的長度，Δp是壓降。這個定律表明，對于相同的壓降，滲透到多孔介質的流量隨著介質長度的增加而減小。根據公式(1)如果使用外科口罩覆蓋N95 FFR，則多孔介質的長度(即兩個口罩的厚度)增加，因為如果壓降不變，那么通過口罩的氣流量就會降低。因此，為了保持正常的每分鐘通氣量，呼吸壓力(壓降)必須隨著阻力的增加而增加。

根據公式(1)如果QB是通過口罩的正常體積流量，則通過該口罩的壓降定義為公式(2)：

(2)

(3)

其中Req是兩個口罩的等效流阻，R1和R2分別是N95 FFR和外科口罩的流阻。等效流阻等于各電阻之和，類似于電路中串聯的電阻。根據公式(3)的結果表明，與僅使用N95 FFR相比，在N95 FFR外面覆蓋外科口罩時，由于呼吸流量不變，流動阻力增加了R2，因此兩個口罩的總壓降有所增加。當使用者保持正常的每分鐘通氣量時，由于額外的外科口罩而產生的新阻力，進而在口罩內和氣道內相對于大氣(室內空氣)壓力產生更高的呼吸壓力。

因此，呼吸循環壓力必然會在吸氣時更負壓，在呼氣時更正壓，以克服組合式口罩增加的阻力，從而試圖保持正常的氣流或每分鐘通氣量。隨著口罩上壓降的增加，同樣的大氣到氣道壓降也適用于N95 FFR邊緣與顏面部的密封。因此，當較高的壓差在柔性機械密封(如N95 FFR邊緣與顏面部密封)上脈動時，可能會逐漸發生泄漏。

當顏面部和N95 FFR邊緣相互貼合形成密封時，配合表面之間的任何間隔都會大大增加泄漏風險。倍增的密封面間隔可以使泄漏風險增加8倍。這可以將密封界面處的臨界收縮近似為具有較長寬度和相對較小高度的矩形截面的孔洞。假設不可壓縮的牛頓流體，U1為各配合面之間的平均分離高度，則單位時間內通過臨界收縮的體積流量(泄漏率)由公式(4)(泊肅葉流動)計算：

(4)

其中η是流體黏度，Δp是口罩之間的壓降，如公式(3)所示。

結果：根據公式(4)，在N95 FFR外面覆蓋外科口罩可增加脈動壓力差從而可能會導致泄漏的風險增加。

討論：分析模型包括簡化假設，例如可以忽略外科口罩邊緣周圍的多相流和泄漏的影響。此外，在吸氣過程中，密封物體的平衡率可能會增加，從而抵消了密封性能的增加。

用外科口罩覆蓋N95 FFR可能會增加N95 FFR泄漏的風險。需要更多的研究對這一風險進行適當的評估，包括更高階的理論分析、計算流體動力學模型、臺架試驗和/或人體研究。我們從事這項研究的同時，也鼓勵其他人也做此類研究。在進一步研究之前，N95 FFR的臨床應用指南和使用外科口罩覆蓋N95 FFR的說明應該考慮并評估這種風險。

譯自：Mueller JT, Karimi S, Poterack KA, et al . Surgical mask covering of N95 filtering facepiece respirators: the risk of increased leakage[J]. Infect Control Hosp Epidemiol, DOI: 10.1017/ice.2021.50.