[論文レビュー] Fluid fragmentation from hospital toilets

Giovanni Traverso, S. Laken+4 more|arXiv (Cornell University)|Oct 21, 2013

Infection Control and Ventilation参考文献 5被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、病院のトイレのフラッシュにおける流体の破断を、高速撮影を用いて調査し、高圧フラッシュが、*Clostridium difficile* のような病原性胞子を運ぶ空中に浮遊する飛沫を生成することを明らかにした。主な発見は、特に洗浄剤を併用した現代の病院用トイレは、飛沫の小 droplet の放出を著しく増加させ、病原体の空気感染を悪化させる一方で、それを軽減するものではないということである。

ABSTRACT

Hospital-acquired infections represent significant health and financial burdens to society. Clostridium difficile (C. difficile) is a particularly challenging bacteria with the potential to cause severe diarrhea and death. One mode of transmission for C. difficile, as well as other pathogens, which has received little attention is the potential air contamination by pathogen-bearing droplets emanating from toilets. In the fluid dynamics video submitted to the APS DFD Gallery of Fluid Motion 2013, we present flow visualizations via high-speed recordings showing the capture of the product of the fluid fragmentation generated by hospital toilet high-pressure flushes. Important quantities of both large and small droplets are observed. We illustrate how high-pressure flushes and cleaning products currently used in hospital toilets result in aggravating, rather than alleviating, the suspension and recirculation of tenacious airborne pathogen-bearing droplets.

研究の動機と目的

• 病原体伝播のこれまで軽視されてきた経路である病院トイレのフラッシュにおける飛沫生成の流体力学的メカニズムを調査すること。
• 高圧フラッシュと洗浄剤が、病原体を含む飛沫の生成および浮遊にどのように寄与するかを評価すること。
• 空気中に長時間浮遊し、表面を汚染するか、吸入される可能性のある小飛沫の飛散量を定量化すること。
• 洗浄プロトコルが伝播を軽減するとの仮定を覆し、実際に空気感染の拡大を助長している可能性を示すこと。

提案手法

• フラッシュイベント中の一時的な流体破断を捉えるために、1000〜2000フレーム/秒の高速ビデオ撮影。
• トイレボウルの上部領域を側面から撮影し、飛沫の飛散ダイナミクスを可視化。
• 通常の高流量と一般的な洗浄製品を用いた、実際の病院用フラッシュシステムの使用。
• 大きな飛沫（速やかに沈降）と小さな飛沫（空気中で浮遊）を区別するための飛沫サイズ分布の分析。
• 洗浄剤の有無による飛沫飛散の比較を通じて、その破断に与える影響を評価。
• 流体力学的原則を応用し、飛沫生成および拡散のメカニズムのモデル化と解釈。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 病院トイレの高圧フラッシュは、どのように空中飛沫を生成するのか？
• RQ2 洗浄剤は、フラッシュ中に小飛沫を空中に飛散させるのをどのように促進するのか？
• RQ3 フラッシュ中に生成された飛沫が、*C. difficile* の胞子をどれほど運ぶのか？
• RQ4 なぜ現在の病院洗浄慣行は、トイレフラッシュに起因する空気感染リスクを是正しないのか？
• RQ5 飛沫サイズ分布は、病原体の長距離伝播の可能性にどのように影響するのか？

主な発見

• 高速撮影により、病院トイレのフラッシュ中の流体破断が捉えられ、大および小飛沫の飛散が確認された。
• 高圧フラッシュは、長時間空気中に浮遊可能な小飛沫の数を著しく増加させる。
• 洗浄製品の使用は、胞子を殺さないまま小飛沫の飛散を悪化させ、空気汚染リスクを高める。
• フラッシュ中に生成された飛沫は、*Clostridium difficile* の胞子を運び、病院獲得感染の伝播経路となる。
• 本研究では、フタのない現代の病院トイレが、フラッシュ時の流体破断によって空気中病原体の拡散を助長していることを示した。
• 表面の殺菌に注力する現在の対策は、トイレフラッシュに起因する空気汚染の重要な役割を無視している。