情報誌 花王ハイジーンソルーション No.31
（2024年5月）

　人間が発声や咳嗽をすると、様々な液体粒子(liquid particle)が発生し、口腔や鼻腔を通じて周囲に拡散する。古典的な分類では、直径5μmを境に、それ以下の比較的直径が小さな液体粒子は「飛沫核(droplet nuclei)」、それ以上の比較的直径が大きな液体粒子は「飛沫(droplets)」と定義されてきた^{1, 2)}。空気感染では、「飛沫核(droplet nuclei)」に病原微生物が包まれて、空気中を自由に拡散する。さらに時間が経つと、飛沫核は水蒸気となっていつまでも空気中に浮遊しつづけていくと認識されている。このため、同じ空間を共有していれば、感染源からの距離にかかわらず、飛沫核を吸引した同室者が感染する。
　空気感染を起こす病原体は、結核、麻しん、水痘が一般的である。アスペルギルスも胞子を吸入することで医療関連感染を起こすが、これは骨髄移植患者で骨髄が生着するまでの間に起きる非常に限定的な現象である。

　飛沫核の吸入を防止するには、N95等の微粒子用マスクを着用するか、換気量を増やして飛沫核を希釈しつつ戸外へ排出することが必要である。建築上の配慮としては、廊下等の隔離室の外への漏洩を防ぐために、圧格差2.5パスカル(Pa)以上で相対的陰圧に維持することが望ましい。また室内の飛沫核濃度を下げるために、毎時12回換気(部屋の容積の12倍の換気量)を要求されている。さらに給気側のダクトには逆流防止ダンパーを設け、ドアの開閉による圧力変化で、病原微生物が病室外に放散するのを防ぐ処置が必要である。
　アスペルギルスの胞子吸引による深在性真菌症の予防には、胞子が隔離室内に流入することを防ぐために、排気側のダクトに逆流防止ダンパーを付け、HEPAフィルターで高度に清浄化した空気で隔離室を満たし圧格差2.5Pa以上で相対的陽圧を維持する必要がある。

　飛沫は重量があるために発生直後に空気抵抗により減速し、1-2m飛んだ後、重力に引かれて落下する。その間に目、鼻、口の粘膜に飛沫が飛び込むと、ウイルスが涙液や唾液によって咽頭に運ばれ、咽頭から感染を起こす。
　飛沫感染は、季節性インフルエンザをはじめ、COVID-19、そのほかほとんどの気道系感染症で起きる。

　飛沫感染を防止するためには、飛沫から被感染者の目、鼻、口の粘膜を浴びないように保護することで可能になる。多床室においては、飛沫の到達距離以上にベッド間隔を広く取り感染源から距離を取るのが理想であるが、限られた病室面積の中では実現が困難である。代替方法として、ベッド間にパーティションや背の高い家具を設置して飛沫を遮蔽すれば飛沫感染を防止できる(図1)。

　前述したように、液体粒子の大きさで飛沫核と飛沫を定義する考え方は、便宜上定めた二元論に基づいた古典的な感染経路の分類である³⁾。しかしながら、今回のCOVID-19の感染事例を解析すると、二次感染が不均等に発生していることが判明した。具体的には、80%程度の感染者は二次感染を発生させないが、発生する時にはクラスター(集簇事例)と呼ばれる大量感染が発生していた⁴⁾。このことから、これまでの二元論では説明できない、異なった伝播様式の存在が疑われるようになった。
　飛沫核や飛沫が発生する際には、実際にはさまざまな液体粒子の直径が連続的に変化しながら存在しており、5μm前後の中間体の大きさの液体粒子は、飛沫と飛沫核の中間の特性(すぐには落下しないが、1-2時間程度漂ったのちに徐々に沈降する)を持つものもある(図2)。具体的な例としては、タバコの煙を思い浮かべていただくとイメージしやすい。そういった背景から、SARS-CoV-2ウイルスの担体(carrier)として、エアロゾル(aerosol)を定義とする新しい伝播様式、エアロゾル感染経路(aerosol transmission)が提唱されるようになった⁵⁾。しかしながら、どの程度のサイズの液体粒子がSARS-CoV-2ウイルスの担体となっているかは同定されていない。この新しい伝播様式の考え方は、これまでの常識を覆すほどの理解と認識の大転換が必要なパラダイムシフトである故に、未だに伯仲した議論が続いている⁶⁾。

　COVID-19におけるエアロゾル感染については、どれぐらいのエアロゾル粒子を吸入すれば感染が成立するかという感染濃度が示されていないので、安全域が明らかでない。従って、これだけ換気すればよいという客観的なデータに基づく推奨はだされていない。厚生労働省は、「COVID-19のクラスター発生を確実に防止することを保証するものではないが、この基準に適合していれば、換気の悪い密閉空間には当たらない」とした換気の目安を公表している。具体的には、機械式換気の場合一人あたり毎時30㎥の換気量を確保するか、窓開けによる自然換気を行うこととしている⁷⁾。この目安は、元々シックハウス症候群の発生防止を目的として改正された、いわゆる「新ビル管理法」に準拠して認可された特定建築物では既に達成されているが、医療施設は特定建築物に含まれていない。しかしながら、医療法上の病院施設であるならば、保健医療機関としての施設基準や、筆者が改訂委員長となって改訂された病院設備設計ガイドライン(空調設備編)に換気の要件(表1)が指定されており、この要件を満たしている⁸⁾。問題となるのは、どちらのカテゴリーにも分類されない「雑居ビルにおけるテナント・医局」、また「クリニックや有床診療所や介護施設」等の換気については、建築基準法で定められた低い水準しかないことがほとんどである。従って、これらの施設での換気管理については、病院や特定建築物での基準に準拠した自主的な換気管理が必要となることがある。世界保健機構(WHO)からも、良好な換気を行うことでCOVID-19の室内伝播を防止できるとして、適切な換気方法についてのガイドラインを発行しているので、参考にされたい⁹⁾。

　これまでに出された法令やガイドライン、また科学的な知見の集積により、どのような基準で室内気の空調管理をすればよいかを解説してきたが、実際にどういう戦略で空調管理をするかについては、確立された簡便な方法は出されていない。筆者は、当院での3密空間撲滅のために、図3のフローチャートに示す戦略を立て、施設課に実行を指示し、非常に効率よく問題解決ができたので一例として紹介する。まず大前提として、機械式換気システムがあれば、そのメンテナンスを適切に行うべきである¹⁰⁾。その上で、厚労省の見解で紹介された目安を満たしていれば、その空間のCO2濃度が1,000ppmを超えないことがわかっている。従って、CO2濃度測定器を設置してCO2濃度が1,000ppm未満であれば喫緊の対応が必要ないが、1,000ppmを超える場合には、②窓が開く場合には自然換気を行い、③窓が開かない場合には不足する換気量に相当する分の風量を濾過する空気清浄機を設置する。この場合、花粉対策でおなじみの電気集じん方式ではなく、中性能以上のフィルターによるファン方式が望ましい。また、病室よりも大きな空間を正常化する場合には、大型を1台設置するより、中型を複数台設置する方が効率よくエアロゾルを除去することができる。なお、空気清浄機ではCO2が除去できないので、解決法③を選択した場合には、以降はCO2濃度を目安にした管理はできないので、空気清浄機の適切なメンテナンスを行う必要がある。上記の戦略でも基準を達成できない時には、室内の定員を減らすか、使用目的の変更等を考慮する。

　接触感染(広義)には、直接的な接触を介して伝播する直接的接触感染経路と、汚染した物品や環境を介して伝播する間接的接触感染経路があることが知られている。しかしながら、正確にいうと、前者は接触感染(狭義)であり、後者はフォマイト感染(媒介物感染、fomite infection)という日頃聞きなれない正式名称があり、前者とは明確に区別されている²⁾。このため、対策も異なることはあまり知られていない。

　接触感染経路を遮断するためには、除染によって病原微生物を除去、あるいは不活化する必要がある。接触感染(狭義)では、ヒトの皮膚を消毒するので「消毒薬による消毒」が必要であり、フォマイト感染では、物品や環境の汚染を消毒するので「消毒剤による消毒」を行う²⁾。
　消毒薬としては、70%アルコールの他、グルコン酸クロルヘキシジンやポビドンヨード等があるが、日常の一般診療においては、即効性があるアルコールが最もポピュラーに使用される。消毒薬は、ケアを行う場所(point of care)の至近に消毒薬を設置することが求められている。通常は、アルコール擦式手指消毒薬のディスペンサーをベッド横に設置することが望ましい。ただし認知症患者やアルコール依存症の患者による誤飲事故防止のためには、鍵付きのディスペンサーが望ましい。
　消毒剤としては、次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、四級アンモニウム塩、両性界面活性剤等が用いられるが、コストの面からは圧倒的に塩素系消毒剤が重用されている。ただし、塩素系消毒剤は金属を腐食させたり、プラスチック樹脂を黄色く変色させたりする。このため、環境に使用するべき資材の特性として、塩素系消毒剤に対して抵抗性のものが望ましい。消毒剤で不活化するだけが除染ではなく、布等で清拭して物理的に除去することも重要な除染手段なので、資材の特性としては、凹凸が少なく、表層が剥離しにくいことも求められる。

　順天堂医院の新病棟(B棟)では、4床室において、床面から天井面までの間仕切り家具を置き、セミコンパートメントタイプとしている。この間仕切り家具は、飛沫を遮断する効果があるため飛沫感染が起こらない構造になっている。また部屋の中央に給気口を置き、各ベッドの直上の天井に設置した排気口から患者が放出した空気を排気しているため、室内にエアロゾルや飛沫核の拡散が起きにくい構造となっている。このため、COVID-19の院内クラスターの発生件数は、一般的な4床室である1号館の病棟よりも4分の一程度におさまっていた。

　我々は、上記の空調システムを更に進化させるべく、個々のベッドにプッシュ・プル型空調装置を組み合わせて新空調システムを開発した。このシステムでは、空調の独立性を向上させるために、ベッドごとに給気口と排気口をプッシュ・プル装置として設置し、さらに患者ベッドのコンソールに大型の排気口をつけているため、飛沫核やエアロゾルが拡散する前に呼気とともに素早く排気するようにした(図1)。数値流体力学解析(Computational Fluid Dynamics: CFD)を行い、飛沫核とエアロゾルの動きをしたところ、これらを98%以上除去できることが推定された。この空調システムは、第21回環境・設備デザイン賞で設備器具・システムデザイン部門で入賞を果たした¹¹⁾。この空調システムは、埼玉県の浦和美園地区に建築中の新病院(2027年11月開院予定)にも導入される予定である。

　COVID-19によるパンデミックの出現は、我々がこれまで培ってきた感染制御の考え方では、根本的な制御ができないことを露呈させた。人類にとっては新たな生存へのチャレンジとなるが、感染症の伝播は自然現象のひとつでもあるので、これまでの考え方に固執せずに、謙虚に目の前で起きている事象を受け入れた上で、必要な対策を練り直せば、必ず乗り越えることができると考えている。「敵を知り、己を知れば、百戦危うからず」の精神で、科学的な感染制御を実現するべく開発を続けていく所存である。

1) J S Garner. Guideline for isolation precautions in hospitals. Part I. Evolution of isolation practices, Hospital Infection Control Practices AdvisoryCommittee. Infect Control Hosp Epidemiol 17:53-80, 1996.
2) Center for Disease Control and Prevention. 2007 Guideline for Isolation Precautions: Preventing Transmission of Infectious Agents inHealthcare Settings. Am J Infect Control 2007;35:S65-164, 2007.
3) Jones NR et.al. Zeshan U Qureshi,2Robert J Temple,3Jessica P J Larwood,4Trisha Greenhalgh,1Lydia Bourouiba: BMJ 370: m3223, 2020.
4) 新型コロナウイルス感染症対策専門家会議. 新型コロナウイルス感染症対策の状況分析・提言(3月19日)
5) Morawska L et.al. It Is Time to Address Airborne Transmission of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19) Clinl Infect Dis, ciaa939, 2020.
6) World Health Organization. Infection prevention and control during health care when novel coronavirus (nCoV) infection is suspected. 19thMarch 2020. https://apps.who.int/iris/rest/bitstreams/1272420/retrieve
7) 厚生労働省. 商業施設等における「換気の悪い密閉空間」を改善するための換気について. 2020年3月30日
8) 病院設備設計ガイドライン(空調設備編)HEAS-02-2022、 一般社団法人 日本医療福祉設備協会
9) World Health Organization: Roadmap to improve and ensure good indoor ventilation in the context of COVID-19. 2021. ISBN: 9789240021280.
10) 厚生労働省. 事務連絡「新型コロナウイルス感染症の治療を行う場合の換気設備について」令和3年4月7日付. 2021.
11) 一般社団法人 建築設備綜合協会 第21回環境・設備デザイン賞 第I部門:設備器具・システムデザイン部門入賞作品 清水建設株式会社、順天堂大学大学院:多床室の院内感染リスクを低減するプッシュ・プル式空調システム. http://abee.or.jp/designaward/past/21/docs/A-009.pdf