Door: Ir. Eliane Khoury en Caroline Nurmohamed, Deerns raadgevende ingenieurs bv
De laatste jaren zijn in Nederland systemen in opkomst die lucht met ultraviolet (UV) licht reinigen of desinfecteren. Leveranciers claimen dat virussen, bacteriën en schimmels door UV-bestraling worden uitgeschakeld en dat op deze manier de binnenluchtkwaliteit wordt verbeterd. In de Nederlandse praktijk is de toepassing van UV-technologie in de luchtbehandeling relatief nieuw. De vraag is echter of UV-desinfectie wel zo effectief is als wordt beweerd en of toepassing van UV-systemen ten opzichte van de bestaande praktijk een verbetering van de luchtkwaliteit geeft.
In de binnenlucht van gebouwen zijn verontreinigingen aanwezig, zoals stofdeeltjes, gassen en micro-organismen. De meeste micro-organismen vormen voor gezonde mensen geen ernstige bedreiging. Zij kunnen echter wel gevaarlijk zijn wanneer sprake is van een verminderd afweersysteem, zoals bij ziekenhuispatiënten.
In toenemende mate wordt de rol van de verspreiding van infectieziekten via de lucht onderkend. Een goede luchtbeheersing is van belang: met de juiste techniek kan de verspreiding van deze aërogene micro-organismen worden tegengegaan. In de gezondheidszorg worden voor bepaalde afdelingen bijzondere eisen gesteld aan het binnenklimaat en de kwaliteit van de toegevoerde ventilatielucht. Naast het blokkeren van organismen via filters, bestaat er ook de mogelijkheid om micro-organismen onschadelijk te maken via desinfectie.
In de VS worden al ruim 50 jaar UV-systemen, die lucht met ultraviolet (UV) licht desinfecteren, toegepast. Voor de Nederlandse praktijk is de toepassing van UV-technologie in de luchtbehandeling relatief nieuw. Inmiddels zijn er Nederlandse ziekenhuizen die UV-systemen (willen) toepassen. De vraag is echter of deze systemen wel zo effectief zijn in het uitschakelen van micro-organismen als leveranciers beweren en of toepassing van UV-systemen een verbetering van de luchtkwaliteit geeft ten opzichte van de bestaande praktijk.
Het doel van dit artikel is te analyseren of de UV-technologie op dit moment effectief kan worden toegepast in de luchtbehandeling van ziekenhuizen.
Aërogene micro-organismen en gezondheidsrisico’s
Er zijn verschillende soorten micro-organismen, met een enorme variatie in type, grootte en kenmerken. Aërogene micro-organismen kunnen luchtweginfecties en huid- of wondinfecties veroorzaken. Enkele micro-organismen die typische ziekenhuisinfecties kunnen veroorzaken zijn:
- schimmels (groter dan 2 μm), kunnen schimmelinfecties veroorzaken;
- bacteriën (0,2 tot 5,0 μm), zoals de tuberculosebacterie, legionella en MRSA;
- virussen (0,02 tot 0,5 μm), zoals griepvirussen, H5N-1 en SARS.
Opgemerkt dient te worden dat ook dode micro-organismen infecties kunnen veroorzaken (1).
Bronnen
De mens zelf is de grootste bron van infectueuze micro-organismen via huidschilfers en aërosolen. Per dag verliest een persoon miljoenen dode huidcellen die bacteriën bevatten die van nature op de huid voorkomen. Deze kleine deeltjes kunnen zich aan stofdeeltjes binden die makkelijk in de lucht worden verspreid. Ook virussen worden via stofdeeltjes verspreid. Aërosolen, besmette druppels, komen via hoesten, niezen of zelfs praten in de lucht (afbeelding 1). De verblijftijd van aërosolen in de lucht voordat ze op de grond vallen, is onder andere afhankelijk van deeltjesgrootte. Kleinere aërosolen blijven langer in de lucht zweven en kunnen makkelijker doordringen tot de longblaasjes, waar ze schade kunnen aanrichten.
Richtlijnen luchtbehandeling in ziekenhuizen
Er is geen wettelijk kader waarin eisen voor de binnenluchtkwaliteit zijn vastgelegd. In de praktijk worden luchtbehandelingsinstallaties van ziekenhuizen ontworpen aan de hand van de bouwmaatstaven (volgens het voormalige bouwregime van de Wet toelating zorginstellingen (WTZi)) van het College bouw zorginstellingen (CBZ) (2) en de richtlijnen opgesteld door de Werkgroep Infectiepreventie (WIP) (3). Voor operatiecomplexen is ook het Beheersplan Luchtbehandeling voor de Operatieafdeling (2005) van belang (4). De Inspectie voor de Gezondheidszorg toetst ziekenhuizen aan deze richtlijnen.
De richtlijnen voor ziekenhuisruimten met verhoogde hygiënische eisen schrijven filters voor om de lucht van verontreinigingen te ontdoen. UV-technologie wordt in slechts één richtlijn genoemd. In de WIP-richtlijn “Preventie van besmetting met tuberculose in ziekenhuizen (2004)” over het toepassen van UV-bestraling wordt vermeld dat er onvoldoende informatie is om deze techniek aan te bevelen in ruimten waar patiënten komen. Volgens de richtlijnen is UV-desinfectie dus geen geaccepteerde methode.
Werkingsmechanisme van UV-desinfectie
Ultraviolet licht is niet zichtbaar voor het menselijke oog. Er is een onderverdeling op basis van golflengte in vier groepen (afbeelding 2): vacuüm UV (100 tot 200 nm), UVC (200 tot 280 nm), UVB (280 tot 315 nm), en UVA (315 tot 400 nm). Alle UV-straling is schadelijk voor micro-organismen, maar het effect van UVC-straling is het grootst, omdat UVC door de korte golflengte wordt geabsorbeerd door celkernen. UVC beschadigt het DNA of RNA (afbeelding 3), waardoor een micro-organisme wordt geïnactiveerd of zelfs kan afsterven. Voor de toepassing van UV-desinfectie worden lagedruk kwiklampen gebruikt (afbeelding 4), die een emissie hebben van 253,4 nm.
UV-bestraling is alleen effectief op direct bestraalde objecten. Lucht of materiaal dat is afgeschermd door obstakels wordt niet gedesinfecteerd. Indien een micro-organisme via bijvoorbeeld een huidschilfer of aërosolen wordt verspreid kan het laagje vuil of slijm ook een obstakel vormen, waardoor UV-licht moeilijker kan doordringen tot het micro-organisme en de bacteriedodende werking wordt beperkt.
[curs]Ultraviolette dosering
De stralingsdosis die door het UV-systeem moet worden afgegeven kan theoretisch worden bepaald met het microbieel desinfectiemodel (5). Een parameter in het model dat de gevoeligheid voor straling weergeeft, is de afstervingsconstante. Algemeen geldt dat virussen en bacteriën gevoeliger zijn voor UV-straling dan de grotere schimmels. Naast deeltjesgrootte is de gevoeligheid ook afhankelijk van factoren als temperatuur, vochtigheid en luchtsnelheid. Bovendien heeft een micro-organisme in lucht een andere gevoeligheid dan in water of op een oppervlak. Sommige micro-organismen worden niet effectief geïnactiveerd door resistentie en het optreden van reparatiemechanismen.
De hoeveelheid UV-straling benodigd voor de inactivatie van micro-organismen wordt bepaald door de intensiteit en de blootstellingduur aan de UV-straling. De dosis nodig voor 90% inactivatie, de D90-dosis, is afhankelijk van de afstervingsconstante. Uit tabel 1 blijkt dat er voor verschillende micro-organismen een grote variatie is in de benodigde D90-dosis (5,6).
Typen UV-systemen
UV-desinfectie van lucht wordt op verschillende manieren toegepast:
- full-air irradiation: UV-lampen belichten de lucht, en ook oppervlakken, in de gehele ruimte. Deze methode is alleen toepasbaar in niet bezette ruimten, vanwege het gevaar van UV-blootstelling voor mensen;
- upper-air irradiation: boven de hoofden van de aanwezigen, in een hoge luchtlaag in de ruimte, wordt een UV-stralingsveld gecreëerd, waarin de circulerende ruimtelucht wordt gedesinfecteerd;
- verplaatsbare recirculatie unit (afbeelding 5): wordt in een ruimte opgesteld en reinigt de lucht die door een ventilator langs de UV-lamp wordt geleid;
- luchtkanaalsystemen (afbeelding 6): UV-lampen in luchtkanalen bestralen de langsstromende ventilatielucht. UV-bestraling van componenten als filters, koelbatterijen en bevochtigers heeft als bijkomend effect dat schimmel- en bacteriegroei wordt tegengegaan.
Recirculerende UV-systemen zijn altijd voorzien van (HEPA-)filters om de lampen te beschermen tegen stof en om dode micro-organismen of deeltjes die niet worden geïnactiveerd uit te filteren.
Toepassingsmogelijkheden in ziekenhuizen
In het buitenland worden luchtkanaal- en upper-air-systemen toegepast in ruimten waar verhoogde hygiënische eisen gelden, zoals operatiekamers, intensive care-afdelingen (IC), isolatiekamers. UV-systemen worden altijd gebruikt in aanvulling op filtratie. Zo zijn HEPA-filters heel goed in staat de grote deeltjes uit te filteren, maar zijn minder effectief tegen kleine virusdeeltjes (7). UV-desinfectie is minder geschikt voor de aanpak van grote micro-organismen, zoals schimmels.
Luchtkanaalsystemen kunnen ook worden toegepast als er bijzondere eisen worden gesteld aan de afvoer van ventilatielucht, zoals soms bij isolatiekamers of laboratoria, of als er sprake is van luchtrecirculatie.
Stand-alone recirculatie units kunnen worden ingezet in bijvoorbeeld isolatiekamers, IC-kamers, maar in de VS ook op algemene verpleegafdelingen, behandelkamers, kantoor- en wachtruimten.
Full-air-systemen worden toegepast om bijvoorbeeld operatiekamers buiten gebruikstijden te desinfecteren.
Voordelen van UV-desinfectie
In onder andere de VS en Groot-Brittannië is veel onderzoek verricht en nog gaande naar het effect van UV-licht op micro-organismen en de effectiviteit van UV-systemen (5). Uit een aantal onderzoeken blijkt dat het aantal ziekenhuisinfecties afneemt. Andere onderzoeken laten geen significante verbeteringen zien. Als door UV-desinfectie de kans op besmettingen daadwerkelijk afneemt, kan dit leiden tot een hogere patiënt turn over en een lager personeelsziekteverzuim. In de VS, waar in ziekenhuizen sprake is van luchtrecirculatie door de hoge luchtvochtigheid en extreme temperaturen van de buitenlucht, geeft het gebruik van UV-desinfectie in aanvulling op filtratie een besparing in het koelen of verwarmen van buitenlucht.
Nadelen van UV-desinfectie
Het toepassen van een UV-systeem brengt in Nederland op dit moment extra investerings-, energie- en onderhoudskosten met zich mee. Dit komt enerzijds doordat UV-desinfectie volgens de Nederlandse richtlijnen geen vervanging is van filters. Anderzijds is er geen voordeel van (meer) recirculatie, omdat voor sommige ruimten een hoeveelheid verse buitenlucht wordt geëist.
In tegenstelling tot wat door sommige leveranciers wordt beweerd kan UV-desinfectie niet alle micro-organismen uitschakelen. Schimmels en sommige bacteriën en virussen zijn minder gevoelig. Bovendien is het afdodende effect nog niet voor alle micro-organismen in een praktijksituatie aangetoond. Laboratoriumtesten van de effectiviteit van UV-systemen geven geen realistisch beeld, omdat de samenstelling van de binnenlucht van een ziekenhuisruimte onbekend en veranderlijk is. De effectiviteit van UV-desinfectie hangt af van de gebruikssituatie.
Er is geen kant en klaar pakket dat direct ingepast kan worden in de luchtbehandelingsinstallatie van een willekeurig ziekenhuis. Voor elke toepassing moet, afhankelijk van de problemen die spelen, voor een gewenste stralingsdosis worden gekozen. Deze stralingsdosis is niet eenduidig te bepalen. In de literatuur is er geen consensus over de waarden van de afstervingsconstanten (8), of de waarde is niet voor lucht bekend. Door gebrek aan standaardisatie zijn de resultaten uit internationaal onderzoek niet zomaar toepasbaar in de praktijk. Meer onderzoek is nodig op dit gebied.
Bij de upper-air- en recirculatiesystemen is de menging en circulatie van de ruimtelucht belangrijk. Er is weinig bekend over de optimale locatie van dergelijke units in de ruimte (9).
UVC-licht is schadelijk voor de mens. In verblijfsruimten is een goede afscherming van de lampen nodig. Bovendien produceren UV-lampen ozon. Omdat ozon schadelijk is voor de mens, mag de ozonconcentratie niet boven de MAC-waarde (0,06 ppm) uit komen.
De lampintensiteit vermindert in de loop van de tijd, waardoor de benodigde stralingsdosis niet continu wordt afgegeven. De levensduur van een UV-lamp is circa 8.000 uur, echter na 1.000 uur kan de intensiteit al zijn gedaald naar 85%.
UV-desinfectie en infectiepreventie
Praktijkonderzoeken op het gebied van luchtdesinfectie in ziekenhuizen laten wisselende resultaten zien. Een mogelijke verklaring hiervoor is het gebrek aan kennis van de juiste ontwerpparameters voor een effectieve toepassing.
Uit het oogpunt van infectiepreventie is het belangrijk dat de juiste installatie wordt geïmplementeerd. Cruciaal is de identificatie van de belangrijkste micro-organismen die een besmettingsgevaar vormen in de ruimte of afdeling. Pas als het om micro-organismen gaat die zich voornamelijk via lucht verspreiden en gevoelig zijn voor UV-licht kan UV-desinfectie een optie zijn. Voor een goede werking moet een continue afgifte van de ontwerpintensiteit (of de juiste stralingsdosis) gewaarborgd zijn.
Conclusies
Voor bepaalde ruimten in een ziekenhuis zou UV-desinfectie in luchtkanalen een aanvulling kunnen zijn op filtratie. Hoewel wordt beweerd dat UV-straling vooral effectief is in het inactiveren van kleine virusdeeltjes, is dat nog niet voor alle micro-organismen aangetoond of bekend. De meerwaarde voor infectiepreventie is afhankelijk van de situatie en moet uit de praktijk blijken. Nader onderzoek op dit gebied is nodig.
Als door UV-desinfectie de kans op besmettingen daadwerkelijk afneemt, dan heeft dit wellicht een hogere turn over en een lager personeelsziekteverzuim tot gevolg. Per geval zal moeten worden beoordeeld of deze besparingen de extra investerings-, energie- en onderhoudskosten compenseren.
Door de vele onzekerheden in het gebruik en de effectiviteit van UV-systemen is het niet aan te bevelen UV-desinfectie standaard toe te passen in de luchtbehandeling van een ziekenhuis.
Als UV-desinfectie wordt overwogen, is een juiste toepassing afgestemd op de gebruikssituatie van groot belang.
Referenties
(1) Ham, Ph.J. (2002) Handboek Ziekenhuisventilatie. TNO Preventie en Gezondheid.
(2) Website: www.bouwcollege.nl
(3) Website: www.wip.nl
(4) Beheersplan luchtbehandeling voor de operatieafdeling (2005).
(5) Kowalski, W.J. (2006) Aerobiological Engineering Handbook. New York: McGraw-Hill.
(6) Kowalski, W.J. et al. (2009) A Genomic Model for the Prediction of Ultraviolet Inactivation Rate Constants for RNA and DNA Viruses. IUVA Air Treatment Conference, Cambridge, MA, May 5. (http://www.aerobiologicalengineering.com/pubs.html)
(7) Kowalski, W.J. (2003) Immune Building Systems Technology. New York: McGraw-Hill
(8) Kowalski, W.J. (2009) UVGI for Cooling Coil Disinfection, Air Treatment, and Hospital Infection Control. American Air & Water, Inc. (www.americanairandwater.com)
(9) Beggs, C.B. Engineering the control of airborne pathogens. School of Civil Engineering, University of Leeds, Leeds LS2 9JT, UK. (http://www.efm.leeds.ac.uk/CIVE/MTB/main.html#beggs)
Voor tabellen en afbeeldigen bij dit artikel verwijzen we u naar FMT gezondheidszorg 10/2009