Маски с клапанами выдоха не замедляют распространение COVID-19

Многие люди носят маски в общественных местах, чтобы замедлить распространение COVID-19, как это рекомендовано органами здравоохранения во всех странах. Маски сегодня используются самые разные - от простых хирургических масок, до сложных, в том числе и с клапанами выдоха, т.е. устройством, обеспечивающим вывод наружу воздуха, выдыхаемого человеком. Однако, как недавно выяснилось, такие маски с выдыхательными клапанами не замедляют распространение болезни. 

Видеоролики, на которых показаны закономерности движения воздуха через маски с клапанами выдоха и без них, были созданы инженером-исследователем американского Национального института стандартов и технологий Мэтью Стейматсом (Matthew Staymates). Видеоролики были опубликованы вместе с сопроводительной исследовательской статьей в журнале Physics of Fluids.

Клапаны выдоха, которые позволяют человеку с маской легче дышать и чувствовать себя более комфортабельно, подходят, когда маска предназначена для защиты владельца.  

Однако если маску носит зараженный человек, маски должны замедлять распространение болезни, захватывая выдыхаемые капли, которые могут содержать вирус. Даже люди без симптомов должны носить маски, потому что можно заразиться, но не проявлять симптомов. При этом маски с клапаном выдоха не выполняют свою функцию.

Стейматс создал два видео, используя различные методы визуализации потока. Первое видео было создано с использованием так называемой системы визуализации Шлирена, что приводит к проявлению на видео разницы в плотности воздуха, как тени и света. Т.е. выдыхаемый воздух становится видимым, потому что он теплее, а, следовательно, менее плотный, чем окружающий его воздух. Это видео показывает только движение самого воздуха, а не движение выдыхаемых капель в воздухе. Слева используется респираторная маска N95 с клапаном, которая позволяет выдыхаемому воздуху беспрепятственно поступать в окружающую среду. Справа нет клапана, и воздух проходит через маску, которая отфильтровывает большую часть капель.

Второе видео создано, используя технику рассеивания света. В отличие от первого примера, это видео показывает движение капель в воздухе. Слева капли выходят нефильтрованными через клапан маски N95. В центре нет клапана и не видно дыхания, потому что маска отфильтровала капли. Справа маска не надевается.

Ученый написал программу, которая вычисляет количество ярких пикселей на видео и использовал ее для оценки количества капель в воздухе. Это не является истинной мерой измерения количества капель, потому что двухмерное видео не может запечатлеть то, что происходит в полном трехмерном объеме воздуха. Тем не менее, полученные цифры дают тенденции, которые можно проанализировать, чтобы лучше понять динамику воздушного потока различных типов масок.

В данном исследовательском проекте рассматривался только один тип масок с клапаном выдоха - различные типы таких масок будут работать по-разному. Кроме того, маски, которые не являются плотно прилегающими, позволят некоторому количеству воздуха выйти вокруг маски вместо того, чтобы фильтровать через нее. Это также может снизить эффективность фильтрации маски.

Но основной эффект клапанов виден в этих видео. Стейматс надеется, что видео поможет людям понять, почему маски, предназначенные для замедления распространения COVID-19, не должны иметь клапанов.