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Jun 28, 2023

Bewertung von Aerosolen in einem simulierten kieferorthopädischen Debanding-Verfahren

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 4826 (2023) Diesen Artikel zitieren 737 Zugriffe auf 2 Altmetric Metrics-Details Zahnärzte können einem Risiko ausgesetzt sein, schweren akuten Atemwegserkrankungen ausgesetzt zu sein

Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 4826 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Zahnärzte können bei der Durchführung aerosolerzeugender Eingriffe dem Risiko ausgesetzt sein, dem schweren Coronavirus 2 des akuten respiratorischen Syndroms ausgesetzt zu sein. Obwohl jüngste Erkenntnisse darauf hindeuten, dass das Coronavirus durch aerosolerzeugende Verfahren übertragen werden kann, ist nicht bekannt, ob bei herkömmlichen Verfahren in Zahnkliniken Aerosol erzeugt wird. Ziel dieser Studie war die gleichzeitige Quantifizierung der Luftkonzentrationen des Bakteriophagen MS2 in der Nähe der Mundhöhle einer Zahnarztpuppe und hinter der persönlichen Schutzausrüstung (z. B. Gesichtsschutz) des Arztes während eines simulierten kieferorthopädischen Debanding-Eingriffs. An einer zahnmedizinischen Schaufensterpuppe wurde achtmal ein Bandabriss durchgeführt. Optische Partikelzähler und SKC-Biosampler wurden verwendet, um die Partikelkonzentration zu messen und das während des Eingriffs erzeugte Virusaerosol sowohl in der Nähe der Mundhöhle als auch hinter dem Gesichtsschutz des Kieferorthopäden zu sammeln. Ein Plaque-Assay wurde verwendet, um die Konzentration lebensfähiger Viren in der Luft zu bestimmen. Beim Vergleich der beiden Messorte, in der Nähe der Mundhöhle und hinter dem Gesichtsschutz des Arztes, gab es keinen statistisch signifikanten Unterschied in der Viruskonzentration oder der Partikelgrößenverteilung. Diese Studie legt nahe, dass beim Abtrennen unter diesen Bedingungen lebendes Virusaerosol entsteht und ein Gesichtsschutz keinen erhöhten Schutz vor Virusaerosol bietet, aber einen gewissen Schutz vor Spritzern während des Eingriffs bietet.

Die COVID-19-Pandemie hat viele Kliniker im zahnmedizinischen und kieferorthopädischen Bereich dazu gezwungen, das berufliche Expositionsrisiko zu bewerten und zu prüfen, ob ihre aktuellen Infektionskontrollprotokolle für den Schutz bei aerosolerzeugenden Verfahren (AGP) ausreichend sind. Eine AGP ist ein medizinischer Eingriff, der das Risiko der Übertragung infektiöser Aerosole erhöht. Beispiele hierfür sind Bronchoskopie, Intubation, Extubation und Herz-Lungen-Wiederbelebung. Während sich einige Forschungsarbeiten auf die Entstehung von Aerosolen bei zahnärztlichen Eingriffen konzentrierten, bleiben Fragen zur Übertragung von Viren, einschließlich SARS-CoV-2, über Aerosole während eines kieferorthopädischen Deband-Eingriffs (auch als Debond-Eingriff bekannt)1. Das Verständnis und die Charakterisierung dieser Aerosole und ihrer Fähigkeit, lebende Viren während eines kieferorthopädischen Deband-Eingriffs zu übertragen, wird unserem Berufsstand Orientierung geben und das Infektionsrisiko für Kliniker, Personal und Patienten im Klinikumfeld verringern.

Im vergangenen Jahrhundert waren Atemwegsviren wie das Middle East Respiratory Syndrome Coronavirus (MERS-CoV), das Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus (SARS-CoV) und Influenza A für die größten Virusausbrüche in der Geschichte verantwortlich. Jedes dieser Viren stellte eine enorme Belastung für Gesundheitseinrichtungen und Gesundheitspersonal sowie für Volkswirtschaften, Geschäftsinhaber und Familien auf der ganzen Welt dar, aber keines hatte die gleiche Wirkung wie SARS-CoV-2. Bis heute ist die COVID-19-Pandemie weltweit für über 250 Millionen Infektionen und 5 Millionen Todesfälle verantwortlich2.

Es wurde festgestellt, dass die Übertragung durch Aerosole einer der Hauptwege für die Verbreitung von SARS-CoV-2 ist3,4,5,6. Atemaerosole weisen ein breites Größenspektrum auf und können bei normalen Alltagsaktivitäten wie Atmen, Sprechen, Husten oder Niesen entstehen7,8. Diese Atemaerosole können durch die Nase oder den Mund eingeatmet werden, was zu Infektionen führen kann und wird dann als Aerosolübertragung bezeichnet9,10. Bei der Aerosolübertragung handelt es sich um polydisperse Partikel mit einer Größe von weniger als 100 µm11. Obwohl berichtet wurde, dass das SARS-CoV-2-Virus in Aerosolen bis zu drei Stunden lang lebensfähig bleibt, besteht immer noch eine Lücke im Verständnis der Aerosolübertragung, insbesondere in Umgebungen mit hohem Risiko3,12.

Aerosole entstehen bei medizinischen Eingriffen, einschließlich zahnärztlicher Eingriffe, bei denen rotierende Hochgeschwindigkeitsinstrumente zum Einsatz kommen, was für Zahnärzte und Kieferorthopäden ein erhöhtes Risiko darstellen kann13. Harrel und Molinari berichteten, dass in einer Zahnarztpraxis Ultraschall, Hochgeschwindigkeitshandstücke und Luft-Wasser-Spritzen-Scaler Quellen für die Aerosolproduktion waren14. Eine weitere Studie untersuchte die beim Bohren in einer Zahnarztpraxis entstehenden Partikelkonzentrationen und stellte fest, dass hohe Partikelmengen erzeugt wurden15. Partikel dieser Größe sind besorgniserregend, da sie die Übertragung luftübertragener Viren wie SARS-CoV-216 erleichtern können. Lang et al. kamen außerdem zu dem Schluss, dass zahnärztliche Mitarbeiter hohen Konzentrationen kleiner Partikel ausgesetzt sind, die eine Gefahr für die Übertragung von Atemwegserkrankungen darstellen17.

Nach Abschluss der kieferorthopädischen Behandlung mit verklebten festsitzenden Apparaturen ist es notwendig, überschüssiges Komposit von der Schmelzoberfläche zu entfernen. Dieses Verfahren wird mit Handstücken mit hoher oder langsamer Drehzahl entweder mit oder ohne Wasser durchgeführt. Es hat sich gezeigt, dass der Entbandungsvorgang Aerosol erzeugt18,19,20,21,22. Insbesondere die Verwendung von Hochgeschwindigkeitshandstücken führt nachweislich zu einem erheblichen Anstieg der Partikelkonzentration in der Luft, es bleibt jedoch unklar, wie sich die Anwesenheit oder Abwesenheit von Wasser während dieses Verfahrens auf die Aerosolkonzentration auswirkt23. Während es nur begrenzte Informationen über die Größe der Partikel gibt, die während des Ablöseprozesses entstehen, haben neuere Studien gezeigt, dass Partikel < 10 µm entstehen. In einer Studie von Day et al. Die Autoren untersuchten die bei der Zahnschmelzreinigung entstehenden Aerosole mit Handstücken mit hoher und langsamer Geschwindigkeit, mit und ohne Wasser. Die Ergebnisse zeigten, dass bei der Zahnschmelzreinigung mit langsam laufenden Handstücken, mit und ohne Wasser, Partikel mit einer mittleren Größe von 5 µm entstanden. Hochgeschwindigkeitshandstücke, die mit und ohne Wasser verwendet wurden, erzeugten höhere Partikelkonzentrationen sowie Partikel mit kleineren mittleren Durchmessern, 3 bzw. 1,25 µm. Alle vier Zahnschmelzreinigungsmethoden erzeugten Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 0,75 µm24. Irland et al. untersuchten auch den Durchmesser der Partikel, die bei der Zahnschmelzreinigung mit einem langsam laufenden Handstück entstehen. Die Ergebnisse dieser Studie waren ähnlich und ergaben, dass beim kieferorthopädischen Debonding-Prozess Partikel mit einem Durchmesser von < 2,5 µm erzeugt wurden25.

Während die Entstehung von Aerosolen im kieferorthopädischen Bereich gut untersucht wurde, ist die Übertragbarkeit von Viren über Aerosole, die während eines Deband-Eingriffs entstehen, unklar. Es bleiben Fragen zur Lebensfähigkeit des bei zahnärztlichen Eingriffen aerosolierten Virus. Das Ziel dieser Studie besteht darin, die Konzentration lebender MS2-Viren in der Luft zu quantifizieren, die während eines simulierten kieferorthopädischen Deband-Eingriffs ohne Wasser produziert werden.

Der Bakteriophage MS2 (ATCC 15597-B1) wurde durch Beimpfen von 50 ml ATCC-Brühe mit einer einzelnen Escherichia coli-Kolonie von einer Agarplatte vermehrt. Das flüssige Medium wurde über Nacht bei 37 °C inkubiert. Unter Verwendung der Übernachtkultur wurde eine frische Kultur von E. coli in ATCC-Brühe hergestellt und 6 Stunden lang bei 37 °C inkubiert. Die frische Kultur wurde mit dem Virus (100 μl) beimpft und dann 16–24 Stunden bei 37 °C inkubiert. Nach der Inkubationszeit wurde die Kultur zur Trennung der Wirtszelltrümmer und des Bakteriophagen 20 Minuten lang bei 1000 U/min zentrifugiert. Die Lösung wurde mit einem 0,22-µm-Porenfilter filtriert und die Suspension bei –80 °C gelagert.

Zehn simulierte kieferorthopädische Deband-Eingriffe wurden mit einer zahnärztlichen Simulationspuppe (A-dec Mobile Simulator Model 4810, A-Dec, Oregon, USA) in einem Lehrraum einer zahnmedizinischen Hochschule (Raumvolumen 593,8 m3) durchgeführt. Zum Einsatz kam ein Weichgewebe-Typodont mit künstlichen Zähnen und einer Mundhöhlenabdeckung. Vor Beginn jedes Versuchs wurde jeder Zahn 15 Sekunden lang mit 35 %iger Phosphorsäure (Ultra-Etch, Ultradent, Utah, USA) geätzt, das Ätzmittel abgespült und die Zähne getrocknet. Assure Plus (Reliance Orthodontic Products, Illinois, USA) wurde mit einer Mikrobürste auf die geätzte Oberfläche gelegt und jeder Zahn wurde 2 Sekunden lang lichtgehärtet. Transbond XT Light Cure Adhesive Paste (3M, 712-034, Kalifornien, USA) wurde auf das Bracketpolster (American Orthodontics, Master Series, Wisconsin, USA) gelegt und das Bracket auf der Mittelgesichtsfläche der Ober- und Unterkieferzähne positioniert. Überschüssiges Komposit wurde vor der 15-sekündigen Lichthärtung entfernt. Der Typodont wurde in der Simulationspuppe platziert und die Brackets wurden mit einer Deband-Zange (Invecta ODG-344, Pennsylvania, USA) entfernt. Nach der Bracketentfernung wurde eine Spritze mit gebogener Spitze (Covidien Monoject 412, Pearson Dental, Kalifornien, USA) verwendet, um 1 ml MS2 auf der Gesichtsoberfläche aller Typodont-Zähne zu verteilen. Das verbleibende Komposit wurde dann mit einem Hochgeschwindigkeitshandstück (Beyes Maxso E600, Electric Micrometer System, Modellnummer 1600677-011, Bien Air MX2 Microseries, Toronto, Ontario, Kanada) und einem konischen Hartmetallbohrer (Brasser H284K.31.018 FG, Brasseler) entfernt Dental Instrumentation, Kalifornien, USA) ohne Wasser. Ein Polierbohrer (Renew Finishing System Point Nr. 383, Reliance Orthodontics, Illinois, USA) wurde verwendet, um die Gesichtsoberfläche der Typodont-Zähne zu glätten und zu polieren. Ein an der Simulationspuppe angebrachter Hochleistungsabsauger folgte dem Hochgeschwindigkeitshandstück, während überschüssiges Komposit entfernt wurde. Der Bakteriophage MS2 wurde für dieses Projekt als Ersatzvirus für SARS-CoV-226,27 verwendet. Die Stammkonzentrationen von MS2 betrugen 109 Plaque-bildende Einheiten (PFU)/ml und wurden in einem Kühlschrank in einem flüssigen Medium gelagert. Die Mundhöhle wurde zwischen den Versuchen mit einer antiseptischen Spülung gereinigt, um sicherzustellen, dass eine bekannte Menge MS2 vernebelt wurde.

Es wurden acht Versuche durchgeführt und in jedem Versuch wurde das in der Mundhöhle erzeugte aerosolisierte Virus analysiert. Jeder Versuch bestand aus Biosampler-Messungen in der Nähe des Mundes und hinter dem Gesichtsschutz. In diesem Experiment wurden zwei SKC BioSampler (SKC Inc., PA, USA) verwendet, um Proben auf aerosolisierte Partikel zu entnehmen, die den MS2-Bakteriophagen enthielten. Der SKC Biosampler nutzt Trägheitsimpaktion, um Partikel zu sammeln und sie in seine Probenahmemedien zu integrieren28. Jeder SKC BioSampler enthielt 20 ml phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS). Die BioSampler wurden mit 12,5 l pro Minute (LPM) betrieben (Abb. 1). Die BioSampler wurden neben den Partikelzählern platziert, wobei einer etwa 30,5 cm (dh 12 Zoll) von der Mundhöhle und einer hinter dem Gesichtsschutz des Arztes platziert war. Zwei optische Partikelzähler (OPC, AeroTrak Handheld Particle Count 9306-V2; TSI Inc., USA) wurden verwendet, um die Anzahlkonzentration der während der Probenahme erzeugten Aerosole zu überwachen. Die Partikelzähler bewerteten die Konzentration bei Kanalgrößen von 0,3, 0,5, 1, 3, 5 und 10 μm in 1-Minuten-Intervallen für die Dauer des Debanding-Vorgangs. Ein OPC wurde 30,5 cm von der Mundhöhle der Dentalpuppe entfernt platziert und der andere OPC wurde hinter dem Gesichtsschutz des Bedieners platziert (Abb. 1).

Versuchsaufbau der kieferorthopädischen Versorgung mit aktivem MS2 in der Mundhöhle des simulierten Patienten. SKC-Biosampler und optische Partikelzähler nahmen gleichzeitig Proben in der Nähe der Mundhöhle des Patienten und hinter dem Gesichtsschutz des Anbieters.

Escherichia coli (ATCC 15597, Virginia, USA) wurde 6 Stunden lang in einem flüssigen Medium bei 37 ° C inkubiert. Das Wachstumsmedium von E. Coli enthielt 5 ml Ergänzung und 45 ml tryptische Sojabrühe (TSB). Das Medium wurde 20 Minuten lang bei 121 °C autoklaviert. Nachdem das autoklavierte Medium auf 50 °C abgekühlt war, wurden die folgenden Zusätze hinzugefügt: 1 g Glucose (G32045-500.0), 0,294 CaCl2 (C614-500), 10 mg Thiamin und 50 ml entionisiertes Wasser.

Für jeden der zehn Deband-Versuche wurden PBS-Proben von jedem BioSampler-Standort, in der Nähe der Mundhöhle und hinter dem Gesichtsschutz, gesammelt und in 50-ml-Röhrchen mit Schraubverschluss (Sarstedt Inc., 62.547.100) gemessen. Die Proben wurden unter Verwendung von Zentrifugalfiltern (MilliporeSigma UFC901024, Amicon Ultra-15) auf weniger als 1000 µL konzentriert und 3 Minuten lang bei 4000 U/min zentrifugiert. Ein konisches 1,5-ml-Röhrchen wurde mit 140 µl der Probe gefüllt und in einem Gefrierschrank bei −20 °C gelagert. Die serielle Verdünnung wurde durchgeführt, nachdem 900 µL Brühe und 100 µL der Probe in ein 1,5-ml-Röhrchen gegeben und 100 µL der Verdünnung auf Eis gelagert wurden. Die Plaque-Assay-Platten enthielten zwei Schichten Agar; eine untere Schicht mit 1,5 % Agar und eine obere Schicht mit 0,5 % Agar. Der obere Agar wurde 10 Minuten lang bei 45 °C gekocht, um die Temperatur zu stabilisieren. Eine Mischung aus 100 µL serieller Verdünnungsprobe und 10 µL E. coli wurde in 3 ml Top-Agar gegeben und über Plaque-Assay-Medium in einer Petrischale (Fisherbrand, FB0875713) gegossen. Alle Verdünnungen wurden dreifach ausplattiert, einschließlich der ursprünglichen Viruslösung, die im Experiment verwendet wurde. Jede Platte wurde 15 Minuten lang bei Raumtemperatur zum Erstarren belassen und dann mit Parafilm versiegelt. Die Platten wurden 16–24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert, bevor die PFU29 gezählt wurden. Das Labor verfügte außerdem über „Laborrohlinge“ im gesamten Lehrklinikraum (Probenahmeraum), in der Abzugshaube und im Inkubator, um eine Kontamination zu verhindern.

Um das Virus zu konzentrieren, wurden 15 ml Virussuspension in eine Zentrifugalfiltervorrichtung gegeben und 10 Minuten lang bei 4 °C und 4500 g zentrifugiert, um den Überstand zu erhalten.

Die PFU-Konzentration in jeder Aerosolprobe wurde berechnet (Gleichung 1) und die Luftkonzentration (PFU/m3) bestimmt (Gleichung 2). Es wurde ein gepaarter T-Test durchgeführt, bei dem die Probenkonzentration in der Nähe der Mundhöhle und hinter dem Gesichtsschutz verglichen wurde. Es wurden auch gepaarte t-Tests durchgeführt, um die Partikelkonzentration zwischen beiden Probenahmestellen und jeder Kanalgröße des OPC zu vergleichen.

Gleichung (1): Plaque-Assay-Konzentration

Gleichung (2): Probenkonzentration

Vor dem Experiment wurden zwei vorläufige Debanding-Verfahren durchgeführt, um die Partikelkonzentrationen mit OPCs zu beobachten und festzustellen, ob die Verwendung von Wasser zu einer höheren Partikelkonzentration im Vergleich zur Nichtverwendung von Wasser führen würde. Dieser vorläufige Versuch zeigte, dass bei der Durchführung einer simulierten Entbandung ohne Wasser höhere Aerosolpartikelkonzentrationen in der Nähe der Mundhöhle erzeugt wurden. Daher konzentrierten sich nachfolgende Experimente mit lebenden Viren auf die Durchführung von Debanding-Verfahren ohne Verwendung von Wasser. Die durchschnittliche Dauer des Deband-Verfahrens betrug 8 Minuten und 22,5 Sekunden.

MS2-Konzentrationen wurden durchgängig in der Nähe der Mundhöhle der Schaufensterpuppe und hinter dem Gesichtsschutz im Atembereich des Bedieners festgestellt. Das arithmetische Mittel der Viruskonzentration betrug 8,46 × 106 PFU/m3 (SD = 1,51 × 107) in der Nähe der Mundhöhle und 1,15 × 106 PFU/m3 (SD = 7,46 × 106) hinter dem Gesichtsschutz (Tabelle 1). Es gab keinen signifikanten Unterschied (P = 0,09) in den MS2-Konzentrationen zwischen der Mundhöhle und hinter dem Gesichtsschutz des Zahnarztes.

Das arithmetische Mittel der von den OPCs erfassten Partikelkonzentration betrug 6,97 × 106 Partikel/m3 in der Nähe der Mundhöhle und 5,21 × 106 Partikel/m3 hinter dem Gesichtsschutz (Tabelle 2). Die durchschnittliche Partikelkonzentration aller Versuche pro Minute und Kanalgröße ist in Abb. 2 dargestellt. Unabhängig vom Probenahmeort gab es keinen signifikanten Unterschied (P > 0,05) in den Partikelkonzentrationen über die Partikelgrößen (0,3–10 µm) (Abb. 2).

Boxplots der arithmetischen mittleren Partikelkonzentration (Partikel/m3) bei Partikelgrößen zwischen 0,3 und 10 µm über alle Versuche hinweg in der Nähe der Mundhöhle der Schaufensterpuppe und hinter dem Gesichtsschutz des Zahnarztes. Die Fehlerbalken stellen die Standardabweichung der Konzentrationen innerhalb jedes Partikelgrößenbereichs dar. Bei allen Partikelgrößen wurde kein statistisch signifikanter Unterschied in den Partikelkonzentrationen hinter dem Gesichtsschutz im Vergleich zur Nähe der Mundhöhle beobachtet (P-Werte 0,11–0,90).

Das Ziel dieser Studie bestand darin, die Lebensfähigkeit aerosolisierter Partikel mit Ersatzviren zu bewerten, die während eines simulierten kieferorthopädischen Deband-Eingriffs ohne Wasser erzeugt wurden. Wir haben auch die Rolle eines Gesichtsschutzes bei der Reduzierung der Aerosolkonzentration im Atembereich des Bedieners untersucht. Wir haben festgestellt, dass ein Gesichtsschutz die Partikelkonzentration oder die Konzentration lebender MS2-Viren in der Atemzone des Arztes während der Debanding-Eingriffe nicht wirksam reduzieren konnte. Diese Beobachtungen deuten darauf hin, dass zahnärztliche Betreuer bei Patienten, die Viren aktiv über Mundsekrete ausscheiden, bei Debanding-Eingriffen dem Risiko einer inhalativen Virenexposition ausgesetzt sein könnten. Dieser Befund steht im Einklang mit vorhandener Literatur, die festgestellt hat, dass bei zahnärztlichen Eingriffen infektiöse Aerosole entstehen, die für Zahnärzte ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung einer nosokomialen Infektion darstellen können30,31. Darüber hinaus führte das Tragen eines Gesichtsschutzes zu keiner signifikanten Reduzierung der Viruskonzentrationen im Atembereich des Zahnarztes. Die Ergebnisse dieses Experiments haben Auswirkungen auf die Gesundheit und Sicherheit von Zahnärzten, da der Beruf Risiken für Anbieter während der anhaltenden COVID-19-Pandemie und anderer neu auftretender oder endemischer Viruserkrankungen berücksichtigt.

Der Bakteriophage MS2 wurde in dieser Studie als Ersatzvirus für SARS-CoV-2 verwendet und wurde auch als Ersatzvirus für Noroviren, Influenza und Coronaviren verwendet26,32,33. MS2 gilt als idealer Virusersatz, da es leicht zu reinigen, langlebig und für den Menschen ungefährlich ist27. MS2 wurde in früheren Untersuchungen zu zahnmedizinischen Verfahren verwendet34. Speziell für unsere Studie zeigt der Nachweis von aerosolisiertem MS2, dass die beim Debanding-Verfahren erzeugten Aerosole in der Lage sind, die Atemzone des Anbieters zu erreichen. Ähnliche Ergebnisse können für SARS-CoV-2-Aerosole beobachtet werden, was zu einem Infektionsrisiko führt.

Ein Bioaerosol-Probenehmer ist erforderlich, um das aerosolisierte MS2 zu erfassen, das während des simulierten Debanding-Verfahrens entsteht. Lediglich die Partikelanalyse ist nicht so aussagekräftig, um das Risiko für Anbieter zu verstehen35. Der SKC BioSampler ist ein Probennehmer für Flüssigkeitsaufprall und wurde in dieser Studie zur Sammlung von Bioaerosolen verwendet. Flüssigkeitsimpinger funktionieren, indem sie den Luftstrom lenken und Partikel einer bestimmten Größe in einem flüssigen Medium auftreffen lassen36. In mehreren Studien wurde der SKC BioSampler verwendet, um aerosolisierte Viren zu untersuchen, und er wurde auch zur Probenahme von aerosolisiertem MS2 in einer Studie mit simuliertem Erbrechen eingesetzt32,37,38,39. Es wurde jedoch gezeigt, dass die Sammeleffizienz von SKC BioSamplers für Submikrometer- und ultrafeine Partikel, die typischerweise Viren enthalten, < 10 % beträgt40,41. In einer Studie, in der aerosolisierte Influenza untersucht wurde, hatte der SKC Biosampler jedoch die höchste Sammeleffizienz28. Ein weiterer Nachteil von Flüssigkeits-Impinger-Probenehmern besteht darin, dass eine längere Probenahmezeit zur Verdunstung und zum Verlust des flüssigen Mediums führen kann, was zu Zellschäden führen kann, die die Lebensfähigkeit des Virus beeinträchtigen können36. Diese Einschränkung war für unsere Studie kein großes Problem, da unsere Probenahmezeiten für jeden Versuch weniger als 10 Minuten betrugen. Der Vorteil der Verwendung des SKC-Biosamplers besteht darin, dass die für den Betrieb erforderliche Durchflussrate der ISO-Standardbelüftungsrate für leichte Arbeiten ähnelt (12,5 LPM bzw. 15 LPM).

Bei der Probenahme auf Viren mit einem Flüssigkeits-Impingement-Probenehmer ist die Verwendung eines flüssigen Probenahmemediums erforderlich. Während der Probenahme trägt das flüssige Medium dazu bei, die Lebensfähigkeit des Zielvirus aufrechtzuerhalten und ermöglicht gleichzeitig eine sofortige Probenanalyse und Viruszählung. Zu den Puffern, die bei der Probenahme auf Viren erfolgreich eingesetzt wurden, gehören phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS), destilliertes Wasser, Hanks Balanced Salt Solution (HBSS), Peptonbrühe und Transportmedien-Nährstoffbrühe36,39. PBS wurde zuvor als Impinger-Probenahmemedium für gesammeltes aerosolisiertes MS232,40 verwendet.

Um das Risiko des Arztes bei der Exposition gegenüber aerosolisierten Viren besser zu charakterisieren, ist die Verwendung von Plaque-Assays die gebräuchlichste Methode zur Bestimmung der Viruslebensfähigkeit und gilt auch als Goldstandard42. Die Infektion kann sich auf Bakterienzellen ausbreiten, die in einer Agarschicht immobilisiert sind, und diese Zellen unterliegen schließlich einer Zelllyse. Plaques werden dort gezählt, wo eine Zelllyse auftritt. Es wird angenommen, dass jeder Plaque ein Viruspartikel aus der Viruslösung darstellt, es ist jedoch möglich, dass Zellen in diesem Bereich des Plaques gleichzeitig von mehr als einem Viruspartikel infiziert wurden29,36.

Obwohl allgemein bekannt ist, dass Gesichtsschutzschilde wirksam vor Spritzern schützen, die bei zahnärztlichen Eingriffen entstehen, liegen nur begrenzte Daten darüber vor, welche Wirkung Gesichtsschutzschilde beim Schutz von Ärzten vor kleineren Aerosolen haben. Eine Studie untersuchte die Wirksamkeit von Gesichtsschutzschilden gegen kleinere Aerosole (ca. 0–7 µm) während eines simulierten Hustens und stellte fest, dass Gesichtsschutzschilde nur 2 % dieser Partikel wirksam blockierten43. Eine weitere Studie zielte darauf ab, die Konzentration aerosolisierter Partikel im Atembereich des Bedieners zu messen, während er während eines simulierten zahnärztlichen Eingriffs verschiedene Gesichtsschutz- und Absauggeräte verwendet. Experimentelle Ergebnisse zeigten, dass es mit oder ohne Gesichtsschutz zu keiner signifikanten Reduzierung der aerosolisierten Partikel im Atembereich des Bedieners kam44. Die Ergebnisse unserer Studie waren ähnlich und ergaben keinen signifikanten Unterschied in der Partikelkonzentration oder Viruskonzentration in der Nähe der Mundhöhle und im Atembereich des Bedieners, während er einen Gesichtsschutz trug.

Während die Pandemie andauert, deuten diese experimentellen Ergebnisse darauf hin, dass die alleinige Verwendung eines Gesichtsschutzes die Exposition gegenüber Virusaerosolen nicht verhindert, sodass zusätzliche Schutzmaßnahmen für Infektionskontrollstrategien erforderlich sind. Es sind zusätzliche Informationen über die Expositionskonzentrationen gegenüber SARS-CoV-2, die zu COVID-19 führen, erforderlich, um das Risikoniveau, dem Ärzte und Patienten bei zahnärztlichen Eingriffen ausgesetzt sind, vollständig zu verstehen. Die Infektionsdosis für SARS-CoV-2 beim Menschen wird derzeit auf eine niedrige Inokulumdosis von 10 TCID5045 geschätzt. Eine frühere Studie zur Bewertung der Infektionsdosis von SARS-CoV ergab, dass Dosen, die 10 % bzw. 50 % der Erkrankung entsprechen, 43 PFU bzw. 280 PFU betrugen46. In diesen Studien wurden verschiedene Inokulationsmethoden untersucht, darunter intraokular, Aerosol, intrathekal, intragastrisch und intranasal. Es wurde durchweg festgestellt, dass eine Infektion über Aerosole eine deutlich geringere Infektionsdosis aufweist und häufig mit einem schwereren Krankheitsverlauf einhergeht, da kleinere Aerosole in die unteren Atemwege gelangen können. Die Ergebnisse zeigten, dass die Infektionsdosis zwischen 2.000 PFU bei Afrikanischen Grünen Meerkatzen und 28.000 PFU bei Rhesusaffen lag47. Eine andere Studie nutzte Sputumdaten von hospitalisierten COVID-19-Patienten und kombinierte diese mit computergestützter Strömungsmechanik, um eine Infektionsdosis zwischen 100 und 300 Viruspartikeln für SARS-CoV-248 abzuschätzen. Unsere Ergebnisse ergaben, dass der durchschnittliche PFU/m3 in der Nähe der Mundhöhle und in der Atemzone des Bedieners 8,46 × 106 bzw. 1,15 × 106 betrug. Obwohl nicht bekannt ist, welche MS2-Konzentration in der Luft direkt mit der Konzentration von aerosolisiertem SARS-CoV-2 korreliert, zeigen unsere Ergebnisse, dass Debanding das Potenzial hat, Speichel zu aerosolisieren und die Infektiosität in der Atemzone des Anbieters aufrechtzuerhalten.

Unser Experiment verlief nicht ohne Einschränkungen. Beispielsweise wurde die Raumbelüftung vor dem Experiment nicht charakterisiert. Das Experiment wurde jedoch in einem klinischen Unterrichtsraum durchgeführt, der wahrscheinlich repräsentativ für eine Klinikumgebung ist. Auch die Klinik der University of Iowa, in der kieferorthopädische Eingriffe durchgeführt werden, ist nicht für Unterdruck ausgelegt. Auch in der Lehrklinik wurde der Fußgängerverkehr eingeschränkt, um die Möglichkeit einer Änderung des Luftstroms zu begrenzen. Wir verglichen den Unterschied in den mittleren Konzentrationen, einschließlich der Hintergrundpartikelkonzentration. Wir gingen davon aus, dass die Hintergrundkonzentration auf dem gesamten Gesichtsschutz gleich war. Frühere Studien, in denen aerosolisierte Viren aus zahnärztlichen Eingriffen analysiert wurden, wurden ebenfalls erfolgreich in einer Klinikumgebung und nicht in einer Laborumgebung abgeschlossen34,49.

Um die Möglichkeit einer Kontamination über die Versuche hinweg zu begrenzen, wurde der Mund des simulierten Patienten zwischen den Versuchen mit einer antiseptischen Spülung gereinigt. Darüber hinaus wurden nicht mehr als zwei Versuche an einem Tag durchgeführt, um dem aerosolisierten MS2 Zeit zu geben, sich zwischen den Versuchen abzusetzen. Während der Analyse wurde der Plaque-Assay dreifach durchgeführt, um die Auswirkungen zufälliger Fehler zu reduzieren. Die SKC Biosampler wurden vor jedem Gebrauch autoklaviert (sterilisiert). Plaque-Assays wurden auch mit dem im Labor verbliebenen Stamm-MS2 und dem experimentellen MS2, das in die Klinik mitgebracht und verwendet wurde, durchgeführt, um sicherzustellen, dass keine Kontamination vorlag und die Konzentration gleich blieb.

Der Versuchsaufbau blieb während der gesamten Studie unverändert. Allerdings kann es zwischen den Studien zu geringfügigen Unterschieden in der Ausrichtung des Anbieters im Setup kommen. Um diese Variabilitätsquelle zu begrenzen, wurde die Einrichtung nicht zwischen den Versuchen verschoben, so dass der Anbieter bei jedem Versuch am selben Standort bleiben musste. Die Platzierung von Rumpf, Armen und Händen des Anbieters variierte jedoch bei vielen Experimenten leicht. Wir gehen davon aus, dass dieser Fehler nur geringe Auswirkungen auf die Versuchsergebnisse hatte, da die Probenehmer immer so ausgerichtet waren, dass sie hinter dem Gesichtsschutz des Anbieters Proben nahmen. Wir haben nur an zwei Standorten Proben genommen, was auf einen Mangel an räumlicher Auflösung zurückzuführen ist. Allerdings haben wir an den beiden Standorten Stichproben durchgeführt, von denen wir glauben, dass sie das größte Risiko für den Anbieter darstellen; die Mundöffnung, wo die Konzentration am höchsten wäre, sowie die Atemzone des Anbieters.

Um die Generalisierbarkeit zu erhöhen, führten wir das Deband ohne Wasser, mit hohem Saugvolumen und Entfernen des überschüssigen Komposits mit einem Hartmetallbohrer durch, wie es in den meisten kieferorthopädischen Kliniken üblich ist. Es gibt einen kleinen Prozentsatz von Kliniken, die zusätzlich zur Hochleistungsabsaugung externe Absauggeräte einsetzen, dies ist jedoch kein Standard.

Der Einsatz von N95-Atemschutzgeräten und extraoralen Absauggeräten ist in zahnärztlichen und kieferorthopädischen Kliniken zur gängigen Praxis geworden. Während unsere und andere Studien darauf hingewiesen haben, dass Gesichtsschutzschilde keinen erhöhten Schutz vor aerosolisierten Partikeln bieten, haben sich N95-Atemschutzmasken bei der Filterung von Partikeln mit einer Größe von 0,3 µm50 als zu 95 % effektiv erwiesen. Während unseres simulierten Deband-Verfahrens untersuchten unsere optischen Partikelzähler Partikel mit einer Größe von 0,3 µm und stellten fest, dass durchschnittlich 2,16 × 107 und 2,12 × 107 Partikel/m3 in der Nähe der Mundhöhle bzw. in der Atemzone des Bedieners erzeugt wurden . Remington et al. untersuchten den Einsatz von extraoralen Absauggeräten während eines Aerosolerzeugungsverfahrens und stellten fest, dass sie in Verbindung mit einer Hochgeschwindigkeitsabsaugung die Menge an aerosolisierten Partikeln, die den Bediener erreichten, wirksam reduzierten44. Angesichts der Entwicklung neuer Varianten und der anhaltenden Ausbreitung von SARS-CoV-2 ist eine Exposition gegenüber aerosolisierten Viren wahrscheinlich, und es ist wichtig, dass wir bei unseren Protokollen zur Infektionskontrolle gewissenhaft bleiben.

Die Ergebnisse unserer Studie legen nahe, dass die Verwendung eines Gesichtsschutzes während eines Deband-Eingriffs keinen erhöhten Schutz vor lebenden Virusaerosolen bietet und dass größere Anstrengungen erforderlich sind, um die Exposition des Arztes gegenüber Virusaerosolen und das Infektionsrisiko zu verringern. Während eine infektiöse Dosis von SARS-CoV-2 noch nicht definiert ist, sind weitere Anstrengungen erforderlich, um die Zahnärzteschaft anzuleiten, einen angemessenen Gesundheitsschutz für Zahnärzte und Patienten vor der inhalativen Exposition gegenüber Virusaerosolen zu gewährleisten.

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

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Die Autoren danken Tammy Walkner, PhD, für ihre redaktionelle Arbeit sowie der University of Iowa, Department of Orthodontics, für die Finanzierung dieser Forschung.

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Alessandra Pratt und Nile Eckermann.

Abteilung für Arbeits- und Umweltgesundheit, University of Iowa, Iowa City, IA, USA

Alessandra Pratt und Lauren Barlow

Abteilung für Kieferorthopädie, University of Iowa, Iowa City, IA, USA

Nile Eckermann & Lina Moreno Uribe

Fakultät für Zahnmedizin, Tufts University, Boston, MA, USA

Shankar Rengasamy Venugopalan

Zentrum für Zugangs- und Bereitstellungsforschung und -bewertung, Iowa City VA Medical Center, Iowa City, IA, USA

Alessandra Pratt

Abteilung für Umwelt-, Agrar- und Arbeitsgesundheit, University of Nebraska Medical Center, Omaha, NE, USA

Matthew Nonnenmann

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NE und AP überwachten, schrieben und bereiteten alle im Text enthaltenen Texte, Abbildungen und Tabellen vor. MN, SRV, LU und LB lieferten wissenschaftliche Beiträge, Redaktion und Feedback für alle Abschnitte, einschließlich Datenanalyse, Abbildungen, Tabellen und Ergebnisse. MN und AP stellten wissenschaftliche Methoden, Ausrüstung und Unterstützung beim Versuchsaufbau zur Verfügung. AP und LB lieferten Analysen einschließlich Virus- und Partikelkonzentrationen. Alle Autoren haben die eingereichte Version dieses Manuskripts genehmigt.

Korrespondenz mit Alessandra Pratt.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Pratt, A., Eckermann, N., Venugopalan, SR et al. Bewertung von Aerosolen in einem simulierten kieferorthopädischen Debanding-Verfahren. Sci Rep 13, 4826 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-32082-w

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Eingegangen: 3. November 2022

Angenommen: 22. März 2023

Veröffentlicht: 24. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-32082-w

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