Quel lien entre ventilation et infection ?

Rédigé par Naoemie.L



Crédit : cet article est traduit d'un document de l'Organisation mondiale de la santé.

Il y a peu de preuves que la ventilation réduit directement le risque de transmission de la maladie, mais de nombreuses études suggèrent qu'une ventilation insuffisante augmente la transmission de la maladie. Un certain nombre d'études ont examiné les voies de transmission possibles des maladies, mais peu se sont penchées sur l'impact direct de la ventilation sur la transmission des maladies.

Historiquement, le concept de propagation par voie aérienne a été décrit pour la première fois par Wells (1934, 1955), puis par Riley & O'Grady (1961). L'équation Wells-Riley (Riley, Murphy & Riley, 1978) a été utilisée pour évaluer l'effet de la ventilation, de la filtration et d'autres processus physiques sur la transmission par les noyaux des gouttelettes (Nardell et al., 1991 ; Fennelly & Nardell, 1998).

La détection de pathogènes dans l'air ambiant et dans les bâtiments peut suggérer une association possible et indirecte entre la ventilation et la transmission de maladies (Artenstein et al., 1967 ; Sawyer et al., 1994 ; Aintablian, Walpita & Sawyer, 1998 ; Mastorides et al., 1999 ; Suzuki et al., 2002, 2003 ; Booth et al., 2005 ; Chen & Li, 2008 ; Huynh et al., 2008). Cependant, d'autres aspects (par exemple la dose infectieuse nécessaire, la sensibilité de l'hôte, l'infectiosité de l'agent pathogène, d'autres facteurs environnementaux) sont importants pour déterminer la capacité d'un agent pathogène à être transmis. Par conséquent, les données sur la présence d'agents pathogènes dans l'air ne fournissent pas toutes les preuves de la transmission d'une maladie et doivent être utilisées conjointement avec d'autres données (par exemple, les données épidémiologiques).

Pour élaborer cette ligne directrice, une revue systématique de la littérature scientifique jusqu'en juin 2008 a été utilisée (voir annexe A) pour répondre à deux questions.

Le débit de ventilation (mesuré par les changements d'air par heure - ACH - ou le débit en m3/s) a-t-il un effet sur la diminution (i) des taux d'infection ou (ii) des épidémies de maladies infectieuses par des agents qui sont transmis par chacun des modes de transmission énumérés dans le tableau 3.1, chez (a) les patients, (b) les travailleurs de la santé et/ou (c) d'autres soignants tels que les membres du ménage ? Dans l'affirmative, quel est le taux de ventilation associé à chaque agent infectieux ?


Le débit ou la direction de l'air a-t-il un effet sur la diminution (i) des taux d'infection ou (ii) des foyers de maladies infectieuses par des agents qui sont transmis par chacun des modes de transmission chez (a) les patients, (b) les travailleurs de la santé et/ou (c) d'autres soignants tels que les membres du ménage ? Dans l'affirmative, quelles conditions de circulation ou de direction de l'air ont été associées à cette situation ?

Portée et définitions de trois modèles de transmission pour l'examen systématique.


Champ d'application et définitions de trois modèles de transmission pour l'étude méthodique.

Les études finales sélectionnées (n = 65) (voir l'annexe A pour une liste de ces études) ont été incluses sur la base d'une association entre le débit ou la direction du flux d'air et la propagation de certaines maladies infectieuses. Les maladies qui ont montré une association possible entre la transmission chez l'homme et la ventilation étaient la varicelle (Gustafson et al., 1982), la rougeole (Bloch et al., 1985), la variole (Wehrle et al., 1970) et la tuberculose pulmonaire (TB) (Hutton et al., 1990 ; Calder et al., 1991 ; Menzies et al., 2000). Dans ce guide, ces quatre maladies sont appelées maladies aéroportées.

L'étude systématique a permis de dégager cinq grandes conclusions.

Le manque de ventilation ou les faibles taux de ventilation sont associés à une augmentation des taux d'infection ou à des flambées de maladies transmises par l'air.
Des taux de ventilation élevés pourraient réduire le risque d'infection. Pour les salles non isolées, des taux de ventilation inférieurs à 2 ACH (par exemple, équivalent à 13 l/s pour une salle de 4 × 2 × 3 m3) sont associés à des taux de conversion plus élevés des tests cutanés à la tuberculine chez le personnel. Un taux de ventilation plus élevé permet d'obtenir une plus grande capacité de dilution et donc de réduire le risque d'infections transmises par l'air. C'est pourquoi les zones mieux ventilées présentent un risque plus faible de transmission de la tuberculose et d'autres infections aéroportées. L'annexe D contient une explication plus détaillée de la manière dont les taux de ventilation réduisent la transmission des infections aéroportées.


Il n'existe aucune information sur l'impact du taux de ventilation sur la transmission des maladies transmises par les gouttelettes. Cela correspond à la physique de la transmission des gouttelettes, qui montre que la ventilation générale ne devrait pas affecter la transmission de grosses gouttelettes.
Le flux d'air provenant d'une source contaminée peut entraîner une infection plus loin de la source. Le taux d'infection (attaque) diminue à mesure que la distance physique de la source augmente. L'une des conditions essentielles pour une infection induite par le flux d'air est que la concentration d'agents pathogènes dans l'air à l'endroit de la source soit suffisamment élevée (soit en raison de la puissance élevée de la source, soit d'un faible taux de ventilation).


Bien qu'il n'y ait pas suffisamment de données pour étayer ce point, il semble que le flux d'air provenant d'une source contaminée avec une dilution suffisamment élevée peut ne pas entraîner d'infection supplémentaire. Aucune information n'est disponible sur la quantité exacte de dilution minimale nécessaire.


Malgré plus de 100 ans d'études sur la ventilation et l'infection, les informations sont encore rares et incomplètes. Les données sont insuffisantes pour estimer les besoins minimums de ventilation dans les chambres d'isolement ou dans les zones non isolées des hôpitaux pour prévenir la propagation d'une infection transmise par l'air. Les données sont également insuffisantes pour estimer les exigences minimales de ventilation dans les écoles, les bureaux et les autres bâtiments non hospitaliers afin de prévenir la propagation des infections aéroportées.

Exigences de ventilation relatives à la lutte contre les infections aéroportées


L'une des principales difficultés rencontrées dans l'élaboration de directives de ventilation pour la lutte contre les infections est le manque de données permettant de recommander un débit de ventilation minimum pour la lutte contre les noyaux de gouttelettes. La ventilation peut réduire la concentration des agents pathogènes aéroportés en éliminant ou en diluant les noyaux de gouttelettes en suspension dans l'air. Un débit de ventilation plus élevé peut fournir une plus grande capacité de dilution et donc potentiellement réduire le risque d'infections aéroportées. Conformément à cette hypothèse, Menzies et al. (2000) ont constaté que la conversion de la tuberculine chez le personnel clinique était nettement plus rapide et plus fréquente chez les personnes travaillant dans une ventilation moyenne inférieure à 2 ACH. Un taux de ventilation plus élevé peut diluer l'air contaminé à l'intérieur d'un espace plus rapidement qu'un taux de ventilation plus faible, et peut également diminuer le risque de transmission de noyaux de gouttelettes infectieuses aux personnes présentes dans l'espace. Cependant, le taux de ventilation maximum (au-dessus duquel il n'y a pas de réduction supplémentaire du risque d'infection) n'est pas connu. Le choix du débit de ventilation minimal peut être influencé par la nécessité de réduire la consommation d'énergie (car des débits de ventilation plus élevés ont un coût énergétique plus élevé pour la ventilation mécanique).

Dans la présente ligne directrice, la justification de la détermination des exigences en matière de débit de ventilation minimal repose sur deux aspects principaux (voir annexe E) :

l'effet du taux de renouvellement d'air sur la décroissance de la concentration des noyaux de gouttelettes ; et
la modélisation mathématique du risque à l'aide de l'équation de Wells-Riley pour estimer l'effet du taux de ventilation sur le risque d'infection pour les maladies aérogènes connues.
Ces principes sous-jacents indiquent que plus le taux de ventilation est élevé, plus la décomposition des particules (par exemple les noyaux de gouttelettes) dans l'air ambiant est rapide. En outre, selon l'équation de Wells-Riley, la probabilité d'infection par des noyaux de gouttelettes infectieux est inversement corrélée au taux de ventilation. Les paramètres utilisés dans l'équation Wells-Riley comprennent le taux de ventilation, la génération de noyaux de gouttelettes à partir de la source (quanta/minute) et la durée d'exposition

P=DS=1-exp(-IpqtQ)
où :

P = probabilité d'infection pour les personnes sensibles

D = nombre de cas de maladie

S = nombre de sujets

I = nombre d'infecteurs

p = fréquence respiratoire par personne (m3/s)

q = taux de génération quantique par une personne infectée (quanta/s)

t = durée totale d'exposition (s)

Q = débit d'air extérieur (m3/s).

Sur la base de ce modèle, dans des situations de production de quantités élevées (par exemple, procédures à haut risque générant des aérosols), la probabilité estimée d'infection avec 15 minutes d'exposition dans une pièce contenant 12 ACH serait inférieure à 5 % (voir l'annexe E pour plus de détails).

Lorsque l'ACH est utilisé pour mesurer la performance de la ventilation, le volume de la pièce fermée est clairement un paramètre important. Pour un ACH donné, une salle avec un volume plus important peut fournir un débit d'air plus important (m3/h ou l/s) qu'une salle avec un volume plus faible.

Dans certaines directives existantes sur les chambres d'isolement mécanique (CDC, 2003), une pression négative minimale doit être maintenue alors que le taux de ventilation minimal est de ≥12 ACH. Comme nous l'avons vu, un inconvénient majeur de la ventilation naturelle est la difficulté à obtenir une direction de flux d'air constante, et des fluctuations importantes peuvent se produire. Bien que la pression négative soit difficile à atteindre avec la ventilation naturelle, si la dilution est suffisante, l'air émis à l'air libre présente un risque minimal.

Néanmoins, le choix des zones de précautions contre les infections aéroportées et le placement des patients dans ces zones doivent être planifiés et conçus avec soin, de manière à réduire davantage le risque d'infection pour les personnes vivant dans les zones environnantes.

Sur la base des discussions ci-dessus, l'Organisation mondiale de la santé formule les recommandations contenues dans la section ci-dessous.

ville pollée

Recommandations de l'Organisation mondiale de la santé concernant les exigences en matière de ventilation naturelle

Pour contribuer à la prévention des infections transmises par l'air, une ventilation adéquate dans les établissements de santé est nécessaire dans toutes les zones de soins aux patients (Gustafson et al., 1982 ; Bloch et al., 1985 ; Hutton et al. 1990 ; Calder et al. 1991).
Recommandation forte

Remarques : Il existe des preuves modérées suggérant qu'une ventilation insuffisante est associée à une augmentation du risque d'infection et favorise l'utilisation de la ventilation pour le contrôle des infections aéroportées.

Pour la ventilation naturelle, les taux horaires moyens minimums de ventilation suivants doivent être fournis :


160 l/s par patient (débit de ventilation horaire moyen) pour les salles de soins de santé à diffusion aérienne (avec un minimum de 80 l/s par patient) (veuillez noter que cela ne s'applique qu'aux nouveaux établissements de soins de santé et aux rénovations importantes) ;


60 l/s par patient pour les services généraux et les services de consultation externe ; et


2,5 l/s/m3 pour les couloirs et autres espaces transitoires sans nombre fixe de patients ; toutefois, lorsque les soins aux patients sont entrepris dans les couloirs en cas d'urgence ou dans d'autres situations, les mêmes exigences de débit de ventilation s'appliqueront pour les salles de précautions aéroportées ou les salles générales.

La conception doit tenir compte des fluctuations du taux de ventilation.

Lorsque la ventilation naturelle seule ne peut pas satisfaire aux exigences de ventilation recommandées, il convient d'envisager d'autres systèmes de ventilation, tels qu'un système de ventilation naturelle hybride (mode mixte), puis, si cela ne suffit pas, d'utiliser une ventilation mécanique.

Recommandation 1

Remarques : L'application de la ventilation naturelle dépend de conditions climatiques favorables.

Lors de la conception d'établissements de santé à ventilation naturelle, le flux d'air global doit amener l'air provenant des sources d'agents vers les zones où la dilution est suffisante, et de préférence vers l'extérieur (Gustafson et al., 1982 ; Bloch et al., 1985 ; Hutton et al. 1990 ; Calder et al. 1991).

Recommandation 2

Remarques : Malgré certaines preuves suggérant une association possible de la direction du flux d'air avec la propagation des infections aéroportées, cette propagation a été observée à un taux de ventilation très faible (inférieur à 4 ACH) (Bloch et al, 1985). L'hypothèse est que si le taux de ventilation dans les espaces adjacents est suffisamment élevé, le risque serait très faible à minime (comme dans un espace ouvert par exemple). Cependant, on ne connaît pas le taux de ventilation précis requis dans les espaces fermés adjacents aux salles de précautions aéroportées pour réduire le risque de propagation. L'application de la ventilation naturelle dépend de conditions climatiques favorables.

Pour les espaces où sont menées des procédures génératrices d'aérosols associées à la transmission d'agents pathogènes, l'exigence de ventilation naturelle devrait, au minimum, suivre la recommandation 2. Si l'agent est aéroporté, les recommandations 2 et 3 doivent être suivies.

Recommandation 2

Remarques : Il existe des preuves indirectes montrant que certaines procédures génératrices d'aérosols sont associées à un risque accru d'infection. La ventilation peut jouer un rôle, mais les exigences minimales de ventilation pour les procédures génératrices d'aérosols méritent d'être étudiées plus en détail.

Explication des recommandations de l'Organisation mondiale de la santé

Cette ligne directrice reconnaît que les preuves épidémiologiques actuelles de l'association entre le taux de ventilation et l'infection aérogène sont faibles, mais apprécie l'importance de la ventilation tant d'un point de vue théorique que de la pratique actuelle de l'isolement aérogène.

La ligne directrice reconnaît également les trois principaux inconvénients de la ventilation naturelle : la fluctuation du débit de ventilation due à des forces motrices variables, la difficulté d'obtenir une direction de flux d'air constante et une température interne confortable dans les climats extrêmes.

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires sur les effets du taux de ventilation sur le risque d'infection, le taux de ventilation mécanique actuellement recommandé de ≥12 ACH for airborne isolation rooms (CDC, 2003, 2005) est adopté comme référence. Les justifications possibles (qui n'ont pas de preuves à l'appui) pour déterminer les exigences de taux de ventilation minimum sont expliquées à l'annexe E. Nous suggérons également que si la ventilation naturelle est utilisée pour le contrôle des infections, le taux de ventilation minimum devrait être plus élevé que l'exigence existante pour la ventilation mécanique afin de compenser les fluctuations prévues du taux de ventilation et les difficultés à contrôler la direction du flux d'air.

Cette ligne directrice suggère d'utiliser le volume de la pièce, le taux de ventilation (litre par seconde par patient ou l/s/patient ou l/s/p) plutôt que le taux de renouvellement d'air par heure (ACH), bien que le taux de renouvellement d'air soit couramment utilisé dans d'autres lignes directrices. L'utilisation du taux de ventilation (l/s/patient) reconnaît le lien direct entre le niveau d'exposition et le taux de ventilation, ainsi que l'association directe avec le nombre de patients que l'espace est censé contenir. Cependant, pour les couloirs et autres espaces sans nombre fixe de patients, le taux de ventilation est basé sur le volume de l'espace.

D'autres documents recommandent 12 ACH pour une salle de précautions aéroportées, ce qui équivaut, par exemple, à 80 l/s par patient dans une salle de 4×2×3 m3. Cette directive recommande le double de ce débit de ventilation pour les salles de précautions à ventilation naturelle. Par conséquent, pour une pièce de volume similaire, un débit de ventilation horaire moyen de 160 l/s/patient est recommandé. En même temps, la directive recommande également un débit de ventilation minimum de 80 l/s/patient à tout moment.

Voir l'annexe B pour les facteurs pris en compte dans l'évaluation des recommandations spécifiques.

Examen et évaluation des recommandations

Les exigences recommandées en matière de ventilation naturelle pour le contrôle des infections devront être revues et mises à jour lorsque de nouvelles données sur l'impact de la ventilation seront disponibles.

Les recommandations ont été élaborées par le groupe externe d'examen systématique à l'aide du système d'évaluation GRADE lors de sa réunion à Genève en novembre 2008 (voir annexe B).

La recommandation 1 était principalement basée sur les études de Gustafson et al. (1982) (varicelle), Bloch et al. (1985) (rougeole), Hutton et al. (1990) (tuberculose) et Calder et al. (1991) (tuberculose). Ces études ont mis en évidence une association de la ventilation avec la propagation de certaines maladies infectieuses. Le manque de ventilation ou les faibles taux de ventilation ont été associés à une augmentation des taux d'infection ou à l'apparition de maladies, soit par transmission aérienne, soit par transmission aérienne opportuniste.

La recommandation 2 s'appuyait principalement sur les études de Menzies et al. (2000) et de Bloch et al. (1985), qui ont apporté la preuve d'une association entre un faible taux de ventilation (inférieur à 2 ACH) et la propagation de la tuberculose (Menzies et al., 2000) et de la rougeole (Bloch et al., 1985). Ces études suggèrent une association entre la direction du flux d'air et la propagation des maladies infectieuses transmises par l'air.

Pour la recommandation 4, aucune étude fournissant des preuves d'une association entre les caractéristiques de la ventilation et l'infection due aux procédures génératrices d'aérosols n'a été trouvée. Toutefois, il existe des preuves indirectes montrant que certaines procédures génératrices d'aérosols sont associées à un risque accru d'infection.

Résumé

La conception de systèmes de ventilation générale appropriés peut jouer un rôle important dans la prévention de la propagation des infections. Les patients atteints de maladies infectieuses qui se propagent facilement par l'air (par exemple, la varicelle, la rougeole, la tuberculose) doivent être placés dans des salles de prévention des infections transmises par l'air. Cependant, il y a souvent un délai entre l'admission de ces patients dans l'établissement de soins et le diagnostic de leur maladie infectieuse. La transmission de la maladie à d'autres patients ou au personnel peut se produire pendant que ces patients attendent dans les zones communes (par exemple, salle d'attente, services d'urgence). Une plus grande attention aux exigences en matière de ventilation dans ces espaces communs non isolés pourrait entraîner d'importants avantages en termes de lutte contre les infections.

Toutefois, les stratégies de contrôle et de prévention des maladies impliquent l'évaluation des menaces et des ressources, puis l'application de contrôles administratifs appropriés, de contrôles environnementaux et d'autres contrôles d'ingénierie, ainsi que l'utilisation d'un système de ventilation approprié.

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