患者鼻腔和口腔区域呼出的空气可能携带通过空气传播的病原体，而负责照料需要呼吸支持的重症患者的医疗工作者长时间与这些患者的呼吸道保持着几厘米的距离。对于严重急性呼吸窘迫综合征（[1）推荐的俯卧位，在COVID-19疫情期间被广泛采用[2]，这种体位使医护人员能够持续接触患者的呼吸道——进行翻身、检查导管、口腔护理和头部调整等操作——通常患者同时使用的是高流量鼻导管（HFNC）或持续正压通气（CPAP），有研究报道这两种设备会加剧呼出空气的扩散[3]。据我们所知，目前还没有量化患者采取何种体位会改变到达医护人员身上的气溶胶的数量。

为了研究这个问题，我们在一个每小时空气交换12-20次的负压环境中，使用了一个包含两个呼吸模拟人的模型。一个戴着面罩的模拟人接收者位于距离模拟人发射器50厘米的位置，具体是在头部还是躯干侧，而光度计则用于测量接收者面罩内的气溶胶浓度——以百万分之几（PPM）为单位表示实际吸入的比例。我们测试了四种不同的接口（无设备、CPAP、HFNC和带有HEPA过滤器的气管插管）以及两种呼吸模式（正常呼吸和过度呼吸），分别在32种配置下进行了实验，并通过颗粒图像测速技术可视化了呼出的气溶胶羽流（我们的方法已在[4）中有所描述）。完整的研究方法和数据已公开[5]。

在大多数配置中，俯卧位与仰卧位相比，面罩内的气溶胶浓度有所不同。在16组对比中，有13组的俯卧位导致面罩内浓度降低，平均值从235.7 PPM降至115.3 PPM（降低了51.1%）。其中降幅最大的是在没有使用任何设备的躯干部位（过度呼吸时降低了74.5%），以及在使用HFNC的头部部位（降低了60.1%）。但也有一个例外：在正常呼吸状态下，当头部佩戴密封型CPAP面罩时，俯卧位反而会导致浓度升高。颗粒图像测速技术证实了气溶胶羽流会受到医护人员呼吸区域的影响，而接口本身的泄漏现象能够合理解释CPAP情况下的浓度反常现象（见图1）。

由于大多数配置都只进行了一次实验，我们在不同的日子里独立重复了三次关键性的对比实验。对于头部使用HFNC且在过度呼吸状态下的情况，仰卧位的浓度为568±44 PPM，而俯卧位为229±10 PPM；对于无设备的躯干部位对比，仰卧位为500±56 PPM，俯卧位为116±34 PPM；而对于CPAP情况下头部位置的对比，无论在哪次实验中，俯卧位的暴露水平都高于仰卧位（分别为148±6 PPM和117±21 PPM）。这三次实验的结果并不重叠，因此所观察到的方向变化（尤其是CPAP的情况）反映了实验间的差异（见图1B）。

对于临床实践有以下两点启示：首先，患者在呼吸支持期间采取的体位可以影响接触医护人员的气溶胶量，这一因素与房间通风、过滤和个人防护装备的作用机制相同，且无需额外设备；当俯卧位已被临床推荐时，其效果不仅会影响患者的生理状态，还会影响医护人员的职业暴露风险。其次，这种影响因接口类型而异：使用HFNC时，头部区域的暴露浓度最高；而无论是俯卧位还是躯干侧位置，都能显著降低气溶胶浓度；至于密封型CPAP面罩，在患者处于俯卧位时头部的浓度反而更高。

这些观察结果基于一个单几何结构的实验模型，使用的是物理示踪剂而非真实病原体，并且呼吸模式和发射器与接收器之间的距离是固定的；俯卧位和仰卧位还同时改变了身体的方向、床的角度和头部的位置，因此无法单独分析每种因素的影响。尽管大多数配置只进行了一次技术上有效的实验，但三次关键性的对比结果在独立实验中得到了验证。这些发现提出了一个之前未被重视的职业健康问题，并提示在临床护理中，应根据所使用的呼吸接口，考虑调整患者的体位和操作角度，以可能降低医护人员的气溶胶暴露风险。

图1
图1
全尺寸图像

俯卧位与仰卧位对医护人员吸入的气溶胶浓度的影响。（A）展示了在16种配置下（两侧×四种接口×两种呼吸模式），俯卧位时面罩内气溶胶浓度的变化情况；正值表示浓度降低。绿色表示俯卧位时浓度降低，金色表示浓度升高（尤其是使用密封型CPAP且头部位置相反时的情况）。A面板显示了每次实验的具体差异；B面板中的三种对比则进行了独立重复实验。B）三种最相关的对比结果分别在不同的日子里进行了三次独立实验；在任何对比中，仰卧位和俯卧位的平均值都没有重叠。ETT代表气管插管，HEPA过滤器代表带有HEPA过滤器的气管插管；HFNC代表高流量鼻导管。