Efficacy of face masks as source control and respiratory protection against transmission of SARS-CoV-2

Abstract

During the COVID-19 pandemic, medical and community face masks have been used extensively by health care workers and the general public to reduce transmission of the SARSCoV-2 virus.

This report reviews the available literature on the efficacy of medical and community face masks, both as a means for source control and respiratory protection. The literature spans a multitude of scientific disciplines. The review has, however, mainly focused on aerosol physics, aerobiology, microbiology and occupational health and safety.

The literature shows that medical and community face masks remove almost all large and medium-sized respiratory droplets from the exhaled air. To some extent, they also reduce the number of emitted small droplets. All respiratory activities generate turbulent jet plumes in the direction of exhalation. These directed jet plumes are able to augment the travel distance of droplets of all sizes and lead to localized regions with elevated droplet concentrations. An important function of face coverings, such as medical and community face masks, is their ability to obstruct these jets, and thereby diffuse the droplet concentration. Due to the combined effect of the above factors, medical and community face masks appear to be highly efficient when used as a means for source control.

On the other hand, medical and community face masks do not typically fulfill the performance requirements that apply to respiratory protection devices. The reason for this is twofold. First, medical and community face masks are loose-fit devices prone to gap leakages around the perimeter. Therefore, a substantial fraction of the respiratory droplets may bypass the filtering layer of the mask. Second, the filtration efficiency for very small droplets is highly variable for medical and community face masks.

This finding is not surprising, since the intended use for medical face masks as a personal protective device is limited to direct transmission via splashes and sprays. The performance requirements and test methods applied to such devices, according to the relevant harmonized standards, do therefore not consider their function as a respiratory protection device. The role of very small droplets in the transmission of SARS-COV-2 is currently not well understood. Therefore, it is difficult to ascertain whether the strict performance requirements for respiratory protection devices are necessary to achieve a sufficient protection level. Some studies show that the use of medical face masks may offer some degree of respiratory protection to the wearer, in particular if additional measures such as double masking or knotting and tucking are used to improve the fit and reduce gap leakages.

Under Covid-19-pandemien har medisinske og ikke-medisinske munnbind blitt brukt av helsearbeidere og i den øvrige befolkningen for å redusere spredning av SARS-CoV-2.

Denne rapporten presenterer en litteraturstudie av effekten av medisinske og ikke-medisinske munnbind brukt både som kildekontroll og åndedrettsvern. Litteraturen kommer fra et bredt spekter av fagområder. Gjennomgangen har, imidlertid, i hovedsak fokusert på aerosolfysikk, aerosolbiologi, mikrobiologi og arbeidsmiljø.

Litteraturen viser at medisinske og ikke-medisinske munnbind fjerner nesten alle store og mellomstore respiratoriske dråper fra utåndingen. Til en viss grad reduserer de også utslippet av små dråper. Alle former for åndedrett ¬slik som pusting, hosting, nysing og snakking ¬genererer rettede jetstrømmer i forkant av ansiktet. Disse jetstrømmene kan øke rekkevidden til respiratoriske dråper i alle størrelser og føre til områder med økt dråpekonsentrasjon. En viktig funksjon for ansiktsmasker, som medisinske og ikke-medisinske munnbind, er at de kan bremse disse jetstrømmene og redusere dråpekonsentrasjonen. Disse to faktorene kombinert fører til at medisinske og ikke-medisinske munnbind ser ut til å være svært effektive med tanke på kildekontroll.

Medisinske og ikke-medisinske munnbind oppfyller imidlertid generelt ikke ytelseskravene til åndedrettsvern. Årsaken til dette er todelt. For det første har medisinske og ikke-medisinske munnbind en løs passform som gjør dem utsatt for lekkasjer. Derfor kan en betydelig andel av dråpene slippe fordi munnbindets filtermateriale. For det andre har medisinske og ikke-medisinske munnbind stor variasjon i filtreringseffektiviteten for veldig små dråper.

Disse funnene er ikke overraskende. Dette fordi medisinske munnbind, brukt som personlig beskyttelsesutstyr, ifølge spesifikasjonen er begrenset til sprutbeskyttelse. Ytelseskravene og testmetodene som brukes på slike produkter, i henhold til relevante harmoniserte standarder, anser ikke at de kan brukes som åndedrettsvern. Det er foreløpig begrenset kunnskap om rollen til veldig små dråper i overføringen av SARS-CoV-2. Derfor er det vanskelig å fastslå om de strenge ytelseskravene til åndedrettsvern er nødvendig for å oppnå et tilstrekkelig beskyttelsesnivå ved bruk av medisinske og ikke-medisinske munnbind. Noen studier viser at bruk av medisinske ansiktsmasker kan gi brukeren en viss grad av beskyttelse, særlig dersom ytterligere tiltak som dobbel maske eller manuelle justeringer gjøres for å forbedre passformen og redusere lekkasjer.