Understanding the influence of the bioaerosol source on the distribution of airborne bacteria in hospital indoor air

The composition and concentration of airborne microorganisms in hospital indoor air has been reported to contain airborne bacteria and fungi concentrations ranged 101–103 CFU/m3 in inpatients facilities which mostly exceed recommendations from the World Health Organization (WHO). In this work, a deeper knowledge of the performance of airborne microorganisms would allow improving the designs of the air-conditioning installations to restrict hospital-acquired infections (HAIs). A solution containing Escherichia coli (E. coli) as a model of airborne bacteria was nebulized using the Collison nebulizer to simulate bioaerosols in various hospital areas such as patients’ rooms or bathrooms. Results showed that the bioaerosol source had a significant influence on the airborne bacteria concentrations since 4.00 102, 6.84 103 and 1.39 104 CFU mL−1 were monitored during the aerosolization for 10 min of urine, saliva and urban wastewater, respectively. These results may be explained considering the quite narrow distribution profile of drop sizes around 1.10–1.29 μm obtained for urban wastewater, with much vaster distribution profiles during the aerosolization of urine or saliva. The airborne bacteria concentration may increase up to 107 CFU mL−1 for longer sampling times and higher aerosolization pressures, causing several cell damages. The cell membrane damage index (ID) can vary from 0 to 1, depending on the genomic DNA releases from bacteria. In fact, the ID of E. coli was more than two times higher (0.33 vs. 0.72) when increasing the pressure of air flow was applied from 1 to 2 bar. Finally, the ventilation air flow also affected the distribution of bioaerosols due to its direct relationship with the relative humidity of indoor air. Specifically, the airborne bacteria concentration diminished almost below 3-logs by applying more than 10 L min−1 during the aerosolization of urine due to their inactivation by an increase in their osmotic pressure.La composición y concentración de los microorganismos transportados por el aire en el interior de los hospitales contiene concentraciones de bacterias y hongos que oscilan entre 101 y 103 UFC/m3 en los centros de hospitalización, que en la mayoría de los casos superan las recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud (OMS). En este trabajo, un conocimiento más profundo del comportamiento de los microorganismos transportados por el aire permitiría mejorar los diseños de las instalaciones de aire acondicionado para restringir las infecciones adquiridas en el hospital (HAI). Se nebulizó una solución que contenía Escherichia coli (E. coli) como modelo de bacteria aerotransportada utilizando el nebulizador Collison para simular bioaerosoles en diversas áreas hospitalarias, como las habitaciones o los baños de los pacientes. Los resultados mostraron que la fuente del bioaerosol tenía una influencia significativa en las concentraciones de bacterias aerotransportadas, ya que se monitorizaron 4,00 102, 6,84 103 y 1,39 104 UFC mL-1 durante la aerosolización durante 10 minutos de orina, saliva y aguas residuales urbanas, respectivamente. Estos resultados pueden explicarse considerando el perfil de distribución bastante estrecho de tamaños de gota alrededor de 1,10-1,29 μm obtenido para las aguas residuales urbanas, con perfiles de distribución mucho más amplios durante la aerosolización de orina o saliva. La concentración de bacterias en el aire puede aumentar hasta 107 UFC mL-1 para tiempos de muestreo más largos y presiones de aerosolización más altas, causando varios daños celulares. El índice de daño de la membrana celular (ID) puede variar de 0 a 1, dependiendo de la liberación de ADN genómico de las bacterias. De hecho, el ID de E. coli fue más de dos veces superior (0,33 frente a 0,72) al aumentar la presión del flujo de aire de 1 a 2 bares. Por último, el flujo de aire de ventilación también afectó a la distribución de los bioaerosoles debido a su relación directa con la humedad relativa del aire interior. Concretamente, la concentración de bacterias en el aire disminuyó casi por debajo de 3 logs al aplicar más de 10 L min-1 durante la aerosolización de la orina debido a su inactivación por un aumento de su presión osmótica