Title: Dispersion of Viral Particles with Various Respiratory Support Modalities<br/>Author: Kami Windsor<br/><a href='http://umem.org/profiles/faculty/742/'>[Click to email author]</a><hr/><p>
         </p>
<p>
        There is currently a high, and appropriate, concern regarding the aerosolization of viral particles during various methods of respiratory support. While studies are limited, here is some of the currently available data (mostly-simulated) on the approximate maximum distances of particle spread:</p>
<p>
        <u>Nasal Cannula 5LPM</u>:¹ <strong>1</strong><strong> ft 4.5 in</strong></p>
<p>
        <u>Non-Rebreather Mask, 6-12LPM:</u> <strong>4 in,</strong> minimal change with increasing flows¹</p>
<p>
        <u>High Flow Nasal Cannula</u></p>
<ul>
        <li>
                Simulation<span style="font-size: 10px;">:²</span> 30 LPM = <strong>5.6 in</strong> / 60 LPM = <strong>8.1 in</strong></li>
        <li>
                Actual volunteers:³
                <ul>
                        <li>
                                Use of HFNC decreased aerosol dispersion during “violent exhalation” through nares</li>
                        <li>
                                No difference in aerosol dispersion w/normal breathing using HFNC until 60lpm</li>
                        <li>
                                Max spread = <strong>14.4 ft without HFNC</strong> (violent exhalation) and <strong>6.2 ft with HFNC</strong> (violent exhalation); aerosols airborne for max of 23 seconds</li>
                </ul>
        </li>
</ul>
<p>
        <u>CPAP (20 cmH2O)</u> provided by oronasal mask with good fit (leak from exhaust port):² <strong>11.5 in</strong></p>
<p>
        <u>Bilevel positive airway pressure w/ oronasal mask</u> (IPAP 10-18/EPAP 4): max dispersal:⁴<strong>1 ft 7.7 in</strong></p>
<p>
        <u>Bilevel positive airway pressure with full facemask</u>⁵ (IPAP 18 / EPAP 5): <strong>2 ft 8 in</strong></p>
<p>
        <u>Bilevel positive airway pressure with helmet:</u>⁴</p>
<ul>
        <li>
                IPAP 20 / EPAP 10 = <strong>9 in</strong></li>
        <li>
                Using helmet w/ air cushion = <strong>negligible</strong> dispersal</li>
</ul>
<p>
        <u>Utility of Surgical Mask:</u>⁶</p>
<ul>
        <li>
                No therapy:                 31% of exhaled particles travel >3.3 ft</li>
        <li>
                No therapy + mask:    5% of exhaled particles leak</li>
        <li>
                6LPM O2 + mask:       6.9% of exhaled particles leak</li>
        <li>
                High Velocity Nasal Insufflation (40LPM) + mask: 15.9% of exhaled particles leak</li>
</ul>
<p>
         </p>
<p>
        <strong>Bottom Line: </strong></p>
<p>
        In vivo data from actual patients is lacking, however there is potentially lower risk of aerosol spread with HFNC than regular nasal cannula, perhaps due to higher likelihood of a tighter nare/nasal cannula interface. Nonrebreather mask performs well indirectly with the shortest dispersal distance. Noninvasive positive pressure ventilation with an oronasal mask and good seal has a relatively short dispersal distance, and a surgical mask over respiratory support interventions actively decreases amount, if not distance, of particle spread. Use of appropriate PPE and negative pressure rooms, if available, remains key.</p>
<p>
         </p>
<fieldset><legend>References</legend>

                <ol>
        <li>
                Hui DS, Chan MT, Chow B. Aerosol dispersion during various respiratory therapies: a risk assessment model of nosocomial infection to health care workers. Hong Kong Med J 2014; 20: Suppl. 4, 9–13.</li>
        <li>
                Hui DS, Chow BK, Lo T, et al. Exhaled air dispersion during high-flow nasal cannula therapy versus CPAP via different masks. Eur Respir J 2019;53(4): 1802339. doi: 10.1183/13993003.02339-2018.</li>
        <li>
                Roberts S, Kabaliuk N, Spence C, et al. Nasal high-flow therapy and dispersion of nasal aerosols in an experimental setting. J Crit Care 2015; 30(4):842.</li>
        <li>
                Hui, DS, Hall, SD, Chan, MT et al. Noninvasive positive-pressure ventilation: An experimental model to assess air and particle dispersion. <em>Chest</em> 2006; 130: 730–40.</li>
        <li>
                Hui DS, Chow BK, Lo T, et al. Exhaled air dispersion during noninvasive ventilation via helmets and a total facemask. Chest 2015; 147: 1336–1343</li>
        <li>
                Leonard S, Atwood CW, Walsh BK, et al. Preliminary findings of control of dispersion of aerosols and droplets during high velocity nasal insufflation therapy using a simple surgical mask: Implications for high flow nasal cannula. Chest 2020. Epub ahead of print. doi: 10.1016/j.chest.2020.03.043.</li>
</ol>
</fieldset>