หน้ากากผ้า

1.บทนำ

มีคำแนะนำว่ามาตราการที่ดีที่สุดสำหรับการป้องกันการแพร่ระบาด/ติดเชื้อโรคโควิด-19 ก็คือการอยู่กับบ้าน (stay home) แต่ในสังคมปัจจุบันการอยู่บ้านจนกว่าจะค้นพบวัคซีนและผลิตได้จำนวนเพียงพออาจต้องรอนานเป็นปี ซึ่งเป็นเรื่องที่เป็นไปไม่ได้ ถึงเวลาหนึ่งผู้คนก็ต้องออกจากบ้านมาทำมาหากิน มาตรการจำเป็นสำหรับการใช้ชีวิตนอกบ้านวันนี้ก็คือทำความสะอาดมืออย่างดีบ่อยๆ, เว้นระยะห่าง social distancing และสวมใส่หน้ากากอนามัย ปัญหาแรกสุดอยู่ตรงที่หน้ากากอนามัยนี่เอง ทั้งหน้ากากกรองอากาศ N95 และหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ที่เชื่อถือคุณภาพได้หาซื้อไม่ง่าย และเป็นการสิ้นเปลืองเกินไปสำหรับการใช้ครั้งเดียวทิ้งในชีวิตประจำวันของบุคคลทั่วไป

รูปที่ 1 (ก) หน้ากากกรองอากาศ N95 (N95 respirator), (ข) หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ (surgical/medical face mask)  และ (ค) หน้ากากผ้า (cloth face mask)  (ที่มารูป: https://www.whatphone.net/socialupdate/n95-mask-air-pollution-pm2-5/ และ https://www.aspmedical.com.au/product/surgical-face-mask-10pk/ และ https://www.youtube.com/watch?v=1NwCQpi5kww)

ไม่ว่าจะเป็นตอนหายใจ, พูด, หัวเราะ, ไอ หรือจาม จะมีละอองของเมือก, น้ำลาย และน้ำ ซึ่งจะขอเรียกรวมๆสั้นๆว่า “สารคัดหลั่ง” พรั่งพรูออกมาจากจมูกและปากจำนวนระหว่าง 900 – 300,000 เม็ด มีทั้งที่เป็นเม็ดใหญ่ (droplets) และเม็ดเล็กมากระดับ aerosols (WHO และ CDC กำหนดให้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กกว่า 5 ไมโครเมตร ที่ขนาดเม็ดใหญ่กว่าเรียกว่า droplets แต่บางหน่วยงานอื่นยึดถือว่า aerosols คือละอองที่มีขนาดเล็กกว่า 20 ไมโครเมตร) หน้ากากอนามัยมีหน้าที่กรองสกัดละอองเหล่านี้ หน้ากากกรองอากาศ N95 (รูปที่ 1(ก)) นั้นมีประสิทธิภาพการกรองดีที่สุด สามารถกรองสกัดละอองอณูที่เล็กขนาด 0.3 ไมโครเมตรได้ไม่ต่ำกว่า 95 เปอร์เซ็นต์ ซึ่งเป็นที่มาของชื่อเรียกขานนั่นเอง แถมยังถูกออกแบบมาให้แนบสนิทกับใบหน้า (จนเกิดรอยกดของขอบได้เลย) ปิดประตูปัญหารอยรั่ว ราคาย่อมเยาลงมาก็คือหน้ากากที่บุคลากรทางการแพทย์หรือผู้ที่ป่วยเป็นหวัดใช้กันอยู่เป็นปกติตั้งแต่ก่อนเกิดการระบาดของโรคโควิด-19 จึงเรียกกันว่าหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ (รูปที่ 1(ข)) ซึ่งมีประสิทธิภาพในการกรองสกัดละอองขนาดเล็กด้อยกว่าและไม่ได้แนบสนิทกับใบหน้าเหมือนอย่างหน้ากาก N95 แต่เพราะความขาดแคลนด้วยแย่งใช้กันทั้งโลก โรงงานผลิตวัตถุดิบที่จะนำมาทำหน้ากากผลิตไม่ทัน จึงมีการแนะนำว่าสำหรับบุคคลทั่วไปที่ไม่ใช่บุคลากรทางการแพทย์ขอให้ใช้หน้ากากผ้า (รูปที่ 1(ค)) แทน ซึ่งสามารถทำเองได้และเอาไปซักนำกลับมาใช้ซ้ำได้อีก เป็นการประหยัดงบประมาณและช่วยลดปริมาณขยะย่อยสลายยาก ในปัจจุบันก็เห็นมีโฆษณาขายหรือทำแจกอยู่ทั่วไป แต่มีคำถามว่าหน้ากากผ้าทำหน้าที่ช่วยป้องกันโรคโควิด-19 ได้จริงหรือไม่

รูปที่ 2 เปรียบเทียบขนาดของละอองต่างๆ ตั้งแต่ไวรัสสายพันธุ์โคโรน่าจนถึงละอองฝุ่น PM10 โดย 1 ไมโครเมตร (µm) = 0.001 มิลลิเมตร [1]

2.บทบาทของหน้ากากผ้า

Vivek Kumar และคณะ [2] ได้ทำการศึกษาเรื่องผลของหน้ากากผ้าฝ้ายอย่างละเอียดในเชิงการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์โดยใช้สมการ Navier-Stokes ในเรื่องกลศาสตร์ของของไหลเป็นแกน คำนวณการเคลื่อนที่และการปั่นป่วนของอากาศที่พุ่งออกมาจากปากในตอนจาม อากาศนี้นำพาสารคัดหลั่งทั้งที่เป็นละอองเม็ดใหญ่และเม็ดเล็กระหว่าง 1-500 ไมโครเมตรออกมาด้วย ซึ่งถ้าคนที่จามเป็นผู้ติดเชื้อ ก็มีโอกาสสูงที่ไวรัสตัวร้าย (ไวรัส SARS-CoV-2 มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.06 – 0.14 ไมโครเมตร) จะติดกับละอองเหล่านี้ออกมาด้วย  ในการคำนวณทางคณะนักวิจัยกำหนดใช้น้ำเป็นตัวแทนของสารคัดหลั่ง สภาพแวดล้อมเป็นอากาศนิ่งที่มีอุณหภูมิ 35 เซลเซียส และมีระดับความชื้น 60% ซึ่งเป็นสภาพอากาศในฤดูร้อนของประเทศอินเดีย ส่วนหน้ากากผ้าฝ้ายนั้นคิดให้เส้นด้ายมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4.3 ไมโครเมตร โดยช่องว่างระหว่างเส้นด้ายมีขนาด 4 ไมโครเมตร และขอบหน้ากากไม่ได้แนบสนิทกับใบหน้า แต่คิดให้มีระยะห่าง 1 มิลลิเมตรโดยรอบ เลียนแบบสถานการณ์จริงของการสวมหน้ากากอนามัยทางการแพทย์และหน้ากากผ้า

บางส่วนของผลการคำนวณสรุปไว้ในรูปที่ 3 จะเห็นได้ว่าแม้เป็นเพียงหน้ากากผ้าทำมือแต่ก็สามารถใช้ป้องกันการแพร่ระบาดของไวรัสได้ดี กล่าวคือ รูปที่ 3(ก) แถวบนแสดงให้เห็นว่าการไม่ใส่หน้ากากสามารถพ่นละอองทั้งเม็ดเล็กและเม็ดใหญ่ให้ฟุ้งกระจายออกไปทางด้านหน้าได้ไกลกว่า 1 เมตร ภายในช่วงเวลาเพียง 0.4 วินาทีหลังการจาม โดยละอองเม็ดใหญ่ที่หนักกว่าจะตกลงสู่พื้นก่อน ซึ่งทำให้เกิดการแปดเปื้อนเชื้อโรคบนพื้นและ/หรือวัตถุสิ่งของที่อยู่ในอาณาบริเวณนั้น แล้วถูกนำพาไปสู่บริเวณอื่นจากการสัมผัสหรือย่ำเหยียบ เมื่อเป็นเม็ดขนาดใหญ่ก็ย่อมบรรจุเชื้อโรคมามากกว่าเม็ดเล็ก ในขณะที่ละอองเม็ดเล็กมากยังคงอ้อยอิ่งอยู่ในอากาศได้นาน แต่ครั้นเมื่อสวมใส่หน้ากาก (แถวล่างจาก e – h) แม้เป็นผ้าฝ้ายชั้นเดียวก็สามารถดักสกัดละอองเม็ดใหญ่ไว้ได้เกือบทั้งหมด ผลที่เห็นได้ชัดก็คือช่วยป้องกันการแปดเปื้อนเชื้อโรคบนพื้นได้มาก ที่เหลือลอดออกไปได้ก็เป็นละอองที่มีขนาดเล็กกว่า 4 ไมโครเมตร แต่เนื่องจากอากาศถูกผ้าหน่วงไว้ ละอองขนาดเล็กเหล่านี้จึงฟุ้งออกไปได้ไม่ไกล และน่าสังเกตุว่ามีละอองขนาดเล็กบางส่วนเล็ดลอดผ่านช่องห่างระหว่างหน้ากากกับผิวหน้าฟุ้งออกไปด้านหลังได้ แสดงให้เห็นว่าการแนบสนิทกับใบหน้าก็มีความสำคัญที่ไม่ควรละเลย ส่วนรูปที่ 3(ข) แสดงให้เห็นว่า 60 วินาทีหลังการจาม ละอองขนาดเล็กที่ถูกพ่นออกมาฟุ้งกระจายไปได้ไกลถึง 5 เมตร แต่ถ้าสวมหน้ากากจะไปได้ไกลเพียง 1.25 เมตรเท่านั้น สอดคล้องกับคำแนะนำให้เว้นระยะห่าง social distancing 1.5 เมตร

รูปที่ 3 เปรียบเทียบลักษณะการฟุ้งกระจายของละอองขนาดต่างๆที่ถูกพ่นออกมาระหว่างคนจามสวมกับไม่สวมหน้ากากผ้า เมื่อ (ก) เปรียบเทียบการฟุ้งกระจายของละอองที่เวลา 0.03, 0.05, 0.1, 0.4 วินาทีหลังการจาม โดยแถบระดับความเข้มสีดำด้านขวามือในช่อง (h) แทนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของละอองระหว่างขนาด 3.9×10^-7 เมตร (0.39 ไมโครเมตร) ถึง 5.0×10^-4 เมตร (500 ไมโครเมตร) และ (ข) เปรียบเทียบการฟุ้งกระจายของละอองที่ระยะห่างต่างๆจากคนจามหลังผ่านไป 1 นาที [2]

นักวิทยาศาสตร์ของมหาวิทยาลัยปรินซ์ตัน, UCLA และสถาบัน National Institutes of Health ในสหรัฐอเมริกาได้รายงานไว้ในวารสาร New England Journal of Medicine เมื่อกลางเดือนมีนาคมที่ผ่านมาว่า    ไวรัส SARS-CoV-2 จะยังคงมีพิษสงอยู่แม้ล่องลอยอยู่ในอากาศกับละอองขนาด aerosols มาแล้วนาน 3 ชั่วโมง แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนก็มีความเห็นแย้งว่าผลลัพธ์ดังกล่าวได้มาจากการจำลองในห้องทดลองและการไอก็ใช้เครื่องจักรกลแทนคนจริง ในสภาพที่เป็นจริงนอกห้องทดลองไวรัสวายร้ายตัวนี้น่าจะมีพิษสงอยู่ในอากาศได้นานไม่เกินครึ่งชั่วโมงเท่านั้น นักวิทยาศาสตร์หลายคนมีความเชื่อว่าไวรัส SARS-CoV-2 แพร่เชื้อในอากาศผ่านทางละอองสารคัดหลั่งขนาด “droplets” มากกว่า เพราะด้วยขนาดที่เล็กมากละอองขนาด “aerosols” มีปริมาณเชื้อโรคเจือจางเกินไป บางรายงานอ้างว่าการจะเจ็บป่วยได้ต้องได้รับไวรัส SARS-CoV-2 ระดับ 200-300 ตัว อย่างไรก็ตามเรื่องอานุภาพของการแพร่เชื้อผ่านทางละอองขนาด aerosols ยังไม่ได้มีการพิสูจน์ทราบอย่างเป็นมั่นเป็นเหมาะ ในชั้นนี้จึงควรฟังหูไว้หู

ผลดีของการสวมใส่หน้ากากยืนยันได้จากข่าวที่ปรากฏอยู่ใน Canadian Medical Association Journal ซึ่งกล่าวถึงชายคนหนึ่งที่ป่วยด้วยโรคโควิด-19 ในเดือนมกราคมต้นปีนี้ได้โดยสารเครื่องบินจากประเทศจีนกลับประเทศแคนาดา แต่เนื่องจากในช่วง 15 ชั่วโมงของการเดินทางชายคนนี้สวมหน้ากากอนามัยไว้ตลอดเวลา จึงพบว่าไม่มีผู้โดยสารร่วมเครื่องบินคนอื่นติดเชื้อจากชายคนนี้เลย ทั้งๆที่ชายคนนี้ไอแห้งๆตลอดการเดินทาง ในทางตรงกันข้ามหลังคณะนักร้องประสานเสียงชื่อ Skagit Valley Chorale ประมาณ 56 คน นัดกันมาซ้อมร้องเพลงเมื่อวันที่ 10 มีนาคม 2563 ที่โบสถ์ Mount Vernon Presbyterian Church ในมลรัฐวอชิงตัน สหรัฐอเมริกา โดยไม่มีการสวมหน้ากากและเว้นระยะห่าง ต่อมาได้พบว่ามีถึง 45 คนในกลุ่มนี้ที่ติดเชื้อโรคโควิด-19 โดย 3 คนต้องเข้ารักษาตัวในโรงพยาบาล และมี 2 คนเสียชีวิตภายใน 3 สัปดาห์ สมาชิกคนหนึ่งเล่าว่าก่อนหน้านี้ไม่มีข่าวเรื่องผู้ติดเชื้อโควิด-19 เลยในเขต Skagit Valley และในตอนที่ซ้อมเพลงกันวันนั้นก็ไม่มีใครเลยที่ไอหรือจามหรือแสดงอาการป่วย ข้อมูลเสริมของเรื่องนี้ก็คือในการวิเคราะห์โดยใช้เทคนิคกระเจิงแสงเลเซอร์ที่มีความไวสูงมาก ได้พบว่าในการพูดเสียงดังจะมีละอองสารคัดหลั่งพรั่งพรูออกมาจากปากหลายพันเม็ดต่อวินาที ซึ่งคงไม่ต่างกับการร้องเพลงเสียงดัง

3.การเลือกใช้วัสดุ

หน้ากากอนามัยทางการแพทย์นั้นมีอย่างน้อย 3 ชั้น คือชั้นใน (inner layer) ที่อยู่ชิดกับใบหน้า ทำหน้าที่ดักจับสารคัดหลั่งที่ออกมาจากปากและจมูกรวมถึงความชื้นจากลมหายใจของผู้สวมและควรต้องเป็นวัสดุที่ไม่ก่อให้เกิดความระคายเคืองกับใบหน้าเมื่อต้องสวมใส่เป็นเวลานาน ส่วนชั้นกลาง (middle layer) เป็นตัวกรองหลัก ทำมาจากวัสดุชนิดไม่ถักทอ (non-woven) เพราะด้วยลักษณะเส้นใยที่ไม่เรียบและประสาน/ซ้อนทับกันอย่างไร้ระเบียบจะทำให้สามารถดักจับละอองอณูไว้กับตัวได้ดีกว่าวัสดุชนิดถักทอที่เส้นใยมักมีลักษณะเรียบลื่นกว่าและประสาน/ซ้อนทับกันเป็นระเบียบกว่า นอกจากนั้นควรเป็นวัสดุที่มีสภาพไฟฟ้าสถิตสูงซึ่งจะช่วยเสริมการดูดจับละอองไว้ได้ดีขึ้น ชั้นนอก (outer layer) ควรเป็นวัสดุที่ไม่ชอบน้ำ (hydrophobicity) หรือที่บางคนเรียกว่าสะท้อนน้ำ เพื่อทำหน้าที่กันน้ำมาเปียกหน้ากาก เพราะความชื้นจะดักจับเชื้อโรคจากแหล่งภายนอกไว้ที่หน้ากากได้ดี คือเกิดการปนเปื้อนเชื้อโรคจากภายนอกได้ง่ายขึ้นนั่นเอง วัสดุหลักที่ใช้ทำหน้ากากนี้ก็คือเส้นใยสังเคราะห์พอลิโพรไพลีน (polypropylene) ที่ถูกทำเป็นแผ่นด้วยวิธีการต่างกันที่ไม่ใช่การถักทอ กล่าวคือชั้นนอกกับชั้นในใช้เทคนิค spunbond ส่วนชั้นกลางใช้เทคนิค melt-blown   แต่พอลิโพรไพลีนก็คือพลาสติกชนิดหนึ่ง (ชนิดเดียวกับที่ใช้ทำถุงร้อนชนิดใส) ซึ่งย่อยสลายยากในธรรมชาติ

คงเป็นการยากที่จะทำหน้ากากผ้าแบบ DIY ให้ดีสมบูรณ์เท่าหน้ากากอนามัยที่ผลิตจากโรงงาน เพราะวัตถุดิบทั้งหลายที่นำมาใช้ล้วนถูกออกแบบและผลิตขึ้นเป็นการเฉพาะอย่างมีมาตรฐานสูง สิ่งที่เราจะทำได้ก็คือเลือกใช้วัสดุให้เหมาะสมที่สุด สอดคล้องกับวัตถุประสงค์มากที่สุดคือกรองละอองสารคัดหลั่งได้, หายใจสะดวกและซักแล้วใช้ซ้ำได้ มีผู้ทำการทดลองศึกษาวัสดุต่างๆเพื่อการนี้ไว้แล้วหลากหลายชนิด ดังปรากฏในรูปที่ 4 – 6

รูปที่ 4 แสดงประสิทธิภาพในการกรองสกัดละอองขนาด 0.3 ไมครอน (ขนาดประมาณเท่ากับไวรัสโรคฝีดาษหรือไข้ทรพิษ) ของวัสดุต่างๆ 27 ชนิดที่หาได้ไม่ยากในท้องตลาด เปรียบเทียบกับวัสดุกรองมาตรฐาน 3 ชนิดคือหน้ากาก N95 ของ 3M, หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ และแผ่นกรอง HEPA (high-efficiency particulate air) ซึ่งเป็นวัสดุมาตรฐานที่ใช้กรองอากาศของห้องปลอดเชื้อ/ปลอดฝุ่น (clean room) โดยทั้งนี้การทดลองไม่ได้นำผลของการรั่วไหลเนื่องจากช่องห่างระหว่างขอบหน้ากากกับใบหน้ามาคิดรวมด้วย [1]

รูปที่ 5 เปรียบเทียบประสิทธิภาพของวัสดุต่างๆในรูปที่ 4 ในการกรองสกัดละอองขนาด 1 ไมครอน (ขนาดประมาณเท่ากับไวรัสอีโบลา) [1]

จากข้อมูลในรูปที่ 4 และ 5 ชวนให้คิดว่ากระดาษกรองกาแฟยี่ห้อ HERO น่าจะเป็นวัสดุที่เหมาะจะนำมาใช้ทำหน้ากากมากที่สุด เพราะมีประสิทธิภาพการกรอง (filtration efficiency) สูงมาก เป็นรองก็แต่วัสดุกรองมาตรฐานทั้ง 3 ชนิดดังกล่าวเท่านั้น แต่ต้องอย่าลืมว่าหน้ากากนั้นใช้กับคน ถ้าใส่แล้วทำให้หายใจลำบาก การสวมใส่เป็นเวลานานก็จะก่อปัญหาต่อสุขภาพได้เช่นกัน รูปที่ 6 เปรียบเทียบความสะดวกในการหายใจ (breathability) ผ่านวัสดุต่างๆ ที่ปรากฏอยู่ในรูปที่ 4 และ 5 ซึ่งจะเห็นได้ว่าการจะใช้กระดาษกรองกาแฟยี่ห้อ HERO ทำหน้ากากไม่ใช่ความคิดที่ดี เพราะจะหายใจไม่ออก เนื่องด้วยมีค่าความสะดวกในการหายใจต่ำที่สุด

รูปที่ 6 เปรียบเทียบความสะดวกในการหายใจ (breathability) ผ่านวัสดุต่างๆโดยเทียบเคียงกับหน้ากาก N95 และหน้ากากอนามัยทางการแพทย์ และแผ่นกรอง HEPA [1]

เมื่อชั่งน้ำหนักระหว่าง 2 เงื่อนไขสำคัญของการทำหน้ากากใช้กับคนคือประสิทธิภาพในการกรองกับความสะดวกในการหายใจ ร่วมกับการคำนึงถึงการนำไปซักกลับมาใช้ซ้ำได้ สรุปว่าวัสดุในตารางที่ 1 มีความเหมาะสมที่สุดที่จะนำมาใช้ทำหน้ากากผ้า ซึ่งถ้าผ้าแคนวาส (canvas) กับผ้าเดนิม (denim) ระคายผิวหน้าก็จำเป็นต้องซับด้านในด้วยผ้าเสื้อยืด ซึ่งเรียกกันว่าหน้ากากผ้าแบบไฮบริด (hybrid cloth mask)

ตารางที่ 1 สรุปเงื่อนไขสำคัญของวัสดุ 4 ชนิดที่เหมาะสมจะนำมาใช้ทำหน้ากากผ้า (เปรียบเทียบกับหน้ากาก N95, หน้ากากอนามัยทางการแพทย์ และแผ่นกรอง HEPA)

4.บทส่งท้าย

จำเป็นต้องตระหนักว่าหน้ากากเป็นอุปกรณ์ป้องกันเฉพาะบุคคล (personal protection equipment หรือ PPE) อย่างหนึ่งที่ยังต้องใช้ร่วมกับขั้นตอนปฏิบัติหลักคือการเว้นระยะห่างและการทำความสะอาดมือบ่อยๆ ในโลกยุค “New Normal” หน้ากากอนามัยอาจเปรียบได้กับเสื้อชูชีพของการเดินทางด้วยเรือ การสวมไว้มีโอกาสรอดสูงกว่าตัวเปล่าๆเยอะ ในชีวิตประจำวันคงต้องมีจังหวะที่บังเอิญหรือจำเป็นต้องเข้าไปอยู่ในหมู่ฝูงชนที่ไม่อาจเว้นระยะห่างได้ เช่นในการใช้ระบบขนส่งมวลชนเป็นต้น ทั้งนี้การสวมหรือถอดหน้ากากควรใช้ความระมัดระวังด้วย ควรจับที่สายคล้องหูเป็นสำคัญ มักเห็นการใช้มือจับตรงกลางหน้ากากเพื่อขยับหน้ากากให้เข้าที่ ซึ่งมีโอกาสที่เชื้อโรคจะติดมือมาได้ ดังนั้นแม้ใช้หน้ากากแล้วก็ไม่ควรหลงลืมละเลยข้อที่ควรปฏิบัติที่สุดและทำได้ไม่ยากเลยก็คือการหมั่นทำความสะอาดมือบ่อยๆ

เอกสารอ้างอิง

1. “The Ultimate Guide to Homemade Face Masks for Coronavirus”, Smart Air, ที่เว็บไซต์: https://smartairfilters.com/en/blog/best-diy-coronavirus-homemade-mask-material-covid/
2. Vivek Kumar, et al., “On the utility of cloth facemasks for controlling ejecta during respiratory events”, ที่เว็บไซต์: https://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/2005/2005.03444.pdf