Автори: Leonardo Setti, Fabrizio Passarini,Gianluigi De Gennaro et al.

Превод и адаптация: Росица Ташкова, магистър по молекулярна биология и микробиология

При кихане се отделят капчици, които носят коронавируса на голямо разстояние

Credit: Sharfman et al.

В настоящата статия е представено изследване [ref. 1] на италиански учени, според които препоръчителното разстояние от 2 метра между хората може да се окаже недостатъчно, за да бъде предотвратено предаването на новия коронавирус SARS-CoV-2 между тях. Показано е и значението на фините прахови частици за разпространение на вируса. Проучването е публикувано на 23 април в научното списание International journal of environmental research and public health.

Пандемията COVID-19 предизвика блокира цели нации по целия свят. В допълнение към ограниченията за мобилност на хората, Световната здравна организация и правителствата препоръчаха да спазваме разстояние от 1,5 или 2 метра един от друг, за да се сведе до минимум рискът от заразяване чрез капчиците от носа и устата, които разпространяваме около себе си.

Въпреки това, наскоро публикувани проучвания подкрепят хипотезата за предаване на вируса на разстояние 2 метра от заразен човек. Изследователите са доказали, че SARS-CoV-2 е по-стабилен в аерозоли и върху повърхности, в сравнение със SARS-CoV-1 (като вирусът остава жизнеспособен и заразен в аерозола в продължение на часове) и че предаването на SARS-CoV-2 чрез въздуха може да се случи не само на близко разстояние.

Има разумни доказателства за възможността за предаване на вируса по въздуха поради задържането му там в аерозолни капчици в жизнеспособна и инфекциозна форма. Въз основа на наличните знания и епидемиологични наблюдения е вероятно малки частици, съдържащи вируса, да навлизат в закрити помещения на разстояние до 10 метра от източниците на емисии, като по този начин представляват вид аерозолно предаване на заразата.

Коронавирусът може да остане жизнеспособен в капчици

Photo by Devon Janse van Rensburg on Unsplash

Теренни проучвания, проведени в болници в Ухан, показват наличието на РНК от SARS-COV-2 във въздушни проби, събрани вътре в болниците, а също така и в околността, което води до заключението, че въздушното движение трябва да се счита за важен път за вирусна дифузия.

Подобни находки се отчитат и при анализи на въздушни проби, събрани в университетската болница в Небраска. На 16 март авторите на настоящата статия са обявили позицията си, като са наблегнали на възможността въздушният път на предаване на вируса да се разглежда като допълнителен фактор за тълкуване на аномалните огнища на COVID-19 в Северна Италия - определян като един от най-замърсените райони в Европа и характеризиращ се с високо съдържание на фини прахови частици (PM).

Наличната информация за разпространението на SARS-COV-2 подкрепя хипотезата за въздушна дифузия на заразени капчици от човек на човек на разстояние, по-голямо от два метра. Разстоянието от 2 метра между хората може да се счита за ефективна защита, само ако всички носят маски за лице (покриващи носа и устата) в ежедневните житейски дейности.

COVID-19: Какви доказателства има за възможен въздушен път на предаване

В края на деветнадесети век Карл Флюге предположил, че микроорганизмите се предават от човек на друг чрез капчиците, изхвърляни от носа и устата на максимално разстояние от 2 метра. Между 1934 и 1955 г. Уилям Фърт Уелс теоретизира, че капчичните ядра са достатъчно малки, за да останат във въздуха за дълго време и все още да са заразни. Наскоро публикувани проучвания подкрепят хипотезата за предаване на коронавируса на разстояние 2 метра от заразен човек.

Към днешна дата задълбочените познания за механизмите, залегнали в процеса на предаване, са приоритет както за прогнозиране на по-нататъшното развитие на пандемията, така и за предотвратяване на евентуални рецидиви на епидемия, причинени от SARS-COV-2 - вирус, чиито патогенни механизми все още се нуждаят от по-добро разбиране.

Капчиците с коронавирус може да се предават на повече от 2 метра разстояние

Photo by Bewakoof.com Official on Unsplash

Настоящите предположения за процесите на предаване на COVID-19 се различават между моделите, симулиращи съдбата на вируса във въздуха. Някои от предположенията са подкрепени от експериментални данни, докато други все още трябва да бъдат задълбочено проучени.

Въпреки това, в неотдавнашен доклад на Van Doremalen (2020) е доказана по-високата аерозолна и повърхностна стабилност на SARS-COV-2 в сравнение със SARS-COV-1, като вирусът остава жизнеспособен и заразен в аерозола в продължение на часове [ref. 2]. Въпреки че тези открития идват от лабораторни експерименти, те са достатъчни, за да подкрепят тезата за въздушното предаване на SARS-COV-2, поради дългото му оцеляване в аерозолни капчици в жизнеспособна и инфекциозна форма.

Въз основа на наличните знания, Morawska и Cao (2020) подчертават, че малки частици с вирусно съдържание могат да пътуват в закрита среда, като покриват разстояния до 10 метра от източника им, като по този начин подкрепят аерозолното предаване на заразата [ref. 3]. По същия начин, Paules et al. (2020) наскоро посочи, че въздушното предаване на SARS-COV-2 може да се случи не само при контакти на близко разстояние [ref. 4]. Както експерименталните подходи, така и изчислителната флуидна динамика подкрепят тези предположения.

По отношение на това, Sharfman et al. изясниха през 2016 г. процесите на фрагментация на лигавично-слюнчените течности, излъчвани чрез кихане и кашляне. Приложението на бърза фотография им позволи да покажат физиката зад разпределението на размера на капчиците и да определят разстоянието, което може да достигнат вирусните емисии [ref. 5].

Отделяне на слюнка с коронавирус, когато човек киха

Credit: Sharfman et al.

Друг инструментален подход за визуализация на капчиците при издишванията, произведени по време на обикновеното говорене, бяха предоставени от Anfinrud et al. (2020) и защитният ефект на маските за лице също е оценен [ref. 6].

Нещо повече, неотдавнашното проучване на Bourouiba (2020) се спря на потенциалните дълги разстояния, на които се разпространява SARS-COV-2, чрез кашлица и кихане, като малките капчици при кихане, могат да достигнат разстояния от 7–8 метра [ref. 7].

Важен въпрос за оценката на значимостта на трансфера на вируса във въздуха е идентифицирането на условията за жизнеспособност на вируса в атмосферата. Yang et al. в два различни доклада (публикувани през 2011 и 2012 г.) изследват връзката между жизнеспособността на вируса на грип А и факторите на околната среда, като относителната влажност и аерозолния състав (сол, протеини, слуз), подчертавайки потенциалното въздействие на относителната влажност за оцеляване на вируса в неговия аерозолен носител [ref. 8, 9].

Както вече беше споменато, аерозоли със SARS-COV-2 и SARS-CoV-1 бяха подготвени при лабораторни условия и задълбочено проучени от Van Doremalen et al. (2020), показвайки, че вирусът SARS-COV-2 може да остане заразен в аерозолните капчици с часове, въпреки необходимостта от придобиване на допълнителни знания за жизнеспособността на вируса във въздуха [ref. 2].

Какво е значението на замърсения с фини прахови частици въздух за пренос на вируса

Редица проучвания разглеждат взаимодействието между въздушните частици и вирусите. Изследване, проведено от Ye et al. (2016) демонстрира, че инфектирането с респираторен синцитиален вирус (RSV), отговорен за развитие на пневмония при децата поради проникване в най-дълбоките части на дихателната система, е било подсилено чрез транспорт на прахови частици [ref. 10]. Показана е положителна зависимост между степента на инфекция и фракциите от прахови частици PM2.5 (r = 0.446, p <0.001) и PM10 (r = 0.397, p <0.001).

Вирусите може да се предават и чрез фините прахови частици

Photo by Zoya Loonohod on Unsplash

Подобни открития са докладвани в статията от Cheng et al. (2017 г.) чрез съпоставяне на данни за дневен брой случаи на морбили и концентрациите на PM2.5, наблюдавани в 21 китайски града през октомври 2013 г. и декември 2014 г. [ref. 11]. Авторите подчертават, че увеличението на PM2.5, равно на 10 µg/m3, е значително свързано с по-висока честота на морбили, като отправят силни препоръки за насърчаване на стратегии за намаляване на фините прахови частици, за да се забави скоростта на разпространение на инфекцията.

След тези предварителни констатации, Peng et al. през 2020 г. предоставиха допълнителни доказателства за взаимодействието между частици и вируси, което показва, че високите нива на концентрация на фини прахови частици значително повлияват разпространението на морбили в Ланджоу (Китай) [ref. 12]. Освен това тези автори предложиха да се намалят нивата на концентрация на фини прахови частици с цел да се намалят потенциалните рискове от огнища на морбили в изложената популация.

Проведени са и специфични анализи на микробиома, адсорбиран върху прахови частици (PM2.5 и PM10) за период от 6 месеца между 2012 и 2013 г. в Пекин, показващ променливостта на състава на микробиомите в зависимост от изследвания месец [ref. 13]. По-конкретно, анализът на относителното разпределение на микробиома върху праховите частици през времето, показва най-голямо количество вируси през януари и февруари, едновременно с тежките периоди на замърсяване с прахови частици.

Други проучвания, които се занимават с връзката между фините прахови частици и честотата на инфекциозните заболявания (напр. грип, хеморагична треска с бъбречен синдром) потвърждават, че вдишването на частици може да насърчи проникването на вируса в най-дълбоките части на дихателната система, като по този начин засилва опасността от инфекции [ref. 14].

Влияние на климатичните условия

Настоящите знания за явленията на коалесценция (сливането между капчиците) предполагат, че за стабилизирането на аерозолите в атмосферата са необходими специфични температурни условия (0–5°C) и относителна влажност (90–100%). Обикновено се приема, че скоростта на инактивиране на вирусите в атмосферата се насърчава от повишаване на температурата и слънчевата радиация.

Праховите частици може да пренасят коронавирус и грип при прашна буря

Photo by Matthieu Joannon on Unsplash

А високите нива на относителна влажност могат да играят ключова роля за разпространението на вируса, което води до повишена вирулентност. В тази връзка Ficetola et al. (2020 г.) наскоро показаха, че разпространението на SARS-COV-2 е достигнало своя пик в умерените райони на Северното полукълбо със средна температура от 5°C и средна влажност на въздуха 0,6–1,0 kPa, докато намалява в по-топлите и в по-студените райони [ref. 15].

Други изследвания се занимават с проблема с вирусната дифузия, обръщайки повече внимание на транспортирането на патогени на дълги разстояния, свързани с изместване на въздушните маси. Прашните бури се считат за много ефективни при разпространението на вируси. Показано е, че разпространението на вируса на грип А се увеличава значително след прашните бури в Азия, когато нивата на праховите частици са значително по-високи от обичайното [ref. 16].

Друг аналогичен случай беше разпространението на птичия грип H5N2 в САЩ през 2015 г. от Айова до съседните щати, което се приписва на разпространение на вируса във въздуха чрез фини прахови частици [ref. 17].

Достатъчна ли е дистанцията от 2 метра между хората

В заключение, авторите пишат, че наличната информация за разпространението на SARS-COV-2 в целия свят подкрепя хипотезата за модел на предаване на вируса от човек на човек чрез въздушни капчици на разстояние, по-голямо от два метра.

Потенциалните явления на коалесценция, възникващи между ядрата на капчиците и праховите частици, се считат за правдоподобни, особено при благоприятни условия на околната среда (напр. ниска температура и високи нива на относителна влажност), позволяващи стабилизиране на капчиците.

Маските предпазват от коронавирус

Photo by Anastasiia Chepinska on Unsplash

Какви са изводите и необходимите мерки

Въз основа на гореописаните доказателства е разумно този модел на вирусна трансмисия да се опише като „събитие на свръхразпространение“, което се демонстрира от високите прогнозни стойности на основното репродуктивно число (R0) в северна Италия в ранните етапи на пандемията (например февруари 2020 г.). Следователно, задължителното носене на маски за лице би било желателно както по време на извънредното положение, така и във фаза 2, когато се очаква прогресивното връщане към нормалния живот.

Маските за лице представляват бариера, която да задържи капчиците, издишани от заразени хора, както и за намаляване на вероятността от вдишване на такива капчици от околните здрави хора. Освен това:

  • Необходимо е да се приемат по-обширни мерки за дистанциране (разстояние между хората до 10 м) в затворени помещения, когато не се използват маски за лице.
  • В случай на обичайна употреба на маски за лице, разстоянието между хората може да бъде намалено до 2 метра, при условие и носът, и устата да бъдат покрити от маската.

Най-често срещаните маски за лице, покриващи горните дихателни пътища на човека, не позволяват на АСЕ2 рецепторите, разположени върху клетките на носа и устата, да влязат в контакт с вируса. Когато сме на открито, капчичните ядра се подлагат на по-голямо разпръскване в атмосферата - дори ако са агрегирани към частици - и при липса на маска за лице е гарантиран нисък риск от заразяване дори при разстояние между хората по-малко от 10 метра.

И накрая, научните доказателства за връзката между нивата на фините прахови частици и разпространението на SARS-COV-2 показват необходимост от засилване на стратегиите за намаляване на фините прахови частици, излъчвани от антропогенни източници, както и за намаляване на излагането на гражданите на такива частици, както и на неконтролирани аерозоли.

 

Източници:

  1. Airborne Transmission Route of COVID-19: Why 2 Meters/6 Feet of Inter-Personal Distance Could Not Be Enough. International journal of environmental research and public health. 2020

  2. Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. NEJM. 2020

  3. Airborne transmission of SARS-CoV-2: The world should face the reality. Environment international. 2020

  4. Coronavirus Infections—More Than Just the Common Cold. JAMA. 2020

  5. Visualization of sneeze ejecta: steps of fluid fragmentation leading to respiratory droplets. Experiments in fluids. 2020

  6. Could SARS-CoV-2 be transmitted via speech droplets? Preprint. MedRxiv. 2020

  7. Turbulent Gas Clouds and Respiratory Pathogen Emissions. Potential Implications for Reducing Transmission of COVID-19. JAMA. 2020

  8. Concentrations and size distributions of airborne influenza A viruses measured indoors at a health centre, a day-care centre and on aeroplanes. Journal of the Royal Society, Interface. 2020

  9. Relationship between humidity and influenza A viability in droplets and implications for influenza's seasonality. PloS one. 2013 

  10. Haze is a risk factor contributing to the rapid spread of respiratory syncytial virus in children. Environ Sci Pollut Res Int. 2016

  11. Is short-term exposure to ambient fine particles associated with measles incidence in China? A multi-city study. Environmental Research. 2017

  12. The effects of air pollution and meteorological factors on measles cases in Lanzhou, China. Environmental Science and Pollution Research. 2020

  13. Longitudinal survey of microbiome associated with particulate matter in a megacity. Genome biology. 2020

  14. Generation of avian influenza virus (AIV) contaminated fecal fine particulate matter (PM2.5): Genome and infectivity detection and calculation of immission. Veterinary Microbiology. 2009

  15. Climate affects global patterns of COVID-19 early outbreak dynamics. Preprint. MedRxiv. 2020

  16. The impact of ambient fine particles on influenza transmission and the modification effects of temperature in China: A multi-city study. Environment international. 2016

  17. Airborne transmission may have played a role in the spread of 2015 highly pathogenic avian influenza outbreaks in the United States. Scientific Reports. 2019

 

 

За автора:

👩‍🔬 Росица Ташкова-Качарова е бакалавър по молекулярна биология и магистър по микробиология и микробиологичен контрол. Дипломната си работа за магистърската степен прави в Университет на Нант, Франция. По това време рисува елхичка от бактерии и вдъхновява обявяването на първия конкурс за рисунка с микроорганизми Агар Арт. В продължение на 3 години е редактор на сп. Българска наука и продължава да пише за наука на достъпен език.