Cząsteczki wirusa oddechowego mogą podróżować na większą odległość, niż wcześniej sądzono

Badanie modelowe rodzi pytania o to, w jakim stopniu kropelki oddechowe, takie jak te, które przenoszą wirusa wywołującego COVID-19, mogą podróżować, zanim staną się nieszkodliwe. Czy unoszące się w powietrzu cząsteczki przenoszące wirusa mogą pozostawać zakaźne nie tylko na kilka stóp, ale na ponad 200 stóp, daleko poza długość boiska do hokeja?

Eksperymenty z lat 30. XX wieku sugerowały dwie drogi kropelek oddechowych, takie jak kichanie lub kaszel. Albo jest duży i ciężki, spada na ziemię bez dużej szansy zranienia innej osoby. Albo jest tak mały i lekki, że wysycha niemal natychmiast, pozostając w powietrzu, ale bardzo szybko staje się nieszkodliwy. Odwodnienie sprawia, że ​​wirusy „otoczkowane”, takie jak koronawirusy, są niezdolne do infekcji.

Ale nowe badanie przeprowadzone przez naukowców z Laboratorium Narodowego Pacific Northwest przy Departamencie Energii sugeruje trzecią opcję – że maleńkie cząsteczki w drogach oddechowych mogą pozostawać wilgotne i unosić się w powietrzu przez dłuższy czas i na większą odległość, niż sądzili naukowcy.

Istnieją doniesienia, że ​​ludzie zarażają się koronawirusem z wiatrem zarażonej osoby lub w pokoju kilka minut po tym, jak zarażona osoba opuściła ten pokój”.

Leonard Pease, autor badania korespondencyjnego

Wyniki opublikowano w lutowym numerze czasopisma Komunikacja międzynarodowa w przesyle ciepła i masy.

„Pogląd, że wirusy otoczkowe mogą pozostać dobrze nawodnione, a zatem w pełni zakaźne na duże odległości, jest zgodny z obserwacjami w świecie rzeczywistym. Zakaźne kropelki oddechowe mogą utrzymywać się dłużej, niż nam się wydawało” – dodał Bees.

Zespół PNNL długo przyglądał się śluzowi pokrywającemu mgiełkę oddechową, którą ludzie wydychają z płuc. Naukowcy wiedzą, że śluz pozwala wielu wirusom przemieszczać się dalej niż w innym przypadku, umożliwiając im przenoszenie się z człowieka na człowieka.

Powszechnie wiadomo, że bardzo małe, lotne kropelki o średnicy zaledwie kilku mikronów, takie jak te wytwarzane w płucach, wysychają w powietrzu niemal natychmiast, stając się nieszkodliwymi. Jednak zespół PNNL odkrył, że śluz zmienia równanie.

Zespół odkrył, że skorupa śluzu otaczająca kropelki oddechowe prawdopodobnie zmniejsza szybkość parowania, wydłużając czas, w którym cząsteczki wirusa wewnątrz kropelek pozostają wilgotne. Ponieważ wirusy otoczkowe, takie jak SARS-CoV-2, mają tłustą powłokę, która musi pozostać wilgotna, aby wirus stał się zakaźny, powolne parowanie pozwala cząsteczkom wirusa dłużej zarażać.

Zespół szacuje, że kropelki pokryte śluzem mogą pozostawać mokre do 30 minut i przemieszczać się na odległość do 200 stóp.

„Chociaż wiele czynników zostało zasugerowanych jako zmienne w rozprzestrzenianiu się COVID, śluz pozostaje w dużej mierze ignorowany” – powiedział Pease.

Autorami artykułu są Biz, Nora Wang Isram, Gurihar Kulkarni, Julia Flaherty i Caroline Burns.

Wirusowe podróże między biurami

Skupienie się na śluzie pomaga odpowiedzieć na inne pytanie: jak wirus porusza się w wielopokojowym biurowcu.

Łączenie kropelek oddechowych to pierwszy krok, aby wirus przemieszczał się w powietrzu i zarażał tych, którzy nim oddychają. Chemik Caroline Burns miała za zadanie stworzyć Sztuczne kropelki oddechowe do badania, w jaki sposób cząsteczki przemieszczają się z jednego pomieszczenia do drugiego.

Ostatecznie Burns zdecydował się na dwa materiały do ​​przenoszenia syntetycznych cząstek wirusopodobnych. Jednym z nich był śluz bydlęcy. Drugi to alginian sodu, związek pochodzący z brunatnych wodorostów. Związek jest powszechnie stosowany jako środek zagęszczający w produktach spożywczych, takich jak lody i sery.

Zespół wykorzystał atomizer do rozproszenia kropel w jednym pomieszczeniu w wielopokojowym budynku laboratoryjnym. Razem krople i atomizer symulują napad kaszlu, uwalniając cząsteczki na około minutę do komory źródłowej. Zespół kierowany przez Alexa Vlachokostasa i Burnsa zmierzył poziom kropli w dwóch sąsiednich pomieszczeniach za pomocą kontrolowanej wentylacji budynku.

Wyniki eksperymentalne zespołu, opublikowane 19 stycznia w Indoor Air, odzwierciedlają wyniki wcześniejszych badań modelowych, opublikowanych w zeszłym roku w czasopiśmie Building and Environment.

Naukowcy odkryli, że zarówno niski, jak i wysoki poziom filtracji skutecznie zmniejszały poziom kropelek oddechowych we wszystkich pomieszczeniach. Filtracja szybko obniża poziom kropel w sąsiednich pomieszczeniach; W ciągu około trzech godzin do jednej trzeciej poziomu lub mniej bez filtrowania.

Zespół odkrył również, że zwiększenie wentylacji szybko obniżyło poziom cząstek w pomieszczeniu źródłowym. Ale poziomy cząstek w innych połączonych pokojach natychmiast podskoczyły; Poziomy wzrosły po 20 do 45 minutach z silnymi zmianami powietrza, które spowodowały wzrost wysokości. Ostatecznie, po początkowym wzroście, poziomy kropel we wszystkich komorach stopniowo malały po trzech godzinach z filtracją i po pięciu godzinach bez filtracji.

Naukowcy twierdzą, że zwiększenie wymiany powietrza w zatłoczonych miejscach może być korzystne w pewnych sytuacjach, takich jak duże konferencje lub spotkania szkolne, ale w normalnych warunkach pracy i szkoły może faktycznie zwiększyć szybkość transmisji we wszystkich pomieszczeniach budynku.

„Jeśli jesteś w pomieszczeniu poniżej i nie jesteś źródłem wirusa, prawdopodobnie nie byłoby lepiej z większą wentylacją” – powiedział Pease.