Analiză - moduri de transmisie a COVID-19 în viziunea calității aerului interior
Introducere
S-a afirmat în mod repetat că transmisia are loc în principal prin contact și prin picăturile care, emise de persoana infectată, ajung la receptorul sensibil în calea sa, astfel încât dacă se menține o distanță de siguranță de la 1m la 2 m, riscul de contaminare și răspândirea bolii va fi redus la minimum.
Autorul consideră că, fără a exista dovezi științifice care să fie justificate, rolul care poate fi jucat de modul de transmitere prin particule aeriene a fost diminuat. Astfel, unele dintre măsurile de protecție care, probabil, au fost descurajate în unele state europene, vor sta la baza ratelor mai modeste de răspândire a epidemiei în unele țări din Asia.
Materie de particule în aerul interior
Deși nu există nicio îndoială că virusul Corona SARS 2, care generează boala COVID-19, este transmis mai ales prin particulele expirate de pacienții infectați, este important să începeți cu o explicație de bază a modului în care particulele sunt, de obicei, desemnate de către acronimul PM, clasificate. Când ne referim la clase de mărime a particulelor, după PM se scrie un număr care corespunde diametrului echivalent exprimat în microni (1 µm = 0,001 mm). Astfel, de exemplu, denumirea PM10, trebuie înțeleasă ca ansamblul tuturor particulelor cu o dimensiune mai mică de 10 um în eșantionul de aer pe care îl analizăm.
Figura 1 prezintă principalele tipuri de particule prezente în aerul interior, clasificate în funcție de intervalele lor de mărime.
Figura 1. Domenii de mărime ale principalelor tipuri de particule în aerul interior.
În ceea ce privește modul în care aceste particule interacționează, din punct de vedere strict fizic, cu sistemul nostru respirator, ele sunt clasificate, în funcție de nivelul lor de penetrare, în inhalabile, toracice și respirabile, fiind corespondența dintre această clasificare și intervalele de mărime prezentate în figura 2. Particulele inhalabile sunt păstrate în părul existent în nas sau de mucus în cavitățile orale, nazale sau laringiene. Particulele toracice sunt capabile să pătrundă până la trahee și bronhii, fiind reținute de mucusul care există acolo, în timp ce particulele respirabile merg până la bronhiole și alveole. Indiferent de gradul lor de infecțiozitate, din punct de vedere strict fizic, cele mai periculoase particule sunt cele mai mici, deoarece se pot depune în alveole și pot provoca înfundarea lor, prevenirea sau deteriorarea schimburilor de gaze efectuate acolo, fundamentale pentru viața umană .
Figura 2. Clasificarea particulelor în funcție de nivelul de penetrare în sistemul respirator.
În funcție de mărimea lor, particulele se pot comporta diferit în raport cu traiectoriile lor din aer. Această diversitate de comportament rezultă din diferitele echilibre dintre forțele care acționează asupra particulelor în mișcarea lor în aer. Principalele forțe care se consideră că acționează asupra unei particule sunt forța gravitației și forțele aerodinamice. Relația dintre aceste două tipuri de forțe este diferită în funcție de mărimea particulelor, rezultând că, pentru diametre de particule echivalente mai mici de 10 µm, forțele de tracțiune aerodinamică sunt mai importante decât forțele de gravitație (greutatea particulei ) și, astfel, particulele plutesc, urmând liniile de curent de curgere, într-un mod similar cu ceea ce se întâmplă cu un surfer atunci când navighează pe un val. În cazul particulelor mai mari, traiectoria lor este de obicei parabolică și se vor așeza pe sol sau pe alte suprafețe, deoarece forța gravitației, datorită greutății sale, este mai mare decât componenta verticală a forței aerodinamice. Distanța mai mare sau mai mică parcursă orizontal de particule va depinde de dimensiunea lor, câmpul de viteză a fluxului și, de asemenea, de viteza inițială. Aceste tipuri diferite de comportament sunt prezentate în figura 3.
Figura 3. Traiectoriile tipice ale particulelor din aer, în funcție de mărimea lor.
Justificarea pentru ceea ce a fost descris anterior, rezultă din faptul că coeficientul de rezistență aerodinamică al unui corp cu formă sferică nu este constant, relativ la un coeficient adimensional numit Reynolds. Acest coeficient reprezintă relația dintre forțele de presiune și forțele vâscoase care provin din interacțiunea unui corp cu un fluid. În calculul său, una dintre variabile este o dimensiune geometrică caracteristică corpului, în acest caz diametrul. Astfel, în graficul prezentat în figura 4, dacă avem două particule cu diametre diferite supuse acțiunii aceluiași fluid, particulele mai mici vor fi mai mult spre stânga, cu un coeficient mai mare de rezistență, iar particulele mai mari vor fi mai multe spre dreapta, cu un coeficient de rezistență mai mic. Acest lucru va avea consecința că cea mai mică particulă va fi mai târâtă și va urmări curenții de aer mai ușor, motiv pentru care este clasificată ca o particulă aeriană, în timp ce particulele mai mari vor fi depuse după ceva timp, deoarece greutatea sa este forța dominantă și o face să cadă.
Zona în care fenomenele tipice care apar cu particule în ventilația naturală sau ventilația mecanică curg în interiorul clădirilor este marcată în partea stângă a graficului de elipsa roșie marcat.
Ca o curiozitate, diferența dintre comportamentul corpurilor cu suprafețe netede sau aspre, pentru zona numărului Reynolds, în intervalul 105 - 106, este ceea ce justifică faptul că mingile de golf au o suprafață proeminentă. Această rugozitate determină apariția așa-numitului regim critic care corespunde cu o scădere bruscă a valorii coeficientului de rezistență care să apară mai devreme, ceea ce permite mingii să parcurgă distanțe mai lungi.
De asemenea, acest grafic explică motivul pentru care moleculele de vapori de apă din nori rămân în suspensie și, de asemenea, apariția ploii datorită condensării acestor molecule și apariția unor picături care se îmbină și câștigă dimensiunea, în așa fel încât forța de gravitația devine dominantă.
Figura 4. Coeficient de rezistență aerodinamică ca funcție a numărului Reynolds pentru o sferă.
Corona Virus 2 (SARS-CoV-2) și moduri de transmisie
Corona Virus 2 (SARS-CoV-2) are o formă sferoidă, cu diametre cuprinse între 80 și 140 nm (± 0,1 µm). Figura 5 prezintă o comparație a dimensiunilor sale cu unele dintre clasele utilizate în mod obișnuit pentru particule suspendate.
Figure 5. Compararea dimensiunilor SARS-CoV-2 cu unele clase de particule.
Există trei moduri posibile de transmitere de la agenți patogeni care au fost expulzați în procesul respirator al persoanelor infectate: infecția cu particule suspendate (biioaerosoli), picături și contact. Figura 6 prezintă o imagine adaptată a unei broșuri de la Oficiul Primului Ministru și al Ministerului Sănătății, Muncii și Bunăstării Japoniei, publicată recent într-un document de poziție comun de către Societatea Japoneză de Inginerie Sanitară, Termică, Aer Condiționat (SHASE) și Institutul de Arhitectură din Japonia (AIJ), care ilustrează modurile de transmisie menționate mai sus. Originea emiterii picăturilor de la individul infectat poate proveni din diferite procese, cum ar fi tuse, strănut, vărsături, vorbire și respirație, cu cantități și distribuții în mod natural, pe clase de mărime ale particulelor exhalate, în funcție de tipul procesului .
În modul de transmisie aeriană, în care particulele vor avea de obicei dimensiuni mai mici de 10 um, fenomenul implică de obicei evaporarea unei părți substanțiale din masa de apă a picăturii, care este redusă la ceea ce se numește nucleul picăturii, unde pot exista unele virusuri sau bacterii. , care poate fi inhalat de gazda susceptibilă infectată.
Figura 6. Moduri de transmitere de la agenții patogeni expirați (adaptați din prospectul Oficiului Primului Ministru și al Ministerului Sănătății, Muncii și Bunăstării Japoniei (2020)).
În figura 7, este prezentată o figură transcrisă din Morawska (2006), care arată timpul de evaporare a picăturilor de apă, în funcție de diametrul acestora și umiditatea relativă a mediului. Picăturile mai mici (1 um) se evaporă rapid și sunt reduse la ceea ce se numește nuclee de picături sau miez de reziduuri. Dacă picăturile sunt contaminate cu viruși, acestea vor rămâne în suspensie, persistența acesteia depinzând de factori precum temperatura, umiditatea și componenta radiațiilor ultraviolete existente pe șantier. Există un număr semnificativ de studii privind supraviețuirea virușilor în aer, care sunt raportate și în Morawska (2006), cu un comportament diferit în funcție de faptul dacă virusurile au sau nu o coajă exterioară de grăsime. Astfel, în cazul virusurilor tip Corona Virus care au un strat protector exterior de grăsime, concluzia este că acest strat persistă mai bine în medii uscate și că este destabilizat în medii mai umede, spre deosebire de ceea ce se întâmplă cu virușii care nu au un strat protector de grăsime (Roe (1992) și de Pillai și Ricke (2002)). În ceea ce privește efectul temperaturii, de obicei, persistența virusului este mai ridicată la temperaturi reci decât la temperaturi calde. Radiația solară are o componentă a radiației ultraviolete care afectează persistența virușilor, astfel încât, în mediile interioare fără lumină naturală directă, există condiții mai favorabile pentru persistența virusurilor ca particule aeriene. În rezumat, persistența virușilor de tip SARS CoV-2 ca bioaerosol, urmând traiectoriile fluxurilor de aer existente la fața locului, este cea mai mare în medii reci și uscate, fără iluminare naturală.
Al doilea mod de transmisie menționat în figura 6 este transmisia directă prin picături care călătoresc de la emițătorul infectat la gazda sensibilă și care sunt inhalate de acesta din urmă. Se întâmplă în mod normal cu picături cu o dimensiune intermediară, între aproximativ 10 um și 50 um, care pot îndeplini calea dintre emițător și receptor înainte de evaporarea completă a acestuia. Într-un episod de tuse sau strănut, viteza inițială a jetului care iese din gura emițătorului poate avea valori tipice de 10 până la 30 m / s, astfel încât particulele fac rapid căile de aproximativ 1 m între emițător și receptor, într-o traiectorie aproximativ orizontală, datorită situației de echilibru între forțele aerodinamice de ridicare și forța gravitației, care prezintă magnitudini similare și direcții opuse.
Cele mai mari picături, cu diametre cuprinse între 50 um și 300 um, sunt cele care generează modul de transmitere a contactului. Întrucât, în cazul său, forța gravitației este dominantă, deoarece forțele de natură aerodinamică pierd influența relativă, aceste particule cad mai repede și se instalează pe suprafețe, creând ceea ce se numește fomite (obiecte sau materiale contaminate de elemente patogene). Există mai multe tipuri de comportament care pot contribui la transportarea agenților patogeni pentru a intra în contact cu o zonă de intrare în corpul elementului receptor (gură, ochi, nas). Un set relevant de lucrări despre acest mod de transmisie a fost publicat, de exemplu, articole de Rheinbahen et al. (2000) și Barker și colab. (2001).
Figura 7. Timpii de evaporare a fazei lichide în picăturile de apă, în funcție de dimensiunea și umiditatea relativă locală.
Este mai mult sau mai puțin consensual faptul că modul de transmitere a contactului și modul de transmitere a picăturilor sunt prezente în transmisiile de virus de tip SARS-2, dar există, până acum ceva timp, convingerea că modul de contaminare a particulelor aeriene nu era relevant în cazuri. de infecții virale și s-a întâmplat în principal cu bacterii (tuberculoză, legionella, ...). Probabil că dificultatea stabilirii relației cauză-efect, deoarece este un tip de investigație mai dificil și implică necesitatea unor mijloace mult mai sofisticate, stă la baza acestui fapt, deși se știe deja că, de exemplu, în caz de rujeolă, care este viral, există, de asemenea, transmiterea de particule suspendate. Nu a existat o unanimitate completă cu privire la rolul transmisiunilor aerosol transmise în aer, dar dovezile existenței sale în cazuri de transmisii virale au crescut substanțial în cele mai recente articole. Tabelul 1 prezintă câteva dintre articolele care susțin existența transmiterii infecțiilor virale prin modul de particule aeriene.
Tabelul 1. Unele dintre articolele care susțin existența transmiterii infecțiilor virale prin modul particulelor aeriene
Într-un articol publicat în „Aerul de Interior”, de Li et al. (2007), un grup de experți din mai multe țări, a făcut o analiză sistematică multidisciplinară a 40 de articole despre rolul modului de transmitere a particulelor transportate în aer, publicat între 1960 și 2005, considerând că 10 din cele 40 de articole au fost concludente, cu dovezi puternice ale relației. între ventilația clădirii și transmiterea sau diseminarea prin particule aeriene de boli precum rujeola, tuberculoza, variola, gripa, gripa aviară și SARS.
În încercarea de a explica diferențele dintre rata de răspândire între SARS-1 și SARS-2 (COVID-19), mai mulți autori americani au efectuat un studiu comparativ în ceea ce privește supraviețuirea celor două tipuri de viruși în medii și suprafețe diferite. La 17 martie 2020, într-o scrisoare către editorul New England Journal of Medicine, aceștia afirmă că ambele rămân viabile și infecțioase mai mult de 3 ore în aerosoli.
În urma acestor informații, Organizația Mondială a Sănătății (OMS) a considerat că „precauțiile cu privire la particulele” trebuie luate de către profesioniștii din domeniul sănătății. Directorul Diviziei de Boli Urgente, Dr. Maria Van Kerkhove, a informat media în cadrul unei conferințe de presă din 23 martie 2020 că „Când o procedură clinică care generează aerosoli este efectuată într-o unitate de îngrijire a sănătății, există posibilitatea aerosolizării acestor particule, ceea ce înseamnă că pot rămâne în aer un pic mai mult ”.
Ea a adăugat: „Este foarte important ca lucrătorii din domeniul sănătății să ia măsuri de precauție suplimentare atunci când lucrează cu pacienții și să facă acest tip de proceduri”.
Este greu de înțeles că, la nivelul comitetului de directivă OMS, nu există nicio percepție că aerosolizarea nu are loc doar atunci când se efectuează acte clinice cu un anumit tip de echipament într-un mediu spitalicesc, ci apare și în mod natural în procesele legate de sistemul respirator al persoanei (tuse, strănut, verbalizare, respirație etc.).
Astfel, implicațiile cunoștințelor recente despre persistența SARS-2 în aerosoli ar trebui să fie mult mai ample, și anume în ceea ce privește redefinirea conceptului de distanță de siguranță între oameni și necesitatea utilizării pe scară largă a echipamentelor de protecție a căilor aeriene superioare (măști și viziere), ori de câte ori se anticipează că cineva se va afla într-un mediu cu ocupare multiplă.
Analizând, de exemplu, distribuția de mărime a picăturilor care sunt emise atunci când o persoană tuseste (Bourouiba et al. (2014)), prezentată în figura 8, se dovedește că o parte importantă are potențialul de aerosolizare, deoarece se preconizează că acest lucru se va întâmpla, din cauza pierderii de apă prin evaporare, până la o dimensiune de 16 um, în momentul expirației.
Figura 8. Distribuția pe clase de mărime a picăturilor expirate în tuse.
Într-un articol publicat în Building and Environment, Jianjan Wei și Yuguo Li (2015), prezintă rezultatele unei simulări computerizate pentru destinațiile particulelor exhalate, cu dimensiuni de 10 µm, 50 µm și 100 µm de o persoană care tușește cu o viteză inițială de jet care iese din gura de 10 m/s. Figura 9 prezintă o imagine asamblată din rezultatele articolului respectiv, în care este clar că există riscul ca particulele aeriene să fie inhalate de persoane care sunt la distanțe mai mari de 2 m, recomandate ca distanță de siguranță.
Figura 9. Zonele spațiale potențial ocupate de particule de 10 um, 50 um și 100 um expirate de o persoană cu tuse. (adaptat de Jianjan Wei și Yuguo Li (2015))
Trebuie menționat că încărcătura virală va fi, în principiu, proporțională cu dimensiunea picăturilor sau a stropilor, deci în particule mai mici, probabilitatea de a provoca infecții, cu siguranță nu va fi zero, dar poate fi mai mică decât în cele mai mari . În orice caz, în cazul în care se iau măsuri doar pentru modurile de transmisie Contact și Picături, așa cum se întâmplă în diferite țări, transmisia nu va fi spartă și modul de transmisie aeriană poate deveni cel dominant.
Principalele strategii de combatere a unei eventuale posibilități de transmitere sunt:
Pentru modul de transmitere a contactului: curățarea și dezinfectarea frecventă a locurilor de muncă și a suprafețelor care pot funcționa ca locuri de transmisie în clădiri și mijloace de transport. Dezinfectarea uneltelor și a altor obiecte. Spălarea frecventă a mâinilor
Pentru modul de transmitere a picăturilor: distanțare socială și restricții privind mișcarea și aglomerarea persoanelor
Pentru modul de transmisie aeriană: Pentru a reduce concentrația acestor particule diluându-le cu aer proaspăt furnizat de procesul de ventilație. Pentru a minimiza riscul de inhalare prin căile respiratorii prin utilizarea de măști și viziere
Sugestii și concluzii
Deoarece majoritatea țărilor, au pus în aplicare măsurile de luptă împotriva modurilor Contact și Picături, ar trebui să se pună la dispoziție următoarele măsuri complementare:
- Atâta timp cât criza epidemică continuă, nu trebuie organizate întâlniri față în față;
- Spațiile interioare cu ocupare umană trebuie să fie puternic ventilate, exclusiv cu aer proaspăt, pentru a scădea concentrațiile de virus, în caz de posibilă contaminare cu particule suspendate și, astfel, pentru a reduce riscul de infecție;
- Când planificați o ieșire, în locuri frecventate de alte persoane, trebuie să purtați o mască și, dacă este posibil, o vizieră. Măștile normale nu sunt complet eficiente în reținerea celor mai mici particule, astfel încât utilizarea combinată cu o vizieră crește substanțial eficacitatea de retenție;
- Cei care lucrează în locuri publice trebuie să poarte o mască și vizieră pentru a proteja căile aeriene superioare.
- Măsurile de protecție extremă ar trebui aplicate profesioniștilor din domeniul sănătății, datorită riscului ridicat de infecție.
Referințe
