V filmu "Izbruh" iz leta 1995 lik Dustina Hoffmana s primerno dramatično grozo spozna, da se nalezljiv virus "prenese po zraku", ker je ugotovljeno, da se širi skozi bolnišnične odprtine.
Vprašanje, ali je naš resnični pandemični virus SARS-CoV-2 "v zraku", je predvidljivo bolj zapleteno. Trenutni dokazi kažejo, da se COVID-19 širi predvsem po dihalnih kapljicah – majhnih, tekočih delcih, ki jih kihnete ali kašljate, ki prepotujejo določeno razdaljo in padejo na tla. Vendar se krepi soglasje, da lahko v pravih okoliščinah manjši plavajoči delci, imenovani aerosoli, prenašajo virus na daljše razdalje in ostanejo v zraku dalj časa. Znanstveniki še vedno določajo najljubši način potovanja SARS-CoV-2.
Da primanjkuje znanosti o tem, kako se širi COVID-19, se je pred enim letom zdelo očitno Tami Bond, profesorici na oddelku za strojništvo in W alterju Scottu, predsedniškemu katedru za energijo, okolje in zdravje W alterja Scotta mlajšega. Kot inženir inženiringa Bond preživi čas razmišljanja o gibanju in razprševanju aerosolov, splošen izraz za delce, ki so dovolj lahki in dovolj majhni, da lebdijo po zraku – bodisi cigaretni dim, morski sprej ali lak za lase.
"Hitro je postalo jasno, da obstaja neka komponenta prenosa v zraku," je dejal Bond."Virus je aerosol. Zdravstveno gledano se razlikujejo od drugih aerosolov, kot je onesnaževanje, vendar fizično niso. Lebdijo v zraku in njihovo gibanje je odvisno od njihove velikosti."
Naglica za znanstvenim razumevanjem novega koronavirusa se je – razumljivo – osredotočila na biološke mehanizme: kako se ljudje okužijo, odziv človeškega telesa in najhitrejšo pot do cepiva. Kot znanstvenik za aerosol je Bond šel po drugačni poti in sklical ekipo na državni univerzi Colorado, ki bi virus obravnavala kot kateri koli drug aerosol. Ta skupina, ki je zdaj objavljena v Environmental Science and Technology, se je odločila kvantificirati dinamiko, kako aerosoli, kot so virusi, potujejo od ene osebe do druge v različnih okoliščinah.
Prerez strokovnega znanja za odgovor na to vprašanje je obstajal v množici CSU, je ugotovil Bond. Ekipa, ki jo je sestavila, vključuje epidemiologe, znanstvenike za aerosole in atmosferske kemike, skupaj pa sta ustvarila novo orodje za določanje, kako se nalezljivi patogeni, vključno s SARS-CoV-2, prenašajo v zraku.
Učinkovito vdihnjen zrak
Njihovo orodje je metrika, ki jo imenujejo Učinkoviti vdihani volumen ali preprosto količina izdihanega zraka ene osebe, ki do trenutka, ko potuje do naslednje osebe, vsebuje enako število delcev. Agnostično ravnanje z delci, ki prenašajo viruse, kot z vsemi drugimi aerosoli, je ekipi omogočilo objektivno primerjavo med različnimi načini prenosa, ki temelji na fiziki, pri čemer je upoštevala, kako bi velikosti delcev vplivale na število delcev, ki so potovali od ene osebe do druge.
Preučili so tri kategorije velikosti delcev, ki pokrivajo biološko relevantno območje: 1 mikron, 10 mikronov in 100 mikronov – približno širine človeškega lasu. Večje kapljice, ki jih izloči kihanje, bi bile bližje območju 100 mikronov. Delci, ki so bližji velikosti enega viriona, bi bili v območju 1 mikrona. Vsaka ima zelo različne značilnosti potovanja zraka in glede na velikost delcev bi se uporabljali različni ukrepi za ublažitev, od odpiranja okna do povečanja dovajanja svežega zraka prek sistema HVAC.
Sestavili so nabor modelov za primerjavo različnih scenarijev. Ekipa je na primer primerjala efektivno vdihnjeno količino zraka nekoga, ki stoji na prostem 6 metrov stran, s tem, koliko časa bi nekdo potreboval, da bi ponovno vdihnil enako količino zraka v zaprtih prostorih, vendar stoji dlje.
Zapor je pomemben
Ekipa je ugotovila, da razdalja v zaprtih prostorih, tudi 6 metrov narazen, ni dovolj za omejitev potencialno škodljive izpostavljenosti, ker zaprtje v zaprtih prostorih omogoča kopičenje volumna delcev v zraku. Takšna spoznanja niso razkrivajoča, saj se večina ljudi izogiba zaprtju v zaprtih prostorih in se na splošno počuti varnejše na prostem. Vendar pa dokument kaže, da je učinek zaprtja v zaprtih prostorih in kasnejšega transporta delcev mogoče kvantificirati in ga je mogoče primerjati z drugimi tveganji, ki se ljudem zdijo sprejemljiva, je dejal Bond..
Soavtorja Jeff Pierce pri znanosti o atmosferi in Jay Ham pri znanosti o tleh in pridelkih sta ekipi pomagala razumeti atmosfersko turbulenco na načine, ki bi jih lahko primerjali v notranjih in zunanjih okoljih.
Pierce je dejal, da je skušal omejiti, kako se delci, ki vsebujejo virus, razpršijo kot funkcija razdalje od osebe, ki oddaja. Ko je lani prizadela pandemija, je imela javnost veliko vprašanj o tem, ali je varno teči ali kolesariti po stezah, je dejal Pierce. Raziskovalci so ugotovili, da so dolgotrajnejše interakcije na prostem na razdaljah, večjih od 6 čevljev, videti varnejše od podobnih interakcij v zaprtih prostorih, tudi če so bili ljudje v zaprtih prostorih bolj narazen, zaradi delcev, ki napolnijo prostor, namesto da bi jih odnesel veter.
"Pandemijo smo začeli precej zgodaj in vsi smo bili polni vprašanj o tem: 'Katere situacije so varnejše od drugih?' Naše združeno strokovno znanje nam je omogočilo, da smo našli odgovore na to vprašanje in naučil sem se veliko o filtraciji zraka in izmenjavi zraka v mojem domu in v učilnici CSU, " je dejal Pierce.
Več za učenje
Nejasno ostaja, katere delci velikosti najverjetneje povzročijo okužbo s COVID-19.
Virusi se lahko prenašajo na velikih in majhnih kapljicah, vendar je verjetno med velikostjo kapljic "sladka točka"; sposobnost, da se razpršijo in ostanejo v zraku; in čas sušenja, ki vse vpliva na potencial okužbe, je pojasnila Angela Bosco-Lauth, soavtorica prispevka in docentka za biomedicinske znanosti.
Papir vključuje analizo relativnega tveganja okužbe pri različnih notranjih in zunanjih scenarijih ter ukrepe za ublažitev, odvisno od števila vdihanih delcev.
"Problem, s katerim se soočamo, je, da še vedno ne vemo, kakšen je nalezljivi odmerek za ljudi," je dejal Bosco-Lauth. "Vsekakor je več virusa prisotnega, večje je tveganje za okužbo, vendar nimamo dobrega modela za določitev odmerka za ljudi. In količinsko opredelitev nalezljivega virusa v zraku je izjemno težavna."
Nadaljnje zasledovanje
Ekipa zdaj išče nadaljnja vprašanja, kot je primerjava različnih blažilnih ukrepov za zmanjšanje izpostavljenosti virusom v zaprtih prostorih. Nekatere od teh poizvedb spadajo v kategorijo "stvari, ki jih že poznate, vendar s številkami," je dejal Bond. "Ljudje zdaj razmišljajo, v redu, več prezračevanja je boljše ali je bolje ostati zunaj, vendar za temi priporočili ni veliko količinskih opredelitev in številk," je dejal Bond.
Bond upa, da lahko delo ekipe postavi temelje za bolj vnaprejšnjo kvantificiranje dinamike prenosa v nesrečnem dogodku druge pandemije. "Tokrat je bilo na začetku veliko ugibanj, saj znanost o prenosu ni bila v celoti razvita," je dejala. "Naslednjič ne bi smelo biti."
