Virus v aerosolu je nevaren več ur
Sars-cov-2 se uspešno širi z drobnimi kapljicami, in to še posebno velja za zaprte prostore.
Odpri galerijo
Najbolj učinkoviti so respiratorji, a tudi preproste maske iz blaga znatno upočasnijo akumulacijo aerosola v prostoru in delno varujejo pri njegovem vdihavanju, ne rešijo pa v celoti problema širjenja okužbe prek aerosola pri daljši izpostavljenosti.
Foto Shutterstock
Na začetku pandemije covida-19 so zdravstvene ustanove poudarjale, da se povzročitelj, virus sars-cov-2, širi predvsem kapljično, s tesnimi osebnimi stiki in prek okuženih površin. Z razvojem pandemije in novimi spoznanji pa se je pokazalo, da se prenaša tudi (in morda celo predvsem) z aerosolom po zraku, ki se lažje razširja po prostoru in dlje zadržuje v njem. Kaj je aerosol in v čem se razlikuje od drugih kapljic?
Človeštvo se je vso zgodovino soočalo z izbruhi nalezljivih bolezni, kot so črne koze, bubonska kuga in španska gripa. Marsikdaj so se silovito širile tudi zato, ker nihče ni vedel, kako se prenašajo in kako se pred njimi obvarovati. Še dandanes je, kljub izjemnemu tehnološkemu in znanstvenemu napredku, pogosto težko določiti mehanizem širjenja bolezni, kar še zlasti velja za tiste, ki se prenašajo z respiratornimi kapljicami.
Številne bolezni dihal, ki jih povzročajo virusi (denimo gripa, prehlad in covid-19), se tipično širijo z respiratornimi kapljicami. Te ustvarjamo med dihanjem, govorjenjem, petjem, kašljanjem in kihanjem, v sebi pa lahko nosijo ujete tako viruse kot druge patogene. Kapljice se bodisi hitro posedejo v neposredni bližini človeka, ki jih je proizvedel, lahko pa se dlje časa zadržujejo v zraku.
Pogosto je težko določiti, kateri način prenosa prevladuje, in tako so na začetku pandemije covida-19 številne zdravstvene institucije poudarjale, da se sars-cov-2 širi predvsem s tesnimi stiki in prek okuženih površin. Temu so bili prilagojeni tudi prvotni ukrepi, kot so razkuževanje površin in vzdrževanje zadostne razdalje. Z razvojem dogajanja in novimi spoznanji pa se je pokazalo, da se virus širi tudi, morda celo predvsem, z aerosolom v zraku, kar pomeni, da moramo temu prilagoditi tudi ukrepe za preprečevanje širjenja okužbe.
Kaj je aerosol in v čem se razlikuje od drugih kapljic? Izdihane respiratorne kapljice so manjše od desetinke milimetra (razen pri kihanju, pri katerem nekatere presežejo milimeter v premeru) in segajo vse tja do zgolj tisočinke milimetra oziroma enega mikrometra. Sestavljene so pretežno iz vode (okoli 90 odstotkov), preostalih 10 odstotkov pa tvorijo raztopljeni ioni soli, maščobe, beljakovine in druge biološke molekule in strukture, med katerimi so lahko ujeti tudi virusi.
Ti namreč ne potujejo prosto po zraku, ampak se med burnim nastajanjem kapljic v naših dihalnih poteh ujamejo v njih. Ugnezdeni v kapljicah kot potniki začnejo potovanje po zraku in tako lahko prispejo tudi do novega gostitelja. Širjenje in usoda virusov sta torej neposredno povezana z obnašanjem respiratornih kapljic v danem okolju. Da bi razumeli širjenje okužbe, moramo zato razumeti, kaj se dogaja s kapljicami, ko so enkrat v zraku. Čeravno so si respiratorne kapljice po sestavi precej podobne, pa se večje in manjše obnašajo precej različno.
Ko kapljice izdihnemo v zrak, začnejo zaradi teže padati proti tlom, a ne kot kamen v prostem padu, ampak upočasnjeno zaradi zračnega upora – kot padalec, ki se počasi spušča k tlom. Čim manjša je kapljica, tem počasneje pada: največje padejo na tla v nekaj sekundah, nekoliko manjše v nekaj minutah, najmanjše, velike okrog mikrometra, pa lahko ostanejo v zraku več ur.
Med padanjem kapljice tudi izhlapevajo in se naposled zmanjšajo na približno polovico prvotnega premera. Izhlapevanje je tem intenzivnejše, čim nižja je vlaga v zraku. To pomeni, da v suhem prostoru kapljice hitreje izhlapevajo, se hitreje zmanjšajo in zato padajo počasneje kot v vlažnem zraku, s tem pa ostanejo v zraku dlje časa. Tako je nizka relativna vlažnost v zimskem času v ogrevanih notranjih prostorih ali pa v letalih (okoli 20–30 odstotkov) tudi eden od dejavnikov, da se dihalne okužbe intenzivneje širijo pozimi kot poleti, ko je relativna vlažnost višja (okoli 50 odstotkov).
Pri govorjenju, še bolj pri kašljanju in kihanju kapljice katapultiramo iz ust. Večje (premera nekaj stotink milimetra in več) kljub izhlapevanju padejo na tla relativno hitro, tako da je njihov doseg do dveh metrov, le pri kihanju nekaj več. Pristanejo na površinah v bližini okužene osebe, virusi pa lahko v njih preživijo do nekaj ur.
Manj kot dvometrska razdalja od okuženega brez obrazne zaščite pomeni tudi precejšnje tveganje za neposredno kapljično okužbo, zato k preprečevanju prenosa pripomore vzdrževanje zadostne razdalje. Seveda se ta razdalja lahko tudi spreminja v vsakdanjih situacijah, denimo pri hoji, pri kateri oseba za seboj tvori nekaj metrov dolg kapljični pas, pa tudi veter lahko poveča domet kapljic.
Kakor se je pokazalo, zadostna medosebna razdalja še ne zagotavlja varnosti pred okužbo. Razlog za to tiči v kapljicah, manjših od nekaj deset mikrometrov, ki so tako lahke, da se posedajo izredno počasi. Poleg tega nanje vplivajo tudi najmanjši zračni tokovi v prostoru, ki so lahko posledica splošnega kroženja zraka, hoje, odpiranja vrat in drugih aktivnosti. Tokovi jih raznesejo po celotnem prostoru, v zraku pa ostanejo nepredvidljivo dolgo – od nekaj minut do več ur. Zaradi majhne velikosti in njihove dolgotrajne navzočnosti v zraku jim rečemo tudi respiratorni aerosol.
Ker je aerosol majhen, vsebuje tudi manjšo količino virusov, zato ne pomeni velikega tveganja za neposredno okužbo, če smo v bližini okužene osebe. Nevarnost pa po drugi strani predstavlja dolgotrajnejše vdihavanje zraka, v katerem je ujet aerosol. Ključen dejavnik za prenos okužbe prek respiratornega aerosola je torej celoten čas izpostavljenosti.
Aerosolu se je težko načrtno izogniti, saj ga ne vidimo in ne vonjamo. Pomaga nam morda analogija s cigaretnim dimom, ki je prav tako vrsta aerosola. Kako vdihniti čim manj dima, če vsi okrog nas kadijo? Na dovolj veliki razdalji od njih dima ne bomo zaznali nemudoma, sčasoma pa bo vendarle preplavil ves prostor. To pomeni, da v nezračenem, zaprtem prostoru pravzaprav ni varne razdalje, možnost okužbe z aerosolom pa zmanjšamo tako, da se čim manj zadržujemo v zaprtih prostorih z drugimi ljudmi, da prostore čim bolj zračimo in da v njih nosimo obrazno masko.
Ideja širjenja okužb prek aerosola ni nova in znano je, da se tako prenaša več bolezni, tudi ošpice, norice in tuberkuloza. Razlog, da se kljub vsemu relativno malo patogenov širi na tak način, tiči v tem, da je notranjost aerosola biološko praviloma zelo negostoljubno okolje – izsušeno, natrpano z biološkim materialom in dovzetno za zunanje vplive, zato večina virusov in bakterij, ujetih v njem, ne preživi prav dolgo. Vse to je na začetku pandemije covida-19 vodilo k zmotnemu prepričanju celo nekaterih uglednih zdravstvenih ustanov, da virus sars-cov-2 v aerosolu ne preživi dovolj dolgo, da bi širjenje po zraku predstavljalo pomemben način prenašanja okužbe. Trdnih dokazov, da virus preživi v aerosolu, pa se je doslej nabralo več kot dovolj, tako da je treba pri preprečevanju širjenja okužb v zakup vzeti tudi ta način prenosa.
Poznavanje narave respiratornih kapljic nam omogoča, da lažje razumemo, kako obrazne maske pripomorejo k preprečevanju širjenja okužb. Izdihane kapljice so zelo različnih velikosti, in večje kot so, lažje se ustavijo tudi v preprosti tkanini. Maske iz blaga in druga preprosta obrazna pokrivala zato zelo dobro ustavljajo večje in srednje velike kapljice, ki so tudi najnevarnejše za kapljično okužbo v neposredni bližini okuženega. Vendar lahko del manjših kapljic – aerosola – vseeno uide skozi običajne maske, delno tudi zato, ker se ponavadi ne prilegajo tesno obrazu. Aerosol se nato v zraku hitro izsuši in še dodatno zmanjša, zaradi česar se pri vdihavanju še težje ujame v masko.
Z običajnimi maskami torej bolj ščitimo druge ljudi kot pa sebe. Znatno zaščito pred aerosolom zagotavljajo t. i. respiratorji (npr. FFP2 in FFP3), ki zaradi posebnega slojevitega materiala in dobrega prileganja obrazu ustavijo veliko večino tudi najmanjših aerosolnih delcev. Kljub vsemu pa preproste maske iz blaga še vedno znatno upočasnijo akumulacijo aerosola v prostoru in delno varujejo pri njegovem vdihavanju, ne rešijo pa v celoti problema širjenja okužbe prek aerosola pri daljši izpostavljenosti.
Kaj torej lahko storimo kot posamezniki, da obvarujemo sebe in druge pred kapljičnim in aerosolnim prenosom okužb? Prof. Jose L. Jimenez z Univerze v Koloradu Boulder, eden vodilnih strokovnjakov s področja aerosola, je na podlagi znanih dejstev o širjenju sars-cov-2 sestavil praktična navodila za ravnanje v tej pandemiji, ki jih je strnil v frazo »A civic duty« oziroma družbena odgovornost, njeni osnovni poudarki pa so izogibanje gneči, notranjim prostorom, slabemu zračenju, neposredni bližini, dolgotrajni izpostavljenosti, nenošenju mask, govorjenju, petju in kričanju.
Čeravno nobeden od teh ukrepov ne zagotavlja popolne zaščite pred prenosom okužbe, saj so nekateri bolj učinkoviti pri preprečevanju neposrednega kapljičnega prenosa, drugi pa pri preprečevanju prenosa okužbe z aerosolom, je njihova kombinacija več kot le vsota svojih delov in znatno zmanjša možnost okužbe prek respiratornih kapljic vseh velikosti.
———
Dr. Matej Kanduč in dr. Anže Božič sta zaposlena na Odseku za teoretično fiziko Instituta Jožef Stefan.
Človeštvo se je vso zgodovino soočalo z izbruhi nalezljivih bolezni, kot so črne koze, bubonska kuga in španska gripa. Marsikdaj so se silovito širile tudi zato, ker nihče ni vedel, kako se prenašajo in kako se pred njimi obvarovati. Še dandanes je, kljub izjemnemu tehnološkemu in znanstvenemu napredku, pogosto težko določiti mehanizem širjenja bolezni, kar še zlasti velja za tiste, ki se prenašajo z respiratornimi kapljicami.
- Sprva smo domnevali, da se sars-cov-2 širi predvsem s tesnimi stiki in prek površin.
- Pokazalo se je, da se virus širi tudi in morda celo predvsem z aerosolom, torej zelo drobnimi kapljicami.
- Novim ugotovitvam moramo prilagoditi ukrepe.
Kako se razširja virus
Številne bolezni dihal, ki jih povzročajo virusi (denimo gripa, prehlad in covid-19), se tipično širijo z respiratornimi kapljicami. Te ustvarjamo med dihanjem, govorjenjem, petjem, kašljanjem in kihanjem, v sebi pa lahko nosijo ujete tako viruse kot druge patogene. Kapljice se bodisi hitro posedejo v neposredni bližini človeka, ki jih je proizvedel, lahko pa se dlje časa zadržujejo v zraku.
Pogosto je težko določiti, kateri način prenosa prevladuje, in tako so na začetku pandemije covida-19 številne zdravstvene institucije poudarjale, da se sars-cov-2 širi predvsem s tesnimi stiki in prek okuženih površin. Temu so bili prilagojeni tudi prvotni ukrepi, kot so razkuževanje površin in vzdrževanje zadostne razdalje. Z razvojem dogajanja in novimi spoznanji pa se je pokazalo, da se virus širi tudi, morda celo predvsem, z aerosolom v zraku, kar pomeni, da moramo temu prilagoditi tudi ukrepe za preprečevanje širjenja okužbe.
Kapljice
Ti namreč ne potujejo prosto po zraku, ampak se med burnim nastajanjem kapljic v naših dihalnih poteh ujamejo v njih. Ugnezdeni v kapljicah kot potniki začnejo potovanje po zraku in tako lahko prispejo tudi do novega gostitelja. Širjenje in usoda virusov sta torej neposredno povezana z obnašanjem respiratornih kapljic v danem okolju. Da bi razumeli širjenje okužbe, moramo zato razumeti, kaj se dogaja s kapljicami, ko so enkrat v zraku. Čeravno so si respiratorne kapljice po sestavi precej podobne, pa se večje in manjše obnašajo precej različno.
Padanje respiratornih kapljic
Ko kapljice izdihnemo v zrak, začnejo zaradi teže padati proti tlom, a ne kot kamen v prostem padu, ampak upočasnjeno zaradi zračnega upora – kot padalec, ki se počasi spušča k tlom. Čim manjša je kapljica, tem počasneje pada: največje padejo na tla v nekaj sekundah, nekoliko manjše v nekaj minutah, najmanjše, velike okrog mikrometra, pa lahko ostanejo v zraku več ur.
Med padanjem kapljice tudi izhlapevajo in se naposled zmanjšajo na približno polovico prvotnega premera. Izhlapevanje je tem intenzivnejše, čim nižja je vlaga v zraku. To pomeni, da v suhem prostoru kapljice hitreje izhlapevajo, se hitreje zmanjšajo in zato padajo počasneje kot v vlažnem zraku, s tem pa ostanejo v zraku dlje časa. Tako je nizka relativna vlažnost v zimskem času v ogrevanih notranjih prostorih ali pa v letalih (okoli 20–30 odstotkov) tudi eden od dejavnikov, da se dihalne okužbe intenzivneje širijo pozimi kot poleti, ko je relativna vlažnost višja (okoli 50 odstotkov).
Kapljice v suhem zraku izhlapevajo hitreje, postajajo vse manjše in se dlje zadržijo v zraku, zato je pozimi nujno zračenje in vlaženje prostorov.
Pri govorjenju, še bolj pri kašljanju in kihanju kapljice katapultiramo iz ust. Večje (premera nekaj stotink milimetra in več) kljub izhlapevanju padejo na tla relativno hitro, tako da je njihov doseg do dveh metrov, le pri kihanju nekaj več. Pristanejo na površinah v bližini okužene osebe, virusi pa lahko v njih preživijo do nekaj ur.
Manj kot dvometrska razdalja od okuženega brez obrazne zaščite pomeni tudi precejšnje tveganje za neposredno kapljično okužbo, zato k preprečevanju prenosa pripomore vzdrževanje zadostne razdalje. Seveda se ta razdalja lahko tudi spreminja v vsakdanjih situacijah, denimo pri hoji, pri kateri oseba za seboj tvori nekaj metrov dolg kapljični pas, pa tudi veter lahko poveča domet kapljic.
Aerosol: manjše in vztrajnejše kapljice
Kakor se je pokazalo, zadostna medosebna razdalja še ne zagotavlja varnosti pred okužbo. Razlog za to tiči v kapljicah, manjših od nekaj deset mikrometrov, ki so tako lahke, da se posedajo izredno počasi. Poleg tega nanje vplivajo tudi najmanjši zračni tokovi v prostoru, ki so lahko posledica splošnega kroženja zraka, hoje, odpiranja vrat in drugih aktivnosti. Tokovi jih raznesejo po celotnem prostoru, v zraku pa ostanejo nepredvidljivo dolgo – od nekaj minut do več ur. Zaradi majhne velikosti in njihove dolgotrajne navzočnosti v zraku jim rečemo tudi respiratorni aerosol.
Aerosol vsebuje manj virusov, a se v zraku zadrži dlje časa, zato je nevaren ob dolgotrajni izpostavljenosti.
Ker je aerosol majhen, vsebuje tudi manjšo količino virusov, zato ne pomeni velikega tveganja za neposredno okužbo, če smo v bližini okužene osebe. Nevarnost pa po drugi strani predstavlja dolgotrajnejše vdihavanje zraka, v katerem je ujet aerosol. Ključen dejavnik za prenos okužbe prek respiratornega aerosola je torej celoten čas izpostavljenosti.
Aerosolu se je težko načrtno izogniti, saj ga ne vidimo in ne vonjamo. Pomaga nam morda analogija s cigaretnim dimom, ki je prav tako vrsta aerosola. Kako vdihniti čim manj dima, če vsi okrog nas kadijo? Na dovolj veliki razdalji od njih dima ne bomo zaznali nemudoma, sčasoma pa bo vendarle preplavil ves prostor. To pomeni, da v nezračenem, zaprtem prostoru pravzaprav ni varne razdalje, možnost okužbe z aerosolom pa zmanjšamo tako, da se čim manj zadržujemo v zaprtih prostorih z drugimi ljudmi, da prostore čim bolj zračimo in da v njih nosimo obrazno masko.
V nezračenem, zaprtem prostoru ni varne razdalje, zato se tam zadržujmo čim manj in nosimo masko.
Ideja širjenja okužb prek aerosola ni nova in znano je, da se tako prenaša več bolezni, tudi ošpice, norice in tuberkuloza. Razlog, da se kljub vsemu relativno malo patogenov širi na tak način, tiči v tem, da je notranjost aerosola biološko praviloma zelo negostoljubno okolje – izsušeno, natrpano z biološkim materialom in dovzetno za zunanje vplive, zato večina virusov in bakterij, ujetih v njem, ne preživi prav dolgo. Vse to je na začetku pandemije covida-19 vodilo k zmotnemu prepričanju celo nekaterih uglednih zdravstvenih ustanov, da virus sars-cov-2 v aerosolu ne preživi dovolj dolgo, da bi širjenje po zraku predstavljalo pomemben način prenašanja okužbe. Trdnih dokazov, da virus preživi v aerosolu, pa se je doslej nabralo več kot dovolj, tako da je treba pri preprečevanju širjenja okužb v zakup vzeti tudi ta način prenosa.
Preprečevanja prenosa okužb prek respiratornih kapljic
Poznavanje narave respiratornih kapljic nam omogoča, da lažje razumemo, kako obrazne maske pripomorejo k preprečevanju širjenja okužb. Izdihane kapljice so zelo različnih velikosti, in večje kot so, lažje se ustavijo tudi v preprosti tkanini. Maske iz blaga in druga preprosta obrazna pokrivala zato zelo dobro ustavljajo večje in srednje velike kapljice, ki so tudi najnevarnejše za kapljično okužbo v neposredni bližini okuženega. Vendar lahko del manjših kapljic – aerosola – vseeno uide skozi običajne maske, delno tudi zato, ker se ponavadi ne prilegajo tesno obrazu. Aerosol se nato v zraku hitro izsuši in še dodatno zmanjša, zaradi česar se pri vdihavanju še težje ujame v masko.
Z običajnimi maskami torej bolj ščitimo druge ljudi kot pa sebe. Znatno zaščito pred aerosolom zagotavljajo t. i. respiratorji (npr. FFP2 in FFP3), ki zaradi posebnega slojevitega materiala in dobrega prileganja obrazu ustavijo veliko večino tudi najmanjših aerosolnih delcev. Kljub vsemu pa preproste maske iz blaga še vedno znatno upočasnijo akumulacijo aerosola v prostoru in delno varujejo pri njegovem vdihavanju, ne rešijo pa v celoti problema širjenja okužbe prek aerosola pri daljši izpostavljenosti.
Kaj torej lahko storimo kot posamezniki, da obvarujemo sebe in druge pred kapljičnim in aerosolnim prenosom okužb? Prof. Jose L. Jimenez z Univerze v Koloradu Boulder, eden vodilnih strokovnjakov s področja aerosola, je na podlagi znanih dejstev o širjenju sars-cov-2 sestavil praktična navodila za ravnanje v tej pandemiji, ki jih je strnil v frazo »A civic duty« oziroma družbena odgovornost, njeni osnovni poudarki pa so izogibanje gneči, notranjim prostorom, slabemu zračenju, neposredni bližini, dolgotrajni izpostavljenosti, nenošenju mask, govorjenju, petju in kričanju.
Čeravno nobeden od teh ukrepov ne zagotavlja popolne zaščite pred prenosom okužbe, saj so nekateri bolj učinkoviti pri preprečevanju neposrednega kapljičnega prenosa, drugi pa pri preprečevanju prenosa okužbe z aerosolom, je njihova kombinacija več kot le vsota svojih delov in znatno zmanjša možnost okužbe prek respiratornih kapljic vseh velikosti.
———
Dr. Matej Kanduč in dr. Anže Božič sta zaposlena na Odseku za teoretično fiziko Instituta Jožef Stefan.
