Въздушно предаване на SARS-CoV-2: Теоретичтни съображения и налични доказателства

Гледна точка

Източник: doi:10.1001/jama.2020.12458
Превод: Боряна Маринкова

Michael Klompas, MD, MPH1,2Meghan A. Baker, MD, ScD1,2Chanu Rhee, MD, MPH1,2
JAMA. Онлайн публикация на 13 юли 2020.

Пандемията на коронавирус 2019 (COVID-19) отново събуди дългогодишния дебат за степента, в която често срещаните респираторни вируси, включително тежкият остър респираторен синдром коронавирус 2 (SARS-CoV-2), се предават чрез респираторни капки или аерозоли. Капките са класически описани като по-големи образувания (> 5 μm), които бързо падат на земята поради силата на гравитацията, обикновено в рамките на 3 до 6 фута от човека-източник. Аерозолите съдържат по-малки частици (≤5 μm), които бързо се изпаряват във въздуха, оставяйки след себе си капкови ядра, които са достатъчно малки и леки, за да останат суспендирани във въздуха с часове (както полените).

Дали капките или аерозолите преобладават при предаването на SARS-CoV-2 е дилема от голямо значение. Ако SARS-CoV-2 се разпространява главно от респираторни капчици, носенето на медицинска маска, щит за лице или държането на разстояние 1,5 метра от други хора трябва да е достатъчно, за да се предотврати предаването. Ако обаче SARS-CoV-2 се пренася чрез аерозоли, които могат да останат суспендирани във въздуха за дълги периоди, медицинските маски биха били недостатъчни (тъй като аерозолите могат да проникват и заобикалят маските), щитовете за лице биха осигурили само частична защита (защото те са с отворени пространства между щита и лицето на носителя), а дистанцията не би осигурила защита от аерозоли, които остават във въздуха или се пренасят чрез въздушните течения и вятър.

Данни от провеждани експертименти подкрепят възможността SARS-CoV-2 да се предава чрез аерозоли (така нареченото въздушно предаване) дори при липса на аерозолно генериращи процедури (като интубация или неинвазивна вентилация с положително налягане). Изследователите доказаха, че говоренето и кашлянето произвеждат смес от капчици и аерозоли в различни размери, че тези секрети могат да преминат около 9 метра, че е възможно SARS-CoV-2 да остане суспендиран във въздуха и жизнеспособен за часове, че РНК на SARS-CoV-2  може да бъде възстановен от въздушни проби в болници и че лошата вентилация удължава времето, през което аерозолите остават във въздуха.1

Много от същите тези характеристики преди са били демонстрирани при грип и други често срещани респираторни вируси. Тези данни предоставят полезна теоретична рамка за възможно предаване на SARS-CoV-2 чрез аерозол, но по-малко ясна е степента, в която тези характеристики водят до инфектиране. Демонстрирането, че говоренето и кашлянето могат да генерират аерозоли или че е възможно да се възстанови вирусна РНК от въздуха не доказва предаване на базата на аерозол; инфекцията зависи също от пътя на експозицията, размера на инокулума, продължителността на експозицията и защитните средства на приемника.

Независимо от експерименталните данни, предполагащи възможността за предаване на аерозолна основа, данните за скоростта на инфекцията и предаванията при популации през нормалното ежедневие е трудно да се съгласуват с предаване на аерозолна основа на дълги разстояния. Първо, репродуктивният брой на COVID-19 преди предприемане на мерки за смекчаване на разпространението му е оценен на около 2,5, което означава, че всеки човек с COVID-19 заразява средно от 2 до 3 други хора. Този репродуктивен брой е подобен на грипа и доста различен от този на вирусите, за които е добре известно, че се разпространяват чрез аерозоли като морбили, чийто репродукционен номер е близо 18. Като се има предвид, че повечето хора с COVID-19 са заразни за около 1 седмица, репродукционният брой от 2 до 3 е доста малък предвид големия брой взаимодействия и лични контакти, които повечето хора имат при нормални обстоятелства в рамките на 7-дневен период. Или количеството SARS-CoV-2, необходимо за причиняване на инфекция, е много по-голямо, отколкото при морбили, или аерозолите не са доминиращият начин на предаване.

По същия начин степента на вторична атака за SARS-CoV-2 е ниска. Серия от случаи, които са оценили близки контакти на пациенти с потвърден COVID-19, съобщават, че само около 5% от контактите се заразяват. Въпреки това, дори тази ниска степен на атака не се разпределя равномерно между близки контакти, а варира в зависимост от продължителността и интензивността на контакта. Рискът е най-висок сред членовете на едно домакинство, при които скоростта на предаване варира между 10% и 40%.24 Близкият, но по-слабо поддържан контакт, като споделяне на храна, е свързан със степен на вторична атака от около 7%, докато взаимодействия между хората, които пазаруват, е свързано с вторичен процент на атака от 0.6%.4

Степента на вторична атака сред медицинските екипи, които лекуват за пациент с COVID-19 преди да са установили, че е болен от коронавирусна болест, докато носят само маски за лице или не използват лични предпазни средства, също е ниска; проучванията за трансмисия предполагат по-малко от 3% (а малкото инфекции на членовете на медицински екипи, които са документирани в тези проучвания за предаване, са свързани с аерозол-генериращи процедури или продължителни експозиции с непоследователна употреба на маски за лице).5,6 Хората, заразени със SARS-CoV-2, могат да произвеждат капчици и аерозоли постоянно, но повечето от тези емисии не заразяват други хора. Този модел изглежда по-съвместим със секретите, които падат бързо на земята в тесен радиус от заразения човек, а не с аерозоли, натоварени с вируси, които остават суспендирани във въздуха на лицево ниво с часове, където могат да се вдишват от всеки в близост. Изключение може да бъде продължителното излагане на заразен човек в лошо проветриво пространство, което позволява да се натрупват незначителни количества аерозоли, натоварени с вируси.

Привържениците на теорията за аерозолната трансмисия цитират добре документирани инфекциозни огнища сред хористи, персонал на ресторанти и офис служители, които споделят едни и същи закрити пространства. Въз основа на репродуктивния брой за SARS-CoV-2, тези събития изглежда са по-скоро изключение, отколкото правило. Освен това е трудно да се определи в ретроспекция всички потенциални взаимодействия между хора, които може да са се случили преди, по време и непосредствено след тези събития. Не бива да се подценява потенциалният капацитет на вирусите да се разпространяват широко и бързо сред групи в затворени среди чрез множество механизми. Експерименти, използващи белязани фаги, показват, че вирусите могат да се разпространят от една заразена дръжка на вратата или ръцете на 1 заразено лице до хора и оборудване в офис сграда в рамките на часове.7 Тези предупреждения също са спекулативни и не изключват възможността за предаване на аерозолна основа , особено в пренаселени помещения с лошо проветряване, но те дават потенциални алтернативни обяснения за тези клъстери.

Може би най-практичният показател за относителната важност на аерозолите спрямо капчиците са проучванията за относителната ефективност на респирторната защита, насочена към аерозолите спрямо капчиците. Ако респираторните вируси се разпространяват предимно чрез аерозоли, респираторите N95 и техните еквиваленти биха били с по-висока защита от медицинските маски. Скорошен мета-анализ излизи с това заключение.8 Въпреки това, мета-анализът не се основава на директни сравнения на N95 респиратори с медицински маски, а на пост-хок байесов анализ на 2 независими анализа, един на N95 респиратори срещу неползване на маски, а другият на медицински маски срещу неползване на маски.

И респираторите N95, и медицинските маски имат защитен ефект в сравнение с неползването на никакви маски; въпреки това, валидността на сравняването на тези 2 анализа е съмнителна, като се има предвид силно разминаващите се източници за всяко сравнение. Включените проучвания са малки, разнородни контролни проучвания имат вариращи променливи и са объркващи поради своите различни резултати и широки интервали на доверителност.

Нещо повече, 9 от 10-те проучвания в този мета-анализ включваха коронавирус SARS коронавирус 1 и респираторен вирус на Близкия изток, а не SARS-CoV-2. За да се екстраполира ефективността на респираторната защита за SARS-CoV-2 от други вируси, би било по-разумно да се екстраполира от 4-те рандомизирани проучвания, които директно сравняват респираторите N95 с медицинските маски и не откриват разлика между тях в скоростите на потвърдените не-SARS коронавирусните инфекции и грипните инфекции сред медицинските екипи.9

Всичко казано дотук ни навежда на извода, че настоящото разбиране за предаването на SARS-CoV-2 все още е ограничено. Няма перфектни експериментални данни, доказващи или опровергаващи ролята на капковата спрямо аерозолно базирана трансмисия на SARS-CoV-2. Балансът на доказателствата обаче изглежда противоречи на аерозолната теория за предаване на SARS-CoV-2, особено в добре проветриви помещения. Това означава на практика, че ако спазвате 6 метра дистанция от други хора и носите медицински маски, висококачествени платнени маски или щитове за лице, а когато не е възможно да бъдете на разстояние от 6 метра (както за контрол на източника, така и за защита на дихателните пътища) е достатъчно, за да сведете до минимум разпространението на SARS-CoV-2 (в допълнение към честата хигиена на ръцете, почистване на средата и оптимизиране на вентилацията в помещенията).

В уверение на това подчертаваме, че биологичните системи рядко има абсолютни истини, хората произвеждат както капчици, така и аерозоли, предаването може да се извърши по целия спектър, но също така дори медицинските маски вероятно осигуряват някаква защита срещу аерозолите.6,10 Невъзможно е да се заключи, че предаването на базата на аерозол никога не се осъществува и е напълно разбираемо, че мнозина предпочитат да грешат от гледна точка на предпазливостта, особено в лечебните заведения, когато се грижат за суспектни пациенти или с потвърден COVID-19. Въпреки това балансът на наличните понастоящем доказателства предполага, че отдалечената аерозолна трансмисия не е доминиращият режим на предаване на SARS-CoV-2.

Информация за статията

Автор за кореспонденция: Michael Klompas, MD, MPH, Harvard Medical School and Harvard Pilgrim Health Care Institute, Department of Population Medicine, 401 Park Dr, Ste 401, Boston, MA 02215 (mklompas@bwh.harvard.edu).

Онлайн публикация: 13 юли 2020. doi:10.1001/jama.2020.12458

Конфликт на интереси: Dr Klompas докладва за финансиране от Центровете за контрол и превенция на заболяванията в САЩ и хонорари от UpToDate. Няма други оповестявания.

Литература

1. Bourouiba  L.  Turbulent gas clouds and respiratory pathogen emissions: potential implications for reducing transmission of COVID-19.   JAMA. 2020;323(18):1837-1838. doi:10.1001/jama.2020.4756
ArticlePubMedGoogle Scholar

2. Cheng  HY, Jian  SW, Liu  DP, Ng  TC, Huang  WT, Lin  HH; Taiwan COVID-19 Outbreak Investigation Team.  Contact tracing assessment of COVID-19 transmission dynamics in Taiwan and risk at different exposure periods before and after symptom onset.   JAMA Intern Med. Published online May 1, 2020. doi:10.1001/jamainternmed.2020.2020
ArticlePubMedGoogle Scholar

3. Rosenberg  ES, Dufort  EM, Blog  DS,  et al; New York State Coronavirus 2019 Response Team.  COVID-19 testing, epidemic features, hospital outcomes, and household prevalence, New York State-March 2020.   Clin Infect Dis. Published online May 8, 2020. doi:10.1093/cid/ciaa549PubMedGoogle Scholar

4. Chen  Y, Wang  AH, Yi  B,  et al.  Epidemiological characteristics of infection in COVID-19 close contacts in Ningbo.  Article in Chinese.  Zhonghua Liu Xing Bing Xue Za Zhi. 2020;41(5):667-671.PubMedGoogle Scholar

5. Heinzerling  A, Stuckey  MJ, Scheuer  T,  et al.  Transmission of COVID-19 to health care personnel during exposures to a hospitalized patient—Solano County, California, February 2020.   MMWR Morb Mortal Wkly Rep. 2020;69(15):472-476. doi:10.15585/mmwr.mm6915e5PubMedGoogle ScholarCrossref

6. Ng  K, Poon  BH, Kiat Puar  TH,  et al.  COVID-19 and the risk to health care workers: a case report.   Ann Intern Med. 2020;172(11):766-767. doi:10.7326/L20-0175PubMedGoogle ScholarCrossref

7. Reynolds  KA, Beamer  PI, Plotkin  KR, Sifuentes  LY, Koenig  DW, Gerba  CP.  The healthy workplace project: reduced viral exposure in an office setting.   Arch Environ Occup Health. 2016;71(3):157-162. doi:10.1080/19338244.2015.1058234PubMedGoogle ScholarCrossref

8. Chu  DK, Akl  EA, Duda  S, Solo  K, Yaacoub  S, Schünemann  HJ; COVID-19 Systematic Urgent Review Group Effort (SURGE) Study Authors.  Physical distancing, face masks, and eye protection to prevent person-to-person transmission of SARS-CoV-2 and COVID-19: a systematic review and meta-analysis.   Lancet. 2020;395(10242):1973-1987. doi:10.1016/S0140-6736(20)31142-9PubMedGoogle ScholarCrossref

9. Bartoszko  JJ, Farooqi  MAM, Alhazzani  W, Loeb  M.  Medical masks vs N95 respirators for preventing COVID-19 in healthcare workers: a systematic review and meta-analysis of randomized trials.   Influenza Other Respir Viruses. 2020;14(4):365-373. doi:10.1111/irv.12745PubMedGoogle ScholarCrossref

10. Dharmadhikari  AS, Mphahlele  M, Stoltz  A,  et al.  Surgical face masks worn by patients with multidrug-resistant tuberculosis: impact on infectivity of air on a hospital ward.   Am J Respir Crit Care Med. 2012;185(10):1104-1109. doi:10.1164/rccm.201107-1190OCPubMedGoogle ScholarCrossref