Вірусний аерозоль

Паніка охоплювала континенти швидше, ніж поширювалась пандемія COVID-19, завойовуючи все нові й нові країни. І нехай у мене кине камінь той, хто не боявся захворіти на цю нову хворобу, особливо дивлячись на безпрецедентні протиепідемічні заходи, які проводились в Китаї. Хотілося швидше розібратися в цьому невідомому процесі.

Проведений у наукових інформаційних базах світу пошук дав можливість ознайомитися з серйозними публікаціями в рецензованих міжнародно визнаних виданнях з питань епідеміології, клініки, патофізіології COVID-19, вірусології, походження та мутації вірусу SARS-CoV-2, стійкості даного вірусу до виживання в організмі інфікованої людини й в зовнішньому середовищі. Мою увагу привернула оглядова стаття, яку написала група фахівців з Тайваню (Китайська Народна Республіка), Ізраїлю та США (Wang Ch.C., Prather K.A., Sznitman J., Jimenez H.L., Lakdawala S.S., et al. Airborne transmission of respiratory viruses // Science. 2021 Aug 27. Vol. 373. 6558.eabd9149. DOI: https://doi.org/10.1126/science.abd9149). Стаття базується на ретельному аналізі більше ніж 200 оригінальних публікацій в рецензованих журналах, в яких досліджуються проблеми утворення дрібнодисперсного інфікованого аерозолю в дихальних органах хворої на COVID-19 людини, можливі шляхи його поширення в навколишньому середовищі та всередині приміщень, ефективність різних типів захисних масок, ступінь проникнення в органи дихання людини аерозольних часток, у тому числі інфікованих вірусом SARS-CoV2. Десятиліттями панувала думка, що гострі респіраторні вірусні інфекції (ГРВІ) передаються повітряно-крапельним шляхом. Вважалось, що краплі, які утворюються під час чхання чи кашлю хворої людини, попадають на слизові оболонки здорової людини (очі, губи, порожнину рота та носогорла). Епідеміологічні розслідування спалахів COVID-19 навели на думку, що є механізм перенесення інфекційного початку на досить значні відстані в межах не лише одного приміщення, але і всієї будівлі. Експериментально було підтверджено, що людина не лише під час чхання чи кашлю, але і просто при диханні, розмовах, співах, крику виділяє дрібнодисперсні частки розміром менше ніж 100 мкм. Якщо краплі розміром понад 100 мкм в повітрі затримуються не більше 5 секунд і під дією гравітації падають на підлогу та довколишні поверхні, то аерозольні частки менше ніж 5 мкм можуть годинами знаходитись у відносно нерухомому повітрі приміщення. При наявності потоків повітря такі частки переносяться на значні відстані не лише в самому приміщенні, але й через нещільності або вентиляційну систему в межах будівлі переносяться навіть на інші поверхи. Більшість дослідників представляють докази, що в приміщенні з поганою вентиляцією вірус SARS-CoV-2 та й інші віруси можуть поширюватись на більші ніж рекомендовані 2 м відстані.

Під тиском експериментальних та епідеміологічних досліджень Всесвітня організація охорони здоров’я (ВООЗ) та Центр профілактики захворювань США (CDC) визнали аерозольний шлях передачі вірусу SARS-CoV-2 від людини до людини основним.

Приблизно від 20 до 45 % інфікованих SARS-CoV-2 осіб не мають симптомів хвороби. Деякі дослідники допускають, що такі люди в генерованих ними аерозолях і краплях слини мають низькі рівні концентрації вірусу і тому створюють менший ризик зараження для оточення, ніж особи з вираженими симптомами хвороби.

Одним з ефективних способів захисту від передачі вірусів від хворого є використання захисних масок. Як натурні дослідження, так і спеціальні модельні експерименти на манекенах показали, що всі маски дозволяють тою чи іншою мірою зменшити надходження в навколишній простір не лише великих крапель слини, але й дрібнодисперсних часток розміром менше ніж 5 мкм. Найбільш ефективними в цьому плані є захисні маски №95, за ними йдуть хірургічні маски, а потім уже різні тканинні. Проте треба сказати, що 100% гарантії захисту маски не забезпечують. Тому у лікарнях з перебуванням хворих на COVID-19 персонал повинен бути забезпечений індивідуальними засобами захисту. Погане прилягання будь-яких масок до тіла людини (обличчя, шиї, лобу) значно погіршує їх ефективність. Фактично те ж саме можна сказати й стосовно захисту органів дихання здорової людини від вірусного аерозольного забруднення, що генерується хворими на гострі респіраторні вірусні інфекції.

Тривалість виживання вірусу в аерозольній частці залежить від її складу та впливу на неї таких факторів навколишнього середовища як температура і вологість повітря, інтенсивність ультрафіолетового випромінювання. Різні віруси, або їх сліди, визначаються частіше в аерозольних частках з розміром менше ніж 5 мкм. Якщо частки розміром понад 10 мкм затримуються у верхніх ділянках дихальних шляхів, то частки менше ніж 5 мкм досягають альвеол і бронхіол. Назально внесена доза вірусів менш ефективна для розвитку інфекції, ніж доза, яка проникає глибше в дихальні шляхи, аж до альвеол.

Щоб наочно уявити, який факел аерозольних часток утворюється людиною при диханні, досить згадати морозний день, коли пари води, що містяться у повітрі, що видихається, конденсуються та утворюють такий собі туманний шлейф. З тією лише різницею, що аерозоль хворої людини, хоча і невидимий, але у приміщенні нікуди не дівається, а при поганій вентиляції ще й накопичується, бо він досить довго висить у повітрі. Більше людей – більше аерозолю, більшою є ймовірність вдихнути інфікований аерозоль, особливо коли ви увійшли в приміщення, де тільки-но перебувала хвора на ГРВІ людина. В такому аерозолі віруси можуть виживати від 1 до 3 годин. У великих містах з багатоповерховою забудовою такими приміщеннями можуть бути ліфти. Про супермаркети, кінотеатри та театри, закриті стадіони в цьому плані годі й говорити. Вони можуть слугувати місцем поширення будь-якої вірусної інфекції.

Напевне свій негативний ефект вносять і так звані малі архітектурні форми (МАФи), в яких розміщено магазини, перукарні тощо. Як правило, вони мають погану вентиляцію, що ще більше сприяє поширенню вірусних інфекцій.

Свого часу були дуже популярними аероіонізатори завдяки роботам О.Л. Чижевського, О.О. Мінха, Ю.Д. Думанського, М.Г. Шандали та багатьох інших учених, які  експериментальним шляхом довели надзвичайно важливу роль негативно заряджених іонів кисню для життєдіяльності живих організмів. Завдяки тому, що іонізація здійснюється за допомогою електричного розряду, посилюється бактерицидна дія приладу. Аероіонізатор відновлює концентрацію негативно заряджених іонів кисню до початкової (природної) величини, що відповідає їх концентрації на відкритому просторі (на полі, в лісі й т. ін.). Слід пам’ятати, що в період епідемії ГРВІ користуватись ними в присутності людей, особливо хворих на ГРВІ, не радимо, оскільки заряджений аерозоль краще затримується в дихальних шляхах людини. А якщо цей аерозоль містить інфекційний початок, то наслідки цілком очевидні.

Щоб розуміти, як себе ведуть повітряні потоки в приміщеннях квартири в багатоповерховому будинку, необхідно знати наступне. Вентиляція відбувається на так званому природному спонуканні внаслідок різниці температур зовнішнього і внутрішнього повітря. Витяжні отвори у квартирі знаходяться в кухні, туалеті та ванній кімнаті. Частіше всього організованого припливу повітря у квартирі немає. Якщо щільно прикриті двері та вікна, то вентиляція не працює. При відкритій кватирці чи вікні, або дверях більш холодне повітря із зовні надходить у приміщення, опускається в бік підлоги й прямує до вентиляційних решіток в кухні, ванній і туалеті. Процес цей набагато складніший, але не місце і не час на цьому зупинятись. Викладене вище наводить на думку, що під час провітрювання кімнати, де знаходиться хворий на ГРВІ, бажано не знаходитись довго в цих потоках повітря, де з високою ймовірністю буде дрібнодисперсний інфікований аерозоль (ми усвідомлюємо умовність таких термінів як інфікований і вірусний аерозоль).

Акцентуючи на переважно аерозольному механізмі передачі респіраторних вірусних інфекцій як у ближній зоні біля хворої людини, так і на відстані, автори статті не відкидають значення поширення цих хвороб через краплі та фоміти. Боротьба з поширенням ГРВІ повинна враховувати всі ці механізми.

Як ефективний засіб боротьби з мікробним і вірусним забрудненням повітря приміщення до цього часу рекомендується сонячне проміння. Але доведеться розчарувати прибічників інсоляції приміщень. Ультрафіолетове випромінювання сонця, яке пройшло крізь два шари силікатного скла, не кажучи вже про скло із різним напиленням оксидами металів, не пропускає ультрафіолетове випромінювання такого спектра і такої потужності, які здатні діяти бактерицидно. Це моє твердження витікає з власних досліджень і вступає в суперечність з інформацією, розміщеною в цій статті, яку я зараз вам представляю. Ультрафіолетове випромінювання сонця зовні будинку здатне знищувати віруси й мікроби, але в географічних широтах України лише в теплі місяці року. Тому деякі дослідники небезпідставно вважають, що сезонність ГРВІ з цим і пов’язана.

На сторінках нашого сайту я уже розмістив науково-популярну статтю про інші механізми утворення аерозолю в повітрі приміщення квартири та про його потенційну загрозу для здоров’я людини (https://health.gov.ua/activity/scientific-educational-activity/dust-in-homes-influence-on-health/ БАГАТОЛИКИЙ ВОРОГ ЗДОРОВ’Я В ДОМІ).

Результати дослідження механізмів утворення аерозолю в різних ділянках дихальних шляхів від альвеол до порожнини рота привело вчених до думки, що дихання, розмова, спів, плач, крик інфікованої людини, ймовірно, призведуть до вивільнення більшої кількості вірусного аерозолю хворою людиною в цілому, ніж менш частий кашель.

Перебування понад годину в погано вентильованих переповнених людьми приміщеннях (театри, церкви, круїзні лайнери й т. ін.) при наявності хворого на ГРВІ серед цього контингенту значно збільшує ризик інфікування.

Мабуть, нікого не треба переконувати, що не лише COVID-19, грип та інші ГРВІ наносять кожного року важкі збитки громадському здоров’ю як з позицій перевантаження системи охорони здоров’я, так і економічних витрат на лікування хворих, втрат на лікарняних, недовиробленій продукції й т. ін. Без жодного сумніву у світлі отриманих даних про поширення вірусних інфекцій через аерозольний шлях в приміщеннях повинні бути змінені підходи до проєктування вентиляції житлових, а особливо громадських будівель.

Аерозольний, назвемо його умовно, факел від кожної людини повинен в громадських приміщеннях підхоплюватися повітряним потоком, що йде знизу вверх з нижніх припливних отворів до випускних отворів в районі стелі. Це унеможливить поширення аерозолю з інфекційним початком по горизонталі приміщення, де знаходяться інші люди.

Коли на умовному Заході боротьба з тютюнопалінням досягла свого апогею, інженери знайшли технічні рішення припливно-витяжної вентиляції, яка в межах одного приміщення бару чи ресторану забезпечувала зони для курців і зони, вільні від паління.

Слід визнати, що ми, гігієністи, часто суто арифметичними способами виводили необхідні кратності повітрообміну в приміщенні щодо накопичення CO₂, зовсім не задумуючись про енергоефективність і технічну спроможність щодо допустимих швидкостей і температур потоків приливного і витяжного повітря. В реальних умовах енергетичної кризи без рециркуляції повітря, особливо в холодний період року, обійтися практично неможливо. Але гігієністи й до цього часу законодавчо забороняють рециркуляцію повітря, особливо в лікарнях. Нині знайдено технічні рішення, які дозволяють шляхом фільтрації повітря через, наприклад, фільтри НЕРА і використання бактерицидних властивостей ультрафіолетового випромінювання застосовувати рециркуляційні системи навіть у лікувально-профілактичних закладах. А чи часто ми задумувались, як протягом багатьох місяців забезпечуються повітрям люди на космічних станціях та підводних човнах? Тобто, технічні рішення є і коли суспільство доросте до розуміння необхідності боротьби на державному рівні не лише з економічними наслідками, але і з впливом епідемій ГРВІ на стан громадського здоров’я, то з’являться відповідні розробки з організації повітрообміну в житлових і громадських спорудах.

Поширення аерозолю, що містить в собі віруси, залежить як від повітрообміну в приміщенні, так і від системи вентиляції всієї будівлі. Треба відмітити, що система вентиляції на природному спонуканні в багатоповерхових житлових будинках здатна поширювати забруднене вірусами повітря між поверхами. Розроблено конкретні вимоги до ефективності вентиляції як щодо концентрації CO₂, так і щодо об’єму повітря, що повинно подаватися у розрахунку на одну людину. Більшість людей не має можливості це контролювати, проте варто пам’ятати, що не лише наскрізне, але й кутове провітрювання квартири, особливо в холодний період року, досить ефективні. Достатньо 3-5 хвилин, щоб провітрити приміщення. Ще раз нагадаємо: щоб працювала вентиляція у квартирі на природному спонуканні, повинні бути доступ для свіжого повітря зовні (відкрита кватирка чи стулка вікна) і вільні шляхи (відкриті двері) для руху повітря до витяжних отворів у ванній кімнаті, туалеті та на кухні. Механічна вентиляція більш ефективна як засіб боротьби з поширенням інфекційного початку у квартирі та будинку в цілому.

Аналізуючи згадану вище статтю, ми намагались акцентувати на останніх фундаментальних уявленнях науки про механізми утворення в органах дихання людини дрібнодисперсного аерозолю, який може у своєму складі мати віруси, та найбільш ймовірних шляхах передачі цього інфекційного початку від хворої на ГРВІ людини до здорової.

І хоч вважається, що COVID-19 перейшов уже в перелік сезонних вірусних респіраторних інфекцій, я б радив кожному використовувати всі можливі засоби та знання, щоб уникнути цього захворювання в різні кліматичні сезони.

Доктор медичних наук, професор
Акіменко В.Я.

ДУ «Інститут громадського здоров’я ім. О.М. Марзєєва НАМН України»

(дата опублікування на сайті 17 січня 2025 р.)