How Coronavirus Spreads through the Air: What We Know So Far

Sen jälkeen, kun on kulunut useita kuukausia pandemiasta, joka on vaatinut satojatuhansia ihmishenkiä ja tuhonnut talouksia ympäri maailmaa, tiedemiehillä ei vieläkään ole täydellistä käsitystä siitä, miten sen aiheuttanut virus leviää. Eräissä paikoissa lukitukset ovat jo hellittämässä, ja ihmiset valmistautuvat palaamaan työhön ja sosiaaliseen elämään. Yksi ratkaiseva kysymys on kuitenkin sitkeästi edelleen olemassa:

Kuukausien ajan Yhdysvaltain tautien torjunta- ja ehkäisykeskukset ja Maailman terveysjärjestö ovat väittäneet, että uusi koronavirus leviää ensisijaisesti pisaroiden välityksellä, kun joku yskii, aivastelee tai jopa puhuu muutaman metrin etäisyydellä. Yksittäiset raportit antavat kuitenkin viitteitä siitä, että se voi tarttua myös ilmassa leijuvien hiukkasten välityksellä (ns. aerosolien välityksellä). WHO muutti hiljattain ohjeistustaan ja totesi, että tällaista tartuntaa ei voida sulkea pois erityisesti ”sisätiloissa, joissa on ahtaita ja puutteellisesti tuuletettuja tiloja, joissa tartunnan saaneet henkilöt viettävät pitkiä aikoja muiden kanssa”. Osallistuttuaan kuoroharjoituksiin Washingtonin osavaltiossa maaliskuun alussa kymmenillä ihmisillä diagnosoitiin COVID-19 tai he saivat oireita, vaikka he eivät olleet kättelleet tai seisoneet lähellä toisiaan. Ainakin kaksi kuoli. Ruokailtuaan ilmastoidussa ravintolassa Kiinassa tammikuun lopulla kolme naapuripöydissä istunutta perhettä sairastui virukseen – mahdollisesti ilmassa puhallettujen pisaroiden välityksellä.

Jotta voidaan käsitellä uuden koronaviruksen leviämistä ilmateitse, on ensin ymmärrettävä, mitä tiedemiehet tarkoittavat ”ilmateitse”. Termillä tarkoitetaan taudinaiheuttajan leviämistä aerosolien – pienten hengitystiepisaroiden, jotka voivat jäädä ilmaan leijumaan (niin sanottuja pisaraytimiä) – välityksellä, toisin kuin suurempien pisaroiden välityksellä, jotka putoavat maahan muutaman metrin päähän. Todellisuudessa ero pisaroiden ja aerosolien välillä ei kuitenkaan ole selvä. ”Erottelu ’ilmateitse leviämisen’ ja ’pisaroiden leviämisen’ välillä on todella kirjava”, varsinkin kun puhutaan suhteellisen pienistä etäisyyksistä, sanoo Nebraskan yliopiston lääketieteellisen keskuksen patologian ja mikrobiologian apulaisprofessori Joshua Santarpia.

L ilmateitse leviämisen on oletettu tapahtuvan myös muiden tappavien koronavirusten, kuten vakavan akuutin hengitystieoireyhtymää (SARS) ja Lähi-idän hengitystieoireyhtymää (MERS) aiheuttavien koronavirusten osalta. Kourallinen tutkimuksia viittaa siihen, että uusi koronavirus, SARS-CoV-2, voi esiintyä aerosolina terveydenhuoltoympäristössä. Vielä ei kuitenkaan tiedetä paljon siitä, onko aerosolimuodossa oleva virus tarttuva ja millaiselle virusmäärälle ihmisen on altistuttava sairastuakseen (niin sanottu minimaalinen tarttuva annos). Vaikka aerosolien välityksellä tapahtuva tartunta tapahtuisikin, ei ole selvää, kuinka yleistä se on verrattuna muihin tartuntareitteihin, kuten pisaroihin tai pintoihin. Tämän tiedon selvittäminen on elintärkeää, etenkin kun otetaan huomioon, että ihmiset voivat levittää SARS-CoV-2:ta, vaikka heillä ei ole oireita.

Ehkä ”leviääkö koronavirus ilmateitse?” on ehkä väärä kysymys. COVID-19 saattaa levitä ilmateitse, sanoo Iowan yliopiston mikrobiologian professori Stanley Perlman. ”Mutta se, onko sillä kliinisesti merkitystä, on oikeastaan se kysymys, josta halutaan tietää”, hän sanoo.

Todisteet aerosolin välityksellä tapahtuvasta leviämisestä

Vahvimmat todisteet siitä, että uuden koronaviruksen leviäminen ilmateitse voi olla mahdollista, ovat peräisin Nature-lehdessä viime kuun lopulla julkaistusta tutkimuksesta. Siinä tutkijat mittasivat viruksen geneettistä materiaalia eli RNA:ta aerosoleista, joista otettiin näytteitä helmi- ja maaliskuussa kahdessa sairaalassa Wuhanissa Kiinassa – kaupungissa, jossa taudinpurkauksen uskotaan yleisesti alkaneen. Tutkijat löysivät hyvin alhaisia pitoisuuksia ilmassa olevaa viruksen RNA:ta sairaaloiden eristysosastoilla ja tuuletetuissa potilashuoneissa. Joidenkin potilaiden wc-tiloissa pitoisuudet olivat kuitenkin mitattavasti korkeammat. He löysivät korkeita viruksen RNA-pitoisuuksia myös paikoissa, joissa hoitohenkilökunta riisuu suojavarusteet, sekä kahdessa tungokselle alttiissa paikassa sairaaloiden lähellä. ”Tutkimuksemme ja useat muut tutkimukset osoittivat SARS-CoV-2-aerosolien olemassaolon ja viittasivat siihen, että SARS-CoV-2:n aerosolien välityksellä tapahtuva leviäminen voi olla merkittävä reitti tartunnan kantajalta jollekin lähistöllä olevalle henkilölle”, sanoo tutkimuksen toinen kirjoittaja Ke Lan, professori ja Wuhanin yliopiston virologian valtion avainlaboratorion johtaja.

Santarpian ja hänen kollegoidensa johtamassa esipainetutkimuksessa (ei vielä julkaistu) löydettiin samalla tavoin todisteita viruskontaminaatiosta ilmanäytteistä ja pinnoista huoneista, joissa COVID-19-potilaita pidettiin eristyksissä. ”Luulen, että monet meistä – minä mukaan lukien – ovat vahvasti sitä mieltä, että ilmateitse tapahtuva tartuntareitti on hyvin mahdollinen”, hän sanoo. ”Epäröisin kutsua sitä missään nimessä todistetuksi. Mutta uskon, että on yhä enemmän todisteita sen tueksi.”

Sekä Nature-tutkimuksessa että Santarpian artikkelissa mitattiin viruksen RNA:ta, ei varsinaista virusta, joten ei ole selvää, että aerosoleista löydetty materiaali oli toiminnallisesti tarttuvaa. ”RNA:n löytäminen ei kerro, että aerosoli leviää”, sanoo Perlman, joka ei ollut mukana kummassakaan tutkimuksessa.

Toinen hiljattain New England Journal of Medicine -lehdessä julkaistu artikkeli osoitti, että tartuntavaarallinen SARS-CoV-2 -virus voi säilyä aerosoleissa ainakin kolme tuntia – ja useiden päivien ajan erilaisilla pinnoilla – laboratorio-olosuhteissa. Elinkelpoisen viruksen määrä kuitenkin väheni merkittävästi tuona aikana. Tutkijat eivät tiedä SARS-CoV-2:n tarttuvaa annosta. (Influenssan osalta tutkimukset ovat osoittaneet, että jo kolme virushiukkasta riittää sairastuttamaan jonkun.)

Kaiken kaikkiaan suurin osa todisteista siitä, että SARS-CoV-2 voi levitä ilmateitse, on peräisin kliinisistä tiloista, joissa on yleensä paljon sairaita ihmisiä ja joissa saatetaan suorittaa invasiivisia toimenpiteitä, kuten intubaatioita, jotka voivat saada potilaat yskimään, jolloin aerosoleja syntyy. On epäselvää, kuinka edustavia nämä alueet ovat arkiympäristöjen kannalta. Perlman sanoo, että ”ei ole paljon vakuuttavia todisteita siitä, että aerosolien leviäminen olisi merkittävä osa COVID-19:n tarttumista”.

Tämä arvio ei kuitenkaan tarkoita, ettei sitä esiintyisi. Benjamin Cowling, Hongkongin yliopiston kansanterveystieteen laitoksen epidemiologian ja biostatistiikan osaston johtaja, sanoo, että on yleinen harhaluulo, että jos virus ylipäätään voi levitä ilmateitse, sen täytyy pystyä leviämään pitkälle. Hän käyttää vertailukohtana ravintolaa, jossa joku tupakoi: ”Jos ravintolan toisella puolella oleva henkilö tupakoi, et luultavasti haista sitä, etkä edes huomaa sitä. Se johtuu siitä, että savu ei koskaan saavuttaisi sinua”, hän sanoo. ”Se ei tarkoita, ettei savua tuoteta.” Toisin sanoen, vaikka SARS-CoV-2 ei ehkä leviä pitkälle, se ei tarkoita, ettei se leviä ilmassa. Savukkeen savun tavoin aerosolihiukkaset leviävät henkilön ympärillä pilvenä, jonka pitoisuus on korkeimmillaan tupakoitsijan lähellä ja pienenee sitä mukaa, mitä kauemmas mennään.

Vaikka aerosolit eivät kulkeutuisikaan kauemmas kuin useimmat pisarat, usein mainostettu ”kuuden jalan sääntö” sosiaalisen etäisyyden pitämiseksi voi riippua olosuhteista, Cowling sanoo. Jos paikalla on tuuletin tai ilmastointilaite, tartuntavaaralliset aerosolit (tai jopa pisarat, kuten epäiltiin tuon kiinalaisen ravintolan tapauksessa) voivat mahdollisesti sairastuttaa jonkun kauempana olevan, tuulen alapuolella olevan henkilön.

Jotkut todisteet viittaavat siihen, että puhuminen voisi olla merkittävä viruksen leviämistapa. Proceedings of the National Academy of Sciences USA -lehdessä 13. toukokuuta julkaistussa tutkimuksessa käytettiin laservalonsirontaa visualisoimaan puheen aikana erittyviä pieniä sylkipisaroita. Tutkimuksessa ei mitattu pisaroita, joissa oli elinkelpoinen SARS-CoV-2 -virus. Mutta jos oletetaan, että pisarat sisältävät seitsemän miljoonaa virushiukkasta millilitrassa, minuutti kovaa puhetta voi tuottaa yli 1 000 virusta sisältävää pisaraa, jotka voivat roikkua ilmassa kahdeksan minuuttia tai kauemmin, tutkijat kirjoittavat tutkimuksessa. ”On huomattava todennäköisyys, että normaali puhuminen aiheuttaa ilmateitse tapahtuvaa viruksen leviämistä suljetuissa tiloissa”, he päättelevät.

Tekijät, jotka vaikuttavat ilmateitse tapahtuvan leviämisen riskiin

Cowling esittää hypoteesin, jonka mukaan monet hengitystievirukset voivat levitä ilmateitse – mutta tarttuvuusaste on alhainen. Kausi-influenssan perusmonistumisluku eli R0 – tekninen nimitys sille, kuinka monta ihmistä sairastunut henkilö keskimäärin tartuttaa – on noin 1,3. COVID-19:n osalta sen arvioidaan olevan jossain kahden ja kolmen välillä (mutta mahdollisesti jopa 5,7). Verrattuna tuhkarokkoon, jonka R0-arvo on 12-18, nämä arvot viittaavat siihen, että useimmat SARS-CoV-2:n aiheuttamaa tautia sairastavat eivät ole äärimmäisen tarttuvia.

Mutta on näennäisiä poikkeuksia, kuten kuoroharjoitus Washingtonin osavaltiossa, Cowling sanoo. Toukokuun 12. päivänä julkaistussa CDC:n raportissa tapahtumasta todettiin, että 2,5 tuntia kestäneeseen harjoitukseen osallistuneista 61 ihmisestä (joista yhdellä oli koronaviruksen oireita) 32 sai vahvistetun COVID-19-tartunnan ja 20 sai todennäköisen tartunnan. Raportissa todettiin, että ”tartuntaa helpotti todennäköisesti harjoituksen aikainen läheisyys (alle metrin etäisyydellä) ja että laulaminen lisäsi sitä” ja että laulaminen ”saattoi osaltaan edistää tartuntaa aerosolien päästön kautta, johon vaikuttaa laulun äänekkyys”. Tuntemattomasta syystä jotkut yksilöt näyttävät tartuttavan paljon enemmän ihmisiä kuin toiset. Näitä niin sanottuja superlevittäjiä dokumentoitiin myös vuoden 2003 SARS-epidemiassa. Niin sanotun 20/80-säännön mukaan noin 80 prosenttia tartuntatautien leviämistapahtumista voi liittyä vain 20 prosenttiin tapauksista, Cowling toteaa. ”Emme tiedä, miten tunnistaa nämä 20 prosenttia”, hän sanoo. ”Mutta jos pystyisimme jollain tavalla tunnistamaan ne, se olisi suuri edistysaskel.”

Myös ilmanvaihdolla on todennäköisesti tärkeä rooli siinä, miten helposti virus tarttuu ilmassa. Cowling ja muut sanovat, että sisätilat muodostavat todennäköisesti suuremman riskin kuin ulkotilat, varsinkin jos ne ovat huonosti tuuletettuja. Myös baarien, ravintoloiden ja metrojunien kaltaiset ruuhkaiset tilat voivat olla riskialttiita, varsinkin jos ihmiset ovat oireettomia ja viettävät niissä pitkiä aikoja. Varotoimenpiteisiin voisivat kuulua parempi ilmanvaihto, säännöllinen siivous ja maskin käyttö.

Cowling oli mukana kirjoittamassa huhtikuun alussa Nature Medicine -lehdessä julkaistua tutkimusta, joka koski hongkongilaisella poliklinikalla vuosina 2013-2016 hengitystieinfektiopotilaita. Tutkimuksessa havaittiin kausiluonteisten koronavirusten – sellaisten, jotka aiheuttavat vilustumista, eivät COVID-19:ää – sekä kausiluonteisten influenssavirusten ja rinovirusten RNA:ta sekä pisaroissa että aerosoleissa potilaiden uloshengityksen hengityksessä. Hongkongin yliopiston kansanterveystieteen laitoksen apulaisprofessori Nancy Leungin johtamassa tutkimuksessa todettiin, että kirurgisten naamareiden käyttö vähensi influenssan RNA:n määrää pisaroissa ja kausiluonteisten koronavirusten RNA:n määrää aerosoleissa.

Vaikka tutkimuksessa ei tarkasteltu nimenomaan COVID-19:tä, havainnot tukevat naamareiden käyttämistä tehokkaana tapana rajoittaa viruksen leviämistä tartunnan saaneesta henkilöstä, mikä tunnetaan lääketieteen kielellä nimellä ”lähdekontrolli”. Ei ole paljon näyttöä siitä, että naamarit välittäisivät suojaa terveille ihmisille, vaikka se onkin mahdollista (ja saattaa riippua naamarityypistä). Kun otetaan huomioon COVID-19:n oireettoman tartunnan yleisyys, on kuitenkin jossain määrin perusteltua käyttää naamaria yleisesti, jotta estettäisiin sellaisten henkilöiden tarttuminen muihin, jotka eivät tiedä olevansa sairaita. Cowling sanoo, että Hong Kongissa, jossa taudinpurkaus on pysynyt suhteellisen hyvin hallinnassa, suurin osa väestöstä käyttää naamareita.

Tulehduksen leviämisen todennäköisyys ilmateitse – erityisesti verrattuna muihin reitteihin, kuten pisaroihin tai pinnoille – on edelleen epäselvä. Useimmat tutkijat uskovat edelleen, että uusi koronavirus leviää ensisijaisesti pisaroiden ja tartunnan saaneiden ihmisten tai pintojen koskettamisen välityksellä. Huolellinen käsienpesu ja sosiaalinen etäisyys ovat siis edelleen tärkeimmät toimenpiteet, joihin ihmiset voivat ryhtyä tartunnan välttämiseksi.

Leung suhteuttaa riskit toisiinsa. Suurin osa siitä, mitä ihmiset tietävät aerosolien välityksellä tapahtuvasta tartunnasta, on peräisin tuberkuloosista, tuhkarokosta ja vesirokosta, hän sanoo – ja näillä taudinaiheuttajilla on yleensä suuri tarttuvuus, ja ne voivat levitä pitkälle. ”Perinteinen ajattelutapa on siis se, että kun mainitaan aerosolien aiheuttama tarttuvuus, kaikki ovat huolissaan, koska tarttuvuus on suurempi ja sitä on vaikeampi valvoa”, hän selittää. Mutta vaikka tartunta tapahtuisi ilmateitse, se voi tapahtua vain lyhyellä etäisyydellä, jolloin muut tartuntareitit voivat olla yhtä todennäköisiä tai jopa todennäköisempiä. Näin ollen, Leung lisää, ”korkeampi aerosolien leviämisriski itsessään ei välttämättä tarkoita suurempaa tarttuvuutta.”

Lue lisää koronaviruksen puhkeamisesta Scientific Americanista täältä ja lue kansainvälisen lehtiverkostomme uutisointia täältä.

Toimittajan huomautus (7.9.20): Tämä artikkeli päivitettiin, kun Maailman terveysjärjestö tunnusti uuden koronaviruksen mahdollisen aerosolien välityksellä tapahtuvan leviämisen. Peruutus tuli sen jälkeen, kun yli 200 tiedemiestä osallistui avoimeen kirjeeseen, jossa viitattiin kumulatiiviseen näyttöön tämäntyyppisestä tartunnasta. Tekstiä oli aiemmin muutettu 15. toukokuuta siten, että siihen oli lisätty uutta tietoa puhumalla leviävistä pisaroista ja Washingtonin osavaltiossa järjestetystä kuoroharjoituksesta, joka sairastutti monia ihmisiä.