Several months into a pandemic that has claimed hundreds of thousands of lives and decimated economies around the world, scientists still lack a complete understanding of how the virus that caused it is transmitted. W niektórych miejscach blokady już zelżały, a ludzie przygotowują się do powrotu do wersji pracy i życia społecznego. Ale zasadnicze pytanie pozostaje uparcie aktualne: Czy patogen stojący za COVID-19 może być „przenoszony drogą powietrzną”?

Od miesięcy amerykańskie Centra Kontroli i Prewencji Chorób oraz Światowa Organizacja Zdrowia utrzymują, że nowy koronawirus rozprzestrzenia się przede wszystkim przez kropelki od kogoś, kto kaszle, kicha lub nawet rozmawia w odległości kilku stóp. Jednak niepotwierdzone doniesienia sugerują, że może on być przenoszony przez cząsteczki zawieszone w powietrzu (tzw. „przenoszenie aerozolowe”). WHO ostatnio zmieniła swoje wytyczne i stwierdziła, że nie można wykluczyć takiego przenoszenia, szczególnie w „pomieszczeniach zamkniętych, gdzie znajdują się zatłoczone i nieodpowiednio wentylowane pomieszczenia, w których osoby zakażone spędzają długie okresy czasu z innymi”. Po uczestnictwie w ćwiczeniach chóru w stanie Waszyngton na początku marca, u dziesiątek osób zdiagnozowano lub rozwinęły się objawy COVID-19, mimo że nie podawali sobie rąk ani nie stali blisko siebie. Co najmniej dwie osoby zmarły. Po zjedzeniu posiłku w klimatyzowanej restauracji w Chinach pod koniec stycznia, trzy rodziny przy sąsiednich stolikach zachorowały na wirusa – prawdopodobnie przez krople wydmuchiwane przez powietrze.

Aby zająć się perspektywą rozprzestrzeniania się nowego koronawirusa drogą powietrzną, należy najpierw zrozumieć, co naukowcy rozumieją przez „powietrzną”. Termin ten odnosi się do przenoszenia patogenu przez aerozole – małe kropelki oddechowe, które mogą pozostać zawieszone w powietrzu (znane jako jądra kropli) – w przeciwieństwie do większych kropli, które spadają na ziemię w odległości kilku stóp. W rzeczywistości jednak rozróżnienie między kropelkami a aerozolami nie jest wyraźne. „Oddzielenie tego, co jest określane jako 'rozprzestrzenianie się drogą powietrzną’ od 'rozprzestrzeniania się drogą kropelkową’ to naprawdę spektrum,’ zwłaszcza gdy mówimy o stosunkowo niewielkich odległościach, mówi Joshua Santarpia, profesor nadzwyczajny patologii i mikrobiologii na Uniwersytecie Nebraska Medical Center.

Rozprzestrzenianie się drogą powietrzną było hipotezą dla innych śmiertelnych koronawirusów, w tym tych, które powodują zespół ostrej ciężkiej niewydolności oddechowej (SARS) i zespół oddechowy Bliskiego Wschodu (MERS). Kilka badań sugeruje, że nowy koronawirus, SARS-CoV-2, może występować w postaci aerozolu w placówkach służby zdrowia. Nadal jednak wiele nie wiadomo na temat tego, czy aerozolowany wirus jest zakaźny i na jaką ilość wirusa trzeba być narażonym, aby zachorować, tzw. minimalna dawka zakaźna. Nawet jeśli dochodzi do przenoszenia wirusa drogą aerozolową, nie jest jasne, jak częste jest to zjawisko w porównaniu z innymi drogami przenoszenia, takimi jak kropelki lub powierzchnie. Odkrycie tej informacji ma kluczowe znaczenie, szczególnie biorąc pod uwagę fakt, że ludzie mogą rozprzestrzeniać SARS-CoV-2, gdy nie mają żadnych objawów.

Prawdopodobnie „Czy koronawirus jest przenoszony drogą powietrzną?” to niewłaściwe pytanie. COVID-19 może mieć potencjał do rozprzestrzeniania się drogą powietrzną, mówi Stanley Perlman, profesor mikrobiologii na Uniwersytecie w Iowa. „Ale to, czy jest to istotne klinicznie, jest naprawdę pytaniem, które chcemy poznać”, mówi.

Dowody na przenoszenie w aerozolu

Najsilniejsze dowody na to, że przenoszenie nowego koronawirusa drogą powietrzną może być możliwe, pochodzą z badania opublikowanego pod koniec zeszłego miesiąca w Nature. Badacze zmierzyli w nim materiał genetyczny wirusa, czyli RNA, w aerozolach pobranych w lutym i marcu w dwóch szpitalach w Wuhan w Chinach – mieście, w którym według powszechnej opinii rozpoczęła się epidemia. Badacze stwierdzili bardzo niski poziom wirusowego RNA w powietrzu na szpitalnych oddziałach izolacyjnych i w wentylowanych salach pacjentów. Jednak w toaletach niektórych pacjentów poziom ten był znacznie wyższy. Stwierdzono również wysoki poziom wirusowego RNA w miejscach, w których pracownicy medyczni zdejmują sprzęt ochronny, jak również w dwóch zatłoczonych miejscach w pobliżu szpitali. „Nasze badanie i kilka innych udowodniły istnienie aerozoli SARS-CoV-2 i sugerują, że przenoszenie aerozoli SARS-CoV-2 może być nieistotną drogą od zakażonych nosicieli do kogoś w pobliżu”, mówi współautor badania Ke Lan, profesor i dyrektor Państwowego Kluczowego Laboratorium Wirusologii na Uniwersytecie Wuhan.

W badaniu preprint (jeszcze nie opublikowanym) prowadzonym przez Santarpię i jego kolegów podobnie znaleziono dowody skażenia wirusem w próbkach powietrza i na powierzchniach pomieszczeń, w których pacjenci z wirusem COVID-19 byli trzymani w izolacji. „Myślę, że wielu z nas – w tym ja – ma silne przekonanie, że przenoszenie wirusa drogą powietrzną jest bardzo możliwe” – mówi Santarpia. „Wahałbym się, czy można to uznać za udowodnione w jakikolwiek sposób. Ale myślę, że jest coraz więcej dowodów na poparcie tej tezy.”

Oba badania Nature i praca Santarpii mierzyły wirusowe RNA, a nie rzeczywistego wirusa, więc nie jest jasne, że materiał znaleziony w aerozolach był funkcjonalnie zakaźny. „Znalezienie RNA nie mówi ci, że masz rozprzestrzenianie się aerozolu,” mówi Perlman, który nie brał udziału w żadnym z badań.

Inna praca, niedawno opublikowana w New England Journal of Medicine, wykazała, że zakaźny wirus SARS-CoV-2 może pozostać w aerozolach przez co najmniej trzy godziny – i przez kilka dni na różnych powierzchniach – w warunkach laboratoryjnych. Jednak w tym czasie ilość żywego wirusa znacznie się zmniejszyła. Naukowcy nie znają dawki zakaźnej wirusa SARS-CoV-2. (W przypadku grypy badania wykazały, że wystarczą trzy cząsteczki wirusa, aby ktoś zachorował.)

Ogółem, większość dowodów na to, że SARS-CoV-2 może przenosić się drogą powietrzną pochodzi z warunków klinicznych, w których zazwyczaj przebywa wiele chorych osób i mogą być przeprowadzane procedury inwazyjne, takie jak intubacja, które mogą powodować kaszel pacjentów, generując aerozole. Nie jest jasne, na ile te miejsca są reprezentatywne dla codziennego środowiska. „Nie ma zbyt wielu przekonujących dowodów na to, że rozprzestrzenianie się aerozoli jest główną częścią przenoszenia” COVID-19, mówi Perlman.

Ta ocena nie oznacza jednak, że nie występuje. Benjamin Cowling, szef wydziału epidemiologii i biostatystyki w Szkole Zdrowia Publicznego Uniwersytetu w Hongkongu, mówi, że istnieje popularne błędne przekonanie, że jeśli wirus może w ogóle rozprzestrzeniać się w powietrzu, to musi być w stanie rozprzestrzeniać się na dużą odległość. Podaje on analogię do przebywania w restauracji, w której ktoś pali: „Jeśli osoba po drugiej stronie restauracji pali, prawdopodobnie nie poczułbyś tego zapachu i nawet byś tego nie zauważył. To dlatego, że dym nigdy by do ciebie nie dotarł” – mówi. „Nie oznacza to, że dym nie jest wytwarzany”. Innymi słowy, tylko dlatego, że SARS-CoV-2 może nie być przenoszony na duże odległości, nie oznacza to, że nie jest przenoszony w powietrzu. Podobnie jak dym papierosowy, cząsteczki aerozolu rozprzestrzeniają się wokół osoby w postaci chmury, przy czym stężenie jest najwyższe w pobliżu palacza, a niższe, gdy człowiek oddala się od niego.

Nawet jeśli aerozole nie przemieszczają się dalej niż większość kropel, często przywoływana „reguła sześciu stóp” dla dystansu społecznego może zależeć od okoliczności, mówi Cowling. Jeśli jest wentylator lub klimatyzator, zakaźne aerozole (lub nawet kropelki, jak podejrzewano w przypadku tej restauracji w Chinach) mogą potencjalnie zachorować kogoś dalej, kto jest pod wiatr.

Niektóre dowody sugerują, że rozmowa może być znaczącym sposobem przenoszenia wirusa. Badanie opublikowane 13 maja w Proceedings of the National Academy of Sciences USA wykorzystało rozpraszanie światła laserowego do wizualizacji maleńkich kropelek śliny wydalanych podczas mowy. W badaniu nie mierzono kropli zawierających żywego wirusa SARS-CoV-2. Ale jeśli założyć, że kropelki zawierają siedem milionów cząsteczek wirusa na mililitr, minuta głośnej mowy może wygenerować ponad 1000 kropel zawierających wirusa, które mogą wisieć w powietrzu przez osiem minut lub dłużej, piszą naukowcy w badaniu. „Istnieje znaczne prawdopodobieństwo, że normalne mówienie powoduje przenoszenie wirusa drogą powietrzną w zamkniętych środowiskach”, podsumowują.

Factors That Affect the Risk of Airborne Spread

Cowling stawia hipotezę, że wiele wirusów oddechowych może być rozprzestrzenianych drogą powietrzną-ale stopień zaraźliwości jest niski. W przypadku grypy sezonowej, podstawowa liczba reprodukcji lub R0 – techniczne określenie średniej liczby osób, które zaraża chora osoba – wynosi około 1,3. W przypadku COVID-19, szacuje się, że wynosi ona pomiędzy 2 a 3 (choć może wynosić nawet 5,7). W porównaniu z odrą, która ma R0 w zakresie od 12 do 18, wartości te sugerują, że większość osób z chorobą wywołaną przez SARS-CoV-2 nie jest wyjątkowo zaraźliwa.

Ale istnieją pozorne wyjątki, takie jak ćwiczenia chóru w stanie Waszyngton, mówi Cowling. Raport CDC na temat tego wydarzenia wydany 12 maja stwierdził, że z 61 osób, które uczestniczyły w 2,5-godzinnym ćwiczeniu (jedna z nich miała objawy koronawirusa), 32 rozwinęły potwierdzone infekcje COVID-19, a 20 rozwinęło prawdopodobne infekcje. W raporcie stwierdzono, że „transmisja była prawdopodobnie ułatwiona przez bliskie sąsiedztwo (w promieniu 6 stóp) podczas ćwiczeń i wzmocniona przez akt śpiewania” i że śpiewanie „mogło przyczynić się do transmisji poprzez emisję aerozoli, na którą wpływa głośność wokalizacji.” Z nieznanych powodów, niektóre osoby wydają się zarażać znacznie więcej ludzi niż inni. Te tak zwane superspreadery zostały udokumentowane również podczas epidemii SARS w 2003 roku. W tym, co stało się znane jako zasada 20/80, około 80 procent zdarzeń związanych z przenoszeniem chorób zakaźnych może być związane z zaledwie 20 procentami przypadków, zauważa Cowling. „Nie wiemy, jak zidentyfikować te 20 procent”, mówi. „Ale gdybyśmy byli w stanie, w jakiś sposób, wtedy byłby to duży postęp.”

Wentylacja prawdopodobnie również odgrywa ważną rolę w tym, jak łatwo wirus może być przenoszony przez powietrze. Przestrzenie wewnętrzne prawdopodobnie stanowią większe ryzyko niż te na zewnątrz, zwłaszcza jeśli są słabo wentylowane, Cowling i inni mówią. Zatłoczone miejsca, takie jak bary, restauracje i pociągi metra mogą być ryzykowne – zwłaszcza jeśli ludzie nie mają objawów i spędzają w takich miejscach długie okresy czasu. Środki ostrożności mogłyby obejmować lepszą wentylację, regularne czyszczenie i noszenie masek.

Cowling był współautorem badania, opublikowanego na początku kwietnia w Nature Medicine, pacjentów z infekcjami układu oddechowego w ambulatorium w Hongkongu w latach 2013-2016. W badaniach tych wykryto RNA sezonowych koronawirusów – takich, które powodują przeziębienia, a nie COVID-19 – jak również sezonowych wirusów grypy i rinowirusów, zarówno w kropelkach, jak i aerozolach w wydychanym oddechu pacjentów. Praca prowadzona przez Nancy Leung, adiunkta w szkole zdrowia publicznego na Uniwersytecie w Hong Kongu, wykazała, że noszenie masek chirurgicznych zmniejszyło ilość RNA wirusa grypy w kropelkach i sezonowego RNA koronawirusa w aerozolach.

Chociaż badanie nie dotyczyło konkretnie COVID-19, wyniki potwierdzają, że noszenie masek jest skutecznym sposobem ograniczenia przenoszenia wirusa od zakażonej osoby, co w języku medycznym określa się mianem kontroli źródła. Nie ma zbyt wielu dowodów na to, że maski chronią osoby zdrowe, choć jest to możliwe (i może zależeć od rodzaju maski). Biorąc pod uwagę częstość występowania bezobjawowego zakażenia wirusem COVID-19, istnieje jednak pewne uzasadnienie dla powszechnego noszenia masek, aby zapobiec zarażaniu innych przez osoby, które nie wiedzą, że są chore. W Hong Kongu, który utrzymał swoją epidemię pod względną kontrolą, maski są noszone przez zdecydowaną większość populacji, mówi Cowling.

Prawdopodobieństwo przenoszenia drogą powietrzną – zwłaszcza w porównaniu z innymi drogami, takimi jak kropelki lub powierzchnie – pozostaje niejasne. Większość badaczy nadal uważa, że nowy koronawirus rozprzestrzenia się przede wszystkim drogą kropelkową i przez dotykanie zakażonych osób lub powierzchni. Tak więc staranne mycie rąk i dystans społeczny są nadal najważniejszymi środkami, jakie ludzie mogą podjąć, aby uniknąć zakażenia.

Leung przedstawia ryzyko w odpowiedniej perspektywie. Większość tego, co ludzie wiedzą o przenoszeniu aerozoli pochodzi z gruźlicy, odry i ospy wietrznej, mówi – a te patogeny zazwyczaj mają wysoką zdolność przenoszenia się, z możliwością rozprzestrzeniania się na duże odległości. „Konwencjonalne myślenie jest więc takie, że gdy tylko wspomina się o przenoszeniu drogą aerozolową, wszyscy są zaniepokojeni z powodu większej zdolności przenoszenia i że trudniej jest to kontrolować” – wyjaśnia. Ale nawet jeśli dochodzi do przenoszenia drogą powietrzną, może się to zdarzyć tylko na krótkim dystansie – w obrębie którego inne drogi zakażenia mogą być równie prawdopodobne lub bardziej. Tak więc, dodaje Leung, „wyższe ryzyko przenoszenia aerozoli samo w sobie niekoniecznie przekłada się na większą zakaźność.”

Czytaj więcej o epidemii koronawirusa z Scientific American tutaj, i czytaj relacje z naszej międzynarodowej sieci czasopism tutaj.

Uwaga redaktora (7/9/20): Ten artykuł został zaktualizowany w świetle przyznania się Światowej Organizacji Zdrowia do potencjalnego przenoszenia aerozoli nowego koronawirusa. Odwrócenie nastąpiło po tym, jak ponad 200 naukowców przyczyniło się do powstania listu otwartego wskazującego na skumulowane dowody na ten rodzaj transmisji. Tekst został wcześniej zmieniony 15 maja w celu uwzględnienia nowych informacji o kropelkach rozprzestrzenianych przez rozmowy oraz o ćwiczeniach chóru w stanie Waszyngton, które spowodowały zachorowania u wielu osób.