Gli aerosol sono la via di super diffusione
Cantare in casa senza maschera può diffondere rapidamente il COVID-19 tramite particelle microscopiche aerodisperse note come aerosol…. lo conferma un nuovo studio peer-reviewed di una prova del coro di marzo che è diventato uno dei primi eventi di superspreading della nazione.
“Questo studio documenta in modo molto dettagliato che l’unica spiegazione plausibile per questo evento di superdiffusione è stata la trasmissione tramite aerosol. L’aria condivisa è importante perché puoi inalare ciò che qualcun altro ha espirato anche se è lontano da te “, ha detto Shelly Miller, autrice principale dello studio e professore di ingegneria meccanica.
Il 10 marzo a Skagit Valley, Washington, una persona con lievi sintomi di COVID-19 ha assistito a un coro di 2,5 ore al chiuso.
Nelle settimane successive, più di 50 altre persone che partecipavano a quelle prove avrebbero contratto la malattia – quasi tutti quelli che erano presenti – e due morirono.
Poiché i partecipanti avevano preso precauzioni per disinfettare ed evitare di toccarsi, gli scienziati sospettavano che la causa fosse la trasmissione di aerosol, non gocce più grandi sputate nell’aria o superfici infette.
Il nuovo documento, pubblicato questa settimana sulla rivista Indoor Air, lo conferma.
Quel giorno i membri del corale erano seri riguardo alla loro musica e alla loro salute. Non si toccarono, toccarono poche superfici condivise, aprirono le porte e usarono disinfettante per le mani.
Poche persone condividevano lo stesso bagno della persona infetta e molti che non lo utilizzavano si sono ammalati.
Tuttavia, non indossavano maschere.
Intervistando il corale attraverso un rappresentante su ciò che è accaduto quel giorno e calcolando il tasso di infezione sulla base dei dettagli delle prove e di ciò che si sa sul virus SARS-CoV-2 , i ricercatori concludono che semplicemente non c’erano abbastanza opportunità per goccioline e superfici infette, note come fomiti, per trasmettere il virus al numero di persone che si sono ammalate in seguito.
Ma una scarsa ventilazione nello spazio interno ha portato ad un accumulo di aerosol prodotti dai cantanti e il calore prodotto dai cantanti stessi ha mescolato l’aria all’ interno della stanza.
C’erano anche molti cantanti presenti e le prove sono state lunghe.
“L’inalazione di aerosol respiratorio infettivo da ‘aria condivisa’ è stata la principale modalità di trasmissione”, ha detto Jose-Luis Jimenez, coautore dello studio, professore di chimica e collega presso l’Istituto cooperativo di ricerca in scienze ambientali (CIRES) .
I ricercatori hanno scoperto che abbreviare il tempo di prova nell’evento Skagit Valley da 2,5 ore a 30 minuti avrebbe ridotto il tasso di infezione dall’87% al 12%.
Indossare maschere, migliorare la ventilazione, utilizzare purificatori d’aria portatili e provare per metà della durata combinata avrebbe potuto ridurre il numero di persone infette da 52 a solo 5, in una successiva analisi utilizzando uno strumento ampiamente disponibile sviluppato da Jimenez, Miller e colleghi basato sullo studio.
Questo evento di grande diffusione si è verificato all’inizio della pandemia, quando non c’erano casi noti nella contea di Skagit.
Le aziende stavano appena iniziando a chiudere negli Stati Uniti e i funzionari della sanità pubblica stavano appena iniziando a discutere se le maschere fossero necessarie. Gli aerosol, pezzi galleggianti di fluidi corporei molto, molto più piccoli delle goccioline che possono anche trasportare il nuovo coronavirus, non potrebbero essere responsabili del COVID-19 , hanno affermato l’Organizzazione mondiale della sanità (OMS) e i Centers for Disease Control (CDC). Lavati le mani e stai a sei piedi di distanza, hanno detto.
Ma dopo aver saputo dell’epidemia nello stato di Washington, Miller non era convinto.
“Il canto è noto per rilasciare elevate quantità di aerosol”, ha detto Miller.
Da marzo, si sono verificati anche altri eventi di superdiffusione del coro nei Paesi Bassi, Austria, Canada, Germania, Inghilterra, Corea del Sud, Spagna e Francia.
Il nuovo studio offre una nuova visione di come si sono verificati quei focolai e cosa si può fare per rendere più sicure le future prove corali.
Gli autori raccomandano di condurre pratiche corali all’aperto quando possibile durante la pandemia COVID-19 e di gestire con attenzione qualsiasi evento di canto al chiuso, poiché il canto può generare grandi quantità di virus aerosol se qualcuno dei cantanti è infetto.
Una migliore ventilazione che attira più aria esterna e la pulizia dell’aria, che rimuove gli aerosol contenenti virus dall’aria, possono essere utili per ridurre la diffusione di infezioni trasmesse dall’aria in qualsiasi spazio interno, ma cantando con maschere e a distanze superiori a 2 metri l’una dall’altra sono anche molto importanti.
Miller e i suoi colleghi ricercatori hanno presentato per la prima volta i loro risultati a giugno, ma gli aerosol non sono ancora apertamente riconosciuti dall’OMS e dal CDC come un’importante via di trasmissione per SARS-CoV-2.
“La ricerca si aggiunge al corpo schiacciante di prove che la trasmissione di aerosol sta giocando un ruolo importante nel guidare questa pandemia e soprattutto per gli eventi di diffusione”, ha detto Jimenez.
La recente pandemia di una nuova malattia infettiva (malattia da coronavirus [COVID-19]) correlata alla sindrome respiratoria acuta grave coronavirus 2 (SARS-CoV-2) (4) evidenzia l’importanza di comprendere la generazione e il destino delle goccioline create da tosse e starnuti e altre procedure generatrici di aerosol (AGP), in modo da fornire una base scientifica per varie misure preventive utilizzate per limitare la trasmissione dell’infezione. Questo lavoro non è stato precedentemente pubblicato o presentato in forma astratta.
Starnuto L’
irritazione delle mucose del naso o della gola produce una profonda inspirazione seguita dalla depressione del palato molle e dell’ugola palatina con elevazione della parte posteriore della lingua che chiude parzialmente il passaggio alla bocca. L’aria esplode improvvisamente attraverso i polmoni con forza variabile, espellendo muco contenente particelle estranee o irritanti dalla cavità nasale.
Tosse La
stimolazione delle fibre nervose sensoriali (rami del nervo vago) localizzate nell’epitelio ciliato delle vie aeree superiori e dei rami cardiaci ed esofagei dal diaframma per infezione, infiammazione o irritazione provoca tosse (5).
Gli impulsi afferenti da queste fibre sensoriali viaggiano verso il midollo dove sono coordinati nel centro della tosse. La via efferente dell’arco riflesso coinvolge impulsi che viaggiano dal centro della tosse attraverso i nervi motori vago, frenico e spinale al diaframma, alla parete addominale e ai muscoli (5).
Gli input afferenti al tronco cerebrale vengono anche trasmessi alle regioni cerebrali superiori, dove gli input sono integrati nei nuclei pontini, subcorticali e corticali (6). Le regioni cerebrali corticali motorie e premotorie possono iniziare volontariamente una tosse discendendo percorsi che possono bypassare i centri integrativi del tronco cerebrale (7).
La manovra di tosse comprende un’inalazione profonda iniziale seguita da una fase di compressione, in cui la contrazione dei muscoli della parete toracica, del diaframma e della parete addominale insieme alla chiusura della glottide produce un rapido aumento della pressione intratoracica.
Nella successiva fase espiratoria, la glottide si apre improvvisamente e l’elevata pressione intratoracica generata durante la compressione favorisce un flusso d’aria espiratorio iniziale elevato (fino a 12 L / s) che scompone il muco in goccioline più piccole ed è accompagnato dal suono della tosse (8 ).
L’interazione tra il flusso di gas e il muco nelle vie aeree potrebbe essere modellata come un flusso bifase gas-liquido, ovvero il trasporto simultaneo di gas e liquido nello stesso tubo (9).
La formazione di goccioline nel tratto respiratorio avviene probabilmente mediante tre meccanismi (Figura 1). Il primo meccanismo è l’instabilità causata dallo stress da taglio sull’interfaccia muco-aria dall’elevato flusso d’aria espiratorio generato durante la tosse, che rimuove il muco dalle vie aeree e lo scompone in goccioline più piccole.
La compressione delle vie aeree crea ondate di muco e le sollecitazioni di taglio dovute all’elevato flusso d’aria fanno sì che piccole goccioline si staccino dalla cresta di queste onde. Lo spessore dello strato di muco, le sue proprietà viscoelastiche e la tensione superficiale all’interfaccia muco-aria influenzano la velocità dell’aria critica richiesta per iniziare l’instabilità.
Tale taglio interfacciale ha il suo picco all’interno della trachea dove il flusso d’aria è il più alto (10). In secondo luogo, la compressione dinamica delle vie aeree da parte di un’elevata pressione intratoracica le fa vibrare con le pareti che si avvicinano l’una all’altra. Questa compressione comprime e scioglie il muco e favorisce l’espulsione di materiale estraneo dalle vie aeree.
Anche la vibrazione delle corde vocali e la vocalizzazione contribuiscono alla generazione di goccioline (2, 3). Il terzo meccanismo probabilmente opera durante la normale respirazione di marea quando le forze di taglio fornite dal flusso d’aria respiratorio sono insufficienti per indurre instabilità e la formazione di goccioline respiratorie probabilmente si verifica con la riapertura delle vie aeree terminali collassate all’inizio dell’inspirazione (Figura 1) (10, 11).
Figura 1.
Schema che mostra il sito di origine e i meccanismi di generazione di goccioline dal tratto respiratorio. Adattato su autorizzazione da riferimento 10.
Figura 1.Il contenuto e le dimensioni delle goccioline espulse da una persona infetta dipendono in gran parte dal sito di origine. La cavità orale produce goccioline più grandi (di dimensioni ∼100 μm) durante la parola e la tosse, mentre goccioline più piccole (1 μm) hanno origine nei bronchioli durante la respirazione normale e nella laringe durante il parlare e la tosse (Figura 1) (12-14).
La dimensione delle goccioline tosse è stata segnalata essere compresa tra 0,62 e 15,9 μm (dimensione modalità media 8,35 μm) in un report (11), ma la distribuzione delle dimensioni delle particelle potrebbe essere alterata dalla presenza di infezioni virali (15).
In diverse indagini, il numero di goccioline prodotte da varie attività (tosse, starnuti, respirazione, fonazione, ecc.) È molto variabile (16-18). Utilizzando un metodo di diffusione della luce laser, è stato stimato che 1 minuto di conversazione ad alta voce produce migliaia di goccioline di fluido dalla cavità orale al secondo; di questi, almeno 1.000 nuclei di goccioline contengono virioni e, nelle condizioni dell’esperimento, potrebbero rimanere in volo per più di 8 minuti (19).
In particolare, i pazienti infettati dal virus dell’influenza hanno espirato particelle di aerosol contenenti particelle virali infettive più frequentemente dopo la tosse che dopo un’espirazione forzata (20). Gli individui che producono quantità molto più elevate di aerosol infettivi possono avere maggiori probabilità di diffondere l’infezione ed essere responsabili dell ‘”effetto di super diffusione” in cui un individuo è responsabile dell’infezione di un numero insolitamente elevato di individui suscettibili (17, 21).
Altri fattori da considerare nella diffusione delle infezioni virali respiratorie sono la frequenza degli eventi respiratori, la concentrazione virale nel fluido espirato e il suo volume e la durata dell’esposizione a un individuo infetto (17).
Poiché la respirazione e il parlare si verificano più frequentemente della tosse e degli starnuti, potrebbero avere un ruolo importante nella trasmissione delle infezioni virali, soprattutto da individui infetti asintomatici.
Le goccioline più grandi si depositano rapidamente, mentre i piccoli nuclei delle goccioline trasportate dall’aria vengono trasportati su distanze maggiori dal flusso d’aria (22). La distanza percorsa dalle goccioline dipende dalla forza con cui una persona tossisce o starnutisce. Grandi goccioline respiratorie contenenti agenti patogeni come l’influenza possono viaggiare di circa 6 piedi quando una persona malata tossisce o starnutisce (23-25).
L’aerosol espulso dalla bocca durante un colpo di tosse non emerge come goccioline individuali ma come un getto con un vortice principale (25) che ha proprietà simili a quelle di un soffio da un inalatore a dose misurata pressurizzato (26, 27) e può penetrare in un impressionante distanza nell’aria ambiente circostante prima di dissiparsi definitivamente (28).
Pertanto, le emissioni di tosse e starnuti contengono goccioline di varie dimensioni sospese in una nuvola galleggiante turbolenta multifase (29). La turbolenza spazza le particelle più piccole e i vortici all’interno della nuvola risospendono le particelle in modo che si depositino più lentamente, con alcune particelle che viaggiano per più di 8 piedi orizzontalmente nell’aria (28, 29).
Inoltre, goccioline più piccole potrebbero spruzzare 13-20 piedi verticalmente nell’aria, che è teoricamente abbastanza alta da entrare e viaggiare attraverso i sistemi di ventilazione a soffitto in alcuni edifici (29).
La maggior parte della trasmissione di goccioline si verifica probabilmente a distanza ravvicinata a causa della diluizione e dell’inattivazione dei virus per periodi più lunghi e distanze maggiori. Nei flussi di espirazione respiratoria, si prevede che le goccioline di grandi dimensioni comprese tra 60 e 100 μm evaporino completamente prima di percorrere 2 m (30).
Queste goccioline di grandi dimensioni vengono trasportate più lontano quando vengono espulse ad alta velocità, ad esempio con la tosse e gli starnuti. Il tempo impiegato dalle particelle per cadere sul pavimento dipende dalla loro dimensione; ad esempio, particelle di diametro 100 μm impiegano circa 10 secondi, mentre si stima che particelle di diametro 10 μm impieghino 17 minuti a cadere sul pavimento e particelle di diametro da 1 a 3 μm potrebbero rimanere sospese quasi indefinitamente (31) . È stato suggerito che goccioline infettive trasportate più lontano dal flusso d’aria di un condizionatore d’aria abbiano trasmesso SARS-CoV-2 tra i commensali ai tavoli adiacenti in un ristorante (32).
Trasmissione per via aerea di virus respiratori mediante tosse I
virus respiratori si trasmettono in più modalità, compreso il contatto e per trasmissione aerea (Figura 2) (33). Il virus SARS-CoV-2 si diffonde principalmente per trasmissione di goccioline, ma in uno studio sperimentale è stato riportato che dura fino a 4 ore su superfici in rame, 24 ore su cartone e 2-3 giorni su superfici meno porose come plastica e acciaio inossidabile acciaio (34).
Queste superfici contaminate potrebbero essere una potenziale fonte di trasmissione ad altri individui che toccano lo stesso oggetto o superficie e poi si toccano la bocca, il naso o gli occhi. La trasmissione indiretta, attraverso oggetti contaminati in un centro commerciale in Cina, è stata probabilmente responsabile di un gruppo di casi di COVID-19 (35).
Figura 2.
Illustrazione per mostrare varie vie di trasmissione. Per la trasmissione per contatto, una persona infetta può trasferire secrezioni respiratorie cariche di virus tramite (A) contatto fisico diretto o (B) indirettamente. Se una persona infetta starnutisce o tossisce e le goccioline si depositano o se ha il virus sulle mani per aver toccato il viso o soffiato il naso e poi tocca un oggetto o una superficie, quell’oggetto o superficie funge da deposito per il contagio. Quando un altro individuo tocca lo stesso oggetto o superficie su cui è presente il virus e poi tocca la bocca, il naso o gli occhi, il virus viene trasmesso a queste superfici mucose. La modalità più comune di diffusione dei virus respiratori è la trasmissione di goccioline respiratorie (C). Goccioline cariche di virus (generate da tosse, starnuti, o parlando) vengono proiettati da una persona infetta direttamente sulle superfici mucose di un ospite. Le goccioline respiratorie sono più grandi e generalmente cadono a terra dopo aver percorso brevi distanze. La trasmissione dell’infezione può anche avvenire indirettamente dopo che le goccioline infette si sono depositate se un ospite tocca la superficie contaminata e poi tocca la loro faccia. (C) La trasmissione per via aerea si verifica quando le goccioline respiratorie fini cariche di virus rimangono vitali nell’ambiente e vengono inalate da un individuo suscettibile. Questa trasmissione può avvenire direttamente per inalazione di goccioline fini espulse da (C) una persona infetta o (D) durante le procedure che generano aerosol su un individuo infetto. Le goccioline più grandi espulse dalla tosse o dagli starnuti evaporano, e questi nuclei di goccioline più piccoli e più secchi contenenti microrganismi infettivi (pannello inferiore) rimangono sospesi nell’aria per lunghi periodi. Potenzialmente possono depositarsi nel tratto respiratorio inferiore dopo essere stati inalati. I nuclei di goccioline più grandi che si depositano dall’aria possono potenzialmente essere risospesi dopo che le loro dimensioni diminuiscono per evaporazione, in combinazione con un’attività generatrice di aerosol come fare un letto o togliere i dispositivi di protezione individuale.
Figura 2.Gli acidi nucleici virali, e in alcuni casi virus vitali, sono stati rilevati negli aerosol ambientali nelle strutture sanitarie (36-38). Un pennacchio di aria contaminata in aumento, probabilmente a causa dell’aspirazione creata da una ventola di scarico, è entrato in un condotto dell’aria e si è pensato che fosse responsabile di un’epidemia di SARS-CoV-1 a Hong Kong (39).
Alcune prove preliminari supportano la trasmissione aerea del virus SARS-CoV-2 (40-42). Santarpia e colleghi hanno raccolto campioni di aria e superficie dalle stanze di pazienti con COVID-19 e hanno trovato RNA virale nell’aria sia all’interno che all’esterno delle stanze e sulle griglie di ventilazione (40).
Un altro studio di Singapore (41) non ha trovato SARS-CoV-2 in campioni d’aria in stanze di isolamento in un centro epidemico. Hanno riportato le più alte concentrazioni di virus nei servizi igienici e risultati positivi dai fan delle prese d’aria. Un’altra indagine a Wuhan, la città nell’epicentro dell’epidemia originale in Cina, ha rilevato anche una concentrazione nell’aria bassa o non rilevabile di SARS-CoV-2, ma ha registrato un’elevata concentrazione nell’aria del virus all’interno di servizi igienici mobili (42).
È interessante notare che hanno riportato una maggiore concentrazione di SARS-CoV-2 nell’aria nei campioni iniziali provenienti dalle aree del personale medico e hanno proposto che il virus fosse aerosol mentre si toglievano i dispositivi di protezione individuale (PPE) (42). La maggior parte degli studi di campionamento ambientale ha riportato il rilevamento di RNA virale, ma pochi studi hanno dimostrato un recupero di virus vitale, il che limita l’interpretazione del rischio di trasmissione per via aerea. Le particelle del virus SARS-CoV-2 sono state rilevate nell’aria per una media di circa 2,7 ore nelle condizioni di un esperimento che potrebbe non aver riflesso accuratamente la produzione di goccioline da tosse e starnuti (34).
Le prove attuali non stabiliscono un’efficace diffusione del virus SARS-CoV-2 per via aerea tra gli individui.
Al momento in cui scriviamo, l’opinione dell’Organizzazione mondiale della sanità è che SARS-CoV-2 si trasmette per goccioline respiratorie e per contatto, e il virus potrebbe diffondersi nell’aria durante procedure o trattamenti che generano aerosol (43).
Meccanismi di deposizione di particelle nel tratto respiratorio
L’aria che respiriamo contiene particelle di varie dimensioni. Dopo l’inalazione delle particelle di virus presenti nell’aria, il naso filtra efficacemente le particelle più grandi inalate. Tuttavia, l’orofaringe non è un filtro efficace come il naso e le particelle più piccole hanno un’alta probabilità di penetrare nel tratto respiratorio inferiore (44, 45).
Pertanto, la respirazione dalla bocca aumenta la dose di particelle respirabili nel polmone rispetto alla respirazione dal naso. Sebbene il naso sia un filtro efficace per la maggior parte delle particelle di grandi dimensioni, la dimensione ottimale delle particelle che consente il deposito nel tratto respiratorio è difficile da definire con precisione a causa del diametro variabile quando le goccioline viaggiano attraverso l’aria. Sono stati proposti vari valori limite, con alcuni autori che propongono un diametro ≤5 μm come limite, ma particelle di ≤20 μm possono essiccare per formare nuclei di goccioline (46). Al contrario, la maggior parte delle particelle di diametro> 20 μm non si depositano nel tratto respiratorio inferiore (47).
La massa delle particelle inalate, il loro diametro e la loro forma determina la velocità con cui si depositano sulle superfici delle vie aeree (44, 45, 47).
Le caratteristiche più importanti delle particelle sono la dimensione geometrica (d) e la densità (ρ) perché queste caratteristiche determinano l’inerzia della particella e la velocità di trasporto. Le sfere che hanno la stessa velocità di trasporto mostrano lo stesso comportamento aerodinamico e modelli di deposizione simili nel polmone.
La Tabella 1 mostra alcuni termini comunemente usati relativi alla deposizione di aerosol nel tratto respiratorio e la Figura 3 mostra i meccanismi coinvolti nella deposizione di particelle nel tratto respiratorio (44).
Tabella 1.
Terminologia comunemente usata per descrivere le caratteristiche degli aerosol
| Parametro | Abbreviazione | Commenti |
|---|---|---|
| Diametro aerodinamico | AD | L’AD è il diametro di una sfera fittizia di densità unitaria (1 g cm −3 ) che ha la stessa velocità gravitazionale (sedimentazione) nello stesso gas della particella reale. |
| AD = d (sg) 1/2 ; dove sg = ρparticella / ρacqua. | ||
| Per particelle di densità unitaria, l’AD è lo stesso del diametro fisico. | ||
| Diametro aerodinamico mediano di massa | MMAD | L’MMAD divide la distribuzione delle dimensioni dell’aerosol a metà in massa. È il diametro al quale metà della massa delle particelle di aerosol è contenuta in particelle di diametro maggiore e l’altra metà in particelle di diametro minore. |
| Geometrico SD | GSD | GSD è una misura della dispersione delle dimensioni delle particelle all’interno di un aerosol. Il GSD è il rapporto tra il diametro mediano e il diametro a ± 1 DS dal diametro mediano. In un grafico di distribuzione cumulativa dell’AD e della massa delle particelle, il GSD è calcolato come il rapporto tra il diametro mediano e il diametro al 15,9% della scala di probabilità, o il rapporto del diametro all’84,1% sulla scala di probabilità rispetto al diametro mediano. Gli aerosol con GSD ≥ 1,22 sono considerati polidispersi. |
Figura 3.
Schema che mostra i meccanismi di deposizione di particelle inalate nel polmone. Entrando nella cavità nasale o orale, le particelle si depositano per impatto, miscelazione turbolenta, sedimentazione e movimento browniano a seconda delle loro dimensioni. Le particelle di diametro aerodinamico> 5 μm hanno maggiori probabilità di depositarsi per impatto nell’orofaringe e di essere ingerite, mentre le particelle di diametro <5 μm hanno il maggior potenziale di deposizione polmonare. Le particelle tra 4 e 5 μm si depositano principalmente nelle vie aeree bronchiali / conduttrici, mentre le particelle più piccole rimangono sospese nel flusso d’aria e penetrano nelle vie aeree periferiche e negli alveoli. Nella periferia del polmone, una significativa riduzione della velocità del flusso d’aria consente alle particelle di depositarsi prevalentemente per sedimentazione, con la gravità che le fa “piovere” e si depositano. La maggior parte delle particelle tra 0. 1 e 1 μm si diffondono per moto browniano e si depositano quando entrano in collisione con la parete delle vie aeree. Più lungo è il tempo di permanenza nelle vie aeree periferiche più piccole, maggiore è la deposizione da processi di sedimentazione e movimento browniano. Le particelle inalate che non si depositano vengono espirate. Adattato su autorizzazione da riferimento 80.
Figura 3.Le caratteristiche fisiche della particella (p. Es., Massa e forma), il flusso di gas in cui la particella viene trasportata, il modello respiratorio del paziente, la velocità fornita alla particella (p. Es., Da un propellente) e l’anatomia delle vie aeree (soprattutto la presenza dell’ostruzione delle vie aeree) determinano la posizione del deposito di particelle all’interno delle vie aeree (44, 45, 47).
La velocità del flusso inspiratorio influenza la deposizione di aerosol, con inspirazioni lente e profonde che favoriscono una penetrazione più profonda nel polmone e inspirazioni veloci mirate alla regione tracheobronchiale per la deposizione. Allo stesso modo, la malattia polmonare influenza la deposizione di particelle, con una maggiore deposizione nel sito delle vie aeree ostruite e una ridotta deposizione nelle vie aeree distali rispetto al sito dell’ostruzione (44, 45).
Il rischio di infezione per l’ospite suscettibile causato dalle goccioline inalate dipende dalla quantità del patogeno e dal suo sito di deposizione. La dimensione dei virus varia da 0,02 a 0,3 μm e quella dei batteri da 0,5 a 10 μm nella loro forma nuda (2). Durante la respirazione di marea, le particelle virali possono essere contenute in particelle fini (48, 49).
L’analisi delle particelle di aerosol della tosse umana ha rilevato che il 35% dell’RNA influenzale rilevato era contenuto in particelle> 4 μm di diametro aerodinamico, il 23% in particelle 1-4 μm e il 42% in particelle <1 μm, in modo tale che gran parte del L’RNA virale era contenuto all’interno di particelle respirabili con il potenziale di depositarsi nei polmoni (50).
La carica virale all’interno delle goccioline influenza la probabilità di trasmettere l’infezione dopo l’inalazione. La probabilità che una goccia contenga almeno un virione dipende dal suo volume idratato iniziale. Per COVID-19, il carico medio di RNA del virus nel fluido orale è stato stimato essere 7 × 106 copie / ml (51), ma alcuni pazienti possono avere un titolo molto più alto (52).
Con questo livello di infezione, c’è una probabilità del ∼37% che una goccia di 50 μm di diametro prima della disidratazione contenga almeno un virione (19, 51) e questa probabilità è ridotta di 100 volte nelle goccioline con un diametro di 10 μm . Sebbene pochissime particelle trasportino effettivamente agenti patogeni (3), il numero di particelle piccole supera di gran lunga il numero di goccioline di dimensioni maggiori.
Nell’espirazione espirata, che ha particelle più piccole di quelle della tosse e degli starnuti, la PCR quantitativa ha rilevato un numero maggiore di copie dell’influenza nella frazione fine (<5 μm) rispetto alla frazione grossolana (> 5 μm) (49). Questa osservazione suggerisce che la dose infettiva dell’influenza tramite aerosol può essere inferiore a quella con goccioline grandi a causa della maggiore probabilità che particelle fini si depositino nel tratto respiratorio inferiore (49).
Allo stesso modo, i soggetti infettati dall’influenza hanno espulso goccioline sottili (conteggio del diametro mediano, 0,57–0,71 μm; SD geometrica, 1,54–1,83) con la tosse e hanno prodotto un numero maggiore di particelle quando tossivano rispetto agli stessi individui dopo che si erano ripresi dal infezione e soggetti sani (53). Inoltre, le particelle di persone infette contengono virioni vitali (20, 49, 50).
L’umidità relativa dell’ambiente interno potrebbe alterare il diametro aerodinamico della particella, il tempo di volo e la vitalità. Knight ha stimato che una particella igroscopica di 1,5 μm aumenta fino a 2,0 μm di diametro al passaggio attraverso il naso ea 4,0 μm nell’aria satura del rinofaringe e del polmone (54).
I microrganismi sono igroscopici e la crescita delle dimensioni delle particelle all’interno delle vie aeree potrebbe aumentare la loro ritenzione nei bronchioli terziari e nei dotti alveolari. Questo cambiamento è particolarmente significativo per gli aerosol virali perché sono altamente infettivi per le vie aeree periferiche del polmone (54).
Altri fattori ambientali interni, oltre all’umidità relativa, che influenzano la trasmissione virale includono la temperatura; ventilazione; la dimensione della stanza; frequenza degli scambi d’aria; turbolenza dell’aria; radiazione ultravioletta (luce solare); contenuti inorganici e organici, come muco o saliva, a cui sono attaccate le particelle; durata dell’esposizione; il tipo di virus; e l’uso di disinfettanti (17, 55–57).
Procedure generanti aerosol e infezioni delle vie respiratorie
Come discusso in precedenza, gli effetti di dispersione del virus nell’aria ambiente dipendono dalla quantità di produzione del virus, dalla dimensione delle particelle delle goccioline generate dal paziente e dalla velocità e distanza del trasporto (57).
Gli AGP come l’intubazione, la broncoscopia, la fisioterapia e l’aspirazione generano potenziali bioaerosol infettivi provocando la tosse (58) e sono associati ad un aumento dei tassi di infezione tra i dipendenti che lavorano nel settore sanitario (59). Al contrario, gli AGP come l’ossigenoterapia, l’uso di cannule nasali umidificate ad alto flusso (HFNC), la ventilazione non invasiva (NIV) e la ventilazione manuale tramite maschera riguardano meno la “generazione” di bioaerosol e più la “dispersione” di bioaerosol più lontani dal paziente (Figura 4). In particolare, le prove che collegano gli AGP alla diffusione di infezioni virali tra gli operatori sanitari sono limitate dalla bassa qualità degli studi (58).
Figura 4.
Illustrazione per mostrare la differenza tra le procedure di “generazione” di aerosol e di “dispersione” di aerosol. A mostra che una piccola quantità di aerosol generati durante la normale respirazione percorre brevi distanze prima dell’evaporazione. B mostra un’esplosione di aerosol generati durante procedure che provocano tosse come aspirazione, intubazione o broncoscopia. In C, la somministrazione di aerosol terapeutici mediante nebulizzatore, ventilazione non invasiva o l’uso di cannule nasali ad alto flusso potrebbero disperdere gli aerosol dal paziente come un getto a una distanza maggiore.
Figura 4.La terapia aerosol aumenta significativamente la concentrazione di aerosol nelle vicinanze del paziente (60, 61). Gli aerosol prodotti dai generatori di aerosol medici non contengono agenti patogeni a meno che il dispositivo aerosol non sia contaminato. Gli inalatori, inclusi gli inalatori a dosaggio dosato pressurizzato, gli inalatori di polvere secca o gli inalatori a nebbia morbida, hanno un basso rischio di contaminazione (62).
Tuttavia, la gamma di farmaci disponibili negli inalatori è limitata e farmaci come antivirali, antibiotici, mucocinetici e prostacicline sono disponibili solo come soluzioni che richiedono la nebulizzazione. Il rischio degli aerosol medici come AGP è, quindi, in gran parte attribuibile al rischio di contaminazione dei nebulizzatori.
In primo luogo, gli operatori sanitari che manipolano i farmaci e il dispositivo possono contaminare i nebulizzatori, ma anche la contaminazione dal design del paziente e del nebulizzatore gioca un ruolo importante. I nebulizzatori a getto di piccolo volume o ad ultrasuoni aperti e posizionati sotto il percorso del gas possono essere contaminati dalle secrezioni del paziente o dai bioaerosol esalati quando sono collegati direttamente all’interfaccia paziente (boccaglio o tubo endotracheale) (62).
Al contrario, i nebulizzatori a rete vibrante generano aerosol tramite piastre a rete che separano il serbatoio del farmaco sigillato dall’interfaccia paziente. Durante la nebulizzazione, l’aerosol deriva dal fluido nella camera del nebulizzatore e non trasporta particelle virali derivate dal paziente. Inoltre, il farmaco residuo che rimane nei nebulizzatori a getto o ad ultrasuoni alla fine del trattamento potrebbe fungere da ambiente di riproduzione per i batteri se il nebulizzatore rimane nel circuito tra i trattamenti.
Negli esperimenti di simulazione che hanno utilizzato il fumo (un aerosol di particelle solide <1 μm), studi in vitro hanno scoperto che HFNC e NIV hanno disperso l’aria espirata, così come altri dispositivi per l’ossigeno, tra cui maschera semplice, maschera Venturi e maschera non-respiratore (63, 64) .
Uno studio randomizzato, controllato e incrociato in pazienti in terapia intensiva con polmonite batterica trattati con una maschera per ossigeno a 8,6 ± 2,2 L / min rispetto a HFNC a 60 L / min e con piastre di sedimentazione posizionate a 0,4 e 1,5 m di distanza ha rilevato che la conta batterica era simile nel campione di aria ambiente con ogni dispositivo (65).
Non è chiaro, tuttavia, se i risultati di questo studio pragmatico sulla trasmissione batterica possano essere applicati alla trasmissione di infezioni virali. Le osservazioni personali (JL) delle concentrazioni di aerosol in prossimità di pazienti con COVID-19 suggeriscono che le masse di aerosol non erano significativamente diverse prima e dopo l’uso di HFNC e sono state ulteriormente ridotte quando una maschera chirurgica è stata posizionata sul viso del paziente.
Anche una simulazione fluidodinamica computazionale ha raggiunto conclusioni simili (66). Tuttavia, se la connessione della cannula nasale è allentata durante HFNC (63), viene utilizzata una maschera ventilata durante la NIV (67), o c’è una grande perdita attraverso la maschera durante la NIV o la ventilazione manuale (68), la porta che perde funziona come un getto che può spruzzare il gas esalato con il virus nell’aria ambiente, con conseguente maggiore distanza di dispersione.
Pertanto, l’uso di una cannula nasale ben aderente (63) e il posizionamento di una maschera chirurgica sul viso del paziente durante l’HFNC (66) aiuta a ridurre la distanza di dispersione dell’aerosol espirato. Durante la NIV, le maschere ventilate dovrebbero essere evitate (67) e il posizionamento di un filtro tra una maschera per NIV non ventilata e la porta di espirazione o tra la sacca del rianimatore e la maschera (68) è raccomandato sia per la NIV che per i rianimatori manuali.
Prevenzione dell’infezione per via aerea da virus
respiratori L’infezione respiratoria potrebbe essere ridotta o eliminata interrompendo la trasmissione del bioaerosol in tre fasi: riducendo il rilascio di agenti patogeni alla fonte, impedendo il trasporto di agenti patogeni per via aerea o al tatto in superficie e proteggendo le persone sensibili. Per ridurre la trasmissione di virus delle vie respiratorie:
1.
Evitare procedure che irritano le vie aeree e provocano tosse violenta o riducono l’esposizione ad aerosol infettivi. L’intubazione in sequenza rapida è preferibile perché la produzione di bioaerosol viene ridotta inibendo gli sforzi respiratori dei pazienti e tossendo con blocco neuromuscolare e sedazione profonda (69, 70).
2.
Se possibile, gli operatori sanitari dovrebbero stare a 6 piedi di distanza dai pazienti infetti, in particolare quando il paziente tossisce o starnutisce. L’aumento della frequenza di scambio d’aria aiuta anche a ridurre la concentrazione di bioaerosol nell’aria ambiente (65).
3.
Istituire barriere per filtrare il virus o ridurre la dispersione del virus, ad esempio posizionando un filtro sulla porta di espirazione del ventilatore meccanico o collegando un filtro alla maschera di ossigeno (ad esempio, maschera di ossigeno HiOx [Novus Medical Inc] o maschera Tavish di Respan ). Con il filtro posizionato sulla porta di espirazione della maschera non-respiratore modificata, la maschera HiOx Oxygen ha ridotto il pennacchio visibile delle goccioline espirate (71).
4.
Nei pazienti che respirano spontaneamente, posizionare una maschera chirurgica sul viso del paziente o utilizzare un tessuto per coprire la bocca o il naso, specialmente durante la tosse, gli starnuti o il parlare, potrebbe ridurre la distanza di dispersione (72) o il carico di virus (73). I sistemi aperti con flusso di gas ad alta velocità, come una maschera per NIV ventilata, dovrebbero essere evitati. Allo stesso modo, quando è necessario scollegare i circuiti di ventilazione invasiva, come cambiare un catetere di aspirazione in linea o cambiare ventilatore, il tubo endotracheale potrebbe essere bloccato e il ventilatore spento prima della disconnessione.
5.
Utilizzare DPI per gli operatori sanitari. Per il controllo e la prevenzione delle infezioni nelle strutture sanitarie, le precauzioni standard come l’igiene delle mani, l’igiene respiratoria e l’uso di DPI sono universalmente raccomandate per ridurre la trasmissione per contatto. Le precauzioni più rigorose sono necessarie per le infezioni che possono diffondersi per via aerea, come richiedere ai pazienti infetti di rimanere in una singola stanza di isolamento per via aerea a pressione negativa (74).
Tutti gli operatori sanitari e i visitatori che entrano nella stanza del paziente devono indossare un respiratore con filtro N95 fit-testato (38, 75, 76). Occhiali / visiere sono anche necessari per AGP che richiedono un contatto intimo (entro 3 piedi) con i pazienti (76, 77). Per gli AGP che possono generare un carico esplosivo di goccioline infettive contenenti virus, come l’esame di intubazione o broncoscopia, i respiratori con purificazione dell’aria, quando disponibili, sono un’alternativa ai respiratori N95 (78).
In tali situazioni, il CDC raccomanda agli operatori sanitari nella stanza di indossare un respiratore N95 o di livello superiore come respiratori con filtro monouso, respiratori con purificazione dell’aria e respiratori elastomerici, con protezione per gli occhi, guanti e un camice (74 ). Idealmente, tali procedure dovrebbero avvenire in una stanza per le infezioni di isolamento aereo.
6. Le
precauzioni contro le goccioline, d’altra parte, sono meno rigorose. I pazienti infetti dovrebbero idealmente essere collocati in stanze singole, ma è accettabile riunire pazienti infettati dallo stesso patogeno. Le maschere chirurgiche sono necessarie quando si lavora a distanza ravvicinata con pazienti infetti. Tuttavia, si sconsiglia un trattamento dell’aria e una ventilazione speciali nelle stanze dei pazienti. I DPI potrebbero essere auto contaminati (42); la positività al virus è risultata maggiore quando i DPI sono stati indossati per periodi più lunghi e dopo che i medici si sono presi cura di molti pazienti mentre indossavano lo stesso DPI (79). Pertanto, sono necessarie precauzioni speciali quando si rimuovono i DPI.
Conclusioni
Tosse e starnuti creano goccioline respiratorie di dimensioni variabili che diffondono infezioni virali respiratorie. Poiché queste goccioline vengono espulse con forza, vengono disperse nell’ambiente e possono essere inalate da un ospite suscettibile. Mentre la maggior parte delle goccioline respiratorie viene filtrata dal naso o si deposita nell’orofaringe, i nuclei delle goccioline più piccole rimangono sospesi nell’aria della stanza e gli individui più lontani dal paziente potrebbero inalarli.
Queste particelle più fini vengono trasportate dal flusso d’aria nei polmoni, dove il loro sito di deposizione dipende dalla loro dimensione e forma ed è governato da vari meccanismi, tra cui impatto, sedimentazione, diffusione browniana, miscelazione turbolenta, intercettazione e precipitazione elettrostatica.
Varie procedure e generatori di aerosol potrebbero anche generare particelle sospese nell’aria. I metodi per la prevenzione delle infezioni virali respiratorie dipendono dalla loro propensione ad essere trasportati in goccioline respiratorie o come nuclei fini di goccioline (trasmissione per via aerea). La trasmissione respiratoria del virus SARS-CoV-2 che causa COVID-19 è principalmente da goccioline respiratorie.
La trasmissione respiratoria di questo virus tramite aerosol non è stata stabilita definitivamente ma è possibile in determinate circostanze. Sono necessarie misure protettive adeguate per prevenire la trasmissione del virus SARS-CoV-2 in vari contesti.
link di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7462404/
Ulteriori informazioni: Marr et al. Trasmissione di SARS-CoV-2 per inalazione di aerosol respiratorio nell’evento di superdiffusione del Corale della valle di Skagit. Aria interna (2020). scholar.colorado.edu/concern/articles/n583xw008
