W rodzinnym mieście Lidii Morawskiej, Brisbane na wschodnim wybrzeżu Australii, przydrożne znaki nadają proste przesłanie: 'Umyj ręce, uratuj życie’. Ona sama nie ma z tym problemu: „Mycie rąk jest zawsze dobrym środkiem” – mówi naukowiec zajmujący się aerozolami, pracujący na Queensland University of Technology. Ale ten znak może być przestarzały.

Połączone linie dowodów wskazują, że SARS-CoV-2, koronawirus odpowiedzialny za pandemię COVID-19, może przechodzić z osoby na osobę w maleńkich kropelkach zwanych aerozolami, które unoszą się w powietrzu i gromadzą się w czasie. Po miesiącach debat na temat tego, czy ludzie mogą przenosić wirusa przez wydychane powietrze, wśród naukowców rośnie zaniepokojenie tą drogą przenoszenia.

6 lipca Morawska i naukowiec zajmujący się aerozolami Donald Milton z Uniwersytetu Maryland w College Park, wspierani przez międzynarodową grupę 237 innych klinicystów, lekarzy chorób zakaźnych, epidemiologów, inżynierów i naukowców zajmujących się aerozolami, opublikowali komentarz1 w czasopiśmie Clinical Infectious Diseases, w którym wzywają społeczność medyczną i władze odpowiedzialne za zdrowie publiczne do uznania możliwości przenoszenia wirusa przez powietrze. Wzywają również do podjęcia środków zapobiegawczych w celu zmniejszenia tego typu ryzyka.

Naukowcy są sfrustrowani faktem, że kluczowe agencje, takie jak Światowa Organizacja Zdrowia (WHO), nie wzięły pod uwagę ich rad w swoich publicznych komunikatach.

W odpowiedzi na komentarz, WHO złagodziła swoje stanowisko. Na konferencji prasowej 7 lipca Benedetta Allegranzi, lider techniczny grupy zadaniowej WHO ds. kontroli zakażeń, powiedziała: „Musimy być otwarci na te dowody i zrozumieć ich implikacje dotyczące sposobów przenoszenia, a także środków ostrożności, które należy podjąć”.

W dniu 9 lipca, WHO wydała naukowy brief na temat przenoszenia wirusów. Utrzymuje ona, że potrzeba więcej badań „biorąc pod uwagę możliwe implikacje takiej drogi przenoszenia”, ale przyznaje, że nie można wykluczyć przenoszenia aerozoli na krótki dystans w zatłoczonych, słabo wentylowanych pomieszczeniach. (WHO powiedziała Nature, że pracowała nad tym briefem od miesiąca, i że nie był on wynikiem komentarza.)

„Wiadomość o przenoszeniu drogą powietrzną jest obecna”, mówi Morawska.

Od miesięcy WHO stanowczo odpierało pomysł, że istnieje znaczące zagrożenie przeniesienia koronawirusa przez aerozole, które mogą gromadzić się w słabo wentylowanych pomieszczeniach i być przenoszone przez prądy powietrzne. Agencja utrzymuje, że wirus rozprzestrzenia się głównie przez skażone powierzchnie oraz przez kropelki większe niż aerozole, które powstają podczas kaszlu, kichania i rozmowy. Uważa się, że podróżują one na stosunkowo krótkie odległości i szybko opadają z powietrza.

Tego typu wytyczne utrudniły wysiłki, które mogłyby zapobiec przenoszeniu drogą powietrzną, takie jak środki, które poprawiają wentylację pomieszczeń zamkniętych i ograniczenia dotyczące zgromadzeń w pomieszczeniach, mówią naukowcy w komentarzu: „Obawiamy się, że brak uznania ryzyka przenoszenia COVID-19 drogą powietrzną i brak jasnych zaleceń dotyczących środków kontroli przeciwko wirusowi przenoszonemu drogą powietrzną będzie miał znaczące konsekwencje: ludzie mogą myśleć, że są w pełni chronieni przez przestrzeganie obecnych zaleceń, ale w rzeczywistości dodatkowe interwencje dotyczące powietrza są potrzebne do dalszego zmniejszenia ryzyka zakażenia.”

Jest to szczególnie ważne teraz, gdy nakazane przez rząd blokady łagodnieją, a firmy otwierają się ponownie. „Aby kontrolować, musimy kontrolować wszystkie środki infekcji”, mówi Morawska, która najpierw skontaktowała się z WHO ze swoimi obawami i opublikowała podsumowanie dowodów2 na początku kwietnia.

Ale ten wniosek nie jest popularny wśród niektórych ekspertów, ponieważ jest sprzeczny z dekadami myślenia o infekcjach układu oddechowego. Od lat 30-tych XX wieku badacze i urzędnicy zajmujący się zdrowiem publicznym ogólnie zdyskontowali znaczenie aerozoli – kropli o średnicy mniejszej niż 5 mikrometrów – w chorobach układu oddechowego, takich jak grypa. Zamiast tego dominuje pogląd, że wirusy oddechowe są przenoszone przez większe kropelki lub przez kontakt z kropelkami, które spadają na powierzchnie lub są przenoszone przez ludzkie ręce. Kiedy SARS-CoV-2 pojawił się pod koniec 2019 roku, zakładano, że rozprzestrzenia się w taki sam sposób jak inne wirusy oddechowe i że przenoszenie drogą powietrzną nie ma znaczenia.

WHO śledzi dostępne dowody i złagodziła swój wcześniejszy sprzeciw wobec pomysłu, że wirus może rozprzestrzeniać się przez aerozole, mówi Allegranzi. Mówi ona, że chociaż WHO przyznaje, że przenoszenie drogą powietrzną jest prawdopodobne, obecne dowody nie potwierdzają tej tezy. Dodaje, że zalecenia dotyczące fizycznej odległości, kwarantanny i noszenia masek w społeczności mogą w pewnym stopniu przyczynić się do kontrolowania przenoszenia aerozoli, jeśli ma ono miejsce.

Odwieczna debata

Dyskusja na temat dróg przenoszenia ma duże znaczenie dla wysiłków mających na celu powstrzymanie rozprzestrzeniania się wirusa. Mniejsze, lżejsze aerozole mogą zalegać i gromadzić się w powietrzu i podróżować na duże odległości na prądach powietrznych. Ale badania sięgające inżyniera Williama Wellsa w latach 30. sugerują, że duże krople wypadają z powietrza w ciągu około 2 metrów.

Gdy pojawił się SARS-CoV-2, urzędnicy służby zdrowia zalecili częste mycie rąk i utrzymywanie fizycznej odległości w celu przerwania dróg przenoszenia kropli i kontaktu. Niektórzy naukowcy i klinicyści twierdzą, że te metody są wystarczające. Kate Grabowski, epidemiolog chorób zakaźnych z Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa w Baltimore, Maryland, twierdzi, że dane dotyczące kontaktów potwierdzają te środki. „Kontakty najwyższego ryzyka to osoby, z którymi dzielisz dom lub przebywasz w zamkniętej przestrzeni przez znaczny okres czasu, co pozwala mi wierzyć, że jest to prawdopodobnie napędzane głównie przez przenoszenie drogą kropelkową”, mówi, chociaż twierdzi, że przenoszenie aerozolu może wystąpić w rzadkich przypadkach.

Ale inni badacze twierdzą, że studia przypadków dużych skupisk wykazały znaczenie przenoszenia drogą powietrzną. Kiedy w mediach pojawiły się informacje o dużej liczbie osób, które zachorowały po spotkaniach w zamkniętych pomieszczeniach, spowodowało to, że Kim Prather, naukowiec zajmujący się aerozolami na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, zaczął kwestionować adekwatność zaleceń amerykańskiego Centrum Kontroli i Prewencji Chorób (CDC), które wzywa ludzi do zachowania odległości 1,8 metra od siebie. Rozprzestrzenianie się wirusa w pomieszczeniach sugerowało, że jest on przenoszony w inny sposób niż zakładały to władze zdrowotne. „Dla chemika atmosfery, którym jestem, jedynym sposobem, aby się tam dostać, jest umieszczenie go w powietrzu i wszyscy oddychają tym powietrzem”, mówi Prather, który dołączył do komentarza. „To jest dymiący pistolet.”

Wielu badaczy zaniepokojonych przenoszeniem drogą powietrzną wskazuje na przykład fatalnej próby chóru, która miała miejsce godzinę drogi od Seattle w stanie Waszyngton, 10 marca. Sixty-one członkowie Skagit Valley Chorale zebrali się na praktykę, która trwała dwie i pół godziny. Pomimo, że przy drzwiach znajdowały się środki odkażające do rąk, a członkowie chóru powstrzymywali się od uścisków dłoni, co najmniej 33 chórzystów zachorowało na SARS-CoV-2, a 2 ostatecznie zmarło. Śledczy doszli do wniosku, że wirus mógł rozprzestrzeniać się w aerozolach wytwarzanych przez śpiew, a także przez „super-emitenta”, który wytwarzał więcej cząstek aerozolu niż jest to typowe, chociaż nie mogli wykluczyć przenoszenia przez przedmioty lub duże krople3.

Ale Morawska wymodelowała warunki panujące w sali prób i twierdzi, że nie ma potrzeby przywoływania idei super-emitenta4. Nieodpowiednia wentylacja, długi czas ekspozycji i śpiew wystarczyły, by wyjaśnić liczbę osób, które się zaraziły. I żadna ilość wentylacji nie mogła zmniejszyć ryzyka do akceptowalnego poziomu na dwuipółgodzinnej próbie, mówi.

W innym przypadku, badacze użyli gazu znacznikowego, aby wykazać, że aerozole przenoszone przez prądy z klimatyzatora w restauracji w Guangzhou, Chiny, były winne epidemii dotykającej dziesięciu gości z trzech różnych rodzin. Żaden z pracowników lub klientów siedzących w pobliżu innych urządzeń klimatyzacyjnych nie został zarażony5.

W międzyczasie pasażer autobusu turystycznego w prowincji Hunan w Chinach zaraził 8 z 49 osób znajdujących się w autobusie. Jedna z nich siedziała w odległości 4,5 metra od osoby zarażonej i wchodziła i wychodziła z autobusu przez inne drzwi. „To wyklucza możliwość kontaktu między sobą lub w bardzo bliskim kontakcie” – mówi Yang Yang, epidemiolog z University of Florida w Gainsville, który jest współautorem raportu w tej sprawie. „Myślę, że jest wystarczająco dużo dowodów, abyśmy byli bardzo zaniepokojeni w środowiskach wewnętrznych, szczególnie w zamkniętych pomieszczeniach”, mówi.

Niebezpieczne kropelki

Studia przypadków mogą dostarczyć poszlak, że aerozole przenoszą wirusa, ale badacze chcą przybijać jak i kiedy to się dzieje. Problemem jest złapanie aerozoli na gorącym uczynku.

Badania laboratoryjne sięgające lat 30-tych i 40-tych XX wieku wykazały, że kropelki wydalane przez rozmowę lub kaszel są większe niż aerozole. Te większe kropelki, o średnicy większej niż 5 mikrometrów, szybko wypadają z powietrza, ponieważ są zbyt ciężkie, aby unieść się na lekkich prądach powietrza.

Ale bardziej czułe eksperymenty malują teraz bardziej złożony obraz, który wskazuje na znaczenie aerozoli jako drogi przenoszenia. W badaniu opublikowanym w maju wykorzystano rozpraszanie światła laserowego do wykrywania kropli emitowanych przez zdrowych ochotników podczas mówienia. Autorzy obliczyli6 , że w przypadku SARS-CoV-2 jedna minuta głośnego mówienia generuje ponad 1000 małych, nasyconych wirusem aerozoli o średnicy 4 mikrometrów, które pozostają w powietrzu przez co najmniej 8 minut. Wnioskują oni, że „istnieje znaczne prawdopodobieństwo, że normalne mówienie powoduje przenoszenie wirusa drogą powietrzną w zamkniętych środowiskach”.

Inne badanie7 opublikowane przez Morawską i jej kolegów jako preprint, które nie zostało jeszcze zrecenzowane, wykazało, że osoby zakażone SARS-CoV-2 wydychały 1,000-100,000 kopii na minutę wirusowego RNA, markera obecności patogenu. Ponieważ ochotnicy po prostu wydychali, wirusowe RNA było prawdopodobnie przenoszone w aerozolach, a nie w dużych kroplach wytwarzanych podczas kaszlu, kichania lub mówienia.

Inne badania laboratoryjne sugerują, że aerozole SARS-CoV-2 pozostają zakaźne dłużej niż aerozole niektórych pokrewnych wirusów oddechowych. Kiedy badacze stworzyli aerozole nowego koronawirusa, aerozole pozostawały zakaźne przez co najmniej 16 godzin i wykazywały większą zakaźność niż aerozole koronawirusów SARS-CoV i MERS-CoV, które powodują odpowiednio zespół ostrej niewydolności oddechowej i zespół oddechowy Bliskiego Wschodu8.

Poza laboratorium o wiele większym wyzwaniem jest wykrycie aerozoli i wykazanie, że mogą one przenosić wirusa. W jednym z badań naukowcy z Wuhan w Chinach wykryli RNA wirusa SARS-CoV-2 w próbkach aerozolu zebranych w szpitalu9. Jednak WHO i inni skrytykowali badania takie jak to, ponieważ wykrywają one tylko wirusowe RNA, a nie zakaźnego wirusa. „Wszyscy ci badacze walczą o znalezienie żywego wirusa” w warunkach klinicznych, mówi Allegranzi. „Kiedykolwiek to zostanie znalezione, będzie to naprawdę bardzo istotne.”

Jednym z problemów, z jakimi borykają się badacze podczas badania żywotności wirusa w aerozolach, jest sposób, w jaki zbierane są próbki. Typowe urządzenia, które zasysają próbki powietrza, uszkadzają delikatną otoczkę lipidową wirusa, mówi Julian Tang, wirusolog z Uniwersytetu w Leicester w Wielkiej Brytanii. „Powoduje to ścinanie otoczki lipidowej, a wtedy próbujemy hodować te wirusy i uzyskujemy bardzo, bardzo niski odzysk” – mówi.

Niektóre badania jednak z powodzeniem zmierzyły żywotność cząstek wirusa przenoszonych przez aerozol. Zespół z Dyrekcji Nauki i Technologii Departamentu Bezpieczeństwa Wewnętrznego USA w Waszyngtonie stwierdził, że warunki środowiskowe odgrywają dużą rolę w tym, jak długo cząstki wirusa w aerozolach pozostają żywotne. SARS-CoV-2 w aerozolu śliny stracił 90% swojej żywotności w ciągu 6 minut ekspozycji na letnie światło słoneczne, w porównaniu do 125 minut w ciemności10. Badanie to sugeruje, że środowiska zamknięte mogą być szczególnie ryzykowne, ponieważ brakuje w nich światła ultrafioletowego, a wirus może się bardziej skoncentrować niż na zewnątrz.

Badacze twierdzą, że pozostaje jedna wielka niewiadoma: ile cząstek wirusa jest potrzebnych do wywołania infekcji? Jest to jeden z powodów, dla których Allegranzi chciałaby zobaczyć randomizowane badania, które wykazałyby, że interwencje mające na celu kontrolę aerozoli rzeczywiście działają. Jednym z przykładów, jak mówi, byłaby próba pokazująca, że ściśle dopasowane maski respiratorów zapewniają lepszą ochronę niż luźniej dopasowane maski medyczne w środowisku opieki zdrowotnej.

Tang, który przyczynił się do komentarza, mówi, że poprzeczka dowodu jest zbyt wysoka w odniesieniu do przenoszenia drogą powietrzną. ” poprosić o dowód, aby pokazać, że to jest przenoszone drogą powietrzną, wiedząc, że bardzo trudno jest uzyskać dowód, że to jest przenoszone drogą powietrzną,” mówi. „W rzeczywistości dowody na przenoszenie drogą powietrzną są teraz tak dobre, że są o wiele lepsze niż dowody na przenoszenie drogą kontaktową lub kropelkową, w przypadku których mówi się o myciu rąk przez wszystkich.”

Ewolucja polityki

W ostatecznym rozrachunku, mówi Morawska, kluczowe jest zdecydowane działanie z góry. „Gdy WHO stwierdzi, że jest to przenoszone drogą powietrzną, wtedy wszystkie organy krajowe pójdą za tym przykładem”, mówi.

W komentarzu w Clinical Infectious Diseases, ona i inni badacze twierdzą, że badania nad SARS-CoV-2 i innymi wirusami silnie sugerują, że przenoszenie SARS-CoV-2 drogą powietrzną jest ważną ścieżką1.

WHO twierdzi, że zwraca uwagę na takie obawy. Będzie ona „nadal badać wszystko, co się pojawia”, mówi Allegranzi. Ale w czerwcu, ona zakwestionowała kwalifikacje tych, którzy napędzają debatę. „Istnieje ten ruch, który uczynił ich głos bardzo głośno, publikując różne dokumenty stanowiska lub dokumenty opinii,” mówi. „Dlaczego nie zadamy sobie pytania … dlaczego te teorie pochodzą głównie od inżynierów, aerobiologów i tak dalej, podczas gdy większość osób zajmujących się kliniką, chorobami zakaźnymi, epidemiologią, zdrowiem publicznym oraz zapobieganiem i kontrolą zakażeń nie myśli dokładnie tak samo? Albo doceniają te dowody, ale nie uważają, że ich rola jest tak znacząca?”

Morawska kwestionuje tę charakterystykę. A lista osób, które przyłączyły się do komentarza ujawnia 40 lekarzy, wirusologów i epidemiologów chorób zakaźnych, wraz z co najmniej 20 naukowcami zajmującymi się aerozolami, którzy pracują bezpośrednio nad transmisją czynników zakaźnych.

Podczas konferencji prasowej 7 lipca, Maria Van Kerkhove, techniczny lider WHO dla COVID-19, powiedziała o komentarzu: „Wielu sygnatariuszy to inżynierowie, co jest wspaniałą dziedziną wiedzy, która dodaje się do rosnącej wiedzy na temat znaczenia wentylacji.”

Rządy na własną rękę rozpoczęły działania mające na celu zwalczanie przenoszenia wirusa drogą powietrzną. W maju wytyczne niemieckiego departamentu zdrowia zmieniły się, aby wyraźnie stwierdzić, że „Badania wskazują, że nowy koronawirus może być również przenoszony przez aerozole … Te jądra kropli mogą pozostawać zawieszone w powietrzu przez dłuższy czas i mogą potencjalnie przenosić wirusy. Dlatego pomieszczenia, w których przebywa kilka osób, powinny być regularnie wietrzone.” CDC nie wspomina o aerozolach lub przenoszeniu drogą powietrzną, ale zaktualizowała swoją stronę internetową 16 czerwca, aby powiedzieć, że bliskość kontaktu i czas trwania ekspozycji są ważne.

Rzecznik brytyjskiej Naukowej Grupy Doradczej ds. Sytuacji Kryzysowych mówi, że istnieją słabe dowody na przenoszenie aerozoli w niektórych sytuacjach, ale grupa mimo to zaleca, „aby środki kontroli przenoszenia obejmowały te, które są ukierunkowane na drogi aerozolowe”. Kiedy Wielka Brytania zrewidowała swoje wytyczne dotyczące dystansu społecznego, doradziła ludziom podjęcie dodatkowych środków ostrożności w sytuacjach, w których nie jest możliwe zachowanie odległości 2 metrów od siebie. Porady obejmują zalecenia dotyczące noszenia maski na twarz i unikania interakcji twarzą w twarz, słabej wentylacji i głośnego mówienia lub śpiewania.

Allegranzi mówi, że panel 35 ekspertów WHO, który weryfikuje pojawiające się dowody, omawiał przenoszenie drogą powietrzną przy co najmniej 4 okazjach, i że WHO współpracuje z aerobiologami i inżynierami w celu omówienia pojawiających się dowodów i opracowania lepszych wytycznych dotyczących wentylacji.

Nie jest to pierwszy raz podczas pandemii, kiedy klinicyści i badacze krytykowali WHO za powolność w aktualizowaniu wytycznych. Wielu z nich już na początku wezwało agencję do uznania, że maski na twarz mogą pomóc w ochronie ogółu społeczeństwa. Jednak WHO nie ogłosiła tego aż do 5 czerwca, kiedy to zmieniła swoje stanowisko i zaleciła noszenie masek z tkaniny, gdy nie jest możliwe zachowanie dystansu społecznego, np. w środkach transportu publicznego i w sklepach. Wiele krajów już wcześniej zalecało lub nakazywało ich stosowanie. W dniu 3 kwietnia CDC wydało zalecenia dotyczące stosowania masek na obszarach, gdzie wskaźniki przenoszenia choroby są wysokie. Dowody potwierdzają te działania: w przeglądzie systematycznym znaleziono dziesięć badań dotyczących COVID-19 i pokrewnych koronawirusów – głównie w placówkach opieki zdrowotnej – które łącznie wykazały, że maski na twarz zmniejszają ryzyko zakażenia11.

Allegranzi przyznaje, że jeśli chodzi o stanowisko WHO w sprawie masek, „poprzednie może było mniej jasne lub bardziej ostrożne”. Mówi, że pojawiające się dowody na to, że osoba zarażona SARS-CoV-2 jest w stanie przekazać wirusa przed wystąpieniem objawów (przedobjawowo) lub bez wystąpienia objawów (bezobjawowo), wpłynęły na decyzję o zmianie wytycznych. Inne badania – zlecone przez WHO – wykazujące, że maski materiałowe na twarz są skuteczną barierą, również były ważnym czynnikiem.

Badacze, którzy przekonują o znaczeniu aerozoli, twierdzą, że rządy i firmy powinny podjąć konkretne kroki w celu ograniczenia tej potencjalnej drogi przenoszenia. Morawska chciałaby zobaczyć zalecenia przeciwko recyrkulacji powietrza w budynkach i przeciwko przeludnieniu; wzywa też do wprowadzenia norm określających efektywne poziomy wentylacji i ewentualnie takich, które wymagają, aby systemy powietrzne filtrowały cząsteczki lub wykorzystywały światło ultrafioletowe do zabijania wirusów przenoszonych drogą powietrzną12.

Allegranzi utrzymuje, że obecne zalecenia WHO są rozsądne. „Jest to zestaw środków ostrożności, w tym higieny rąk, w tym masek, w tym odległości, które są ważne,” mówi. „Niektóre z tych środków będą miały wpływ również na przenoszenie aerozoli, jeśli stanie się to rzeczywistością.