Fomiti aerosolizzati: COVID-19 e virus influenzali possono diffondersi nell’aria sulla polvere

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I virus dell’influenza possono diffondersi nell’aria su polvere, fibre e altre particelle microscopiche, secondo una nuova ricerca dell’Università della California, Davis e della Icahn School of Medicine a Mt. Sinai.

I risultati, con ovvie implicazioni per la trasmissione del coronavirus e per l’ influenza , sono stati pubblicati il ​​18 agosto su  Nature Communications .

“È davvero scioccante per la maggior parte dei virologi ed epidemiologi che la polvere trasportata dall’aria, anziché le goccioline espiratorie, possa trasportare il virus dell’influenza in grado di infettare gli animali”, ha affermato il professor William Ristenpart del Dipartimento di ingegneria chimica della UC Davis, che ha contribuito a guidare la ricerca.

“Il presupposto implicito è sempre che la trasmissione per via aerea avvenga a causa delle goccioline respiratorie emesse dalla tosse, dagli starnuti o dal parlare.

La trasmissione attraverso la polvere apre nuove aree di indagine e ha profonde implicazioni sul modo in cui interpretiamo gli esperimenti di laboratorio e le indagini epidemiologiche sui focolai “.

Fomiti e virus dell’influenza

Si pensa che il virus dell’influenza si diffonda attraverso diverse vie, comprese le goccioline espirate dalle vie respiratorie o su oggetti secondari come le maniglie delle porte o i tessuti usati.

Questi oggetti secondari sono chiamati fomiti. Eppure si sa poco su quali percorsi siano i più importanti. La risposta potrebbe essere diversa per diversi ceppi di virus influenzale o per altri virus respiratori, inclusi i coronavirus come SARS-CoV2.

Nel nuovo studio, la studentessa laureata in ingegneria della UC Davis Sima Asadi e Ristenpart hanno collaborato con i virologi guidati dalla dott.ssa Nicole Bouvier al Monte. Sinai per vedere se minuscole particelle non respiratorie che chiamano “fomiti aerosolizzati” potrebbero trasportare il virus dell’influenza tra le cavie.

Utilizzando un misuratore di particelle automatizzato per contare le particelle sospese nell’aria, hanno scoperto che le cavie non infette emettono picchi fino a 1.000 particelle al secondo mentre si muovono nella gabbia.

Le particelle emesse dalla respirazione degli animali erano a una velocità costante, molto inferiore.

Le cavie immunitarie con il virus dell’influenza dipinto sulla loro pelliccia potrebbero trasmettere il virus attraverso l’aria ad altre cavie sensibili, dimostrando che il virus non doveva provenire direttamente dalle vie respiratorie per essere infettivo.

Infine, i ricercatori hanno testato se le fibre microscopiche di un oggetto inanimato potessero trasportare virus infettivi. Hanno trattato i tessuti facciali di carta con il  virus dell’influenza , li hanno lasciati asciugare, quindi li hanno accartocciati davanti al misuratore automatico delle particelle.

L’accartocciamento dei tessuti ha rilasciato fino a 900 particelle al secondo in un intervallo di dimensioni che potrebbero essere inalate, hanno scoperto. Sono stati anche in grado di infettare le cellule da queste particelle rilasciate dai tessuti di carta contaminati dal virus.


Trasmissione di COVID-19: stabilità sulle superfici

L’evidenza riporta che COVID-19 inquina in modo significativo l’aria e l’ambiente dalle superfici dell’ambiente costruito dal flusso di aerosol (Dietz et al., 2020; Ong et al., 2020; Rothan e Byrareddy, 2020). Le stime attuali del contagio per ogni persona infetta (nota come Ro) vanno da 1,5 a 3,9 persone (Du et al., 2020; Q. Li et al., 2020; Riou e Althaus, 2020), o anche più di 6,5 (Guo et al. ., 2020; Liu et al., 2020). Mentre all’interno dell’ambiente costruito è compreso tra 5 e 14 ((Poon e Peiris, 2020; Zhang et al., 2020).

Una trasmissibilità simile a quella di altri β-coronavirus, come SARS-CoV (Ro = 2,2-3,6) e il valore Ro stimato di MERS-CoV è 2,0-6,7 (Lipsitch, 2003; Majumder et al., 2014; L. Wang et al., 2020). Da alcuni studi pubblicati, la Ro è stimata per due virus moderatamente trasmissibili, i coronavirus della sindrome respiratoria acuta grave da 2 a 4, l’influenza A (H1N1) pdm09 da 1,4 a 1,6 a 2 e l’HIV da 2 a 5, e per due virus altamente trasmissibili, il vaiolo Ro 4-10 e morbillo 12-18 (Baldo et al., 2016; Fraser et al., 2004).

Si conclude quindi che dall’inizio dell’epidemia il Ro è 2,38 e secondo alcuni studi attuali fino a 5,7 (Li et al., 2020; Wu et al., 2020), il che indica che il SARS-CoV-2 ha una trasmissibilità sostenuta relativamente alta.

Si dice che SARS-CoV-2 sia ancora più contagioso (ma per fortuna meno fatale) di SARS-CoV. Il virus ha livelli intermedi di potenziale di trasmissione sia respiratorio che fecale-orale secondo un modello che misura la percentuale di disturbo intrinseco (PID) delle proteine ​​di membrana (M) e nucleocapside (N) nei virus (Goh et al., 2012, 2020a ).

Lo strumento principale utilizza la tecnologia AI per riconoscere il disturbo intrinseco, data la sequenza proteica. Il modello si basa sulla premessa che i virus che rimangono in ambienti ostili richiedono gusci più duri, cioè meno disordinati, per sopravvivere (Goh et al., 2019).

Inoltre, livelli più elevati di disturbo dello strato interno potrebbero essere associati a una maggiore infettività, specialmente rispetto ai virus con alto potenziale di trasmissione respiratoria (Goh et al., 2020b, 2020c, 2013).

La prova del ruolo protettivo dei gusci esterni è vista in un’ampia varietà di virus. I virus a trasmissione sessuale (p. Es., HIV, HSV-2, HCV) hanno PID dallo strato esterno superiore (Goh et al., 2019, 2020b, 2015; Goh et al., 2019).

Inoltre, i virus noti per durare a lungo nell’ambiente, come il virus del vaiolo, hanno un PID basso dello strato esterno. SARS-CoV-2 è molto raro con uno degli strati protettivi esterni più duri (PID M = 6%) tra i coronavirus (Goh et al., 2020a).

È probabile che questa particolarità sia responsabile del suo alto livello di contagio, poiché la durezza del suo strato esterno potrebbe fornire al virus una maggiore resistenza alle condizioni esterne al corpo e nel fluido corporeo, poiché lo strato più duro proteggerà meglio il virione dai danni .

Come risultato dell’ambiente ostile e dell’azione degli enzimi digestivi presenti nei fluidi corporei. La capacità di SARS-CoV-2 di rimanere infettivo al di fuori del corpo per un periodo più lungo di SARS-CoV potrebbe significare che richiede meno particelle virali per maggiori possibilità di infezione.

Di conseguenza, è probabile che il corpo infetto sia in grado di rimuovere più particelle infettive che hanno maggiori probabilità di infettare una persona per tutta la vita. Tutto ciò potrebbe spiegare non solo l’elevata diffusione del COVID-19, ma anche la capacità di questo virus di diffondersi anche prima che il paziente inizi a mostrare i sintomi.

Il meccanismo mediante il quale il virus acquisisce una maggiore virulenza attraverso il disturbo del mantello interno deriva dalla capacità della proteina virale di legarsi in modo promiscuo alla proteina ospite. Questa capacità fornisce una rapida replicazione di proteine ​​e particelle virali (Goh et al., 2019, 2020b, 2020a, 2020c, 2016).

La stabilità dei virus nell’ambiente è essenziale nell’analisi del rischio. La temperatura è stato il fattore più studiato ed è riconosciuto come il più influente.

L’alta temperatura provoca una più rapida inattivazione virale, il contrario accade con la bassa temperatura, i virus possono sopravvivere per lunghi periodi di tempo (Dublineau et al., 2011; Pinon e Vialette, 2018).

Il virus trasmesso dal sangue e dai fluidi corporei come il virus dell’immunodeficienza umana (HIV) ha il potenziale per essere utilizzato come vettore, circondato da un alto carico organico e dal suo involucro scorrevole, che protegge i componenti virali interni dagli effetti della disidratazione e che ha un alto potenziale per rimanere vitale per lunghi periodi.

Sono riportate la persistenza dell’HIV su una superficie di vetro da 30 a 35 ore fino a intervalli più ampi di 4-8 settimane e la sopravvivenza dell’HIV per diversi giorni in cadaveri conservati refrigerati o non refrigerati. Vi è una sostanziale perdita di virus infettivo endogeno nei campioni di plasma a temperatura ambiente per più di 3 ore o pochi dopo la venipuntura.

La sopravvivenza ambientale dei virus è particolarmente influenzata dall’umidità relativa e può variare notevolmente. Nonostante il suo lungo tempo di sopravvivenza, non ci sono prove note che l’HIV possa essere trasmesso attraverso fomiti contaminati, sebbene la possibilità di tale rischio non possa essere esclusa (Valtierra, 2008; Van Bueren et al., 1994).

Alcuni altri virus si trasmettono facilmente per via aerosol come il virus dell’influenza e il coronavirus, la loro persistenza come potenziale infettivo è stabile negli aerosol fini per periodi di tempo prolungati.

Questa stabilità è influenzata dall’esposizione a fattori di stress ambientali, come l’umidità relativa. In particolare per il virus dell’influenza, il potenziale di persistere sulle superfici per ore in cali fisiologici dipende dall’umidità relativa (RH), bassa RH e alta RH in condizioni fresche, secche o umide e piovose, facilitando la sopravvivenza del virus e l’UR intermedio diminuisce la stabilità del virus.

Piccole fluttuazioni di temperatura, pH e salinità migliorano o riducono la stabilità e la sua trasmissione. Temperature più fredde migliorano la sopravvivenza e la trasmissione del virus.

Esiste un’interazione significativa tra particolato e temperatura media, mentre la relazione tra il livello di ozono e l’incidenza dell’influenza era indipendente dalla temperatura (Kormuth et al., 2019; Sooryanarain and Elankumaran, 2015; Xu et al., 2013).

I virus dell’influenza possono sopravvivere per circa 24-72 ore su superfici dure non porose come acciaio inossidabile e plastica e fino a 12 ore su superfici porose come tessuti e carta a 28 ° C e livelli di umidità dal 35% al ​​40% As oltre alle banconote, ha una vitalità che va da due ore a cinque giorni.

Il virus dell’influenza è stato trovato in oltre il 50% dei fomiti e delle mani a contatto su diverse superfici nelle case e negli asili nido (Valtierra, 2008; Organizzazione mondiale della sanità, 2017).

La trasmissione di COVID-19 per via aerea avviene in 2 modi diversi e non richiede alcun contatto fisico: spruzzi di goccioline prodotte da tosse, starnuti o parlando (la vocalizzazione emette una “nuvola” di aerosol impercettibile) che colpisce direttamente un soggetto suscettibile o depositato su una superficie o inalando aerosol con particelle virali che possono durare nell’aria per ore (Asadi et al., 2020; N. Zhu et al., 2020).

Un rapporto ha dimostrato la presenza di particelle di virus SARS-CoV-2 nei sistemi di ventilazione in un ospedale che serve pazienti con COVID-19. Trovare particelle virali in questi sistemi è più coerente con l’ipotesi dell’esistenza di una nube di gas turbolenta come mezzo di trasmissione della malattia rispetto a COVID-19 (Bourouiba, 2020; Ong et al., 2020); pertanto, l’OMS consiglia al personale sanitario ea chiunque di tenersi a una distanza di 3 piedi (1 m) e 6 piedi da una persona infetta (WHO, 2020b).

Il Center for Disease Control and Prevention raccomanda uno spazio di 6 piedi (2 m). Tuttavia, queste distanze non stimano la scala temporale e la persistenza su cui viaggia la nuvola e il suo carico patogeno, generando così un intervallo sottovalutato di potenziale esposizione per un operatore sanitario o una persona sana.

Le maschere protettive e di controllo della sorgente, così come altri dispositivi di protezione, devono avere la capacità di resistere ripetutamente al tipo di nuvola di gas turbolenta che può essere espulsa durante uno starnuto o una tosse e l’esposizione al virus (Bourouiba, 2020).

L’ambiente costruito funge da vettore di contatto delle superfici per l’infezione da COVID-19, poiché il virus può sopravvivere per ore su superfici come i fomiti, ma un semplice disinfettante può eliminarlo (Lai et al., 2020).

La letteratura indica che i coronavirus possono rimanere per ore o giorni a seconda delle caratteristiche fisiche delle superfici: superfici in plastica 6,8 ore (emivita = 15,9 h), rame (3,4 h), cartone (8,45 h) e acciaio inossidabile 5,6 ore ( emivita = 13,1 ore) e inferiore sotto forma di aerosol da 1,1 a 1,2 ore (2,7 ore); tuttavia, la sopravvivenza all’aerosol è stata determinata al 65% di umidità relativa (Kampf et al., 2020; van Doremalen et al., 2020). Il virus COVID-19 non resiste a temperature superiori a 26 ° C, ma può sopravvivere per circa 5-10 minuti sulla pelle, da sei a 12 ore in materiali plastici, 12 ore in metallo (Nazari Harmooshi et al., 2020).

Allo stesso modo, la via fecale-orale è segnalata come una probabile via di trasmissione del virus, poiché è presente nelle feci (Xiao et al., 2020).

Le precauzioni da prendere per rallentare la diffusione dell’infezione da COVID-19 includono: lavarsi le mani per almeno 20-30 secondi con acqua e sapone o disinfettanti per le mani a base di alcool al 60-80% e implementare protocolli di pulizia per le superfici mediante disattivazione chimica delle particelle virali ( Kampf et al., 2020; Ong et al., 2020).

La trasmissione dell’aerosol SARS-CoV-2 è ben documentata, mentre la trasmissione attraverso le fomiti attraverso superfici abiotiche per via fecale-orale; tuttavia questi meccanismi devono essere considerati.

Le politiche sociali di allontanamento e confinamento attualmente attuate date le dinamiche spaziali di diffusione del virus SARS-CoV-2 sono di vitale importanza; tuttavia altre vie di trasmissione meno conosciute dovranno essere prese in considerazione e indirizzate per ridurre la diffusione di questo virus, in particolare le misure che devono essere prese durante la permanenza all’interno delle aree del costruito.

Fattori ambientali e loro influenza sull’infezione da COVID-19

 Qualità dell’aria

Al di là degli effetti dell’allontanamento sociale, la pandemia COVID-19 mostra un modo per ottenere un cambiamento ambientale positivo. Viene individuata la riduzione delle emissioni di gas serra, dovuta al calo dell’attività industriale e delle raffinerie; così come l’uso di veicoli e sistemi di trasporto è notevolmente diminuito ( He et al., 2020 ).

In Asia, Europa e America, i livelli di inquinamento atmosferico sono in calo in diverse città, in particolare le concentrazioni di biossido di azoto (NO2), particolato di diametro inferiore a 2,5 μm (PM), carbonio nero (CN). Inoltre, sono state osservate una riduzione del PM10 (da −28 a −31,0%) e un aumento delle concentrazioni di ozono (O3) di circa il 50% ( Tobías et al., 2020 ).

I satelliti della NASA e del Copernicus Atmosphere Monitoring Service dell’Agenzia spaziale europea (ESA) hanno documentato una significativa riduzione dell’inquinamento atmosferico nelle principali città del mondo.

Si prevede che durante 2 mesi di miglioramento della qualità dell’aria nella sola Cina, migliaia di bambini e anziani potrebbero essere salvati. Una simile riduzione del 20-30% dell’inquinamento nelle principali città del mondo potrebbe generare significativi benefici per la salute ( Dutheil  et al. , 2020; Nelson, 2020 ).

Data la magia e l’illusione degli effetti ambientali positivi di COVID 19 che potrebbero essere percepiti, c’è anche la controparte. Man mano che l’economia si riapre, frenando le attività inquinanti e l’emissione di gas serra e particelle associate a malattie respiratorie, queste avranno un impatto negativo a lungo termine dalla pandemia Covid-19 nelle grandi città.

COVID-19 e particelle atmosferiche

Esistono prove scientifiche che mostrano un’elevata correlazione tra la presenza di ozono (O3), anidride solforosa (SO2), biossido di azoto (NO2) e particelle fini nell’induzione dell’iperespressione delle interleuchine proinfiammatorie (Kurai et al., 2018; Perret et al. al., 2017). L’NO2 è un marker comune di inquinamento atmosferico / attività industriale, associato a morbilità e mortalità (He et al., 2020).

Gli individui di qualsiasi fascia di età, comprese le persone sane che si trovano in aree con alti livelli di inquinamento atmosferico a lungo termine, sono maggiormente a rischio di sviluppare malattie respiratorie croniche e infettive.

Le particelle fini di 2,5 mm di diametro (PM 2,5) sospese nell’aria hanno una maggiore possibilità di penetrare nel tratto respiratorio inferiore, portando allo sviluppo di uno stimolo infiammatorio progressivo e cronico caratterizzato da un’eccessiva produzione di muco e da disfunzione dell’epitelio ciliare (prima difesa meccanismo nel tratto respiratorio) e inducono modificazioni persistenti del sistema immunitario, che rendono gli individui più propensi a sviluppare gravi malattie respiratorie e infezioni virali (Yu Cao et al., 2020; Conticini et al., 2020; Martelletti e Martelletti, 2020; Tsai et al., 2019).

È stato ipotizzato che il virus SARS-COV-2 abbia la capacità di legarsi al PM e in condizioni di stabilità atmosferica migliora la sua persistenza nell’atmosfera, per la presenza dell’RNA di questo virus in dette particelle, favorendone la diffusione attraverso il aria (McNeill, 2020), poiché è stato segnalato il ruolo dell’esposizione a breve termine con PM e trasmissione di COVID-19 (Y. Zhu et al., 2020); tuttavia, uno studio in Italia riporta che la concentrazione di PM e i casi di infezione da virus COVID-19 non sono evidenti, pertanto non è possibile concludere che il meccanismo di diffusione di COVID-19 avvenga anche attraverso l’aria, utilizzando PM come vettore ( Bontempi, 2020; Setti et al., 2020).

Tuttavia, la valutazione del PM come fattore di stress cronico che rende la popolazione più vulnerabile a un’epidemia è stata rafforzata da più studi. L’esposizione cronica agli inquinanti atmosferici può rappresentare un fattore di rischio nel determinare la gravità della sindrome di Covid-19 e l’elevata incidenza di eventi fatali (N. Chen et al., 2020; Dutheil et al., 2020; D. Wang et al., 2020; F. Wu et al., 2020).

Viene riportata una correlazione tra l’alto livello di contaminazione (particelle con un diametro di esposizione inferiore a 2,5μm (PM 2,5) e il tasso di mortalità del caso nel nord Italia (Conticini et al., 2020).

Mentre la cronicità dell’Esposizione agli inquinanti atmosferici NO2, O3, PM 2.5 e PM10 era significativamente correlata alla diffusione dei casi (mortalità) del virus Covid-19 nelle province italiane, il tasso di mortalità variava dal 18% (Fattorini e Regoli, 2020).

Questo ci permette di concludere che esistono ancora studi per stabilire i fattori che influenzano le vie di diffusione e trasmissione del virus SARS-COV-2, come la valutazione delle caratteristiche geofisiche e climatiche delle aree di studio e la relazione tra il dinamica delle popolazioni e loro rapporto con gli inquinanti atmosferici.

Nonostante le informazioni fornite da questi studi sulla correlazione tra l’esposizione a particelle derivate dall’inquinamento atmosferico, è prioritario considerare l’impatto che il coinvolgimento respiratorio porta sull’infezione da COVID-19 a lungo termine, verso la prevalenza di infezioni e processi infiammatori cronici. ; queste implicazioni devono essere determinate per la proposta di una futura politica ambientale.

Un vantaggio inaspettato può essere fornito per aiutare a capire come la salute ambientale può essere alterata, attraverso una migliore regolamentazione ambientale dalla tecnologia. Una considerazione speciale in futuro sarà l’identificazione degli effetti della riduzione dell’inquinamento atmosferico dalle diverse fonti di emissione che sarà un punto di partenza per valutare altre politiche di qualità dell’aria.

Indicatori climatici e COVID-19

In particolare, oltre alla trasmissione da persona a persona, i parametri meteorologici (temperatura, velocità del vento e umidità) sono classificati come i principali predittori di malattie respiratorie infettive in base alla vitalità, alla trasmissione e al raggio di diffusione del virus.

Ciò rivela una possibile associazione tra l’accumulo di inquinanti atmosferici e la combinazione di fattori meteorologici specifici che promuovono una maggiore permanenza di particelle virali nell’aria e la loro diffusione, in particolare per l’infezione da COVID-19 (Frontera et al., 2020; van Doremalen et al., 2020).

È stato stimato che la temperatura ambiente e la qualità dell’aria siano correlate alla diffusione di COVID-19. La temperatura media è correlata all’elevato rischio di trasmissione del virus (con una soglia di 3 ° C, quando la temperatura è <3 ° C) (Tosepu et al., 2020; Xie e Zhu, 2020).

Un numero limitato di studi ha dimostrato che l’umidità e la temperatura probabilmente influenzano l’attività e la trasmissibilità del COVID-19 (Nazari Harmooshi et al., 2020).

Nella provincia di Hubei in Cina, la bassa umidità relativa e la temperatura diurna hanno avuto un impatto maggiore sull’infezione da COVID-19, mentre la temperatura giornaliera estrema ha influenzato negativamente questo virus (Liu et al., 2020; Pirouz et al., 2020).

Quando si parla di mortalità da COVID-19, anche le condizioni meteorologiche potrebbero contribuire al declino. A Wuhan, in Cina, è stato riportato che la variazione di temperatura, l’umidità e la velocità del vento influenzano la mortalità e il numero del caso COVID-19 (Chen et al., 2020; Şahin, 2020).

La riduzione di un’unità nell’intervallo di temperatura diurna aumenta il rischio di casi di COVID-19 e di morte di 2,92 volte. D’altra parte, l’aumento di 1 unità di temperatura come umidità assoluta era correlato alla diminuzione della morte da questo virus (Ma et al., 2020). Pertanto, l’aumento della mortalità da COVID-19 può anche essere correlato a una minore umidità in inverno.

A seguito dell’analisi delle associazioni tra condizioni meteorologiche, inquinamento atmosferico e infezione da COVID-19, vengono proposte teorie relative alla distribuzione della popolazione e alla presenza della malattia.

Alcuni ricercatori propongono che l’epidemia potrebbe diminuire gradualmente a causa dell’aumento delle temperature nei prossimi mesi. Mentre altri suggeriscono la possibilità che questa malattia diventi stagionale durante i mesi autunno-inverno (Hellewell et al., 2020; Maier e Brockmann, 2020).

Nel frattempo, è imperativo rafforzare ulteriormente le misure di prevenzione contro la potenziale trasmissione; pertanto, è necessario un rigoroso rispetto del confinamento, del lavaggio delle mani e dell’igiene personale per registrare una minore incidenza di COVID-19 e mortalità.

link di riferimento: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7426221/


Ulteriori informazioni:  Sima Asadi et al, Il virus dell’influenza A è trasmissibile tramite fomiti aerosolizzati,  Nature Communications  (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-17888-w

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