Nuove prove sulla diffusione aerea del coronavirus da una persona su un autobus cinese scarsamente ventilato

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Una persona su un autobus cinese scarsamente ventilato ha infettato quasi due dozzine di altri passeggeri con il coronavirus anche se molti non erano seduti nelle vicinanze, secondo una ricerca pubblicata martedì che offre nuove prove che la malattia può diffondersi nell’aria.

Le autorità sanitarie avevano inizialmente scartato la possibilità che la semplice respirazione potesse inviare micro-goccioline infettive nell’aria, ma hanno fatto un’inversione a U mentre gli esperti accumulavano pressione e le prove aumentavano.

L’articolo pubblicato martedì su  JAMA Internal Medicine  sonda la minaccia di infezione per via aerea osservando da vicino i passeggeri che hanno fatto un viaggio di 50 minuti a un evento buddista nella città cinese orientale di Ningbo a bordo di due autobus a gennaio prima che le maschere per il viso diventassero una routine contro il virus.

I ricercatori ritengono che un passeggero, il cui sesso non è stato identificato, era probabilmente il paziente zero perché la persona era stata in contatto con persone di Wuhan, la città in cui il contagio è emerso alla fine dell’anno scorso.

Gli scienziati sono riusciti a mappare dove sedevano gli altri passeggeri e anche a testarli per il virus, con 23 passeggeri su 68 successivamente confermati come infetti sullo stesso autobus.

Ciò che è degno di nota è che la malattia ha infettato le persone nella parte anteriore e posteriore dell’autobus, al di fuori del perimetro di 1-2 metri (tre-sei piedi) che le autorità e gli esperti dicono che le goccioline infettive possono viaggiare.

Inoltre, il passeggero malato non mostrava ancora i sintomi della malattia, come la tosse, quando il gruppo si è recato a un evento religioso.

I ricercatori hanno anche notato che l’aria condizionata faceva semplicemente ricircolare l’aria all’interno dell’autobus, il che probabilmente ha contribuito alla diffusione del virus.

“Le indagini suggeriscono che, in ambienti chiusi con ricircolo d’aria, SARS-CoV-2 è un patogeno altamente trasmissibile”, hanno scritto, riferendosi al nome del virus.

“La nostra scoperta di una potenziale trasmissione per via aerea ha un importante significato per la salute pubblica”.

Il loro studio, che include un diagramma che mostra dove sedeva ogni passeggero infetto, si aggiunge alle prove della trasmissione per via aerea, compresa la ricerca su come il virus si è diffuso tra i tavoli dei commensali in un ristorante nella città meridionale cinese di Guangzhou.


La diffusione globale di COVID-19 ci sta insegnando quanto poco sappiamo del virus SARS-CoV-2. Ad esempio, i meccanismi attraverso i quali quella malattia virale si diffonde da persona a persona e l’importanza relativa dei diversi percorsi di infezione rimangono incerti.

È generalmente accettato che il virus SARS-CoV-2 possa essere trasmesso da una persona infetta ad altri sia per contatto diretto che per trasmissione per via aerea, ma c’è meno accordo sulla natura specifica di tale diffusione per via aerea.

Le implicazioni di tale incertezza sono significative e vanno dalle decisioni sulla necessità e sulla natura del “distanziamento sociale” alle raccomandazioni per scelte appropriate di protezione respiratoria per gli operatori sanitari e altri.

Il virus COVID-19 si diffonde principalmente attraverso goccioline di saliva o secrezioni nasali (“goccioline mucosalivari”) emesse quando una persona infetta tossisce, starnutisce, parla o respira [1,2].

Le prove degli studi da camera e dei modelli di fluidodinamica computazionale forniscono prospettive su quel processo. Durante la normale respirazione e il linguaggio, le particelle vengono emesse da un meccanismo che coinvolge lo “scoppio di un film fluido” nelle piccole vie aeree, che porta all’emissione di particelle di diametro ≤ 1 µm [3].

Al contrario, le esalazioni “esplosive” più intense associate a starnuti, tosse, urla e canti ad alto volume producono un numero maggiore di particelle molto più grandi [4]. La figura 1 mostra numeri e dimensioni progressivamente maggiori delle particelle emesse all’aumentare del volume del discorso.

Durante uno starnuto vengono emessi numeri molto maggiori e dimensioni molto maggiori di goccioline, fino a 500 µm [4]. Si dovrebbe anticipare che un numero simile di goccioline di grandi dimensioni risulterebbe dalla tosse e dal canto “a gola piena”.

Pertanto, si dovrebbe notare che in alcune situazioni la maggior parte delle goccioline emesse sono grandi (cioè 5–500 µm), mentre altre situazioni producono per lo più goccioline molto più piccole (<1 µm).

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Figura 1.
Questa figura proviene da Asadi S, Wexler AS, CAppa CD, Barreda S, Bouvier SM, Ristenpart WD. L’emissione e la superemissione di aerosol durante il linguaggio umano aumentano con il volume della voce (https://doi.org/10.1038/s41598-019-38808-z). Rapporti scientifici 2019; 9: 2348 Questo articolo è distribuito con licenza Creative Commons Attribution 4.0 International License http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ Non sono state apportate modifiche a questa immagine.

Le diverse dimensioni delle goccioline aerosol influiscono direttamente sulla loro trasmissione. A causa delle forze gravitazionali, le particelle più grandi tendono a depositarsi vicino alla loro sorgente, con velocità di sedimentazione proporzionali al quadrato dei diametri aerodinamici delle particelle [5].

Più sono grandi, più velocemente cadono. In generale, ci si aspetta che goccioline> 5 µ si depositino entro 1–2 m dalla sorgente di emissione. Questa aspettativa è alla base della raccomandazione che il distanziamento sociale richiede un minimo di 1–2 m, una distanza ritenuta sufficiente per evitare il contatto diretto con le emissioni di goccioline aerosolizzate.

Tuttavia, come notato sopra, molte goccioline aerosolizzate sono in realtà particelle più piccole, che tendono a depositarsi più lentamente, rimangono in volo più a lungo e si disperdono più ampiamente. Inoltre, ci sono prove che l’emissione di goccioline, sia dal linguaggio che dalla tosse, è influenzata dalla turbolenza dell’aria che spinge e trasporta le goccioline più lontano di quanto ci si aspetterebbe altrimenti nell’aria ferma [2]. Pertanto, una distanza sociale di 1-2 m può proteggere dalla diffusione virale dovuta al linguaggio civile, ma non a causa di urla o canti, tosse o starnuti.

Inoltre, le goccioline d’acqua tendono ad evaporare rapidamente: goccioline ≤1 µm evaporano in pochi millisecondi; goccioline di 10 µm evaporano in meno di un secondo; ma goccioline di grandi dimensioni, con diametri ≥100 µm, possono sopravvivere “quasi un minuto” [5,6]. Quando evaporano, le goccioline diventano “nuclei di goccioline”, particelle secche che possono includere virus e altri agenti patogeni e che tendono a rimanere sospese nell’aria e sono quindi distribuite su un’area più ampia.

Poiché la velocità di evaporazione è direttamente correlata all’umidità e alla temperatura ambiente, la formazione e la dispersione dei nuclei delle goccioline dipende dalle condizioni ambientali. Condizioni più calde e più umide portano alla persistenza più lunga di goccioline più grandi, che a sua volta si traduce in una dispersione meno ampia delle particelle contenenti virus. Ciò potrebbe spiegare l’osservazione che la diffusione delle infezioni respiratorie virali è maggiore durante gli inverni freddi e secchi che durante le estati calde e umide.

Date le varie combinazioni di condizioni ambientali e caratteristiche del paziente, le nuvole emesse di goccioline portatrici di patogeni possono viaggiare fino a 7–8 m [2]. Inoltre, in un recente studio sperimentale NIH, goccioline contenenti COVID aerosol <5 µm sono rimaste in volo per almeno 3 ore, la durata delle osservazioni sperimentali [7]. Pertanto, ci sono ragioni per dubitare dell’adeguatezza della tradizionale distanza sociale di 1-2 m.

Ulteriore complessità è aggiunta dalle osservazioni secondo cui le infezioni da COVID possono essere diffuse anche dall’inquinamento atmosferico da particolato. Due serie di osservazioni molto recenti, entrambe ancora in fase di pre-pubblicazione, supportano questa possibilità. Nel primo, i ricercatori della Harvard School of Public Health hanno valutato le associazioni tra i livelli ambientali di PM2,5 e i tassi di mortalità COVID negli Stati Uniti.

Un piccolo aumento del PM2,5 è stato associato a un grande aumento dei tassi di mortalità per COVID-19: l’entità di tale aumento è stata “20 volte quella osservata per il PM2,5 e la mortalità per tutte le cause” [8].

Il secondo studio, una collaborazione di ricercatori di diverse università italiane, ha determinato la presenza di RNA virale SARS-CoV-2 in campioni di PM10 ottenuti in un periodo di 3 settimane a Bergamo, vicino all’epicentro dell’epidemia COVID in Italia.

Questi autori hanno concluso che avevano “ragionevolmente dimostrato la presenza” dell’RNA virale in quei campioni [9]. Mentre entrambi i rapporti sono ancora in attesa di pubblicazione formale e la scoperta di RNA virale non indica necessariamente la presenza di virus vitali, entrambi gli studi sollevano preoccupazioni sulla possibile distribuzione diffusa nell’aria di COVID-19, come è stato segnalato in precedenza per morbillo, influenza aviaria e altre malattie virali [9].

Infine, c’è la questione dell’infettività. Esistono prove più che sufficienti della diffusione interpersonale dell’infezione da COVID attraverso la trasmissione per via aerea. Un recente rapporto sugli sfortunati risultati di una pratica corale nello Stato di Washington porta a casa questo punto. Sessanta cantanti si sono riuniti per le loro prove settimanali in una contea semi-rurale dove non erano stati precedentemente rilevati casi di COVID. Tutti hanno riferito di essere stati in buona salute quel giorno. Sono stati forniti disinfettanti per le mani.

I cantanti erano consapevoli di prendere le distanze da se stessi ed hanno evitato “i soliti abbracci e strette di mano”. Nessuno tossiva, starnutiva o sembrava malato. Tuttavia, entro 3 settimane a 45 dei cantanti era stata diagnosticata la COVID e due erano morti [10]. Questo straordinario esempio di “super diffusione” interpersonale è spiegato al meglio dalla maggiore trasmissione aerosol derivata dal canto entusiasta. E la diffusione a così tante persone, nonostante le distanze, sostiene che la trasmissione non era dovuta unicamente alla dispersione localizzata di goccioline, ma più probabilmente a una più ampia dispersione dei nuclei delle goccioline aerosolizzate.

Queste osservazioni e risultati sollevano la preoccupazione che COVID-19 possa diffondersi ampiamente tramite goccioline aerosolizzate. Ciò, a sua volta, pone altre due domande che richiedono risposte. In primo luogo, la scoperta dell’RNA COVID indica la presenza di virus vitali o solo i resti di virus non vitali?

In altre parole, non è ancora noto se una così ampia dispersione nell’aria porterà necessariamente a una maggiore diffusione dell’infezione. In secondo luogo, se gli aerosol correlati a COVID fini sono infettivi, qual è la protezione respiratoria più appropriata per gli operatori sanitari e altri soggetti con una probabile esposizione?

Sebbene non sia ancora determinato per COVID, questa domanda è stata studiata per altre infezioni respiratorie virali (inclusi i coronavirus).

Una meta-analisi appena pubblicata ha considerato quattro studi randomizzati di controllo di maschere mediche rispetto ai respiratori N95 per la prevenzione delle infezioni respiratorie virali confermate in laboratorio negli operatori sanitari esposti. Sebbene le prove siano state giudicate “basse certezze”, l’analisi non ha riscontrato alcun vantaggio significativo di N95 rispetto alle maschere mediche [11].

Sebbene prematuri per trarre conclusioni definitive, questi risultati suggeriscono che il contributo delle particelle aerosolizzate alla diffusione infettiva della malattia respiratoria virale può essere limitato. Speriamo che questo sia vero per COVID.

Riferimenti

1. World Health Organization. Coronavirus 2020. https://www.who.int/health-topics/coronavirus#tab=tab_1 (4 May 2020, date last accessed).

2. Bourouib L. Turbulent gas clouds and respiratory pathogen emissions: potential implications for reducing transmission of COVID-19. J Am Med Assoc 2020. doi:10.1001/jama.2020.4756. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

3. Asadi S, Wexler AS, Cappa CD, Barreda S, Bouvier NM, Ristenpart WD. Aerosol emission and superemission during human speech increase with voice loudness. Sci Rep 2019;9:2348. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

4. Han ZY, Weng WG, Huang QY. Characterizations of particle size distribution of the droplets exhaled by sneeze. J R Soc Interface 2013;10:20130560. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

5. Jones RM, Brosseau LM. Aerosol transmission of infectious disease. J Occup Environ Med 2015;57:501–508. [PubMed] [Google Scholar]

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7. van Doremalen N, Bushmaker T, Morris DH et al. . Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. N Engl J Med 2020;382:1564–1567. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

8. Wu X, Nethery RC, Sabath B, Craun D, Dominici F. Exposure to air pollution and COVID-19 mortality in the United States. medRxiv 2020. doi:10.1101/2020.04.05.20054502. [CrossRef] [Google Scholar]

9. Setti L, Passarini F, DeGennaro G et al. . SARS-Cov-2 RNA found on particulate matter of Bergamo in northern Italy: first preliminary evidence. medRxiv 2020. doi:10.1101/2020.04.15.20065995. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]

10. Read R. A choir decided to go ahead with rehearsal. Now dozens of members have COVID-19 and two are dead. Los Angeles Times 2020. https://www.latimes.com/world-nation/story/2020-03-29/coronavirus-choir-outbreak (4 May 2020, date last accessed). [Google Scholar]

11. Bartoszko JJ, Farooqi MAK, Alhazzani W, Loeb M. Medical masks vs N95 respirators for preventing COVID-19 in healthcarae workers: a systematic review and meta-analysis of randomized trials. Influenza Other Respi Viruses 2020. doi:10.1111/irv.12745. [PMC free article] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]


More information: Ye Shen et al. Community Outbreak Investigation of SARS-CoV-2 Transmission Among Bus Riders in Eastern China, JAMA Internal Medicine (2020). DOI: 10.1001/jamainternmed.2020.5225

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