SARS-CoV-2: To… μακρύ εναέριο ταξίδι των ιικών σωματιδίων

Δύο νέες μελέτες αμερικανών ειδικών δείχνουν ότι τα σωματίδια του ιού μπορούν να ταξιδέψουν σε πολύ μεγαλύτερες αποστάσεις από ό,τι νομίζαμε παραμένοντας μολυσματικά, καθώς και ότι περνούν από το ένα δωμάτιο στο άλλο μέσω των συστημάτων εξαερισμού των κτιρίων

Μπορεί στις περισσότερες χώρες, συμπεριλαμβανομένης της δικής μας, να χαλαρώνουν σταδιακά τα μέτρα ενάντια στην κορωνο-πανδημία, τα οποία αποτέλεσαν την καθημερινότητά μας επί δύο συναπτά έτη, ωστόσο, όπως δείχνουν οι αμείλικτοι πανδημικοί αριθμοί (οι οποίοι έχουν πάρει και πάλι την ανιούσα) και όπως αναφέρουν έγκριτοι ειδικοί, ο SARS-CoV-2 ήλθε για να μείνει – θα αποτελεί «σύντροφό» μας ακόμη και όταν η πανδημία θα έχει πλέον τελειώσει, ένα τέλος που σίγουρα δεν έχει έλθει ακόμη. Καθώς λοιπόν ο ιός θα εξακολουθήσει να συμβιώνει μαζί μας, είναι απαραίτητο να φροντίσουμε αυτή η συνύπαρξη να είναι όσο το δυνατόν πιο αγαστή και να μην θυμίζει το «Νύχτες (και μέρες) με τον (ιογενή) εχθρό μου». Ετσι, κάθε νέα μελέτη που μας διαφωτίζει σχετικά με τη συμπεριφορά του SARS-CoV-2 είναι πολύτιμη ώστε να προσαρμόσουμε αναλόγως τη δική μας συμπεριφορά για να έχουμε το… πάνω χέρι στην «επικίνδυνη σχέση» μαζί του.

Σήμερα λοιπόν θα σας παρουσιάσουμε όχι μία αλλά δύο τέτοιες μελέτες – η μία μάλιστα με ελληνική συμμετοχή – που αποτελούν «τέκνα» του ίδιου εργαστηρίου, συγκεκριμένα τoυ Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) το οποίο ανήκει στο υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ. Μελέτες που ρίχνουν φως στη μετάδοση του SARS-CoV-2 τόσο στους εξωτερικούς όσο και στους εσωτερικούς χώρους – ένα ζήτημα που απασχολεί τον καθένα μας και θα συνεχίσει να μας απασχολεί στο μέλλον, αφού κυρίως οι κλειστοί χώροι αποτελούν «πεδίον δόξης λαμπρόν» για τη μετάδοση όλων των ιών, συμπεριλαμβανομένου του πανδημικού κορωνοϊού -, δείχνοντας τον δρόμο προς την υιοθέτηση αποτελεσματικότερων μέτρων προστασίας ώστε να ελαχιστοποιείται ο κίνδυνος μόλυνσης σε χώρους όπως τα γραφεία και τα σχολεία.

Μονοπάτια διάδοσης

Η μία από τις μελέτες, που βασίστηκε σε μοντελοποίηση και η οποία δημοσιεύθηκε πρόσφατα στην επιθεώρηση «International Communications in Heat and Mass Transfer», θέτει υπό αμφισβήτηση προηγούμενα στοιχεία που έδειχναν ότι τα σταγονίδια που εκλύονται από το αναπνευστικό σύστημα των μολυσμένων ατόμων και τα οποία μεταφέρουν τα ιικά σωματίδια ταξιδεύουν για λίγα μόνο μέτρα. Με βάση τα ευρήματά της, τα σταγονίδια κάνουν ένα «ταξίδι» μεγαλύτερο των 60 μέτρων κουβαλώντας το άκρως επικίνδυνο ιο-φορτίο τους που παραμένει μολυσματικό.

Να εξηγήσουμε ότι από πειράματα που διεξήχθησαν ήδη από τη δεκαετία του 1930 είχαν προκύψει δύο «μονοπάτια» ταξιδιού των σταγονιδίων που εκλύονται όταν βήχουμε ή φτερνιζόμαστε. Το πρώτο «μονοπάτι» αφορούσε τα μεγαλύτερα σε μέγεθος και πιο βαριά σταγονίδια, τα οποία μετά την έκλυσή τους πέφτουν γρήγορα στο έδαφος χωρίς να έχουν και πολλή… τύχη να μολύνουν. Το δεύτερο μονοπάτι αφορά τα πολύ μικρά και ελαφρά σταγονίδια, τα οποία μετά την έκλυσή τους στεγνώνουν σχεδόν αμέσως, με αποτέλεσμα να μπορούν να αερομεταφέρονται αλλά χωρίς να είναι μολυσματικά – η έλλειψη υγρασίας καθιστά τους ιούς που περιβάλλονται από έναν λιπιδικό «φάκελο», όπως είναι οι κορωνοϊοί, ανίκανους να μολύνουν.

Τώρα όμως η νέα μελέτη των ειδικών του PNNL οδηγεί σε ένα τρίτο «μονοπάτι» – δείχνει συγκεκριμένα ότι τα μικρά αναπνευστικά σωματίδια μπορούν να παραμείνουν υγρά και αερομεταδιδόμενα για περισσότερο χρόνο και σε μεγαλύτερη απόσταση από ό,τι πίστευαν ως σήμερα οι επιστήμονες.

Οπως εξήγησε σε δελτίο Τύπου ο Λέοναρντ Πιζ, κύριος συγγραφέας της μελέτης, «υπάρχουν αναφορές για άτομα που μολύνθηκαν με κορωνοϊό παρότι το μολυσμένο άτομο βρισκόταν πολύ μακριά τους σε έναν εξωτερικό χώρο ή είχε ήδη βγει πριν από αρκετά λεπτά από έναν εσωτερικό χώρο. Η ιδέα ότι τα ιικά σωματίδια μπορούν να παραμείνουν καλά ενυδατωμένα και έτσι πλήρως μολυσματικά σε σημαντικές αποστάσεις συνάδει με τις παρατηρήσεις του πραγματικού κόσμου».

Ο ρόλος της βλέννας

Η ερευνητική ομάδα του δρος Πιζ επικεντρώθηκε στη βλέννα που καλύπτει τα ιικά σωματίδια τα οποία εκλύονται από τους πνεύμονες με τον βήχα ή το φτέρνισμα. Με βάση τη συμβατική γνώση, τα πολύ μικρά σωματίδια που συνιστούν το αερόλυμα, δηλαδή σωματίδια με διάμετρο μόλις λίγων μικρών εκατομμυριοστών του μέτρου, όπως κάποια από τα σωματίδια που παράγονται από τους πνεύμονες, αφυδατώνονται στην ατμόσφαιρα σχεδόν αμέσως και έτσι καθίστανται αβλαβή. Ωστόσο, σύμφωνα με τα αποτελέσματα των ερευνητών του ΡΝΝL, η βλέννα αλλάζει αυτή την εξίσωση.

Συγκεκριμένα, όπως ανακάλυψε η ερευνητική ομάδα, το «κέλυφος» βλέννας που περικλείει τα αναπνευστικά σωματίδια πιθανότατα μειώνει τον ρυθμό εξάτμισης, γεγονός που αυξάνει τον χρόνο που τα ιικά σωματίδια που βρίσκονται μέσα στα σταγονίδια παραμένουν υγρά. Με δεδομένο ότι οι ιοί με «φάκελο» όπως ο SARS-CoV-2 διαθέτουν ουσιαστικώς ένα περίβλημα λιπιδίων το οποίο πρέπει να παραμένει υγρό ώστε ο ιός να είναι μολυσματικός, είναι επόμενο ότι η βραδύτερη εξάτμιση επιτρέπει στα ιικά σωματίδια να επιτελούν το μολυσματικό έργο τους για μεγαλύτερο διάστημα.

Πόσο είναι όμως αυτό το διάστημα; Κατά τους ερευνητές του PNNL, τα σωματίδια που είναι κλεισμένα μέσα στη βλέννα μπορούν να παραμένουν υγρά έως και επί 30 λεπτά και να ταξιδεύουν ως και επί 61 μέτρα. «Παρότι έχουν προταθεί πολλοί παράγοντες ως μεταβλητές στο πώς εξαπλώνεται η COVID-19, ωστόσο μέχρι τώρα η βλέννα παρέμενε σε μεγάλο βαθμό παραγνωρισμένη» κατέληξε ο δρ Πιζ. Και τώρα, η όχι και τόσο… ελκυστική βλέννα αποδεικνύεται «πρωταγωνίστρια» της κορωνο-μετάδοσης ανοίγοντας τον δρόμο για περαιτέρω έρευνες επί του θέματος και ανοίγοντας συγχρόνως μια μεγάλη συζήτηση σχετικά με το πόσο προστατευμένοι είμαστε με τις αποστάσεις που τηρούμε αυτή τη στιγμή για να κρατάμε τον ιό μακριά μας.

«Βόλτες» στους εσωτερικούς χώρους

Με πρωταγωνιστή πάντα το… βλεννώδες «κουκούλι» των ιικών σωματιδίων, η ομάδα του PNNL κλήθηκε στη δεύτερη μελέτη της να απαντήσει σε ένα άλλο ερώτημα που απασχολεί δισεκατομμύρια εργαζομένους ανά τον πλανήτη: αν και κατά πόσο ο SARS-CoV-2 «κόβει βόλτες» μέσα σε ένα κτίριο γραφείων με πολλούς χώρους. Στη μελέτη αυτή, που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «Ιndoor Air» και στην οποία πρώτος συγγραφέας ήταν ο δρ Ευθύμιος Αλέξανδρος Βλαχοκώστας, ηλεκτρολόγος μηχανικός και μηχανικός υπολογιστών στην Ομάδα Βελτιστοποίησης και Ελέγχων του PNNL, το πρώτο βήμα ήταν να δημιουργηθούν τεχνητά σταγονίδια που θα προσομοίαζαν σε αυτά που εκλύονται από το αναπνευστικό σύστημα ενός μολυσμένου με τον κορωνοϊό ατόμου, προκειμένου οι ερευνητές να παρακολουθήσουν το «ταξίδι» τους από χώρο σε χώρο.

Το έργο της δημιουργίας των τεχνητών σταγονιδίων ανέλαβε η χημικός της ομάδας Κάρολιν Μπερνς, η οποία ύστερα από πολλές δοκιμές κατέληξε σε δύο ουσίες οι οποίες «κουβαλούσαν» τεχνητά ιικά σωματίδια εντός τους. Η μία ήταν η βλέννα βοοειδών και η άλλη το αλγινικό νάτριο, το οποίο είναι ένα συστατικό του καφέ φύκους που χρησιμοποιείται συχνά ως πηκτικός παράγοντας σε τροφές όπως το παγωτό και τα τυριά.

Εχοντας τα τεχνητά σταγονίδια στα χέρια της η ερευνητική ομάδα πέρασε στο επόμενο βήμα. Ποιο ήταν αυτό εξήγησε στο ΒΗΜΑ-Science o δρ Βλαχοκώστας. «Χρησιμοποιήσαμε έναν ψεκαστήρα προκειμένου να διασπείρουμε τα σταγονίδια σε έναν χώρο ενός κτιρίου εργαστηρίων με πολλούς χώρους γραφείων». Τα τεχνητά σταγονίδια και ο ψεκαστήρας που τα διέσπειρε επί περίπου ένα λεπτό μέσα στον χώρο προσομοίωναν το τι συμβαίνει όταν ένα μολυσμένο άτομο βήχει σε εσωτερικό χώρο. Ο έλληνας ερευνητής, σε συνεργασία με τη δρα Μπερνς, μέτρησε στη συνέχεια τα επίπεδα των σταγονιδίων σε δύο γειτονικούς χώρους γραφείων που μοιράζονταν το ίδιο σύστημα εξαερισμού με τον αρχικό χώρο.

Φίλτρα και εξαερισμός

Στο σημείο αυτό ο δρ Βλαχοκώστας εξήγησε τι είδους σύστημα εξαερισμού διέθετε το κτίριο στο οποίο πραγματοποιήθηκαν τα πειράματα: «Το κτίριο των γραφείων στο οποίο διεξήχθησαν τα πειράματα, όπως γενικώς τα κτίρια γραφείων στις ΗΠΑ αλλά και σε άλλες χώρες, διαθέτει ένα κεντρικό σύστημα εξαερισμού. Ο εσωτερικός αέρας από κάθε χώρο γραφείων ταξιδεύει μέσω ειδικών σωλήνων εξαγωγής του αέρα προς έναν κοινό αεραγωγό και κατευθύνεται προς μια μονάδα επεξεργασίας όπου ο εσωτερικός αέρας αναμειγνύεται με εξωτερικό αέρα και περνά μέσα από ειδικά φίλτρα προκειμένου να καθαριστεί από ρύπους και σωματίδια. Υπάρχουν πολλά και διαφορετικά φίλτρα στην αμερικανική αγορά με διαφορετικά επίπεδα ταξινόμησης, όπως MERV 8, 11 και 13 – το ακρωνύμιο MERV αντιστοιχεί στο Minimum Efficiency Reporting Value και όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός που το συνοδεύει τόσο πιο αποτελεσματικό είναι το φίλτρο στη «σύλληψη» των επιβλαβών σωματιδίων του αέρα».

Σημειώνεται ότι τα φίλτρα HEPA, τα οποία όλοι μάθαμε μέσα στην πανδημία, έχουν ταξινόμηση MERV 17 και άνω, ενώ μέχρι και πριν από την πανδημία σε ένα κοινό γραφείο τα φίλτρα που υπήρχαν ήταν ΜΕRV 8. Μέσα στην πανδημία πολλές εταιρείες τα αναβάθμισαν σε MERV 13, μια αναβάθμιση που όμως δεν είναι αρκετή ώστε να παγιδεύονται επικίνδυνα παθογόνα όπως ο SARS-CoV-2. Και αυτό διότι τα φίλτρα MERV 13 παγιδεύουν λιγότερο από το 75% των σωματιδίων του αέρα με διάμετρο 0,3 ως -1 μικρά (ενδεικτικά ο κορωνοϊός έχει διάμετρο 0,1 μικρά). Την ίδια στιγμή όμως ένα φίλτρο ΗΕΡΑ παγιδεύει το 99,97% των πολύ μικρών σωματιδίων του αέρα – για τον λόγο αυτόν άλλωστε στα χειρουργεία χρησιμοποιούνται φίλτρα ΗΕΡΑ.

Σε ένα τέτοιο κτίριο λοιπόν, ένα κοινό κτίριο γραφείων στις ΗΠΑ, οι ερευνητές διέσπειραν τα τεχνητά σταγονίδια. «Το πόσο παραμένουν τα σωματίδια στον αέρα εξαρτάται από διαφορετικούς παράγοντες, όπως ο τύπος των φίλτρων του αέρα, η ποσότητα του επανακυκλοφορούμενου αέρα και η ταχύτητα της μονάδας εξαερισμού του χώρου. Επίσης σημαντικό ρόλο παίζει η συγκέντρωση του ιού και η παραμονή του ανάλογα με τον χώρο που εξετάζεται κάθε φορά – για παράδειγμα, αν πρόκειται για τον χώρο-«πηγή» όπου εκλύονται τα σταγονίδια ή τον χώρο που επικοινωνεί με την «πηγή» στον οποίο τα σταγονίδια μεταφέρονται μέσω του εξαερισμού» διευκρίνισε ο δρ Βλαχοκώστας.

Επικίνδυνη γειτνίαση

Οπως είδαν οι ερευνητές, όταν σε ένα κτίριο υπάρχει ένα τυπικό σύστημα HVAC (δηλαδή σύστημα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού – Heating, Ventilation, Air Conditioning), η ποσότητα του ιού στον αέρα μειώνεται σε ποσοστό κάτω του 5% από την ανώτατη τιμή της συγκέντρωσης που έχει καταγραφεί στον χώρο μέσα σε μία ώρα όταν μιλάμε για τον χώρο-«πηγή» όπου εκλύθηκε ο ιός και μέσα σε δύο ώρες όταν μιλάμε για τον χώρο που συνδέεται με τον χώρο-«πηγή».

Ο δρ Βλαχοκώστας και η υπόλοιπη ερευνητική ομάδα ανακάλυψαν επίσης ότι η αύξηση του εξαερισμού μείωνε γρήγορα τα επίπεδα των ιικών σωματιδίων στον βασικό χώρο όπου γινόταν έκλυση των σταγονιδίων. Ωστόσο δεν συνέβαινε το ίδιο και με τους διπλανούς χώρους. Σε εκείνους, όταν αυξανόταν η ένταση του εξαερισμού στον βασικό χώρο, τα επίπεδα των ιικών σωματιδίων εμφάνιζαν αμέσως εκτόξευση και έφθαναν στο ζενίθ τους 20 ως 45 λεπτά αργότερα. Τελικά τα επίπεδα σταδιακά μειώνονταν ύστερα από τρεις ώρες όταν γινόταν φιλτράρισμα του αέρα και ύστερα από πέντε ώρες όταν δεν γινόταν φιλτράρισμα.

Τι δείχνουν στην πράξη αυτά τα ευρήματα; Σύμφωνα με τους ερευνητές, σε εσωτερικούς χώρους όπου επικρατεί συνωστισμός, η εναλλαγή του αέρα μπορεί να είναι ωφέλιμη σε κάποιες περιπτώσεις, όπως τα μεγάλα συνέδρια ή οι σχολικές γιορτές, ωστόσο στην εργασιακή ή στη σχολική καθημερινότητα πιθανώς να αυξάνει τα ποσοστά μετάδοσης του ιού σε όλους τους χώρους του κτιρίου. Για παράδειγμα, όπως λένε, αν κάποιος βρίσκεται σε έναν χώρο προς την κάτω πλευρά του κτιρίου και ο χώρος αυτός δεν αποτελεί την «πηγή» έκλυσης του ιού, πιθανώς αντί να ωφελείται επιβαρύνεται αν αυξηθεί ο εξαερισμός του κτιρίου. Ο δρ Βλαχοκώστας υπογράμμισε πάντως ότι τα αποτελέσματα της ομάδας στην οποία συμμετέχει δείχνουν ότι «σε γενικό πλαίσιο, η υιοθέτηση μέτρων όπως η χρήση καλύτερων φίλτρων του αέρα, ο καλύτερος αερισμός των χώρων ώστε να μπαίνει συχνά εξωτερικός αέρας εντός τους καθώς και ο υψηλός ρυθμός ροής του αέρα μπορούν να βοηθήσουν στη μείωση της μετάδοσης του SARS-CoV-2 στους εσωτερικούς χώρους».

Κλείνοντας ο έλληνας ερευνητής, ο οποίος αρχικώς σπούδασε στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο προτού βρεθεί στην άλλη πλευρά του Ατλαντικού προκειμένου να εκπονήσει τη διδακτορική διατριβή του στα ενεργειακά συστήματα των κτιρίων στο Πανεπιστήμιο City της Νέας Υόρκης, σημείωσε πως η μελέτη αυτή αποτελεί μόνο μια από τις πολλές ερευνητικές προσπάθειες του PNNL που στοχεύουν στο να συμβάλουν στην «αποκρυπτογράφηση» των μυστικών του SARS-CoV-2 και άλλων… από αέρος απειλών: «Η ομάδα μας είναι διεπιστημονική και ως τέτοια ενδιαφέρεται να εξερευνήσει την επίδραση των σωματιδίων όλων των ιών του αναπνευστικού μέσα στους κλειστούς χώρους, ακόμη και μετά το τέλος της πανδημίας. Επίσης οι έρευνές μας μπορούν να έχουν εφαρμογή σε ό,τι αφορά τη μετάδοση και άλλων τύπων σωματιδίων όπως αυτών του καπνού που μπορεί να εισέλθει στα κτίρια». Τέτοιες έρευνες είναι άκρως σημαντικές καθώς μπορούν να μας χαρίσουν… καθαρές ανάσες εν καιρώ πανδημίας (και όχι μόνο).

tovima.gr