Опять о коронавирусе. Какой воздух безопасен и как им дышать, чтобы не подцепить заразу?

С начала пандемии Всемирная организация здравоохранения подчеркивала, что COVID-19 распространяется в основном через очень тесный личный контакт. Согласно этой логике больной человек выдыхает через рот и нос содержащие вирус тяжелые капли, которые оседают на землю прежде, чем успевают пролететь больше двух метров.

Но с развитием пандемии отслеживание контактов заразившихся людей показало, что причина не всегда в этом. Девятого июля ВОЗ признала этот факт и изменила свою формулировку. Теперь она утверждает, что «нельзя исключить возможность аэрозольной передачи вируса на близком расстоянии, особенно в помещениях определенного типа, таких, где собирается много людей, нет хорошей вентиляции и здоровые могут долго находиться вместе с инфицированными». Но что это значит?

Раньше организация придерживалась мнения, что существует низкая вероятность так называемой воздушно-пылевой передачи вируса за пределами больниц, где при проведении некоторых процедур выделяются супермелкие частицы, которые остаются в воздухе дольше, чем крупные капли, выделяемые при дыхании.

Изменение было внесено после письма, опубликованного в журнале Clinical Infectious Diseases и подписанного 239 учеными и инженерами, которые заверяли ВОЗ и другие общественные здравоохранительные организации, что «пришло время сосредоточиться на передаче COVID-19 именно воздушно-пылевым путем». Авторы обращения надеются: если ВОЗ признает этот механизм передачи вируса, в обществе станут уделять больше внимания вентиляции помещений и, может быть, инженерным решениям, которые сделают их безопаснее.

Впрочем, чтобы ответить на вопрос, который волнует обычного человека: «Каким воздухом безопасно, а каким опасно дышать во время пандемии коронавируса?», полезно разобраться в двух вопросах, которые задает в связи с этим наука. Первый — что происходит с точки зрения физики, когда в комнате дышит, чихает или кашляет больной человек? Второй — какие закономерности обнаружили эпидемиологи в ситуациях, в которых люди подвергаются риску заражения и заболевают?

Начнем с первого вопроса.

Крупные капли и мелкие капли: в чем разница?

Это достаточно простой, пусть и отчасти устаревший, взгляд на механизм распространения респираторных заболеваний. Процесс начинается с того, что, когда вы выдыхаете, чихаете или кашляете, в воздух выделяются облако газа и капли жидкости.

Если капли относительно крупные, они тяжелые и, как дождь, падают на землю, прежде чем начать испаряться. Другие капли мельче и становятся еще меньше из-за испарения. Эти более мелкие капли могут оставаться в подвешенном состоянии дольше, иногда до нескольких часов, перемещаясь с потоками воздуха.

Важно: если капля достаточно маленькая, жидкость из нее испарится раньше, чем она успеет достигнуть земли, так что, если в этой капле содержатся, например, микробы, они становятся достаточно легкими, чтобы перемещаться в потоках воздуха, как пыль (отсюда и название).

Эти мелкие частицы часто называют аэрозолями. Саму схему, о которой идет речь, разработал Уильям Уэллс (William Wells), ученый, который в 1930-х исследовал передачу туберкулеза. В работе 1934 года Уэллс заключает: «Можно предположить, что передача инфекции по воздуху может происходить одним из двух путей, в зависимости от размера содержащей ее капли».

Почему это важно для нас? Один из первых вопросов, на который стремились ответить эпидемиологи при изучении COVID-19, был вопрос, распространяется ли вирус в виде пыли, которая перемещается по воздуху, или крупных капель, которые оседают?

Если мы имеем дело с мелкой пылью, нужно бить тревогу. Значит, типологически это болезнь, передаваемая воздушно-пылевым, а не капельным путем. То есть она относится к тому же типу, что и корь, ветряная оспа, туберкулез, а стало быть, является высокозаразной. Один человек, заболевший корью, может инфицировать в среднем 12—18 других.

Крупные капли — тоже повод для тревоги. Но меньшей. В основном крупными каплями передаются такие заболевания, как грипп, коклюш, обычные ОРВИ и коронавирусы. При таких заболеваниях люди заражаются только при тесном контакте с заболевшим, потому что большие капли быстро падают на землю (на расстоянии около двух метров). Такие капли могут оседать на поверхностях, так что в свою очередь могут стать источником заражения. К счастью, в случае с COVID-19 все постепенно приходят к общему мнению, что вероятность заболеть от прикосновения к загрязненной поверхности крайне мала.

Почему же до сих пор мы не имели внятного ответа: каких мер предосторожности стоит придерживаться в первую очередь, стоит ли носить маски на улице и насколько критично время, проводимое нами в закрытом помещении? Невнятность терминологии и длительные споры вокруг этого вопроса отчасти можно объяснить тем, что слова «аэрозоль» и «капля» имеют разные значения в разных научных дисциплинах.

«Аэрозоль — это взвесь частиц в воздухе», — говорит Лидия Моравская (Lidia Morawska), инженер и директор Международной лаборатории качества воздуха и здоровья в Квинслендском технологическом университете. «Капли — это аэрозоль из жидкости». Она не видит никакого смысла в разграничении капель и аэрозолей. Для нее все это — аэрозоли. Насколько оправдана ее позиция? Уэллс четко обозначил разницу между каплями и аэрозолями — в зависимости от их размера. Крупные капли падают, а мелкие аэрозоли разносятся по воздуху. Но сейчас становится понятно, что в действительности картина намного сложнее.

«Фактически мы постоянно выдыхаем облако газа, которое содержит капли размеров полного спектра», — объясняет Лидия Буруйба (Lydia Bourouiba), исследовательница из Массачусетского технологического института, которая изучает жидкостную динамику заболеваний. И, как она объясняет в своей мартовской статье для журнала JAMA, на размер некоторых капель могут влиять характеристики самого облака.

Так, доктор Буруйба выяснила, что капли, получившие ускорение при чихании или кашле, могут взлетать на высоту до шести метров. «Состав облака, а не размеры капель определяет их изначальный размер и поведение во внутренней атмосфере помещений». Буруйба объясняет, что именно скорость облака, температура и влажность в помещении определяют, насколько долго капли останутся в воздухе. Это значит: существуют условия (кашель и чихание), при которых крупные капли сразу не падают на пол и могут распространяться на расстояние больше двух метров от больного.

Воздушная опасность

Выходит, что разделение на капельную и воздушно-пылевую передачу, предложенное Уэллсом, хоть и используется до сих пор, устарело.

Одновременно с этим накапливаются и теоретические данные передачи коронавируса воздушно-пылевым путем. Лабораторные исследования в идеализированных условиях показывают, что вирус в аэрозольной форме может жить до 16 часов (в этих опытах ученые создают аэрозоли искусственно при помощи специальных устройства). А «при обычной речи выделяется взвесь капель, которая сохраняется в воздухе десятки минут и имеет исключительно высокий потенциал для передачи заболевания в ограниченных пространствах».

Насколько это важно? ВОЗ сообщает: хотя некоторые исследования и обнаружили РНК вируса в воздухе больничных палат, «ни в одном из исследований из проб воздуха не был выделен жизнеспособный вирус».

Это значит, что найденный вирус или не был способен заразить, или присутствовал в слишком маленьких количествах, чтобы вызвать заболевание. И действительно, результаты лабораторных исследований нельзя с высокой точностью обобщить для условий реального мира, в котором вирус распространяется и заражает людей. А одно то, что вирус далеко перемещается в каплях, еще не значит, что он может заражать людей на больших расстояниях.

Вне тела вирус может быстро разрушаться. Концентрация тоже имеет значение. Воздействия небольшого количества частиц вируса может быть недостаточно, чтобы вызвать заболевание. И тут стоит обратиться ко второму нашему вопросу. Отслеживание контактов показывает, что воздушно-пылевая передача коронавируса может происходить в ограниченных замкнутых пространствах. Как именно?

Лабораторные исследования говорят о теоретической возможности воздушно-пылевой передачи. Но это только часть ответа на вопрос: «Каким воздухом безопасно дышать?». Эпидемиологи подходят к этому вопросу с другой стороны. Они изучают, по каким закономерностям вирус распространяется в реальном мире, и, отталкиваясь от этой информации, определяют, есть ли среди них показатели, которые говорят о том или ином способе инфицирования.

Так, по их данным, передача COVID-19 чаще всего происходит из-за вдыхания капель на расстоянии в пределах двух метров от зараженного человека, но существуют случаи и условия, в которых SARS-CoV-2 может проявлять себя отчасти как воздушно-пылевой, а не капельный вирус.

Опасная близость

Так, терапевт и эксперт-вирусолог из Сент-Эндрюсского университета Мюге Чевик (Muge Cevik) отмечает, что в домашних условиях зараженный человек может быть изолирован в комнате и не передавать вирус другим жильцам. В ее систематическом обзоре для журнала Lancet, в котором анализировались исследования как SARS-CoV-2, так и других подобных ему вирусов, отмечается, что опасность заражения значительно снижается, если люди держатся всего в одном метре друг от друга. Из этого можно предположить, что высокий риск заразиться COVID- 19 присутствует в первую очередь через крупные капли, которые быстро оседают на землю.

Но в то же время учеными были зафиксированы случаи, когда много людей собиралось в замкнутом пространстве (например, в церкви), пело или кричало, в результате чего инфицированными оказались сразу все участники мероприятия, в том числе находившиеся достаточно далеко от носителя. Все это больше похоже на передачу воздушно-пылевым путем.

Печально известная репетиция хора в штате Вашингтон — обернувшаяся крупной вспышкой — пример, в котором заражение, возможно, произошло именно так. Опасной эту встречу сделало совпадение многих факторов риска: пение (в процессе которого зараженный человек выпускает в воздух жизнеспособные частицы вируса), время, проведенное участниками вместе (репетиция длилась два с половиной часа), и взаимодействие между членами хора в замкнутом пространстве (они не только все вместе репетировали, но и делились на группки поменьше, чтобы выпить чаю с печеньем).

Другое исследование, проведенное в Китае, изучило вспышку заражения после обряда в буддийском храме. Как выяснилось, почти всеми инфицированными оказались пассажиры одного из автобусов, привезших людей на церемонию. В нем ехал только один больной человек, но заразились 24 из 67 пассажиров, что также можно расценивать как свидетельство воздушно-пылевой передачи вируса.

«Опасность заражения определяет целый спектр условий. Важна не только дистанция, но и то, как долго вы контактируете и чем именно занимаетесь. Знаю, что это сложновато, но такова реальность», — говорит Чевик. Наша цель состоит в том, чтобы заставить людей оценивать, какие ситуации несут бо́льший риск заражения, подчеркивает он. Впрочем, одна из причин, почему ВОЗ не торопится говорить о воздушно-пылевой передаче COVID-19, состоит в том, что в сфере здравоохранения воздушно-пылевой обозначает очень конкретное явление.

Хотя специалисты по профилактике инфекций знают, что границы между каплями, которые падают на землю, и аэрозолями, которые перемещаются по воздуху, размыты, противопоставление воздушно-пылевого и капельного способа четко определяет то, как именно медицинские работники будут вести себя при возникновении очагов заражения. «Нас [медицинских работников] десятилетиями учили, что воздушно-пылевые инфекции — это туберкулез, корь, ветряная оспа, а капельные — грипп, коклюш и менингит, — объясняет Саския Попеску (Saskia Popescu), эпидемиолог в больнице Аризоны. — К несчастью, это разграничение устарело. Но мы всегда работали именно так».

Почему молчат врачи?

Существует целый комплекс предельно конкретных инструкций для обращения с высокозаразными воздушно-пылевыми инфекциями в больничных условиях. Например, пациента с опасной воздушно-пылевой инфекцией чаще всего необходимо поместить в палату, давление воздуха в которой ниже, чем во всех других помещениях в здании. Так вирус, содержащийся в воздухе палаты, не сможет покинуть ее пределов (ведь воздух движется из области с более высоким давлением в область с более низким).

При капельной передаче медицинские работники могут проявлять чуть меньше мер предосторожности. Например, носить обычные медицинские маски в процессе стандартных процедур и сохранять респираторы с высокой степенью фильтрации (количество которых бывает ограничено) для самых опасных процедур и случаев.

При таком рассмотрении становится понятно, почему ВОЗ испытывает сомнения по поводу маркировки COVID-19 как воздушно-пылевой инфекцией. Она не распространяется по воздуху так, как корь. Она не настолько заразна. Отслеживание контактов постоянно показывает, что COVID-19 с наибольшей вероятностью передается между людьми в тесном физическом контакте. Воздушно-пылевой обозначает явление, требующее очень много ресурсов, и звучит очень пугающее для больниц и людей, работающих в них. И COVID-19 не подходит под это определение.

«Как только вы произносите «воздушно-пылевой» в больнице или сфере профилактики распространения инфекций, все сразу думают о патогенах, вроде туберкулеза, кори, ветряной оспы. При этом очевидно, что респираторные вирусы, грипп, коронавирусы передаются воздушно-пылевым путем не так же, как корь или ветряная оспа», — отмечает Дэниел Дикема (Daniel Diekema), врач-инфекционист и эпидемиолог в Университете Айовы.

Но в то же время при COVID-19 и других респираторных вирусах «без сомнения, выделяются мелкодисперсные аэрозоли, — говорит он. — И при определенных условиях: при плохой вентиляции, в замкнутом пространстве, среди большого скопления людей — существует опасность передачи вируса между людьми даже на расстоянии больше двух метров».

Как использовать всю эту информацию?

Ни отслеживание контактов, ни лабораторные опыты не могут с полной уверенностью ответить на вопрос: «Какой воздух безопасен?». Но так работает наука. Ученые используют несовершенные методы, подходят к проблеме с разных сторон в попытке найти истину, и для ее точного установления может потребоваться время.

В целом информация о том, что COVID-19 может передаваться по воздуху, на самом деле, никак не должна влиять на то, как мы защищаемся от него сами и защищаем окружающих. Двухметровая дистанция между людьми — по-прежнему хороший способ предотвратить передачу вируса через крупные капли. Ношение масок может, кроме того, предотвратить выделение и крупных, и мелких капель. А стало быть, обезопасить не только носителя маски, но и людей, окружающих его.

Время тоже имеет значение: чем больше времени мы проводим в закрытых плохо вентилируемых помещениях с другими людьми, тем выше риск получить инфицирующую дозу вируса.

Подводя итог, приведем слова трех инженеров Университета Кларсксон из Conversation: «Хотя, соблюдая дистанцию в два метра от других людей, вы снижаете риск заражения, этого может быть не всегда достаточно, например, в замкнутых, плохо проветриваемых помещениях». Мы должны принимать в расчет обстановку, в которой находимся. В закрытых помещениях опасность выше, чем на открытом воздухе (где более активные воздушные потоки быстрее рассеивают капли и аэрозоли, а внешние условия не способствуют выживанию SARS-CoV-2).

Кроме того, в помещении многое зависит от его вентиляции. В замкнутом пространстве, воздух в котором постоянно обновляется притоком кислорода извне, риск заражения ниже, чем в комнате с застоявшимся воздухом. Американское общество инженеров систем отопления, охлаждения и кондиционирования уже опубликовало подробные руководства по тому, как добиться улучшения вентиляции в зданиях во время пандемии.

Мы же должны задумываться о том, чем занимаемся вместе с другими людьми. При крике, пении и других похожих действиях выделяется больше капель (всех размеров), чем если сидеть молча.

Одна из наших собеседниц, доктор Моравская, надеется: привлечение внимания к воздушно-пылевой передаче COVID-19 приведет к тому, что общество будет проявлять больше интереса к инженерным решениям для закрытых помещений, которые помогут задержать распространение пандемии.

Официальные представители системы здравоохранения постоянно подчеркивают необходимость соблюдать социальную дистанцию, носить маски и мыть руки для предотвращения распространения коронавирусной инфекции. «Но слышали ли вы когда-нибудь, чтобы сообщение об открытии ресторана после карантина сопровождалось информацией о том, что они обновили или улучшили систему вентиляции? Нет. Об этом и речь», — говорит Моравская. Если COVID-19 присутствует в воздухе помещений, нужно что-то делать и с ним тоже.