Размер молекулы воздуха и вируса

1. Но начнем мы совсем с другой стороны. Прежде чем отправиться в путешествие к глубинам материи, давайте обратим свой взор вверх.

Например, известно, что до Луны в среднем почти 400 тысяч километров, до Солнца — 150 миллионов, до Плутона (который уже не виден без телескопа) — 6 миллиардов, до ближайшей звезды Проксимы Центавра — 40 триллионов, до ближайшей крупной галактики туманности Андромеды — 25 квинтиллионов, и наконец до окраин обозримой Вселенной — 130 секстиллионов.

2. Если на одном конце логарифмической шкалы отложить самое маленькое известное расстояние во Вселенной, а на другом — самое большое, то посередине окажется… песчинка. Её диаметр — 0.1 мм.

3. Если положить в ряд 400 млрд песчинок, их ряд обогнёт весь земной шар по экватору. А если собрать эти же 400 млрд в мешок, весить он будет около тонны.

4. Толщина человеческого волоса — 50–70 микронам, то есть их 15–20 штук на миллиметр. Для того чтобы выложить ими расстояние до Луны, потребуется 8 триллионов волос (если складывать их не по длине, а по ширине, конечно). Поскольку на голове у одного человека их около 100 тысяч, то если собрать волосы у всего населения России, до Луны хватит с лихвой и даже еще останется.

5. Размер бактерий — от 0.5 до 5 микрон. Если увеличить среднюю бактерию до такого размера, что она удобно ляжет нам в ладонь (в 100 тысяч раз), толщина волоса станет равной 5 метрам.

6. Кстати, внутри человеческого тела обитает целый квадриллион бактерий, а их общий вес составляет 2 килограмма. Их, собственно, даже больше, чем клеток самого тела. Так что вполне можно сказать, что человек — это просто такой организм, состоящий из бактерий и вирусов с небольшими вкраплениями чего-то еще.

7. Размеры вирусов различаются еще больше, чем бактерий, — чуть ли не в 100 тысяч раз. Если бы дело обстояло так с людьми, то они были бы ростом от 1 сантиметра до 1 километра, и их социальное взаимодействие стало бы любопытным зрелищем.

8. Средняя длина наиболее распространенных разновидностей вирусов — 100 нанометров или 10^(-7) степени метра. Если мы снова выполним операцию приближения таким образом, чтобы вирус стал размером с ладонь, то длина бактерии будет 1 метр, а толщина волоса — 50 метров.

9. Длина волны видимого света — 400–750 нанометров, и увидеть объекты меньше этой величины попросту невозможно. Попытавшись осветить такоей объект, волна просто обогнет его и не отразится.

11. Вдоль окружности земного шара можно плотно разместить 400 триллионов вирусов. Много. Такое расстояние в километрах свет проходит за 40 лет. Но если собрать их всех вместе, то они легко поместятся на кончике пальца.

12. Примерный размер молекулы воды — 3 на 10^(-10) метра. В стакане воды таких молекул 10 септиллионов — примерно столько миллиметров от нас до Галактики Андромеды. А в кубическом сантиметре воздуха молекул 30 квинтиллионов (в основном, азота и кислорода).

13. Диаметр атома углерода (основы всей жизни на Земле) — 3.5 на 10^(-10) метра, то есть даже чуть больше, чем молекулы воды. Атом водорода в 10 раз меньше — 3 на 10^(-11) метра. Это, конечно, мало. Но насколько мало? Поражающий всякое воображение факт состоит в том, что мельчайшая, едва различимая крупинка соли состоит из 1 квинтиллиона атомов.

Давайте обратимся к нашему стандартному масштабу и приблизим атом водорода так, чтобы он удобно лег в руку. Вирусы тогда будут 300-метрового размера, бактерии 3-километрового, а толщина волоса станет равна 150 километрам, и даже в лежащем состоянии он выйдет за границы атмосферы (а в длину может достать и до Луны).

18. Итак, на размерах 10^(-35) метра нас ждет такое замечательное понятие, как планковская длина, — минимальное расстояние из возможных в реальном мире (насколько это принято считать в современной науке).

20. Наконец мы подошли к самой структуре мироздания — масштабу, на котором пространство становится похожим на время, время на пространство, и происходят разные другие причудливые штуки. Дальше уже ничего нет (наверное)…

Спасибо рекламе, слова бактерия и вирус стали синонимами: мелочь, которая вызывает болезни, а остальное — лишние подробности. Поэтому лечим ОРВИ антибиотиками, а потом жалуемся, что они не помогают. Потом появляются слухи, что нельзя есть бананы, а вирусы погибают от холода…

Сегодня мы разберёмся что нам действительно угрожает и как обезопасить себя в начавшейся пандемии.

Что такое вирус

Вирус — это не микроб, бактерия или яд.
Вирус — это биологическая программа.

Команды вируса записаны в виде молекулы ДНК или РНК. Когда такая молекула попадает в живую клетку, клетка не распознаёт подвох и начинает выполнять программу. Цель программы — распространиться, сделав как можно больше своих копий. Инфицированная клетка пускает все ресурсы на создание новых молекул вируса. Когда ресурсы кончаются, клетка гибнет. Молекулы вируса выходят наружу, чтобы инфицировать новые клетки.

Вирусы часто путают с бактериями. Бактерии — это живые организмы. Они состоят всего из одной клетки, но умеют самостоятельно размножаться, искать питательные вещества и переваривать их. Бактерии в десятки раз меньше толщины волоса, но их можно обнаружить с помощью простого микроскопа.

Нужно помнить несколько цифр: у вирусов, в частности у ВИЧ, — 10 генов, у фагов — 70, у бактерий — 300, у человека — 20'000–22'000, у банана — 32'000. Это что же, у банана больше, чем у человека? Как ни странно, да! И все же бананы не умнее нас.

Вирус — не живой организм. Изначально, это обрывки и обломки генов, которые уцелели после гибели клетки. У вируса нет своего обмена веществ. Вирусы не воспринимают сигналы окружающей среды и не реагируют на них. Вирусы не умеют самостоятельно передвигаться. Без других клеток вирусы не способны даже размножаться.

Вирусы меньше бактерий в сотни раз. Они короче, чем длина волны видимого света, поэтому вирусы невозможно рассмотреть в обычный микроскоп. Для изучения вирусов используют электронные микроскопы, поэтому первое фото удалось сделать только в 1934 году.

Если увеличить вирус до размера ладони, то бактерия станет человеку по пояс, а толщина волоса вырастет до 50 метров.

Некоторые вирусы приспособились паразитировать на бактериях — их называют "бактериофаги" или просто "фаги". Это самый многочисленный вид: их примерно столько же, сколько самих бактерий. Фаги крайне важны для экосистемы — они сдерживают рост популяции бактерий. Фаги иногда применяют в медицине как замену антибиотикам, например для борьбы с кишечными инфекциями и дизентерией. Такие вирусы атакуют только бактерии и не вредят другим клеткам. Почему?

Дело в том, что все вирусы — специалисты узкого профиля. Каждый из них может атаковать только один вид клеток: вирус гепатита проникает исключительно в клетки печени, корь размножается в слизистых, а ВИЧ разрушает лейкоциты.

Это свойство вирусов называется избирательностью. Более того, у разных животных клетки, которые выполняют схожие функции, заметно отличаются — поэтому ВИЧ не грозит собакам и кошкам, а возбудитель болезни Каре (в народе её называют "собачьей чумкой") совершенно безопасен для человека. Поэтому ни у одной из десяти кошек Фредди Меркьюри не было проблем с иммунитетом.

Крайне редкие удачные мутации вирусов иногда всё же позволяют паразиту найти нового хозяина. В 2002-м вирус, ранее поражавший только клетки азиатских цивет, научился поражать лёгкие человека. Это стало началом эпидемии атипичной пневмонии.

Похожая ситуация сложилась и с эпидемией в Ухане. Судя по геному, новый вирус перешёл к человеку от летучих мышей.

Такие переходы опасны тем, что организм сталкивается с новым типом вируса и не сразу способен быстро выработать подходящий механизм противодействия.

Зачем корона вирусу

Избирательность вирусов во многом связана с механизмом проникновения в клетки хозяина.

Например коронавирусы — а это четыре десятка возбудителей разных заболеваний, от легких простуд и ОРВИ до птичьего гриппа и атипичной пневмонии — получили своё название из-за отростков белковой оболочки.

Торчащие во все стороны шипы имитируют питательные вещества, необходимые для жизни клеток. Обманутые клетки сами притягивают к себе вирус. Корона помогает вирусу спрятаться и от иммунной системы. Поэтому коронавирусы отличаются высокой заразностью и широким распространением: их следы можно найти у 80% людей.

Форма шипов напомнила учёным ореол вокруг Солнца — корону. За это сходство всё семейство коронавирусов и получило своё название.

Как передаётся вирус

Вне организма-хозяина коронавирусы живут сравнительно недолго. Кислород окисляет белковую оболочку, "корона" распадается и вирус теряет способность проникать внутрь клеток. В воде коронавирусы могут оставаться опасными до 9 суток; в каплях, образовавшихся при чихании и кашле гораздо меньше — всего 8-9 часов.

Когда больной чихает, мелкие капли разлетаются на 2-3 метра и оседают на предметы вокруг человека. Другие люди могут прикоснуться к таким предметам, а затем — к своему носу, рту или потереть глаза. Так вирус может попасть на слизистые и проникнуть в организм.

Заразиться коронавирусами можно и вдохнув мелкие капли, которые висят в воздухе. Поэтому эксперты Всемирной Организации Здравоохранения рекомендуют не подходить к чихающим людям ближе чем на метр. Тяжёлые капли быстро оседают — такой способ заражения менее вероятен, чем предыдущий.

Заказывать бананы на AliExpress безопасно, но от туристических поездок в Поднебесную пока нужно отказаться.

Хорошие новости, что коронавирусы практически не передаются через укусы насекомых, слюну домашних животных и через фекалии. Но всё равно, не забывайте мыть руки после посещения туалета, там хватает других опасных инфекций.

Как защититься от коронавируса

Главная рекомендация экспертов ВОЗ — следить за чистотой рук. Именно с рук вирус чаще всего попадает на слизистые человека, когда вы прикасаетесь к глазам, губам или носу. Поэтому следует как можно чаще тщательно с мылом мыть руки или обрабатывать их спиртосодержащими антисептическими растворами. Примерно за полминуты спиртовой раствор разрушает белковую оболочку коронавируса.

Вопреки слухам, вирус слабо передаётся через заражённые деньги — банкноты и монеты. Но такая вероятность остаётся, поэтому если работаете с деньгами, почаще мойте руки, а по возможности — используйте бесконтактные банковские карты.

Плохая новость ждёт гурманов. Эксперты ВОЗ крайне не рекомендуют есть сырые мясо и рыбу. На время эпидемии придётся забыть о суши, сашими, карпаччо и тартаре.

Источником заражения может стать экран вашего смартфона — сенсорные панели служат отличным инкубатором бактерий и вирусов. Поэтому регулярно протирайте телефон спиртовыми салфетками. Не доставайте смартфон в транспорте и общественных местах, если нужно позвонить — используйте беспроводную гарнитуру. В офисе телефон лучше спрятать в чехол — это защитит экран от чихающих коллег.

Маски

Отдельно стоит рассказать об использовании защитных масок. Мнения об их эффективности диаметрально противоположные. Давайте разберёмся.

Первой научной публикацией об эффективности масок b респираторов в условиях эпидемии коронавируса стало исследование, опубликованное в "Ланцете" ещё в 2002 году.

Авторы пришли к выводу, что хоть какую-то защиту от атипичной пневмонии могут обеспечить только четырёхслойные хирургические маски и респираторы класса N95. Они снижали вероятность заражения от слюны, разлетающейся при чихании больных людей.

В России официально найти респираторы N95 крайне сложно. Это чисто американский стандарт. Средства защиты, сертифицированные в нашей стране, имеют иную маркировку, по европейским стандартам. Поэтому аналогами защиты N95 — это классы FFP2 и FFP3. Первые отфильтруют до 92% аэрозольных капель, вторые — до 95%. Респираторы легко отличить по цвету: у FFP2 синие ремешки или клапаны, а у FFP3 — красные.

Эффективность масок крайне зависит от времени использования. Не стоит носить одну маску больше 2,5-3 часов, иначе из средства защиты она превратится в угрозу вашему здоровью. Внутри маски скопится тёплый конденсат — идеальная среда для транспортировки вируса.

В то же время, маски и респираторы совсем не защищают глаза. Поэтому если вы используете такую маску, не забудьте надеть очки.

Тонкие двух- и трёхслойные маски не оказывают статистического влияния на риск заразиться вирусом. Зато их стоит применять, чтобы ограничить распространение инфекции. Такие маски следует носить уже заболевшим людям, чтобы ограничить "разлёт" вируса при чихании и кашле.

Об индивидуальных средствах защиты мы рассказали в отдельной статье: чем маски отличаются от респираторов. В ней собрали требования ГОСТов и результаты клинических испытаний.

С фильтрацией аэрозольных смесей эффективно справляются фильтры HEPA. Обычно они применяются в системах кондиционирования воздуха и пылесосах — для захвата мелких аллергенов. В последнее время, такие фильтры появились и в средствах индивидуальной защиты.

Что делать не стоит

Не стоит принимать спиртосодержащие растворы внутрь. Алкоголь создаёт лишнюю нагрузку на печень и снижает общий иммунитет.

Когда чихаете, не закрывайте рот ладонью. Капли останутся на коже и появится риск передать инфекцию другим людям. Прикройтесь платком или бумажной салфеткой. Если их нет под рукой, чихните в сгиб локтя. В любом случае, после чихания не поленитесь продезинфицировать руки.

Если хотите сдержать чихание, потрите переносицу или зажмите верхнюю губу двумя пальцами. Многим помогает — попробуйте!

Если вам удалось сдержать чихание, постарайтесь высморкаться поскорее. Чихание — это защитная реакция организма, поэтому помогите своему телу избавится от лишних раздражителей.

Ознакомьтесь с официальными рекомендациями Всемирной Организации Здравоохранения и постарайтесь вести максимально здоровый образ жизни. Меньше бывайте в многолюдных местах — общественном транспорте, торговых центрах, музеях и кинотеатрах; чаще на свежем воздухе — в парках и на природе.

Эпидемия китайского коронавируса далеко не первая и точно не последняя вспышка в истории человечества. Пережили птичий и свиной грипп, справимся и с уханьским сюрпризом.

Содержание:

• Аэробиология. Ликбез
• Воздушный или капельный, какая разница и почему это должно кого-то волновать?
• Что известно в отношении HCoV-19?
• Обсуждение
• Цитируемы работы

Считается, что частицы более 5 микрометров, распылившись, например, в результате чихания, не способны надолго задерживаться в воздухе и вскоре оседают под действием силы тяжести, более мелкие частицы, напротив, могут долгое время находится в воздухе в виде аэрозоля и передвигаться вместе с воздушными потоками, способствуя распространению инфекции. Конечно на способность инфекций передаваться по воздуху влияет еще множество факторов от молекулярной структуры, температуры и влажности, до количества солнечного ультрафиолета и скорости ветра. Изучением всех тонкостей распространения микроорганизмов по воздуху занимается специальный раздел биологии – Аэробиология [ 3 ].

На данный момент в отношении многих патогенов признано, что они способны передаваться воздушным способом, например, бактериальные патогены: коклюш, стафилококк, и туберкулез, и вирусы такие, как: вирус гриппа, ветряная оспа, краснуха, а так же предшественник коронавируса — SARS-CoV [ 4 ] [ 5 стр. 117].

Таблица некоторых распространенных возбудителей, передающихся воздушным путем. Источник [ 6 , таблица 2]

В первую очередь от ответа на этот вопрос зависят необходимые меры предосторожности.
На данный момент официальная версия ВОЗ и Центра по контролю и профилактике заболеваний США классифицирует новый коронавирус, как передающийся капельным путем, то есть вместе с частицами более 5 микрометров. [ 7 ][ 8 ]

Диапазон размеров частиц выходящих из дыхательных путей колеблется в диапазоне от менее 5 до 500 микрометров в диаметре, и размер капель зависит в первую очередь от интенсивности дыхательной активности, так при обычном спокойном дыхании образуются самые маленькие частицы, и гораздо большего размера при кашле и чихании.[ 9 , таблица 3] Если инфекция распространяется по воздуху только капельным путем, то как правило, выход капель содержащих её возбудители, происходит в результате чихания или кашля, и они будут осаждаться на землю в течении короткого времени и в радиусе нескольких метров. В этом случае достаточно не находится слишком близко к зараженному в момент когда он кашляет или чихает и избегать контакта с вылетающими частицами, так же эффективным может быть ношение зараженными медицинских масок, которые вполне способны задерживать крупные частицы.

В случае, если инфекция способна распространяться по воздуху в виде аэрозоля, состоящего из капель мене 5 микрометров, которые способны образовываться при обычном дыхании и находится долгое время во взвешенном состоянии, тогда ситуация осложняется и необходимы дополнительные более серьезные меры, обеспечивающие безопасность при контакте с инфицированными. В этом случае передача инфекции возможна при нахождении с зараженным в одном помещении, или даже при вдыхании воздуха, проходящего по единой системе вентиляции.

Для наглядности приведем видео на котором исследователи продемонстрировали, используя метод визуализации Шлирена [ 10 ] распространение воздушных потоков во время различных видов дыхательной активности таких, как: разговор между людьми, спокойное дыхание, смех, кашель и чихание с использованием платка, хирургической маски и маски N95 Источник [ 11 ].

3 марта были опубликованы результаты заборов воздуха из палат 3-х пациентов находящихся на стационаре в очаге вспышки SARS-CoV-2 в Сингапуре, сообщается что хотя вирус был найден в смывах с поверхностей сантехники и мебели, но заборах воздуха не было обнаружено аэрозольных частиц вируса, хотя они и были найдены на частях вентиляции. [ 12 ]

10 марта был опубликован препринт работы, в которой сообщаются результаты анализов 35 проб воздуха из больницы Renmin университета Ухань, из развернутой полевой больницы Fangcang и из общественной зоны (PUA) так же в Ухане. Сообщается что в двух случаях, аэрозольных частиц вируса обнаружено не было или незначительные концентрации, но образцы из отделения реанимации и пробы воздуха в туалете больницы Fangcang дали положительный результат [ 13 ].

Важно отметить, что исследования, приведенные выше искали только генетическую сигнатуру вируса, то есть следы РНК. Чтобы понять сохранил ли вирус из воздуха способность инфицировать клетки, необходимо подсевать собранный вирусный материал в клеточную культуру и исследовать результаты. Препринт такого исследования был опубликован уже 13 марта 2020, и результаты были еще более тревожными. В материале, вышедшем при поддержке Национального института аллергии и инфекционных заболеваний (NIAID), Национального института здоровья (NIH), сообщаются предварительные данные о стабильности частиц нового HCoV-19 в аэрозолях и на различных поверхностях, в сравнении с наиболее близким к нему SARS-CoV-1 [ 14 ].

Напомню, что препринт означает, что данные еще предстоит проверить, но на данный момент они выглядят не слишком утешительно. А именно, было показано что: HCoV-19 оставался жизнеспособным в аэрозолях на протяжении 3-х часов, со снижением инфекционного титра с 10^3,5 до 10^2,7 TCID50/L. Так же было показано, что наибольшее время жизнеспособности у коронавируса наблюдалось на пластиковых поверхностях – до 48 часов.

Сравнения меры титра TCID50 (вертикальная ось) коронавирусов HCoV-19 и SARS-CoV-1 в аэрозолях и на различных типах поверхностей. По горизонтали отложено время в часах
[ 15 ].

Примечание: TCID50 – это мера вирусного титра, в России используется аббревиатура ЦПД50, если коротко, то если мы говорим, что вирусный титр составляет 10^2,7 TCID50/L – это значит, что в одном литре объема содержится 10^2,7≈500 доз вируса, способных вызвать цитопатический эффект (вирусное поражение клеток) в 50% пробирок с клеточной культурой. [ 16 ][ 17 ]

Понимание того как распространяется вирус, крайне важно для разработки эффективных мер предосторожности и профилактики вирусной инфекции. Пока данных о том способен ли коронавирус распространяться по воздуху в виде аэрозоля от одного человека к другому, слишком мало, те исследования, что есть на данный момент, требуют экспертной проверки. Но следует учитывать вероятность того, что эти данные подтвердятся и по возможности сокращать свои риски.

BJC получил финансирование исследований от MedImmune Inc. и консультирует Crucell MV. Авторы заявляют, что никаких других конкурирующих интересов не существует. Это не меняет нашу приверженность всем политикам PLoS Pathogens по обмену данными и материалами.

Задуманные и разработанные эксперименты: DKM MPF JJM. Выполнили эксперименты: DKM MPF JJM. Проанализированы данные: DKM. Написал документ: DKM MPF BJC MLG JJM. Выполненные подтверждающие эксперименты: MLG Предоставлял статистическую консультацию: BJC.

CDC рекомендует, чтобы настройки здравоохранения предоставляли пациентам с гриппом лицевые маски как средство сокращения передачи персонала и другим пациентам, а в недавнем докладе было показано, что хирургические маски могут захватывать вирус гриппа в большом аэрозоле с каплями. Тем не менее, имеются минимальные данные об утечке аэрозолей вируса гриппа, заражении выдыхаемых аэрозолей и ни о каком влиянии лицевых масок на пролиферацию вирусных аэрозолей у пациентов с сезонным гриппом.

Мелкие частицы, содержащие 8,8 (95% ДИ от 1,1 до 19), сбрасывают больше вирусных копий, чем крупные частицы. Хирургические маски уменьшали число вирусных копий в мелкой фракции в 2,8 раза (95% ДИ от 1,5 до 5,2) и в крупной фракции в 25 раз (95% ДИ от 3,5 до 180). В целом, маски продуцировали снижение вирусного аэрозоля в 3,4 раза (95% ДИ от 1,8 до 6,3). Корреляции между нозофарингеальным тампоном и номерами копий аэрозольной фракции были слабыми (r = 0,17, грубое, r = 0,29, мелкая фракция). Копия номера в выдыхаемом дыхании быстро снижалась с днем ​​после начала болезни. Два субъекта с наивысшими номерами копий дали образцы положительной тонкой частицы культуры.

Хирургические маски, которые носят пациенты, уменьшают выброс аэрозолей. Обилие вирусных копий в аэрозолях тонкодисперсных частиц и доказательство их зараженности указывают на важную роль в передаче сезонного гриппа. Мониторинг выдыхаемых вирусных аэрозолей будет важен для проверки экспериментальных исследований передачи крови у людей.

Относительная важность прямого и косвенного контакта, большого аэрозоля с каплями и аэрозолей в качестве способов передачи гриппа неизвестна, но важна при разработке эффективных вмешательств. Хирургические лицевые маски, которые носят пациенты, рекомендуются CDC как средство снижения распространения гриппа в медицинских учреждениях. Мы стремились определить общее количество копий вирусной РНК, присутствующих в выдыхаемом воздухе и аэрозолях от кашля, независимо от того, представляют ли РНК в аэрозолях тонкодисперсных частиц инфекционный вирус, и позволяют ли хирургические лицевые маски уменьшить количество вирусов, пролитых в аэрозоли людьми, зараженными сезонными вирусами гриппа , Мы обнаружили, что общие вирусные копии, обнаруженные молекулярными методами, были в 8,8 раза более многочисленными в тонких (≤5 мкм), чем в крупных (> 5 мкм) аэрозольных частицах, и что мелкие частицы из случаев с наибольшим общим количеством вирусных копий РНК содержали инфекционные вирус. Хирургические маски уменьшили общее количество копий РНК в 3,4 раза. Эти результаты свидетельствуют о важной роли аэрозолей в передаче вируса гриппа и о том, что хирургические лицевые маски, которые носят инфицированные лица, потенциально являются эффективным средством ограничения распространения гриппа.

Передача вируса гриппа между людьми может происходить по трем направлениям: (1) прямой или косвенный контакт между инфицированным и восприимчивым человеком, обычно приводящий к загрязнению рук восприимчивого человека, за которым следует контакт с респираторной слизистой; (2) большой аэрозоль с каплями, в котором капельки дыхательной жидкости, превышающие приблизительно 100 мкм в диаметре, высвобождаются с достаточным импульсом для прямого попадания на слизистую оболочку дыхательных путей; и (3) аэрозоли, образующиеся при высвобождении меньших, содержащих вирус капель, которые могут возникать во время приливного дыхания и кашля [1], [2], которые быстро испаряются в остаточные частицы (ядра капель), которые вдыхаются и осаждаются в дыхательные пути [3] — [6]. Для каждого из этих маршрутов имеются существенные доказательства [7], [8], но их относительная значимость неизвестна [3]. В результате Институт медицины рекомендовал, чтобы медицинские работники, контактирующие с пациентами 2009-H1N1, использовали защиту от всех возможных путей заражения, включая использование подходящих респираторов N95 [3]. Через год после пандемии 2009 года не было большей ясности в отношении важности различных способов передачи [9].

Недавно Центры США по контролю и профилактике заболеваний профинансировали экспериментальное исследование передачи от человека к человеку, чтобы устранить этот важный пробел в знаниях [10]. Однако экспериментальное исследование с использованием интраназальной инокуляции для инфицирования экспериментальных доноров [11] должно будет показать, что доноры и люди с естественным заражением проливают подобные вирусные аэрозоли в отношении количества, распределения частиц по размерам и инфекционности, учитывая, что ранее эксперименты предполагали, что интраназальная инокуляция требует количественно больших доз и производит качественно более мягкое заболевание, чем инокуляция через аэрозоль [12].

В контексте гигиены труда личная защита, как правило, является последней инстанцией, после устранения источников и контроля окружающей среды [13]. Таким образом, стоит рассмотреть вопрос о том, эффективны ли хирургические лицевые маски как средство контроля источника. CDC рекомендует лицам с гриппом носить хирургические маски при контакте с чувствительными лицами [14], [15]. Тем не менее, есть только одно сообщение, в котором изучается влияние маски на сдерживание инфекционного крупнозернистого спрея во время заражения гриппом [16], а также данные о воздействии хирургической маски на выброс инфекционных вирусных аэрозолей.

В текущем исследовании пациентов, инфицированных сезонным гриппом, мы описываем количество копий вирусной РНК в двух фракциях размера аэрозоля, сообщают о культурной способности вируса в мелкодисперсной фракции и о влиянии хирургических масок.

Мы провели скрининг 89 добровольцев: 33 (37%) дали положительный результат на грипп, используя экспресс-тест (20 гриппов А и 13 гриппа В), и им было предложено предоставить образцы выдыхаемого воздуха. Также было приглашено восемь дополнительных добровольцев с отрицательными экспресс-тестами, которые сообщили о кашле и которые имели температуру ≥37,8 ° C. Всего было подтверждено, что 38 добровольцев заразились вирусом гриппа ПЦР носоглоточных образцов. Данные о выдыхаемом дыхании с хирургической маской и без нее завершены для 37 из 38 добровольцев (21 грипп A, 16 случаев гриппа B); данные для одного добровольца были исключены из-за лабораторных ошибок при обработке образцов. Один из инфицированных субъектов сообщил о получении вакцины против гриппа в текущем году. Ни один из участников не чихал во время сбора проб. В таблице 1 показаны показатели пола, симптомов и лихорадки, а также тип вируса гриппа, а в таблице 2 приведены описательные статистические данные о количестве копий возрастных и вирусных РНК в мазках и выдыхаемых аэрозольных фракциях 37 добровольцев с подтвержденной инфекцией гриппа. Номера вирусных копий в каждом из пяти экземпляров для всех 37 случаев показаны в таблице S1.

Во время измерения выдыхаемого воздуха.

Во время измерения выдыхаемого воздуха.

Мы обнаружили РНК РНК вируса гриппа в крупной фракции (частицы размером более 5 мкм), собранной у 11% (4 из 37 добровольцев) при ношении хирургических масок и от 43% (16 из 37) при отсутствии маски (относительный риск для обнаружения вируса с маской = 0,25, доверительный интервал 95% (ДИ) 0,09-0,67, тест МакНемара p = 0,003). Среднее количество вирусных копий крупной фракции (рис. 1) было ниже предела обнаружения с помощью лицевых масок и без них; 75-й процентиль снизился с 37 до уровня ниже предела с использованием хирургических масок. Используя анализ Товита, мы подсчитали, что среднее число экземпляров геометрической средней крупной фракции без маски для лица составляло 12 (95% доверительный интервал (ДИ), от 4 до 37) и что эффект лицевых масок заключался в том, чтобы получить статистически значимое сокращение в 25 раз в копии (95% ДИ от 3,5 до 180, p = 0,002) до 50 мкм), которые мы бы не обнаружили. Кроме того, ни один из наших подданных не чихал; эффективный способ получения капель из верхних дыхательных путей. Это может означать, что более мелкие капельки, которые мы обнаружили, были сгенерированы в нижних дыхательных путях и что вирусная нагрузка в этом месте не сильно коррелирует с носоглоточной нагрузкой. Альтернативно, пролитие в аэрозольные капли может приводиться в действие другими факторами хозяина (например, астмой, серьезностью симптомов и иммунным ответом), коинфекцией других агентов, вирусными факторами, влияющими на высвобождение из эпителия, или природой резидентного микробиома. Если пролитие в аэрозоль в значительной степени определяется расположением инфекции в дыхательных путях, это может иметь последствия для экспериментальных исследований передачи [11], [28]. Такие исследования должны будут отслеживать выброс аэрозолей, чтобы определить, приводит ли назальная прививка к донорам аэрозоль, который имитирует зараженную природой инфекцию, чтобы подтвердить экспериментальную конструкцию и помочь интерпретировать результаты.

Большая часть вирусной аэрозоли, которую мы наблюдали, наблюдалась в первые дни симптоматической болезни (таблица 3), что согласуется с исследованиями пролития, контролируемыми носовыми промывками [29]. Мы изучали каждого человека только один раз и по своему составу имели мало данных за день. Дальнейшие продольные исследования генерации вирусных аэрозолей необходимы для подтверждения этих результатов. Новые исследования потребуются для изучения генерации аэрозолей до и в день появления симптомов в общинной инфекции. Ограничением нашего исследования является то, что мы завербовали пациентов с определенными признаками и симптомами или которые были положительными при экспресс-тестировании или имели лихорадку, и поэтому наши данные могут быть предвзятыми к пациентам с более высокими вирусными нагрузками [21]. Тем не менее, мы по-прежнему наблюдали значительные межличностные изменения и моделирование, что случаи с более высокими вирусными нагрузками непропорционально важны в распространении гриппа [30], [31]. Дополнительные исследования также необходимы для определения того, как генерация аэрозолей коррелирует с симптомами (включая более умеренное заболевание), наличием других состояний здоровья, возрастом (мы изучали узкое распределение по возрасту) и коинфекцией других респираторных вирусов, чтобы рекомендации по инфекционному контролю могли критически оцениваться.

Мы приняли на работу добровольцев с гриппоподобной болезнью из сообщества Лоуэлл, штат Массачусетс, прежде всего среди студентов и сотрудников Массачусетского университета, начиная с 29 января и заканчивая 12 марта 2009 года. Протокол исследования был одобрен Институциональными комиссиями по обзору Университета Массачусетс Лоуэлл, больница Лоуэлла и госпиталь Мемориала святых, Лоуэлл, Массачусетс. Устное информированное согласие было получено путем предоставления каждому субъекту подробной формы информации согласия. Сбор подписанной копии формы был отменен, потому что это была бы единственная личная информация, сохраненная этим минимальным рисковым исследованием.

Волонтеры узнали об исследовании с помощью листовок и уведомлений, размещенных в кампусе, и путем направления от поставщиков медицинских услуг. Мы проводили скрининг самозванных добровольцев по телефону на гриппоподобную болезнь (ILI). Лица, которые сообщили о начале лихорадки и кашле в течение предшествующих 72 часов или были направлены поставщиком медицинских услуг, были приглашены в лабораторию для тестирования. Мы собрали носоглоточный образец с помощью флокированного тампона (501CS01, Copan Diagnostics, Murrieta, CA), и температуру брали с помощью цифрового термометра уха (модель 18-200-000, Mabis Healthcare, Waukegan, IL). Все добровольцы с температурой ≥ 37,8 ° C и кашель и добровольцы без лихорадки, которые предоставили носоглоточный образец, положительный для гриппа, методом точечной терапии (QuikVue Influenza A / B, Quidel Corp., San Diego, CA), были приглашены для выдоха образцы дыхательных путей, ответы на вопросник и предоставление второго образца носоглотки для анализа с помощью ПЦР. В анализ данных были включены только испытуемые с инфекцией гриппа, подтвержденные ПЦР.

Каждый волонтер сидел, как показано на лицевой стороне внутри входного конуса пробоотборника воздуха выдыхаемого воздуха человека в кабине, снабженной фильтром HEPA, увлажненным воздухом в течение 30 мин при ношении хирургической маски с ушной петлей. Три раза в течение 30 мин каждый испытуемый просил кашлять 10 раз. После того, как следователи сменили коллекцию, волонтер снова сел в конус, не надев хирургическую маску, еще на 30 мин с кашлем, как и раньше.

Выдыхаемые частицы собирали в течение 30 минут, в то время как испытуемый носил хирургическую маску с ушной петлей (Kimberly-Clark, Roswell, GA), а затем в течение 30 минут без маски. Субъектов просили кашлять 10 раз примерно с 10-минутными интервалами в общей сложности 30 кашля в течение каждого 30-минутного образца. Один субъект часто кашлянул, так что принудительного кашля не требовалось. Никаких субъектов не было чихать.

Сразу же после сбора поверхность имплантации тефлона удаляли и временно хранили при -20 ° C. Импакторы были очищены с помощью флокированного мазка, смоченного фосфатным буферным раствором Дульбекко с кальцием и магнием (Hyclone, Thermo Scientific, Waltham, MA) с 0,1% бычьим сывороточным альбумином (DPBS ++ BSA). Мазок был элюирован в 600 мкл DPBS ++ BSA в течение 1 минуты при встряхивании. Полученный образец хранили при -80 ° С.

Фракцию тонкодисперсных частиц, собранную в буфере DPBS ++ BSA (объем от 100 до 150 мл), поддерживали при 4 ° С и концентрировали ультрафильтрацией с использованием фильтрующих блоков Amicon Ultra 15 с молекулярной массой, отрезанной от 100 кДа (Millipore, Bedford, MA) до объема приблизительно 400 мкл. После ультрафильтрации фильтр промывали 200 мкл DPBS ++ BSA и промывочный раствор объединяли с ретентатом. Образцы хранили при -80 ° C.

Выделение РНК в Trizol-chloroform, обратной транскрипции и количественной ПЦР выполняли, как описано ранее [1], [32]. Количественную ПЦР проводили с использованием системы обнаружения Applied Biosystems Prism 7300 (Foster City, CA) для образцов грубой фракции или LightCycler 480 (Roche, Indianapolis, IN) для фракции мелких частиц. Дублированные образцы анализировали с использованием праймеров гриппа А и В, описанных van Elden et al. [33] Стандартная кривая была построена в каждом анализе с кДНК, извлеченной из запаса гриппа A (A / Пуэрто Рико / 8/1934, Advanced Biotechnologies Incorporated, Columbia, MD) с концентрацией 3,0 × 1011 частиц вируса на мл или запасы гриппа B (B / Lee / 1940, Advanced Biotechnologies Incorporated, Columbia, MD) с концентрацией 8,6 × 1010 частиц вируса на мл, как определено с помощью электронной микроскопии. Результаты выражаются как общее количество частиц вируса по стандартной кривой, округленное до ближайшего целочисленного значения. Пределы обнаружения составили 6 и 11 копий вирусной РНК на лунку qPCR для гриппа A и B соответственно. Образцы тонких частиц от всех испытуемых культивировали для инфекционного вируса на клетках MDCK. Конфлюэнтные клетки в 24-луночных планшетах (Corning, NY, USA) инокулировали 0,1 мл концентрированного образца, разбавленного 1:1 в среде OptiMEM® I (Invitrogen, Carlsbad, California). Планшеты инкубировали при 37 ° С в течение 1 ч с качанием каждые 15 мин и к каждой лунке добавляли 0,8 мл среды OptiMEM® I с 1 мкг / мл TPCK-трипсина и инкубировали в течение 72-96 часов. Клетки ежедневно проверяли на цитопатический эффект (CPE), и если ни один не был обнаружен, два слепых канала выполняли с использованием клеточного супернатанта. В каждом проходе супернатанты тестировали на вирус гриппа анализом гемагглютинации (HA) с использованием 0,5% куриных эритроцитов. Положительные образцы были подтверждены анализом полосок Flu DETECT (Synbiotics, CA, USA) и амплификацией гена гемагглютинации (HA) с помощью RT-PCR с последующим секвенированием.

Мы проанализировали влияние хирургических масок как а) логарифмический относительный риск для производства любых вирусных аэрозолей, предполагающих биномиальное распределение, с использованием обобщенных оценочных уравнений со взаимозаменяемой внутризависимой корреляцией для учета повторных мер и б) среднее геометрическое количество обнаруженных вирусных частиц в выдыхаемом дыхании qPCR и дробное сокращение числа копий с использованием регрессионного анализа Товита на номер копии журнала со случайным эффектом для учета изменчивости между индивидуумами. Анализ Товита также использовался для сравнения крупнозернистых и мелкозернистых фракций. Регрессия Тобита позволяет избежать смещения, которое может возникнуть в результате назначения образцов ниже предела обнаружения определенного значения, такого как нуль или предел, деленный на квадратный корень из 2. Использование хирургической маски было зависимой переменной. Мы также вычислили тест МакНемара для парных образцов для изучения эффекта маски и коэффициента корреляции Спирмена для изучения взаимосвязи между нагрузкой в ​​носоглоточных мазках и аэрозольных фракциях. Статистический анализ проводился с использованием SAS (Procs GenMod, NLMixed, Lifereg, Freq, Corr и средств, версия 9.2, Cary, NC).

Количество копий и тип гриппа в пяти анализируемых образцах на одного субъекта.

Щелкните здесь для получения дополнительных данных.

Мы хотим признать обширный лабораторный вклад Приянки Чинты, без которого это не было бы завершено; Мэтью Ангел и его наставник, Дэниэл Р. Перес, доктор философии, который предоставил экспертную помощь в области вирусной культуры, средства и клетки. Мы также благодарим Ashook Chockalingam, Sara Schloth, Kesava Kalluri, Benjamin Kozak и Linda Haggerty за их время и энергию, посвященные этому проекту, и Ричарда Мартинелло за полезные комментарии к ранним черновикам рукописи.