Epidemiologia: Som ara en nou pic global d’incidència diària de casos de covid-19 que supera tots els anteriors. El ritme global de vaccinació avança massa lentament perquè hi hagi indicis de control d’aquesta pandèmia. Quan es declarà la pandèmia de covid-19 a començament de març del 2020, bona part dels consells de prevenció del contagi se centraven en evitar el contacte directe a través de gotes respiratòries (distància interpersonal de sis peus o de dos metres) o el contacte indirecte a través de fomites (netejar-se les mans amb freqüència i evitar de tocar-se la cara amb les mans brutes). No obstant, s’ha acumulat evidència al llarg dels mesos que indiquen que la ruta presencial de contagi del SARS-CoV-2 és la inhalació d’aerosols exhalats per persones infectades. En aquesta transmissió aèria cal assumir que les microgotes respiratòries es barregen uniformement amb l’aire quan es troben en un espai tancat. Aquesta setmana, a la revista PNAS, Martin Z. Bazant, del Department of Chemical Engineering del MIT, i John W. M. Bush, del Department of Mathematics del mateix centre, publiquen unes orientacions per limitar la transmissió per aire en espais tancats de la covid-19. Val a dir que el text original fou tramès a la revista el 9 de setembre del 2020. Sota l’edició de Renyi Zhang, el text revisat fou acceptat per John H. Seinfield per a publicació el 3 de març del 2021. En aquesta orientació Bazant & Bush fixen un límit superior al producte del nombre d’ocupants i del temps que passen en una mateixa sala o cambra. El model teòric que presenten quantifiquen la reducció del risc d’acord amb el volum de la sala (sales més grans impliquen menys risc) o el nivell de ventilació (major taxa de recanvi d’aire suposa menor risc), així com l’augment del risc en determinats contextos (activitats físiques que impliquen una taxa respiratòria més elevada). El model també considera la reducció important de risc associat a l’ús de mascaretes facials. Amb aquestes reflexions qüestionen la importància central que s’atorga als Estats Units de la “norma dels sis peus”, que únicament serviria per a les gotes respiratòries més grosses. Cal centrar-se especialment en els espais tancats, i en el concepte de “temps d’exposició acumular”: la reducció del risc s’aconseguiria amb mesures de ventilació, de filtració d’aire, d’ús de mascaretes i, evidentment, de detecció primerenca de les cadenes de transmissió a través de tests. Del model de Bazant & Bush el que més ressò mediàtic ha tingut és l’estimació que fan de la dosi infecciosa del SARS-CoV-2: seria de tan sols 10 virions! A partir del model de Bazant & Bush, Kasim Khan ha desenvolupat una app especialment pensada per entorns com ara aules o residències.
El nivell d’ocupació i el temps d’estada ofereixen uns criteris per avaluar la seguretat d’espais tancats com aules d’estudi o residències de gent gran. El gràfic mostra com una hora sense mascareta equival a dotze hores amb mascareta. La norma dels sis peus (1,8 metres) de distància no sempre és garantia de seguretat, i una bona ventilació mecànica pot ajudar a fer segurs espais on no es pot respectar aquesta distància
La pandèmia global de covid-19
La malaltia coronavírica del 2019 fou detectada per primera vegada a Wuhan el desembre del 2019 com una pneumònia infecciosa. Aviat s’estengué per tota la província de Wuhan i a la resta de Xina, i el mes de març ja era declarada una pandèmica. L’agent causal rebé la designació de SARS-CoV-2, per la seva similitud amb el SARS-CoV, el coronavirus causant d’un brot de síndrome respiratori agut sever dues dècades abans, que fou contingut abans d’arribar a l’estadi pandèmic.
Com amb la resta de virus respiratoris, el SARS-CoV-2 tindria tres possibles rutes de transmissió humà a humà:
- la transmissió a través de gotes respiratòries grans emeses per la boca d’una persona infectada i que van a parar a la boca, nas o ulls d’una persona susceptible.
- el contacte físic amb gotes respiratòries dipositades en superfícies, que són després transferides per la pròpia persona susceptible de la mà a les seves mucoses respiratòries.
- la inhalació de microgotes ejectades per una persona infectada i que són transportades en el corrent d’aire.
Aquests tres mecanismes es troben interconnectats. Entre les gotes respiratòries trobem un continu en termes de dimensions: les més petites són les que tendiran a romandre més temps en suspensió, i les més grosses tendiran a dipositar-se en forma de fomites en superfícies.
Davant del possible contagi a través de fomites s’ha fomentat la higiene de mans, substituir la mà pel colze en tapar-nos la boca quan tossim o esternudem, o evitar de tocar superfícies compartides, utilitzar guants d’un sol ús, etc. Al llarg dels mesos, però, la preocupació per aquesta via de contagi ha disminuït, per bé que una bona higiene respiratòria i de mans ha romàs.
Davant del possible contagi a través de gotes “grans” s’ha fomentat la distància interpersonal. Sis peus o dos metres, per exemple, són una distància suficient per a les gotes respiratòries més grosses (de l’ordre de mil·límetres de diàmetre), que tendeixen a precipitar abans.
A mesura que passaven els mesos de pandèmia, i s’acumulaven dades concretes sobre contagis, particularment de “casos de supercontagiadors”, s’ha assumit que el paper dominant en la dispersió del SARS-CoV-2 es deu a la transmissió aèria en espais tancats, és a dir la vehiculada per aerosols respiratoris de l’ordre de micròmetres de diàmetre). Per exemple, en l’assaig de la Skagit Valley Chorale, fet el 10 de març del 2020, amb una durada de 2 hores i mitja, es contagiaren 53 dels 61 participants, per bé que la majoria no s’acostaren a la persona inicialment infectada. En un estudi de 7324 casos primerencs de covid-19 a 320 ciutats de Xina, tan sols 1 contagi s’hauria produït en un espai obert.
L’adopció de la mascareta ha estat especialment efectiva en la reducció dels contagis. La protecció envers els aerosols infecciosos és parcial, però d’un caràcter més general que les mesures de confinament o de distància social.
Les gotes respiratòries es formen per la desestabilització de la superfície de la mucosa pulmonar i del tracte respiratori quan respirem, i encara pot ser superior aquesta formació quan parlem, cantem, esternudem o tossim. Cal afegir-hi també les gotes procedents de la cavitat oral (saliva). El radi de totes aquestes gotes és molt variable: pot anar de 100 nm a 1 mm. Quan simplement respirem, els radis van de 100 nm a 5 μm, amb un pic de 500 nm. En tossir o esternudar el rang de radis de les gotes s’amplia cap amunt. Segons la mida de la gota i la força de l’aire d’exhalació, trobarem diferents destins: les més petites poden arribar a quedar suspeses en l’aire mentre que les més grans acabarien caient damunt de superfícies.
En persones infectades per SARS-CoV-2 o altres patògens respiratoris, les gotes exhalades serien el principal vector de transmissió de malaltia.
La sala homogènia
En una sala homogènia, l’aire es troba be barrejat. La situació seria comparable a la d’un reactor en agitació contínua. Els patògens continguts en els aerosols romandrien en l’aire de la sala fins que fossin expulsats per ventilació, inhalats per una persona o sedimentessin en una superfície de la sala. El destí dels aerosols depèn de dues velocitats: la velocitat de sedimentació de l’aerosol en l’aire quiescent i la velocitat de circulació de l’aire ambiental. La sala és descrita per la seva àrea i la seva alçada. La ventilació s’expressa en termes de recanvi d’aire per hora. Aquesta ventilació pot veure’s enfortida amb sistemes mecànics (ventilació mecànica), mentre que mecanismes de filtració poden alterar la distribució de mides dels aerosols respiratoris (una filtració HEPA és definida per una probabilitat de filtració superior al 99,97%, mentre que precipitadors electrostàtics tindrien una probabilitat del 45-70%). La velocitat mitjana de l’aire depèn de ventilació (natural i mecànica), i fixa el temps de barreja de l’aire segons l’alçada de la sala. L’alçada de la sala també és un dels paràmetres que determina el radi crític dels aerosols, a partir del qual un aerosol tendiria a la suspensió abans d’ésser eliminat per la ventilació de sortida.
En una cambra de 2,1 metres d’alçada, amb un nivell de ventilació de 0,34/h, el radi crític dels aerosols és de 1,3 μm. Si hom augmenta la ventilació fins a 6/h, aquest radi crític augmenta a 5,5 μm.
Un altre aspecte a considerar és l’evaporació de les gotes respiratòries. Les gotes de menys de 100 μm pateixen un procés d’evaporació en l’aire que les converteix eventualment en “nuclis” consistents en soluts residuals (sals, carbohidrats, proteïnes i, en el cas de les gotes infeccioses, virions): el caràcter higroscòpic d’aquests soluts fa que el nucli retingui un contingut d’aigua. Les gotes de saliva poden perdre en aquest procés un 80% de diàmetre, mentre que les gotes mucoses (riques en proteïnes glicosilades) perdrien tan sols un 40% de diàmetre. Aquest procés fa que en qüestió de poques dècimes de segon, una bona part de les gotes respiratòries assoleixin mides inferiors a les 10 μm de diàmetre.
Els virions presents en els aerosols respiratoris tenen un temps limitat d’activitat, que depèn de factors com la mida de l’aerosol, i també de les condicions ambientals (temperatura, humitat). Com més elevades són la temperatura i la humitat menor és la vida mitjana d’un virió. Aquesta vida mitjana també pot modular-se amb l’ús de desinfectants (UV-C, H2O2, O3).
La concentració de patògens en aerosols d’una determinat radi dependrien, doncs, de la taxa de producció per l’exhalació de persones infectades i la taxa de pèrdua per ventilació, filtració, sedimentació i desactivació.
La transmissió del virus dependria de la concentració de patògens en aerosols, i en l’eficiència dels virions per entrar en contacte amb la mucosa respiratòria de persones susceptibles.
Guia de seguretat per a espais tancats
Bazant & Bush defineixen un nombre reproductiu per a la transmissió aèria en espais tancats, com el nombre esperat de contagis en una sala amb una ocupació total N per a un temps t a partir d’una única persona infectada que hi entra en el temps 0.
El nombre de persones susceptibles en la sala depèn del nombre total de persones presents i de la fracció de persones que en la població no ha estat encara exposades o immunitzades.
Per minimitzar el risc d’infecció:
- hom hauria d’evitar passar períodes estesos en àrees densament poblades.
- hom és més segur en sales de major volum i d’una alta taxa de vencilació.
- hom es troba en major risc en sales on es fa exercici, es canta o es crida.
- l’ús de mascaretes, tant si les dues persones infectades com susceptibles, reduiria enormement el risc de transmissió.
La transmissibilitat del SARS-CoV-2
El paràmetre epidemiològic constituït pel producte de la concentració de virions en els aerosols exhalats per una persona infecciosa i la transmissibilitat relativa d’aquests virions, és un valor altament variable. Una persona infecciosa, al llarg de la infecció, progressa per diversos estadis: la contagiositat comença a pujar abans de l’aparició dels símptomes més específics, i pot variar a més entre individus (les infeccions asimptomàtiques generen una menor contagiositat). Diferents mutacions de SARS-CoV-2 també afecten la transmissibilitat, i en el decurs dels darrers mesos variants més transmissibles s’han imposat en les àrees del món amb més incidència de covid-19.
El contagi a la Skagit Valley Chorale ha servit per fer una estimació de la càrrega contagiosa de l’aire emès per una persona infecciosa que canta: 970 quanta infecciosos per metre cúbic, o 970 quanta infecciosos emesos per hora. Aquesta xifra és ben superior a les que s’estimà per al SARS-CoV en casos de contagi en un hospital i una escola elemental: 28 quanta per metre cúbic. També és superior a l’estimada per al virus de la grup H1N1 (15-128 quanta per metre cúbic).
Bazant & Bush estimen que les concentracions de quanta infecciosos per al SARS-CoV-2 anirien de 1-10 quanta/m3 en la respiració nasal en repòs a 100-1000 quanta/m3 en parlar en veu alta o cantar. Això equivaldria a unes concentracions de quanta infecciosos per mL d’aerosol de 2-7·108. Les càrregues virals de l’esput van de 108 a 1011 còpies d’ARN per mL, i d’un valor molt inferior seria la càrrega viral de la saliva. La major part dels aerosols respiratoris procedeixen de la fragmentació de moc de bronquíols i de laringe, mentre que la saliva genera gotes respiratòries de major diàmetre. La càrrega viral que hom troba en els hisops faringis de persones infectades en la primera setmana de símptomes arriba típicament a un pic de 7·108 còpies d’ARN. Es pot estimar doncs, que els aerosols més infecciosos tenien una càrrega viral de 109 còpies per mL. La dosi infecciosa del SARS-CoV-2 seria de 10 virions transportats en aerosols, un valor deu vegades inferior a la dosi infecciosa del SARS-CoV.
Un aula de 19 alumnes
Bazant & Bush contemplen una aula típica de 19 alumnes i 1 mestre. Si no utilitzen mascareta, el temps segur després de l’entrada d’un individu infectat seria de 1,2 hores. Si l’aula compta amb ventilació mecànica, aquest temps s’ampliaria a 7,2 hores.
L’ús de mascareta a l’aula allargaria el temps segur després de l’entrada d’un individu infectat, que passaria a 8 hores en ventilació natural, i a 80 hores amb ventilació mecànica.
Residències de gent gran
L’efecte de la ventilació en residències de gent gran seria considerable d’acord amb aquest model. Sota una ventilació natural, la norma de sis peus de distància deixa de funcionar als 3 minuts de l’entrada d’una persona infecciosa. Això mostra que la “norma dels quinze minuts” (la idea de limitar el contacte interpersonal a un quart d’hora) seria insuficient en aquest context: en el cas de ventilació mecànica, el temps de funcionament de la norma de sis peus no superaria els 18 minuts.
Totes aquestes xifres expliquen la facilitat amb la qual circulà el virus en residències de gent gran. Davant d’això cal minimitzar compartir espais tancats, mantindre una ventilació adequada i exhaustiva, i promoure l’ús de mascaretes.
El seguiment de contactes
Actualment, el CDC considera “contacte estret” qualsevol individu que hagi estat a menys de 6 peus d’una persona diagnosticada per més de 15 minuts. Bazant & Bush considera que aquest criteri és una subestimació, i que caldria estendre-la d’acord amb les condicions de l’espai tancat on s’han trobat. Per a grups que comparteixen espais tancats de manera intermitent (oficines, aules), caldria fixar una freqüència de tests d’acord amb les condicions concretes de cada espai.
El cas de sales heterogènies
No tots els espais tancats tenen una dinàmica d’homogeneïtzació de l’aire corresponent a la del model. Per això, Bazant & Bush contemplen situacions heterogènies, com les produïdes arran de fluxos d’aire condicionat. L’ús generalitzat de mascaretes reduiria els riscos associats a fluxos d’aire al nivell típic de sales homogènies.
Una situació més complexa seria la formada per sales interconnectades, que poden compartir o no la mateixa dinàmica de ventilació.
Lligams:
- A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19. Martin Z. Bazant & John W. M. Bush. PNAS 118: e2018995118 (2021).
Cap comentari:
Publica un comentari a l'entrada