30 октября, 2020

Почему мы все должны носить маски — научные обоснования

Последние биологические данные о проникновении вируса SARS-Cov-2 в ткани человека и баллистике чихания / кашля позволяют предположить, что основным механизмом передачи является не мелкие аэрозоли, а большие капли, и, таким образом, чтобы защитить себя и других, каждый человек должен носить обычную медицинскую маску.

Каким образом вирусы, вызывающие респираторные болезни, передаются при помощи капель от человека к человеку, является сложным, недостаточно изученным вопросом. Но мы попробуем разобраться. Для этого грубо разделим капли разделить на две большие категории в зависимости от размера.

  1. Капли диаметром менее 10 микрометров — верхний предел размера для определения «аэрозоля» (частицы настолько легкие, что могут плавать в воздухе). Для краткости будем называть эту категорию «аэрозолями». Эти небольшие аэрозоли переносятся вентиляцией или ветром и поэтому могут перемещаться по комнатам и другим помещениям. Что отличает маски для лица N95 от хирургических масок, так это то, что они предназначены (в соответствии с нормативами) для остановки разного вида аэрозолей: они должны отфильтровывать 95% капель размером менее 0,3 микрометра.
  2. Капли размером более 10 микрометров (мкм), достигающие 100 мкм или более. Назовем эти крупные частицы «брызгами». Расчеты Xie и др. показывают, что при выдохе капли > 0,1 мкм могут испаряться или падать на поверхность на расстоянии 2 м, в зависимости от размера, влажности воздуха и температуры. Но при кашле или чихании они могут стрелять, как снаряды, со скоростью 50 метров в секунду (для чихания) или 10 метров в секунду (для кашля); летящие капли могут покрывать расстояние до 6 метров. Если это так, то часто упоминаемого «безопасного расстояния» в 6 футов в социальных встречах может быть недостаточно — если только вы не наденете (простую) маску — об этом позже.

На рисунке ниже представлено главное различие между заражением при помощи «аэрозолей» и «брызг»: чтобы частицы, находящиеся в воздухе, смогли проникнуть глубоко в легкие, через все воздуховоды до альвеолярных клеток, где происходит газообмен, они должны быть небольшими: только капли диаметром менее 10 микрометров смогут в итоге достигнуть альвеол. А в свою очередь все крупные капли «аэрозолей» застревают в носу и горле (носоглоточное пространство) и в верхних дыхательных путях, трахее и крупных бронхах. Капли обычного кашля разные по размеру, и только примерно половина из них относится к категориям «аэрозолей», хотя они все вместе составляют менее 1/100 000 объема капель (Nicas et al 2005).

Анатомия дыхательных путей, места где в конечном итоге оседают капли с вирусом, в зависимости от их размера. Какие капли блокируются какими масками

Исходя из вышесказанного следует, что маски N95, предназначенные для фильтрации мельчайших частиц, помогают предотвратить перенос капель вируса в альвеолы. А крупные капли, попадающие в носоглотку, могут быть остановлены любым физическим барьером, таким как более простые медицинские или самодельные маски.

Таким образом при помощи маски мы можем подвергнуть меньшему вирусной нагрузки альвеолы, ведь проникая именно в них вирус может развить угрожающую жизни пневмонии.

Компания LaVision, специализирующая на визуализации потоков газов и жидкостей, показала каким образом во время дыхания и разговора распространяется воздух. Не трудно заметить, что если бы человек был болен, то в организм его собеседника легко могли бы попасть частицы вируса.

Но что если N95 маску уже нигде не достать, следует ли носить обычную медицинскую?

Даже в отношении небольших «аэрозолей» мы не должны забывать, что частичная фильтрация, обеспечиваемая медицинскую масками, лучше, чем ничего. При экспериментальном моделировании фильтрующей способности масок в 2008 году Ван дер Санд и ее коллеги из Нидерландов сравнили способность трех масок: (i) самодельные, (ii) стандартные хирургические маски и (iii) FFP2, европейский эквивалент масок N95, в отношении их способности останавливать небольшие аэрозоли в диапазоне от 0,2 до 1 мкм — капли, которые могут достигнуть легких.

Ученые выяснили, что для внутренней защиты, маски FFP2 (или N95) действительно отфильтровывают > 99% частиц (таким образом, снижая нагрузку вирусную нагрузку почти в 100 раз), а медицинские маски снизили количество капель «аэрозоля» с внутренней стороной маски в 4 раза по сравнению с внешней ее частью. Вполне вероятно, что для более крупных капель от кашля или чихания разница между медицинскими масками и респираторными масками F95 была бы еще меньше. Интересно, что для внешней защиты эффективность и различия намного меньше.

Заключение

Учитывая, что верхние дыхательные пути являются основным местом проникновения вируса SARS-Cov-2 в клетки человека, ношение простых масок для лица, которые выполняют барьерную функцию, которая блокирующие большие капли, попадающие в нос или горло, может существенно снизить скорость заражение населения, в которой это можно сравнить с социальным дистанцированием и мытьем рук. И, возможно, эффект сглаживания кривой.

Источники:

Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks — Nature Medicine, 3 Апреля 2020

Why we should all wear masks