Аэрозольный способ распространения вируса
Обновлено: 18.04.2024
1 апреля Минздрав России зарегистрировал первую назальную вакцину от коронавируса. Это не шутка — аналогичные препараты испытывают во всем мире, и разработчики возлагают на них большие надежды. Впрочем, пока сложно сказать, будет ли спрей эффективнее традиционного укола в плечо.
Чем она отличается от обычной? Назальная лучше?
Вакцина в виде спрея создает иммунную защиту на слизистой оболочке. Слизистая носоглотки служит воротами для любой респираторной инфекции. Вирус попадает на нее, преодолевает первую защиту и продвигается дальше. У тех, кто переболел COVID-19, в носоглотке образуются особые секреторные антитела. Они защищают от новой встречи с вирусом — хотя бы на некоторое время.
Антитела от обычных вакцин циркулируют в крови, но не обязательно присутствуют в носу. Поэтому такие вакцины хуже предотвращают заражение, чем тяжелое течение болезни. Назальная вакцина могла бы закрыть эту брешь. Исследования показывают, что секреторные антитела более эффективно (по сравнению с циркулирующими в крови) нейтрализуют вирусы при респираторных инфекциях.
"Если человек вакцинировался обычной вакциной, он еще может быть переносчиком, — объясняет глава Центра им. Гамалеи Александр Гинцбург. — Допустим, вы находитесь в помещении, в котором есть распространители, вы будете дышать этим воздухом, у вас на слизистой оболочке носа вирус осядет. Вы не заболеете, но станете переносчиком. А если вы провакцинированы назально, секреторные антитела будут нейтрализовать тот вирус, который вы вдохнули непосредственно из воздуха".
Преимущество такой вакцины еще и в том, что вводить ее проще — нет тех же рисков, которые связаны с введением иглы в кровь. У многих людей есть страх уколов, который влияет и на реакцию организма после прививки. По этой же причине проще прививать таким способом детей. Назальную вакцину не обязательно держать замороженной, а значит, ее проще транспортировать.
Что известно о назальной форме "Спутника V"?
Это аденовирусная вакцина: в ее составе нет собственно самого коронавируса или его частей, а есть аденовирусные векторы 26-го и пятого типов с измененным геномом. Вектор не размножается в организме, но заражает часть клеток слизистой, делая их "фабриками" по производству коронавирусных белков. Иммунная система "переваривает" белки и создает антитела.
Есть ли противопоказания?
Противопоказания в целом не отличаются от тех, что указаны для обычной формы "Спутника V":
- тяжелые аллергические реакции в анамнезе;
- гиперчувствительность к какому-либо компоненту вакцины или вакцине, содержащей аналогичные компоненты;
- острые инфекционные и неинфекционные заболевания, обострение хронических заболеваний;
- тяжелые поствакцинальные осложнения на введение первого компонента вакцины;
- возраст до 18 лет.
При беременности и в период грудного вскармливания препарат разрешен, но только когда ожидаемая польза превышает потенциальный риск для плода, и только с 22 недели беременности.
Из побочных эффектов могут быть головная боль, небольшая головная боль и общее недомогание (так называемый "гриппоподобный синдром"), отечность и покраснение слизистой носа, дискомфорт в носовой полости и горле.
Еще на стадии испытаний вирусолог Константин Чумаков высказал опасение, что при введении препарата вирус или антиген может попасть в мозг с непредсказуемым эффектом. "Нос связан с мозгом обонятельным нервом очень близко, — пояснил он. — Поэтому все медикаменты, все терапевтические, профилактические меры, которые люди предполагают давать через нос, проходят очень большую оценку безопасности".
Профессор вирусологии, главный научный сотрудник Центра Гамалеи Анатолий Альтштейн считает такой вариант маловероятным. По его словам, векторная вакцина не содержит активного размножающегося вируса, поэтому она остается только в клетках слизистой, а проникнуть в мозг и тем более заразить его не может.
Что известно о разработке других подобных вакцин?
Около десяти вакцин пока находятся на стадии клинических исследований. Большинство из них созданы на базе векторов (в России это вакцина "Спутник V") и показали хорошие результаты в испытаниях на животных.
Так, компания AstraZeneca протестировала свою версию на хомяках в 2021 году. Ученые сравнили вакцину интраназального введения с внутримышечной инъекцией:
- В обеих группах после одной дозы образовались высокие титры антител в крови. Но после интраназального введения они были выше.
- Оба варианта защищали от серьезного течения болезни. При этом у зараженных хомяков, которым вводили спрей, было значительно меньше вирусных частиц в носовой полости.
Опыты на обезьянах тоже прошли успешно. Сейчас вакцина исследуется на добровольцах.
Доклинические испытания назальной вакцины ChAd-SARS-CoV-2-S (на основе аденовируса шимпанзе) от Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе также прошли хорошо. Причем в результате оказалось, что образовавшиеся антитела эффективны против разных вариантов коронавируса SARS-CoV-2. Это обнадеживает, если учесть, что новый вариант "омикрон" не полностью вытеснил "дельту".
В Китае завершаются испытания ингаляционной формы Ad5-nCoV (торговое название "Конвиденция"), близкой по принципу действия к "Спутнику V" (она тоже использует человеческий аденовирус 5 серотипа). Уровни антител после двух доз аэрозольной формы препарата (введенной с интервалом 28 дней) соответствовали одной дозе внутримышечной формы. При этом бустерная аэрозольная доза через 28 дней после инъекции вызывала "сильный антительный ответ".
15 февраля 2022 года стартовали клинические испытания еще одной российской вакцины — GNR-099 от компании "Генериум". Вакцина будет состоять из двух компонентов: внутримышечного и назального. При этом технология назальной формы основана на разработках Центра им. Гамалеи.
Если назальные эффективнее, почему не стали разрабатывать сразу их?
"Инъекционные вакцины — это проторенная дорожка, — объясняет молекулярный биолог Денис Лагуткин. — С ними все понятно, уже было много исследований, для многих патогенов, на разных платформах. Научное сообщество предполагало, что они будут работать — может, не на 100% эффективно, но будут. Поэтому я не удивлен, что для быстрого ответа в условиях пандемии избрали именно этот вариант. Про назальные вакцины много неизвестного".
По словам Александра Гинцбурга, назальная форма не сможет заменить инъекционную. Смысл назальной вакцины в том, чтобы дать дополнительную защиту от распространения вируса. Это было бы полезно против более заразных штаммов — если верны предположения, что вирус эволюционирует в сторону большей заразности.
ТАСС, 21 июля. Американские ученые заразили культуры клеток легких с помощью образцов воздуха, который выдыхали носители коронавирусной инфекции. Таким образом они доказали, что частицы аэрозолей из органов дыхания больных могут участвовать в передаче коронавируса нового типа. Предварительные результаты опытов ученые опубликовали в научной электронной библиотеке medRxiv.
"Наши опыты на практике показывают, что частицы коронавируса есть в мельчайших каплях аэрозолей, которые легкие человека производят во время нормального дыхания, речи или кашля. Это говорит о том, что меры по предотвращению распространения подобных частиц критически важны для того, чтобы сдерживать эпидемию COVID-19", – пишут ученые.
Практически с самого начала эпидемии коронавирусной инфекции специалисты Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), а также многие международные эксперты-эпидемиологи очень скептически относились к использованию для борьбы с эпидемией обычных хирургических масок. Медики считали, что вирус распространяется преимущественно аэрозольным путем, то есть его частицы могут свободно проникать через поры в простых масках, степень защиты которых ниже FFPv3.
Позже ученые выяснили, что даже простые хирургические маски могут значительно замедлять распространение SARS-CoV-2, а также многих других возбудителей ОРВИ. Подобные результаты, а также другие соображения заставили экспертов ВОЗ и ведомств здравоохранения США и некоторых других стран рекомендовать использовать респираторы и даже шить самодельные маски. Последние, кстати, оказались относительно эффективны для профилактики заражения коронавирусом нового типа, но только если использовать два разных типа тканей.
Пути распространения вируса
Группа американских медиков под руководством доцента Университета штата Небраска (США) Джошуа Сантарпии провела один из первых практических экспериментов по проверке всех этих теорий. Для этого ученые еще в апреле этого года собрали образцы аэрозолей и других частиц из воздуха, который выдыхают зараженные коронавирусом, и всесторонне изучили их.
Медики определили размеры, количество и другие физические свойства капель аэрозолей, а также попытались найти в них следы вирусной РНК. Отсортировав их по размерам, исследователи попытались заразить культуры клеток легких с помощью частиц каждого типа.
Оказалось, что в аэрозолях действительно было большое количество вирусной РНК. Значительная ее часть была в жизнеспособных частицах SARS-CoV-2. Наиболее опасными оказались самые мелкие капли аэрозолей, которые вырабатывают бронхи пациентов. Они успешно заразили все культуры клеток, с которыми работали ученые.
Все это, как отмечают Сантарпия и его коллеги, подтверждает, что вирус может передаваться не только через микрокапли мокроты, но и через аэрозольные частицы, которые возникают как во время кашля, так и при нормальном дыхании или тогда, когда больной говорит.
Подобная особенность SARS-CoV-2, по мнению ученых, может объяснять, как вирус так быстро распространяется по популяции, а также почему многие защитные системы, установленные в больницах и других крупных зданиях, не уберегли персонал от заражения.
Следует добавить, что статью ученых не рецензировали независимые эксперты и не проверяли редакторы научных журналов, как это обычно бывает в подобных случаях. Поэтому к выводам из нее и аналогичных статей нужно относиться осторожно.
ТАСС, 27 апреля. Китайские ученые обнаружили множество фрагментов РНК коронавируса нового типа в каплях аэрозолей внутри больниц Уханя – города, где началась эпидемия. Это указывает на то, что болезнь, которую вызывает вирус, может распространяться аэрозольным путем, пишут ученые в научном журнале Nature.
"Мы не проверяли, могут ли подобные аэрозоли заражать человека. Однако мы предполагаем, что они представляют собой еще один канал для передачи вируса. С другой стороны, наши наблюдения показывают, что средства индивидуальной защиты, вентиляция и регулярная дезинфекция помещений значительно снижают концентрацию SARS-CoV-2 в частицах аэрозолей", – пишут исследователи.
С первых дней после начала вспышки коронавируса нового типа ученые пытаются понять, как именно распространяется этот патоген. Изначально биологи предполагали, что SARS-CoV-2 может передаваться только при прямом телесном контакте, подобно возбудителям атипичной пневмонии SARS и ближневосточной лихорадки MERS, однако впоследствии выяснилось, что это не так.
Сейчас ученые знают, что возбудитель коронавирусной инфекции может передаваться от человека к человеку как при прямом контакте, так и воздушно-капельным путем, а также через контакт с зараженными предметами. Кроме того, многие китайские специалисты и их европейские коллеги предполагают, что вирус может попадать в капли аэрозолей, которые выдыхают носители SARS-CoV-2, и проникать вместе с ними в легкие других людей.
Новый путь распространения вируса
Биологи из Уханя, Гонконга и других городов Китая проверили эту теорию. Они проанализировали образцы аэрозолей, которые собирали врачи из Народной больницы Уханя и полевого госпиталя, который построили в первые дни после начала вспышки коронавирусной инфекции в КНР.
Врачи собирали подобные микрокапли жидкости не только в тех палатах, где были госпитализированы носители вируса, но и в других частях больницы, в том числе в коридорах, туалетах, кабинетах врачей и в других местах, куда вирус не должен попадать.
Анализ образцов показал, что фрагменты РНК вируса изначально были во всех этих помещениях. Особенно характерно это было для мест скопления людей, туалетов и тех помещений, где врачи переодевались. Обрывки генома SARS-CoV-2 встречались как в мелких, так и в крупных частицах аэрозолей, однако больше всего их было в каплях диаметром в 0,25-0,5 микрометра.
После введения жестких санитарных мер с учетом этих особенностей SARS-CoV-2 концентрация вирусных частиц резко снизилась во всех частях больниц, что, как надеются ученые, стало одной из причин того, почему медикам КНР удалось быстро остановить распространение коронавирусной инфекции на территории Уханя и провинции Хубэй.
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.
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.
Носить маску в ограниченных замкнутых пространствах — все еще хорошая идея!
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).
Таблица, составленная Уэллсом в 1934 году, которая показывает, как различаются по размерам капли и аэрозоли. American Journal of Epidemiology
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.
Фото, снятое в лаборатории Лидии Буруйба, показывает все капли, которые выпускаются в воздух при чихании. JAMA
Воздушная опасность
Выходит, что разделение на капельную и воздушно-пылевую передачу, предложенное Уэллсом, хоть и используется до сих пор, устарело.
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.
Один из первых вопросов при изучении COVID-19, был вопрос, распространяется ли вирус в виде пыли, которая перемещается по воздуху, или крупных капель, которые оседают?
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?
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.
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.
Среди факторов риска: пение, время, проведенное участниками вместе и взаимодействие между членами хора в замкнутом пространстве.
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 использовать всю эту информацию?
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.
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.
Читайте также: