Under 1970-talet när jag växte upp i södra Kalifornien var luften så förorenad att jag regelbundet skickades hem från skolan för att ”skydda mig på plats”. Det kanske inte verkar finnas så mycket gemensamt mellan att stanna hemma på grund av luftföroreningar och att stanna hemma för att bekämpa pandemin av coronavirus, men i grund och botten har båda mycket att göra med aerosoler.
Aerosoler är de små flytande föroreningsbitar som utgör Los Angeles berömda smog, de dammpartiklar som du ser sväva i en solstråle och även de små vätskedroppar som kommer ut ur din mun när du pratar, hostar eller andas. Dessa små bitar av flytande vätskor kan innehålla delar av coronaviruset och kan i hög grad bidra till dess spridning.
Om du går utomhus just nu är chansen stor att du kommer att se människor som bär masker och praktiserar social distansering. Dessa åtgärder är till stor del avsedda att förhindra att människor sprider eller andas in aerosoler.
Jag är professor i maskinteknik och studerar aerosoler och luftföroreningar. Ju mer människor förstår hur aerosoler fungerar, desto bättre kan människor undvika att få eller sprida coronaviruset.
Luftburet och överallt
En aerosol är en klump av små flytande eller fasta partiklar som flyter i luften. De finns överallt i miljön och kan bestå av allt som är tillräckligt litet för att flyta, som rök, vatten eller saliv som bär på coronavirus.
När en person hostar, pratar eller andas kastar han eller hon mellan 900 och 300 000 flytande partiklar från munnen. Dessa partiklar varierar i storlek från mikroskopiska – en tusendel av ett hårs bredd – upp till storleken på ett korn av fin strandsand. En hosta kan skicka dem i en hastighet på upp till 60 mph.
Partiklarnas storlek och luftströmmarna påverkar hur länge de stannar i luften. I ett stilla rum kan små partiklar som rök förbli luftburna i upp till åtta timmar. Större partiklar faller snabbare ur luften och landar på ytor efter några minuter.
Då du bara befinner dig i närheten av andra människor kommer du i ständig kontakt med aerosoler från deras munnar. Under en pandemi är detta lite mer oroande än normalt. Men den viktiga frågan är inte om utandningsaerosoler existerar, utan snarare hur smittsamma de är.
Aerosoler som virusleveranssystem
Det nya coronaviruset, SARS-CoV-2, är litet, cirka 0,1 mikrometer – ungefär 4 miljondelar av en tum – i diameter. Aerosoler som produceras av människor när de andas, pratar och hostar är i allmänhet mellan cirka 0,7 mikrometer och cirka 10 mikrometer – helt osynliga för blotta ögat och kan lätt flyta i luften. Dessa partiklar är mestadels biologiska vätskor från människors munnar och lungor och kan innehålla bitar av virusens genetiska material.
Forskarna vet ännu inte hur många enskilda bitar av SARS-CoV-2 en aerosol som produceras av en infekterad persons hosta kan innehålla. Men i en studie i förtryck, vilket innebär att den för närvarande är föremål för peer review, använde forskarna en modell för att uppskatta att en person som står och pratar i ett rum skulle kunna släppa ut upp till 114 smittsamma doser per timme. Forskarna förutspår att dessa aerosoliserade bitar av saliv lätt skulle kunna smitta andra människor om detta skedde i offentliga inomhusutrymmen som en bank, en restaurang eller ett apotek.
En annan sak att ta hänsyn till är hur lätt dessa partiklar är att andas in. I en nyligen genomförd datormodellstudie fann forskarna att människor med största sannolikhet skulle inhalera aerosoler från en annan person som pratar och hostar när de sitter mindre än två meter bort.
Och även om detta verkar illa är den faktiska processen från exponering till infektion ett komplicerat sifferspel. Ofta är viruspartiklar som finns i aerosoler skadade. En studie där man undersökte influensaviruset visade att endast 0,1 % av de virus som en person andas ut är faktiskt smittsamma. Coronaviruset börjar också dö när det har lämnat kroppen och förblir livskraftigt i luften i upp till tre timmar. Och naturligtvis innehåller inte alla aerosoler som kommer från en smittad person coronaviruset. Det är mycket slumpmässigt.
Folkhälsovårdstjänstemännen vet fortfarande inte om direktkontakt, indirekt kontakt via ytor eller aerosoler är den huvudsakliga överföringsvägen för coronaviruset. Men allt som experter som jag vet om aerosoler tyder på att de kan vara en viktig överföringsväg.
Bevis på aerosolöverföring
Det är nästan omöjligt att studera virusöverföring i realtid, så forskare har vänt sig till miljöprovtagning och kontaktspårning för att försöka studera spridningen av coronaviruset i aerosoler. Denna forskning sker extremt snabbt och det mesta av den är fortfarande föremål för peer review, men dessa studier erbjuder extremt intressant, om än preliminär, information.
För att testa miljön tar forskarna helt enkelt prov på luften. I Nebraska hittade forskare luftburna SARS-CoV-2 på ett sjukhus. I Kina fann forskarna också viruset i luften på ett antal sjukhus samt i ett varuhus.
Men enbart miljöprovtagning kan inte bevisa aerosolöverföring. Det kräver kontaktspårning.
En restaurang i Guangzhou, Kina, var platsen för ett litet utbrott den 23 januari och erbjuder direkta bevis för aerosolöverföring. Forskarna tror att det fanns en infekterad men asymtomatisk person som satt vid ett bord i restaurangen. På grund av de luftströmmar som cirkulerade i rummet på grund av luftkonditioneringen blev personer som satt vid två andra bord smittade, sannolikt på grund av aerosoler.
Sammantaget tyder bevisen på att det är mycket mer riskabelt att vara inomhus än utomhus. Anledningen är bristen på luftflöde. Det tar mellan 15 minuter och tre timmar för en aerosol att sugas ut av ett ventilationssystem eller flyta ut genom ett öppet fönster.
En annan preprint-studie av utbrott i Japan visar att risken för direkt överföring är nästan 20 gånger högre inomhus än utomhus. I Singapore spårade forskarna de tre första utbrotten direkt till några butiker, en bankettmiddag och en kyrka.
När man väl är utomhus försvinner dessa potentiellt smittsamma aerosoler i atmosfärens utbredning och utgör ett mycket mindre bekymmer. Det är naturligtvis möjligt att smittas av viruset utomhus om man är i nära kontakt med en sjuk person, men detta verkar mycket sällsynt. Forskare i Kina fann att endast ett av 314 utbrott som de undersökte kunde spåras tillbaka till kontakt utomhus.
Det har nyligen funnits en oro för aerosolöverföring vid löpning och cykling. Även om vetenskapen fortfarande håller på att utvecklas om detta är det förmodligen klokt att ge andra cyklister eller löpare lite mer utrymme än normalt.
Hur man minskar aerosolöverföring
Med all denna kunskap om hur aerosoler produceras, hur de rör sig och vilken roll de spelar i denna pandemi uppstår en självklar fråga: hur är det med masker?
Centers for Disease Control and Prevention rekommenderar att man bär ansiktsmask i alla offentliga miljöer där social distansering är svår att göra. Detta beror på att hemmagjorda masker förmodligen gör ett rimligt jobb när det gäller att blockera aerosoler från att lämna din mun. Bevisen stöder i allmänhet deras användning och mer forskning kommer att visa att masker kan vara mycket effektiva för att minska SARS-CoV-2 i luften. Masker är inte perfekta och fler studier pågår för närvarande för att ta reda på hur effektiva de verkligen är, men att vidta denna lilla försiktighetsåtgärd kan bidra till att bromsa pandemin.
Och förutom att bära mask bör man följa sunt förnuft och folkhälsoföreträdarnas vägledning. Undvik trånga inomhusutrymmen så mycket som möjligt. Öva på social distansering både inomhus och utomhus. Tvätta händerna ofta. Alla dessa saker fungerar för att förhindra spridning av coronaviruset och kan bidra till att du inte får det. Det finns en betydande mängd bevis för att COVID-19 överförs genom inandning av luftburna partiklar, men genom att noggrant följa experternas råd kan enskilda personer minimera den risk de utgör
.