Что, если для заражения достаточно всего одной частицы в воздухе?
Для некоторых заболеваний достаточно вдохнуть всего одну воздушную частицу, содержащую вирус, бактерию или грибок. Когда это происходит, понимание и прогнозирование распространения воздушно-капельных болезней может стать значительно проще.
К такому выводу пришло новое исследование учёного из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса (LLNL), который разработал новую теорию распространения воздушно-капельных инфекций. Эта работа, опубликованная в журнале Applied and Environmental Microbiology, показала хорошее соответствие данным по вспышкам лихорадки Ку, болезни легионеров и лихорадки долин. Авторы надеются использовать её для понимания и сдерживания распространения COVID-19.
Некоторые болезни передаются при вдыхании инфекционных частиц в воздухе. Эти воздушно-капельные заболевания представляют собой серьёзную мировую проблему для здравоохранения. По данным Всемирной организации здравоохранения (WHO), инфекции лёгких являются четвёртой по значимости причиной смерти в мире, а туберкулёз — ведущей причиной смерти в странах с низким уровнем дохода. Как показали научные исследования, воздушно-капельные заболевания, вызываемые вирусами, бактериями и грибками, могут распространяться на расстояния от нескольких футов до сотен миль. Отдельные вспышки поражали тысячи людей.
Существующие физические и биологические модели могут прогнозировать распространение инфекций, но имеют ограничения. Это частично связано с неопределённостями в физике и моделировании, а частично — с практической сложностью получения критически важной информации во время вспышек. Учёные LLNL используют свой обширный опыт изучения движения воздушных угроз для улучшения понимания распространения болезней и выявления эффективных мер противодействия.
По словам ведущего автора, атмосферного учёного LLNL Майкла Диллона: «Понимая физику передачи болезней по воздуху, мы надеемся предоставить научно обоснованную информацию, которую люди смогут использовать для защиты себя и других».
Он и независимый соисследователь недавно опубликовали новую теорию для случая, когда человек заражается от одной воздушной частицы. Эта теория затем используется для прогнозирования нескольких общих особенностей распространения воздушно-капельных болезней.
Этот новый подход даёт уравнение регионального относительного риска, которое позволяет получать надёжные оценки распространения болезни даже при ограниченной информации о вспышке и широком разбросе в уровнях воздействия на людей и их реакции на это воздействие. Данный подход успешно смоделировал относительный риск заражения по воздуху в зависимости от расстояния по направлению ветра для семи крупных ранее зарегистрированных вспышек лихорадки Ку, болезни легионеров и лихорадки долин.
«Замечательно в этой теории то, что она приводит к простым прогнозам модели, не требующим труднодоступной информации», — сказал Диллон.
Будущие усилия могут быть направлены на применение и проверку этой теории для других пространственных масштабов, например, внутри здания. Это позволит проводить простые и надёжные сравнения риска в разных средах (разные комнаты, здания, меры смягчения), независимо от конкретного заболевания.
«Эта работа помогает нам понять начальные стадии вспышки воздушно-капельной инфекции, а также распространение болезни в целом. Она должна быть особенно полезной для понимания неожиданных "вспышек-искр" болезни, возникающих далеко по ветру от основного очага инфекций», — отметил Диллон.
Эти индивидуально редкие «искры» могут привести к значительному бремени болезни, если шлейф инфекции накроет многих людей (например, при дрейфе над городом) или если изначально поражённые люди заразят других рядом.
Поскольку теория может предсказывать абсолютные риски заражения по воздуху, она также может служить руководством для усилий по очистке окружающей среды — то есть, определять, насколько чисто должно быть достаточно чисто, — даже в случае, когда связь между уровнем воздействия и частотой заражения плохо изучена.