Środki przeciwepidemiczne: Liczy się dawka CO₂

Podświetlanie wirbelów: Za pomocą cząstek śledzących, projekcji świetlnej i kamer o wysokiej rozdzielczości czasowej mierzona jest przepływ powietrza i rozprzestrzenianie się cząstek w pomieszczeniach wewnętrznych w Instytucie Hermanna Rietschela.

Rys. 1: Porównanie czynnika ryzyka xr z uproszczonego modelu ryzyka dla różnych sytuacji codziennych. Czas pobytu różni się tutaj – przyjmowany jest pełny dzień pracy lub szkoły, a wizyta w kinie lub restauracji odpowiednio krótsza. Wartość referencyjna to xr = 1 dla półgodzinnego pobytu w supermarkecie w masce. Wartość xr jest niezależna od danej wariantu wirusa.

Rys. 2: Ilu kolejnych osób może przeciętnie zarazić zarażona osoba w określonej sytuacji? Określa to "sytuacyjna wartość R". Tutaj przedstawiono ją dla różnych sytuacji i możliwych środków. Zakłada się, że zarażona osoba ma wysoki czynnik wirusowy, co odpowiada na przykład wysokiej zakaźności. Wartość „1000 ppm” odnosi się do poziomu CO₂ i oznacza, że pomieszczenie w tym przypadku jest odpowiednio wentylowane zgodnie z wymaganiami dla dobrej higieny powietrza.

Rys. 3: Przewidywane ryzyko zakażenia dla pracownika w dużym biurze z dziesięcioma zdrowymi osobami i jedną osobą zakaźną, przedstawione na cały dzień pracy. Krzywe odpowiadają różnym, wymienionym po prawej stronie, środkom (kombinacjom). Wartość „1000ppm” odnosi się do poziomu CO₂ i oznacza, że pomieszczenie w tym przypadku jest odpowiednio wentylowane zgodnie z wymaganiami dla dobrej jakości powietrza.

Abb. 4: Schemat przedstawiający określenie ryzyka zakażenia przy obecności zarażonej osoby oraz statystycznie uśrednionej zakaźności. Na przykładzie (czerwone strzałki) dla umiarkowanego wentylowania i średniego działania noszonych masek FFP2 przy pobycie trwającym sześć godzin, znajduje się punkt na granicy między niskim a umiarkowanym ryzykiem, że zarazi się więcej niż jedna inna osoba. Dotyczy to niezależnie od konkretnej liczby osób i wszystkich typowych rozmiarów pomieszczeń.

Naukowcy z Hermann-Rietschel-Institut Technische Universität (TU) Berlin oraz inni badacze opracowali uproszczony model ryzyka, aby móc udzielić praktycznych i opartych na dowodach rekomendacji dla zarządzania budynkami i wydarzeniami podczas pandemii koronawirusa. Opiera się on na już zwalidowanym modelu dawki infekcyjnej, analizie 25 udokumentowanych przypadków wybuchów epidemii oraz nowych obliczeniach matematycznych.

Po raz pierwszy w nim matematycznie wykazano znaczenie stężenia dwutlenku węgla (CO2) jako wskaźnika bezpieczeństwa infekcyjnego w pomieszczeniach zamkniętych. Badacze proponują rozszerzyć tę wartość o czas pobytu osób, tworząc tzw. „dawkę CO2”. Aby przetestować zarządzanie budynkami z tym ulepszonym wskaźnikiem, obecnie przeprowadzany jest test terenowy w salach wykładowych TU Berlin. Czujniki CO2 przesyłają swoje dane do oprogramowania w chmurze.

Wszystkie szczepienia oraz koncepcje higieniczne dla pomieszczeń zamkniętych umożliwiły nam, mimo wysokiej liczby zachorowań, chodzenie do kina i uczestnictwo w wydarzeniach. Jednak ważne pytania nadal pozostają bez odpowiedzi: Jakie poziomy obciążenia wirusem faktycznie prowadzą do wybuchów epidemii w praktyce? Jak można kwantyfikować wpływ różnych środków higienicznych w prostym modelu matematycznym? I jakie ogólne wnioski można z tego wyciągnąć, niezależnie od konkretnych cech wirusa?

Wybuchy koronawirusa na całym świecie

Za wybuch uznaje się każde zdarzenie infekcyjne, w którym jedna osoba zaraża więcej niż jedną inną. „Dobrze udokumentowane wybuchy są dla nas jak złoto”, mówi prof. dr-inż. Martin Kriegel, kierownik Hermann-Rietschel-Institut i główny autor badania. „Są rzadkie i jednocześnie niezwykle cenne.” Przypadki te pochodzą z różnych części świata, na przykład z Korei, Chin, Hawajów, Izraela czy Francji. Jednak także wybuch w niemieckiej firmie mięsnej oraz kilka szczególnie dobrze udokumentowanych wybuchów w szkole w Hamburgu i podczas prób chóru w Berlinie. Dzięki określeniu DNA wirusa u zarażonych można było dokładnie ustalić, kto kogo zainfekował. Współautorami badania Kriegela są między innymi wirusolog, higienik i epidemiolog.

Ważna dobra praca na miejscu zdarzenia

Analiza i porównanie 25 wybuchów umożliwiły wyciągnięcie ogólnych wniosków. Dostarczyły też wskazówek, które dane są naprawdę istotne do dokumentacji wybuchu, aby szybko uzyskać dobry obraz dynamiki infekcji. Należą do nich na przykład wiarygodna liczba wszystkich zarażonych podczas wybuchu, dokładna liczba obecnych osób oraz informacje o tym, kto gdzie i jak długo się znajdował, a także co dokładnie robili zarażeni i zaraźli. Dodatkowo istotne są informacje o wentylacji. „To właściwie jak praca na miejscu zdarzenia. Im szybciej po wybuchu można zebrać te dane, tym lepiej uczestnicy pamiętają okoliczności”, opowiada Kriegel. Jednak nawet przy podstawowych danych wybuchy można dość dobrze odtworzyć i analizować za pomocą doświadczenia i statystyki.

Nowy model z matematycznymi uproszczeniami

Aby móc udzielić konkretnych, ilościowych rekomendacji zapobiegających wybuchom, na przykład dotyczących maksymalnej liczby osób w pomieszczeniu lub koniecznego przepływu świeżego powietrza, badacze sięgnęli po podstawowe równania dotyczące dynamiki infekcji, które opracowano już w latach 50. i 70. XX wieku. Na ich podstawie stworzyli uproszczony model matematyczny infekcji, zawierający parametry istotne dla wybuchu epidemii. Odnoszą się one do cech wirusa i analizowanego pomieszczenia, ale także do działań osób w tym pomieszczeniu. „Po raz pierwszy wprowadziliśmy uproszczenia, które pozwalają na praktyczne wnioski dotyczące zapobiegania infekcji”, wyjaśnia Kriegel. Kluczowym wynikiem jest bezpośrednie powiązanie między stężeniem CO2 w powietrzu a ryzykiem infekcji. Jednym z uproszczeń jest na przykład założenie, że liczba zagrożonych osób w pomieszczeniu jest większa od liczby zaraźliwych – co zazwyczaj jest prawdą. W ten sposób można wyeliminować niepraktyczną funkcję wykładniczą w modelu.

Porównanie ryzyka w codziennych scenariuszach

Jednym z wyników tych obliczeń jest porównanie ryzyka w różnych sytuacjach codziennych, które obowiązuje dla wszystkich rodzajów wirusów rozprzestrzeniających się głównie przez aerozole (patrz rys. 1). Na wysokim miejscu plasują się pobyty w biurach i szkołach, a niskie ryzyko mają wizyty w teatrach i kinach. Często dyskutowane wizyty w restauracjach niosą ze sobą średnie ryzyko wybuchu z więcej niż jedną osobą zarażoną. „Mimo to, ryzyko zarażenia jest tam stosunkowo wysokie, ponieważ wszyscy mówią, a nikt nie nosi masek na miejscu”, wyjaśnia Kriegel. Czas pobytu odgrywa tu kluczową rolę – nikt nie siedzi tak długo w restauracji, jak trwa zwykły dzień pracy w biurze.

Faktor czasu często pomijany