Мысль о том, что маски, надетые не медицинскими работниками, неэффективны, неверна на трех уровнях: в логике, в механике передачи и в биологии вирусного проникновения.
Сравните это с культурной привычкой, поощрением или даже мандатом носить маски в азиатских странах, в которых не такое пугающее распространение коронавируса.
Таким образом, хирургические маски, возможно, даже ваша лыжная маска, банданы или шарф, могут обеспечить большую защиту, чем изображено правительственным чиновником в их первоначальной (понятной, но неудачной) рекомендации против ношения масок общественностью в целом.
Официальная рекомендация в Соединенных Штатах (и других западных странах) о том, что население не должны носить маски для лица, была мотивирована необходимостью сохранения респираторных масок для медицинских работников.
Маски эффективны?
Нет никакой научной поддержки утверждению о том, что маски, надетые непрофессионалами, “не эффективны”. Напротив, с учетом заявленной цели “сгладить кривизну” любое дополнительное, хотя бы частичное снижение передачи будет приветствоваться — даже такая защита, которая обеспечивается простыми хирургическими масками или самодельными масками (которые не будут усугублять проблему снабжения). Последние биологические находки по вирусному проникновению SARS-Cov-2 в ткани человека и баллистике капель от чихания и кашля предполагают, что основной механизм передачи заключается не в мелких аэрозолях, а в крупных каплях, и, таким образом, доказывают необходимость ношения хирургических масок всеми.
Главный хирург написал в своём твитере: «ПРЕКРАТИТЕ ПОКУПАТЬ МАСКИ, они не эффективны». Центр по контролю и профилактике заболеваний США (Centers for Disease Control and Prevention, CDC) утверждает, что хирургические маски обеспечивают гораздо меньшую защиту, чем респираторные маски N95 (которые также должны быть идеально прижаты, и только профессионалы могут это сделать).
Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) рекомендует здоровым людям вообще не носить маски, только больным. Эти руководящие принципы не основаны на научных обоснованиях, но были мотивированы необходимостью сохранить ценные маски для медицинских работников в связи с нехваткой. Но они, возможно, имели непреднамеренные последствия: стигматизация — те, кто носит маски на публике (вы-кладоискатель, или вы заразны!)
Цель надетой маски — снизить шанс заразиться
Безусловно, хирургические маски, и неправильно надетые маски респиратора Н95, не предлагают идеальную защиту. Но если заявленная цель состоит в том, чтобы снизить вероятность заражения (в отличие от искоренения вируса), мы должны отказаться от черно-белого мышления и принять оттенки серого. Мы больше не можем утверждать, что маски “неэффективны”. Мы не можем позволить совершенному быть врагом добра. Что делать, если хотя бы частичная защита, обеспечиваемая дырявыми хирургическими или даже самодельными масками, снижает вероятность передачи до степени, аналогичной рекомендуемой (столь же несовершенной) дистанцируясь более чем на 1,5 метра друг от друга или “ не касайтесь Вашего лица ”? Это могло бы затем снизить число заражений уже с самого начала.
Рисунок 1. «Снижение пика заражения».
Эффект защитных вмешательств, которые позволили бы снизить начальную скорость размножения короновируса на 50% при реализации на 25-й день. Красная кривая — это ход числа инфицированных лиц (”случай») без вмешательства. Зеленая кривая отражает измененную (”сплюснутую») кривую после вмешательства. День 0 (3 марта 2020 г.) — это время, когда было подтверждено 100 случаев инфицирования (d100 = 0). Модель предназначена только для иллюстрации и была выполнена в симуляторе SEIR-model. Модель невмешательства была приспособлена к этим точкам данных: период времени в 20 дней, в течение которого число случаев заболевания в Соединенных Штатах возросло со 100 (d100=0) до 35 000 (d100=20). Использовались стандартные параметры (размер популяции 330 м, Tinc=5,2 дня, Tinf = 3,0 дня, но с достаточно высоким значением R0=5,6). Для достижения наблюдаемой скорости увеличения числа случаев в США кривые перерисовываются не до масштабирования.
Поскольку Центры по контролю и профилактике заболеваний США (CDC) не предоставляет никаких научных доказательств для своего утверждения о том, что маски, носимые населением, “не являются эффективными”, мы в этой статье рассматриваем научное доказательства обеспечения защиты, предоставляемое хирургическими масками. Мы фокусируемся на механистическом обосновании (в отличие от эпидемиологически-феноменологических данных). Мы приходим к выводу, рассматривая баллистику капель кашля и последние результаты исследований по биологии передачи вируса SARS-CoV2 (который вызывает COVID-19), что любой физический барьер, может существенно уменьшить распространение COVID 19.
Официальная рекомендация Центра по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), FDA и других о том, что маски, надетые не медицинскими работниками, неэффективны, неверна на трех уровнях: в логике, в механике передачи и в биологии вирусного проникновения.
I. Логика маски для лица
Конечно же маски, будь то плотно прилегающая респираторная маска N95 или свободно носимая хирургическая маска, не обеспечивают 100% защиту. Но несовершенная защита не означает «совершенно бесполезная», так как стакан не полный не обязательно должен быть пустым: я с удовольствием выпил бы стакан воды, заполненный на 60%, когда я испытываю жажду. Отсутствие доказательств защиты не является доказательством отсутствия. Но в нашем двоичном мире официальное сообщение о том, что хирургические маски “не эффективны”, возможно, принесло людям неправильное сообщение: что они абсолютно бесполезны. К сожалению, дискуссия об эффективности масок была подавлена чиновниками, а вместе с ней и возможность стимулирования промышленности к наращиванию производства масок стоимость которых 75 центов.
Но с заявленной целью «сгладить кривую распространения болезни “(а не полностью устранить вирус) у нас есть” относительная “в отличие от абсолютной цели, которая ставит понятие” частичная защита».
II. Механика заражения
Каким образом вирусы, вызывающие воздушно-капельные заболевания, передаются каплями от человека к человеку, — это сложный, недостаточно изученный вопрос. Капельки можно (для этого обсуждения) грубо разделить на две большие категории в зависимости от размера (рис. 2):
Рисунок 2. Капелька большие, выдыхаемые (на скорости на высокой скорости при кашле или чихании, (0.1 микрометра), могут пролетать до 6 метров.
а) капли диаметром менее 10 мкм (микрометр) — верхний предел размера для определения «аэрозоля» (частицы настолько легкие, что они могут плавать в воздухе). Для краткости назовем эту категорию «аэрозолями». Эти малые аэрозоли могут быть подхвачены вентиляцией или ветрами и таким образом могут перемещаться в другие помещения. Что отличает лицевые маски N95 от хирургических масок, так это то, что первые предназначены (согласно нормативным требованиям) для остановки аэрозолей: они должны отфильтровывать 95% капель размером менее 0,3 мкм.
б) капельки больше, чем 10um (микрометр), достигая 100um или больше. Давайте назовем эти крупные частицы «каплями брызг». Конечно, капельки могут быть еще больше, вплоть до размера, видимого невооруженным глазом в брызгах, образующихся при кашле или чихании (диаметр 0,1 мкм до выше). Расчеты показывают, что при выдыхании капли размером >0,1 мкм могут висеть в воздухе или падать на поверхность в пределах 2 м в зависимости от размера, влажности воздуха и температуры. Но кашель или чихание может подтолкнуть их к полету с ”начальной скоростью » 50 метров в секунду (для чихания) или 10 м/с (для кашля), и капли могут достигать расстояния до 6 метров.
Центральным биологическим следствием различия между аэрозолями и каплями брызг является: то, что частицы достигающие глубоких уровней легких проходящие через все воздушные каналы до находящихся в самом нижнем отделе легких в альвеолярных клетках там, где происходит газообмен, должны быть небольшими, диаметром 10 микрометров (рис. 3): только капельки диаметром 10 микрометров могут достигнуть альвеолы. Напротив, крупные капли аэрозоля застревают в носоглотке (носоглоточном пространстве) и верхних дыхательных путях легких, трахеи и крупных бронхов. Капельки типичного выдыхаемого кашля имеют такое распределение по размерам, что примерно половина капель относится к категориям аэрозолей, хотя в совокупности они составляют лишь менее 1/100 000 объема выдыхаемого воздуха ( Nicas et al 2005 ).
Рисунок 3. Анатомия дыхательных путей и где могут оказаться капельки, в зависимости от их размера и какие капельки блокируются какими масками
Из этого следует, что сложные маски N95, предназначенные для фильтрации мельчайших частиц, помогают предотвратить попадание капель вируса в альвеолы. Но действительно ли это важно для сглаживания кривой заражения коронавирусом? Мы увидим это ниже. Напротив, вполне вероятно, что крупные капли, которые попадают в носоглотку, могут быть остановлены любым физическим барьером, таким как более простые хирургические или пылевые маски.
Конечно, многие аэрозольные капли при выдохе могут не содержать вирус, но мы не знаем какая часть. В случае коронавируса неизвестно, какова минимальная инфекционная нагрузка, тоесть количество вирусных частиц, необходимых для запуска каскада патогенеза, вызывающего клиническое заболевание COVID 19. Но мы начинаем понимать, является ли малый аэрозоль или большие капли более опасными.
Представители медицинского сообщества сходятся во мнении, что альвеолы являются местом назначения капель для доставки вирусной нагрузки (альвеолы, в конце концов, являются анатомическим местом в котором пневмония особенно тяжела). Эти знания повысили очевидное предпочтение в использовании масок N95, над хирургическими масками.
Хотя даже частичная фильтрация аэрозольных частиц, обеспечиваемая хирургическими масками, лучше, чем ничего. В в 2008 году лаборатория Ван дер Санде Netherland сравнили возможности защиты человека от внешних частиц трех масок: (1) самодельная маска, (2) стандартная хирургическая маска и (3) маска FFP2, европейский аналог N95 маски. Изучались способность масок остановить мелкие аэрозольные частицы величиной в диапазоне от 0,2 до 1 мкм –капельки, которые способны достигать нижних отделов легких.
Рисунок 4
Исследователи обнаружили, что самодельная маска пропускает 33% частиц, хирургическая маска 25%, снижая количество капель способных заразить человека в 4 раза, а маска FFP2 (или A95) отфильтровывает 99% частиц аэрозольных частиц, пропуская лишь 1%. Вполне вероятно, что для более крупных капель кашля между хирургическими масками и респираторными масками FFP2 (или A95) различий будет меньше. Интересно, что в обратном направлении, для защиты окружающих, различия в эффективности значительно меньше (см. Цифры на фиг. 5).
Рисунок 5
Изучалось фильтрация влияние для небольших капелек (аэрозолей) различными масками; самодельной, хирургической и маской FFP2(A95). Измерение проводилось с помощью счетчика Portacount, который регистрирует частицы в воздухе с размерами в диапазоне от 0,02 до 1 микрометра.
Эти результаты поднимают насущный вопрос: если все, что мы ожидаем от ношения маски, это смягчить пандемию, то есть “ сгладить кривую роста заразившихся”, насколько 4-кратное сокращение частиц, достигающих легких, уменьшает передачу коронавируса от человека к человеку? Интуиция подсказывает, что даже несовершенная маска может предложить некоторую защиту.
Технически, можно было бы количественно определить, насколько уменьшение в 4 раза количества капель, которые при кашле заболевшего достигли здорового человека, и были остановлены хирургическими масками, или в 3 раза, остановленные маской ручной работы, способствует снижению “скорости размножения” от начального R0 до эффективного Rt после смягчения вмешательства в момент времени t . Может быть, на 25%? Затем можно было бы, используя SEIR-эпидемиологические модели, вычислить, в какой степени частичное сокращение R существенно сгладит кривую заражения–к желаемой степени, чтобы избежать чрезмерного влияния на систему здравоохранения (см. Рисунок 1).
Но такой расчет величины R является сложным, поскольку он потребует знания многих механистических факторов, которые нелегко поддаются количественной оценке. Например, мы не знаем, в какой пропорции в брызгах кашля заболевшего COVID-19 присутствуют большие капли относительно мелких аэрозольных капель. Спешим добавить насколько явно преимущество ношения масок FFP2(A95) перед хирургическими масками!
Остается открытым вопрос, насколько одно только социальное дистанцирование способствует снижению R (число заразившихся).
Таким образом, давайте посмотрим на фактическую биологию передачи, которая предлагает выход из этой проблемы и также не рассматривалась официальными лицами, которые утверждали, что “хирургические маски не эффективны”.
III. БИОЛОГИЯ
Вирус SARS-Cov-2, как и любой вирус, должен закрепиться на клетках человека, используя принцип блокировки ключа, в котором вирус представляет ключ, а клетка-замок, который дополняет ключ для входа в клетку и репликации. Для вируса SARS-Cov-2 вирусный поверхностный белок «Spike protein S “ является” ключом“, и он должен плотно вписываться в белок” lock», который экспрессируется (=молекулярно представлен) на поверхности клеток-хозяев. Клеточный белок блокировки, который использует вирус SARS-Cov-2, является белком ACE2 (рис. 6).
Этот белок на поверхности клетки имеет кардио-пульмональную защитную функцию. ACE2 экспрессируется быстрее у пожилых людей, у людей с хронической сердечной недостаточностью, с легочной или системной артериальной гипертензией. (Обратите внимание, что экспрессия ACE2 “ограничивает скорость”, потому что другие белки –хозяева, присутствие которых также необходимо для проникновения вируса в клетки, такие как протеазы, более обильно и широко выражены). Некоторые препараты для повышения артериального давления (как сейчас интенсивно обсуждается, поскольку артериальная гипертензия является фактором риска прогрессирования ОРДС и смерти от COVID-19), но и механический стресс от вентиляции, как ни странно, может увеличить экспрессию ACE2.
Рисунок 6. SARS-Cov-2 входит в клетку хозяина путем стыковки своим белкового шипа к белку ACE2 на поверхностях клетки человека
Удивительно, но экспрессия ACE2 в легких очень низка : она ограничивается несколькими молекулами на клетку в альвеолярных клетках (AT2-клетках) глубоко в легком. Но только что опубликованная статья консорциума Human Cell Atlas (HCA) сообщает, что ACE2 высоко экспрессируется в некоторых типах (секреторных) клеток носоглотки! (Рис. 7).
Соединим этот факт с приведенным выше объяснением механики: экспрессия белка на клетках носоглотки ACE2 предполагает, что вирус SARS-Cov2 заражает эти клетки. Можно также сделать вывод, что передача вируса SARS-Cov2 будет происходить в основном через крупные капли кашля или чихания, которые составляют большую часть распыленной жидкости в кашле/чихе и приземляются в носоглотке из — за их размера-именно там, где присутствуют молекулярные замки для вируса, позволяя вирусу прикрепиться к входу в клетки человека. Очевидно, что этот путь передачи может быть эффективно заблокирован простым физическим барьером. (Проксимальное выражение ACE в носовой полости также поддерживает передачу поверхностными каплями-следовательно, действительно очень важно мыть руки).
Рисунок 7. Основной путь проникновения вируса, вероятно, происходит посредством крупных капель, которые попадают в нос-там, где экспрессия рецептора вирусного входа, ACE2 является самой высокой. Это маршрут передачи, который может быть эффективно заблокирован простыми масками, которые обеспечивают физический барьер.
На самом деле, Roman Woelfel, 1 Bundeswehr Institute of Microbiology, Munich, Germany, Wölfeletal, пишет, что вирусный материал может быть легко обнаружен и выделен из носовых мазков, в отличие от других воздушно-капельных вирусных инфекций, таких как SARS (атипичная пневмония). По сравнению с SARS (который также использует ACE2 для входа в клетки) в случае COVID-19 вирусные геномы (РНК) появляются раньше в носовых мазках и в гораздо более высокой концентрации, так что обнаруживаются они довольно легко. На самом деле FDA (агентство Министерства здравоохранения США) просто одобрил тампоны для тестов, взятых только из передней части носа через самосборку, а не глубоко в носоглотке. Молекулярный анализ также показал , что вирус SARS-Cov2 активен и размножается уже в носоглотке, в отличие от других респираторных вирусов, обитающих в более глубоких областях легких.
Репликация вируса в слизистой оболочке носоглотки может также объяснить положительные тесты в продромальной стадии и передачу здоровыми носителями, а также, возможно, аносмию, наблюдаемую на ранних стадиях COVID19. Но эта биология также означает: избегание больших капель, которые все равно не могут попасть в легкие, но попадают в верхние дыхательные пути, может быть самым эффективным средством для предотвращения инфекции. Таким образом, хирургические маски, возможно, даже ваша лыжная маска, банданы или шарф, могут обеспечить большую защиту, чем изображено правительственным чиновником в их первоначальной (понятной, но неудачной) рекомендации против ношения масок общественностью в целом. Респираторные маски FFP2(A95) могут предложить относительно небольшую дополнительную защиту, чем предполагалось.
С практической и общественной точки зрения, хирургические или самодельные маски, если их правильно использовать, в худшем случае не повредят, а в лучшем-помогут. (Убедитесь в том, чтобы выбросить или отмыть после использования, не касаясь внешней поверхности). Этих более простых и недорогих масок может быть достаточно, чтобы помочь «снизить пик заражения», возможно, немного, а возможно, и существенно. Главное: с их помощью не будут отбирать ценные респираторные маски N95 у медицинских работников.
Заключение
Было бы трагично, если бы неправильная логика, механика и биология, которые привели к тому, что западные правительства не поощряли ношение масок, возможно, способствовали быстрому рапространению COVID-19. Учитывая, что верхний дыхательный путь является главным местом для проникновения SARS-Cov-2 в ткани человека, ношение простых масок для лица, которые оказывают барьерную функцию, блокирующую те большие капли кашля/чиха, которые попадают в нос или горло, может существенно снизить скорость поста заразившихся, в той степени, которая может быть сопоставима с социальным дистанцированием и мытьем рук. Это мера может удвоить эффект снижения числа заразившихся!
Заглядывая вперед: в настоящее время существует прочная научная основа для того, чтобы положить конец отрицанию пользы хирургической маски, что позволит рекомендовать или даже санкционировать широкое использование масок так, как в азиатских странах, они помогли замедлить рост заразившихся.
Рекомендуем антибактериальные средства для рук и поверхностей:
Загрузка...
