O que é preciso saber sobre a transmissão aérea de vírus respiratórios?

Ao longo do século passado, pensava-se que os vírus respiratórios se espalhavam principalmente por meio de grandes gotículas respiratórias, produzidas na tosse e espirros de indivíduos infectados, que se depositam nas membranas mucosas dos olhos, nariz ou boca de potenciais hospedeiros, a chamada transmissão por gotículas; ou que se depositaram em superfícies que são tocadas por potenciais hospedeiros, e transferidas para as membranas mucosas, as chamadas transmissão de fômites.

Acredita-se que essas gotículas caiam no solo, a uma distância de 1 a 2 m da pessoa infectada, uma suposição-chave usada pela maioria das agências de saúde pública, ao recomendar uma distância segura de pessoas infectadas com vírus respiratórios. Considerada menos comum, a transmissão aérea refere-se à inalação de aerossóis infecciosos ou “núcleos de gotículas”, as gotículas que evaporam no ar, muitas vezes definidas como menores que 5 μm, e que percorrem distâncias maior que 1 a 2 m de distância do infectado Individual. Aerossóis são partículas microscópicas líquidas, sólidas ou semissólidas que são tão pequenas, que permanecem suspensas no ar. Os aerossóis respiratórios são produzidos durante todas as atividades expiratórias, incluindo respirar, falar, cantar, gritar, tossir e espirrar, tanto em indivíduos saudáveis, ​​quanto naqueles com infecções respiratórias.

A definição histórica de transmissão aérea, ignora a possibilidade de que os aerossóis também possam ser inalados próximos a uma pessoa infectada, onde a exposição é mais provável, porque os aerossóis exalados estão mais concentrados perto da pessoa que os está emitindo. Além disso, ao invés da definição convencional de 5 μm, recentemente foi sugerido que a distinção de tamanho entre aerossóis e gotas deveria ser atualizada para 100 μm, já que isso distingue entre os dois, com base em seu comportamento aerodinâmico.

=> Especificamente, as gotículas de 100 μm representam as maiores partículas, que permanecem suspensas no ar parado por > 5 s (de uma altura de 1,5 m), viajam além de 1 m da pessoa infecciosa, e podem ser inaladas. Embora gotículas produzidas por um indivíduo infeccioso por meio de tosse ou espirro, possam transmitir infecção em distâncias curtas (< 0,5 m), o número e a carga viral de aerossóis produzidos por meio da fala e outras atividades expiratórias, são muito maiores do que as de gotículas.

=> Os aerossóis são pequenos o suficiente para permanecerem no ar, se acumularem em espaços mal ventilados, e serem inalados em intervalos curtos e longos, exigindo uma necessidade urgente de incluir precauções de aerossol nos protocolos atuais de controle de doenças respiratórias. Durante a pandemia COVID-19, os controles se concentraram principalmente na proteção contra a transmissão de gotículas e fômites, enquanto a rota aérea exigiu muito mais evidências, antes que os controles pudessem ser adicionados para proteção contra ela.

Os debates em torno da importância relativa dos diferentes modos de transmissão, na propagação de doenças respiratórias, duraram séculos. Antes do século 20, acreditava-se que as doenças respiratórias infecciosas se propagavam por meio de “partículas pestilentas” liberadas por indivíduos infectados. Esta visão da transmissão aérea foi rejeitada no início de 1900 por Charles Chapin, que alegou que o contato era a principal via de transmissão de doenças respiratórias, sendo a transmissão por spray (gota) uma extensão da transmissão por contato. Chapin estava preocupado com o fato de que a menção à transmissão por via aérea assustaria as pessoas, e deixaria as pessoas inativas, e deslocaria as práticas de higiene. Chapin equivocou erroneamente as infecções em curta distância com a transmissão por gotículas, negligenciando o fato de que a transmissão por aerossol também ocorre em curtas distâncias. Esta suposição sem suporte, tornou-se generalizada em estudos epidemiológicos, e as estratégias de mitigação para controlar a transmissão do vírus respiratório, têm se concentrado em limitar a transmissão por gotículas e fômites. Algumas dessas estratégias também são parcialmente eficazes para limitar a transmissão do aerossol, levando à conclusão errônea, de que sua eficácia comprovou a transmissão por gotículas.

Apesar da suposta predominância da transmissão por gotículas, há evidências robustas que apoiam a transmissão aérea de muitos vírus respiratórios, incluindo o vírus do sarampo, vírus influenza, vírus sincicial respiratório (RSV), rinovírus humano (hRV), adenovírus, enterovírus, síndrome respiratória aguda grave coronavírus (SARS-CoV), síndrome respiratória do Oriente Médio coronavírus (MERS-CoV) e SARS -CoV-2.

Estima-se que a transmissão aérea, seja responsável por aproximadamente metade da transmissão do vírus influenza A, em um estudo em ambiente doméstico. Um estudo de desafio humano sobre a transmissão do rinovírus concluiu, que os aerossóis eram provavelmente o modo de transmissão dominante. A infecção por SARS-CoV-2 de hamsters e furões, demonstrou transmitir através do ar em configurações experimentais projetadas para excluir contribuições de contato direto e transmissão de gotículas. A análise das emissões respiratórias durante a infecção com vírus influenza, vírus parainfluenza, RSV, metapneumovírus humano e hRV, revelou a presença de genomas virais em uma variedade de tamanhos de aerossol, com a maior quantidade detectada em aerossóis < 5 μm, em vez de aerossóis maiores.

O RNA do SARS-CoV-2 foi detectado, e o vírus infeccioso foi recuperado, em aerossóis variando de 0,25 a > 4 μm. O RNA do vírus da gripe também foi detectado em aerossóis finos (≤ 5 μm) e grossos (> 5 μm), exalados de indivíduos infectados, com mais RNA viral contido nas partículas finas de aerossol. Estudos de laboratório descobriram que o SARS-CoV-2 aerossolizado, tem meia-vida de aproximadamente 1 a 3 horas. A Organização Mundial da Saúde (OMS) e os Centros de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) dos EUA, reconheceram oficialmente a inalação de aerossóis carregados de vírus, como o principal modo de espalhar o SARS-CoV-2 em intervalos curtos e longos, em abril e maio de 2021, respectivamente.

 

Aerossóis carregados de vírus (< 100 μm – 1/4m) são gerados primeiro por um indivíduo infectado por meio de atividades expiratórias, por meio das quais são exalados e transportados para o ambiente. Eles podem ser inalados por um hospedeiro potencial para iniciar uma nova infecção, desde que permaneçam infecciosos. Em contraste com as gotículas (> 100 μm – 1/4m), os aerossóis podem permanecer no ar por horas e viajar além de 1 a 2 m do indivíduo infectado que os exala, causando novas infecções em curto e longo alcance.

=> A modelagem matemática, da exposição a patógenos respiratórios, apoia que a transmissão é dominada pela inalação de aerossol de curto alcance, na maioria das distâncias dentro de 2 m da pessoa infecciosa, e as gotas só são dominantes quando os indivíduos estão a 0,2 m ao falar ou 0,5 m ao tossir.

As observações anedóticas do vírus do sarampo e da infecção por Mycobacterium tuberculosis nas proximidades, anteriormente atribuídas apenas a gotículas, incluem a transmissão por aerossóis a curta distância. Mais estudos são necessários para doenças respiratórias, cuja transmissão foi previamente caracterizada como impulsionada por gotículas, porque é plausível que a transmissão aérea seja importante ou mesmo dominante, para a maioria delas.

No início da pandemia de COVID-19, presumia-se que gotículas e fômites eram as principais rotas de transmissão, com base no número de reprodução básico relativamente baixo (R0), em comparação com o do sarampo. R0 é o número médio de infecções secundárias causadas por um indivíduo infectado primário em uma população homogeneamente suscetível. Esse argumento foi construído com base em uma crença de longa data, de que todas as doenças transmitidas pelo ar devem ser altamente contagiosas. No entanto, não há base científica para tal suposição, porque as doenças transmitidas pelo ar, exibem uma faixa de valores de R0 que não podem ser bem representados por um único valor médio, que depende de vários fatores.

Por exemplo, a tuberculose (R0, 0,26 a 4,3) é uma infecção bacteriana transmitida pelo ar obrigatória, mas é menos transmissível do que a COVID-19 (R0, 1,4 a 8,9). Os fatores que afetam a transmissão aérea, incluem carga viral em partículas respiratórias de tamanhos diferentes, a estabilidade do vírus em aerossóis, e a relação dose-resposta para cada vírus, ou seja, a probabilidade de infecção dada a exposição a um certo número de vírions por meio de uma rota de exposição específica.

=> Além disso, a R0 é uma média e a COVID-19 é super dispersa, o que significa que, sob certas condições, pode ser altamente contagiosa. Estudos epidemiológicos descobriram que 10 a 20% dos indivíduos infectados, respondem por 80 a 90% das infecções subsequentes por SARS-CoV-2, destacando a heterogeneidade nas taxas de ataque secundário, que é a proporção de indivíduos expostos que são infectados.

=> Um crescente corpo de pesquisa sobre COVID-19, fornece evidências abundantes para a predominância da transmissão aérea do SARS-CoV-2. Esta rota domina sob certas condições ambientais, particularmente ambientes internos que são mal ventilados, uma observação que implica apenas os aerossóis, porque apenas os aerossóis, e não gotas grandes ou superfícies, são afetadas pela ventilação.

Além disso, a diferença marcante entre as taxas de transmissão interna e externa só pode ser explicada, pela transmissão aerotransportada, porque grandes gotas, cujas trajetórias são afetadas pela sedimentação gravitacional, mas não pela ventilação, se comportam de forma idêntica em ambos os ambientes. Várias combinações de análises epidemiológicas; simulações de modelo de fluxo de ar; experimentos com traçadores; e análise e modelagem de eventos de superespalhamento em restaurantes, em frigoríficos, em um navio de cruzeiro, durante o canto em um ensaio de coral e a transmissão de longa distância em uma igreja, todos implicam aerossóis como o modo mais provável de transmissão, do que em fômites ou gotículas.

É altamente improvável, que a maioria das pessoas em qualquer um desses eventos, toquem a mesma superfície contaminada, ou sejam expostas a gotículas produzidas pela tosse ou espirro de uma pessoa infecciosa de perto, e encontrem carga de vírus suficiente para causar infecção. No entanto, o único fator comum para todas as pessoas nesses eventos internos, é o ar compartilhado que elas inalam na mesma sala.

=> As semelhanças entre os eventos de superespalhamento incluem ambientes internos, multidões, durações de exposição de 1 hora ou mais, ventilação deficiente, vocalização e falta de máscaras adequadamente usadas. Dado que a transmissão de gotículas domina apenas quando os indivíduos estão dentro de 0,2 m ao falar, e que a transmissão de SARS-CoV-2 através de superfícies contaminadas é menos provável, os eventos de superespalhamento só podem ser explicados incluindo aerossóis, como um modo de transmissão.

Para estabelecer diretrizes e políticas eficazes de proteção, contra a transmissão aérea de vírus respiratórios, é importante compreender melhor os mecanismos envolvidos. Para que a transmissão aérea ocorra, os aerossóis devem ser gerados, transportados pelo ar, inalados por um hospedeiro suscetível e depositados no trato respiratório para iniciar a infecção. O vírus deve reter sua infectividade ao longo desses processos.

Nesta revisão, discutimos os processos envolvidos na geração, transporte e deposição de aerossóis carregados de vírus, bem como os parâmetros importantes que influenciam esses processos, que são críticos, para informar medidas eficazes de controle de infecção.

 

Geração de aerossóis carregados de vírus

As atividades expiratórias produzem aerossóis de diferentes locais do trato respiratório, por meio de mecanismos distintos. Aerossóis produzidos por atividades como respirar, falar e tossir, exibem diferentes distribuições de tamanho de aerossol e velocidades de fluxo de ar, que por sua vez, governam os tipos e cargas de vírus que cada partícula de aerossol pode transportar, o tempo de residência no ar, a distância percorrida e, finalmente, os locais de deposição no trato respiratório de uma pessoa que os inala. Aerossóis liberados por um indivíduo infectado podem conter vírus, bem como eletrólitos, proteínas, surfactantes e outros componentes no fluido que reveste as superfícies respiratórias.

Propriedades físico-químicas de aerossóis carregados de vírus. O comportamento e o destino dos aerossóis carregados de vírus são inerentemente governados por suas propriedades características, incluindo tamanho físico, carga viral, infecciosidade, outros componentes químicos no aerossol, carga eletrostática, pH e propriedades interfaciais ar-líquido.

 

Locais de formação de aerossol

Os aerossóis respiratórios podem ser classificados em aerossóis alveolares, bronquiolares, brônquicos, laríngeos e orais, de acordo com os locais onde são produzidos. Aerossóis bronquiolares são formados durante a respiração normal. Durante a expiração, o filme líquido que reveste as superfícies luminais dos bronquíolos se rompe, para produzir pequenos aerossóis. Esses aerossóis são gerados por forças de cisalhamento que desestabilizam a interface ar-líquido ou ar-muco. Os fluxos de ar respiratório são frequentemente turbulentos sob altas velocidades de fluxo de ar, particularmente nos grandes lúmens das vias aéreas superiores, que fazem a transição para o fluxo laminar nos brônquios e bronquíolos.

Os aerossóis laríngeos são gerados pelas vibrações das pregas vocais durante a vocalização. A aposição das pregas vocais forma pontes líquidas, que explodem em aerossóis durante a expiração. Em contraste, as gotículas (> 100 µm) são produzidas principalmente a partir da saliva na cavidade oral. As taxas de emissão de aerossóis aumentam com a velocidade do fluxo de ar e o volume da fala, durante atividades como cantar e gritar.

 

Distribuições de número e tamanho

O tamanho dos aerossóis exalados é uma das propriedades mais influentes que governam seu destino, porque o tamanho não apenas determina suas características aerodinâmicas, mas também sua dinâmica de deposição e o local da infecção.

Distribuições de tamanho de aerossóis respiratórios têm sido investigadas desde a década de 1890 usando várias abordagens, incluindo microscopia óptica, fotografia de alta velocidade e, mais recentemente, técnicas de detecção baseadas em laser. Os primeiros estudos usaram técnicas de medição e métodos analíticos que eram incapazes de detectar aerossóis < 5 μm, mas os instrumentos atuais, como os sistemas aerodinâmicos e de mobilidade de varredura de dimensionamento de partículas, permitiram a detecção de aerossóis menores. Aerossóis respiratórios produzem uma distribuição de tamanho multimodal, com picos em torno de 0,1 μm, 0,2 a 0,8 μm, 1,5 a 1,8 μm e 3,5 a 5,0 μm, cada um representando um local de geração diferente, processo de produção e atividade expiratória. Quanto menor o tamanho modal, mais profundos os aerossóis se originam no trato respiratório. Um modo maior centrado em 145 μm para falar e 123 μm para tosse origina-se principalmente da cavidade oral e lábios.

Em termos de número, a maioria dos aerossóis exalados são < 5 μm, e uma grande fração é < 1 μm para a maioria das atividades respiratórias, incluindo aquelas produzidas durante a respiração, fala e tosse. No geral, a fala produz de 100 a 1000 vezes o número de aerossóis < 100 μm de tamanho para cada gota > 100 μm.

=> Foi demonstrado que a respiração normal libera até 7200 partículas de aerossol por litro de ar exalado. O número de aerossóis carregados de vírus expelidos por indivíduos durante a respiração, varia amplamente entre os indivíduos e depende do estágio da doença, idade, índice de massa corporal e condições de saúde preexistentes. As crianças geralmente produzem menos aerossóis carregados de vírus do que os adultos, porque seus pulmões ainda estão em desenvolvimento, e têm menos bronquíolos e alvéolos nos quais os aerossóis podem se formar.

=> Os processos envolvidos na formação de aerossol, particularmente as propriedades do fluido que reveste as vias aéreas que afetam sua propensão a se fragmentar para formar aerossóis, desempenha um papel crucial no número de aerossóis exalados. Um estudo mostrou que 1 minuto de fala pode produzir pelo menos 1000 aerossóis.

=> Embora a tosse possa produzir mais aerossóis em um curto período de tempo, é muito mais esporádica do que a respiração e a fala contínuas, especialmente para indivíduos infectados que não apresentam sintomas clínicos. Portanto, a respiração, a fala e outras vocalizações contínuas de indivíduos infectados, provavelmente liberarão mais aerossóis carregados de vírus em geral do que uma tosse menos frequente.

 

Conteúdo viral de aerossóis

A carga viral dos aerossóis é um fator chave na determinação da contribuição relativa da transmissão aérea. No entanto, a amostragem e detecção de vírus transportados pelo ar é um desafio, devido às suas baixas concentrações no ar, e suscetibilidade à destruição e inativação, durante a amostragem. As amostras de ar são frequentemente analisadas quanto à presença de genomas virais por métodos quantitativos de reação em cadeia da polimerase (qPCR) ou PCR de transcrição reversa quantitativa (qRT-PCR), que são altamente sensíveis. No entanto, a presença de material genético, por si só, não indica se o vírus é infeccioso.

A viabilidade dos vírus depende da integridade e função de seu material genômico, nucleoproteína, capsídeo e/ou envelope. Embora alguns estudos tenham tentado e falhado a cultura de vírus do ar, o uso de métodos mais sensíveis, como um dispositivo de coleta de condensação de líquido, permitiu a detecção de vários vírus respiratórios viáveis, incluindo vírus influenza e SARS-CoV-2 em aerossóis.

Muitos vírus foram isolados de amostras respiratórias e de ar interno, incluindo adenovírus, coxsackievírus, vírus influenza, rinovírus, vírus do sarampo, RSV, SARS-CoV, MERS-CoV e SARS-CoV-2. A concentração de SARS-CoV-2 no ar de um quarto de hospital com dois pacientes com COVID-19, estava entre 6 e 74 TCID50 por litro (dose média de infecção de cultura de tecidos por litro).

A distribuição de vírions em diferentes tamanhos de partículas de aerossol, está relacionada ao seu local de geração, o mecanismo de produção e a gravidade da infecção no local de geração, que varia entre os diferentes vírus. É comumente assumido, que as concentrações virais em amostras clínicas, por exemplo, expectoração ou saliva, se traduzem diretamente na concentração em gotículas e aerossóis gerados a partir do fluido respiratório, ou seja, que a carga viral se escala com o volume inicial de gotículas e aerossóis. No entanto, amostras segregadas por tamanho de aerossóis coletados no ar exalado de indivíduos infectados com vírus influenza A ou B, vírus parainfluenza, coronavírus, hRV ou RSV, e ar coletado em vários ambientes, mostram que os vírus são enriquecidos em aerossóis menores.

Em amostras coletadas de pacientes com influenza enquanto respiram, falam e/ou tossem, mais da metade do RNA viral foi encontrado em aerossóis < 4 a 5 μm. Um estudo de vários vírus respiratórios encontrou RNA viral mais comumente em pequenos (< 5 μm) do que em grandes aerossóis. A distribuição do vírus influenza e RSV em aerossóis ambientais, medidos em uma clínica médica, revelou que 42% do RNA do vírus influenza A, mas apenas 9% do RNA do RSV, estava em aerossóis ≤ 4 μm. Em um estudo que coletou aerossóis em uma clínica de saúde, creche e aviões, mais da metade do RNA do vírus influenza A foi encontrado em aerossóis < 2,5 μm.

=> Um estudo descobriu que um subconjunto de pacientes com COVID-19 libera de 105 a 107 cópias do genoma do SARS-CoV-2 por hora no ar exalado, enquanto outros não exalam vírus detectáveis. A grande variabilidade interpessoal tanto no número de aerossóis produzidos, quanto em sua carga viral, pode contribuir para a superdispersão na transmissão de COVID-19, um componente crucial em eventos de superespalhamento.

Embora os vírus infecciosos sejam enriquecidos em pequenos aerossóis, a relação dose-resposta que governa a probabilidade de infecção, dada a exposição a um certo número de vírions, ainda precisa ser determinada. Em um hospedeiro suscetível, a dose infecciosa mínima varia com base no tipo de vírus, e local de deposição no trato respiratório, de modo que a inalação de aerossóis menores, que se depositam mais profundamente nos pulmões, pode exigir menos vírus para iniciar a infecção.

Estudos sobre o vírus influenza, mostraram que a dose necessária para iniciar a infecção em humanos, em termos de unidades formadoras de placa (PFU), é, para a inalação de aerossóis, cerca de um centésimo do tamanho da dose para inoculação intranasal. A caracterização aprimorada da carga viral e da distribuição de vírions infecciosos em aerossóis individuais em função do tamanho da partícula, para diferentes pessoas e estágios da doença, contribuirá muito para o nosso entendimento da transmissão aérea de vírus respiratórios.

 

Aerossóis carregados de vírus no meio ambiente

As características físicas dos aerossóis afetam seu transporte no ar. A velocidade inicial dos aerossóis respiratórios, depende de como eles são gerados e liberados no trato respiratório; por exemplo, a tosse produz gotículas e aerossóis liberados em velocidades mais altas do que a fala. O transporte do aerossol é controlado por uma combinação de fluxo de ar e propriedades ambientais, e pelas características físicas dos próprios aerossóis. Aerossóis podem divergir das linhas aerodinâmicas como resultado da inércia, movimento browniano e forças externas, incluindo forças gravitacionais, eletroforéticas e termoforéticas. Esses movimentos também podem levar à remoção do ar por deposição nas superfícies. A vida útil dos vírus no ar é uma função do transporte físico e da inativação biológica, que são afetados por fatores ambientais, como temperatura, umidade e radiação ultravioleta (UV).

Os tamanhos dos aerossóis exalados que permanecem no ar evoluem com o tempo, como resultado da evaporação, coagulação e/ou deposição. A evaporação da água de aerossóis aquosos é normalmente descrita pela equação de Hertz-Knudsen. No entanto, como os aerossóis respiratórios contêm componentes não voláteis, incluindo proteínas, eletrólitos e outras espécies biológicas, a taxa de evaporação é mais lenta do que a da água pura. Durante a evaporação, os aerossóis estão sujeitos a mudanças na fase, morfologia, viscosidade e pH, todos os quais foram estudados em aerossóis respiratórios simulados, mas não reais. Mudanças nas características físicas dos aerossóis afetarão o transporte e o destino de quaisquer vírus que eles contenham, e as mudanças associadas nas características químicas dos aerossóis podem afetar a viabilidade do vírus. As distribuições gerais de tamanho de aerossóis carregados de vírus no ar também evoluem ao longo do tempo, porque aerossóis maiores são preferencialmente removidos por sedimentação para o solo ou outras superfícies, fazendo com que a mediana da distribuição mude para tamanhos menores.

O tempo de residência dos aerossóis carregados de vírus no ar, é crucial para determinar seu alcance de propagação. Na ausência de outras forças, o tempo de residência de um aerossol de tamanho específico está relacionado à sua velocidade terminal de sedimentação, up, resultante de um equilíbrio entre a força de arrasto viscosa e a força gravitacional, conforme descrito pela lei de Stokes, para pequenas partículas sujeitas a fluxo laminar.

=> O tempo de estabilização para aerossóis de um tamanho específico para atingir o solo pode, portanto, ser estimado com base na suposição de que o ar circundante está em repouso. No ar parado, um aerossol de 5 μm leva 33 minutos para se estabelecer no solo de uma altura de 1,5 m, enquanto um aerossol de 1 μm pode permanecer suspenso no ar por > 12 horas.

=> No entanto, na maioria dos ambientes realistas, a velocidade do fluxo de ar ao redor deve ser levada em consideração. Além disso, quando os aerossóis respiratórios são exalados, essas partículas são contidas em uma pluma úmida exalada com velocidade e trajetória próprias, que também desempenham um papel na determinação da distância e direção final alcançável. A distância que os aerossóis carregados de vírus viajam depende do tamanho do aerossol, da velocidade inicial do fluxo que os transporta e de outras condições ambientais, como a velocidade do vento externo ou correntes de ar internas induzidas por ventilação natural ou aquecimento, ventilação e sistemas de ar-condicionado (HVAC). A concentração de aerossóis exalados é mais alta perto da fonte (isto é, o indivíduo infeccioso) e diminui com a distância conforme a pluma respiratória se mistura com o ar ambiente.

Quanto tempo os aerossóis podem permanecer no ar? O tempo de residência de aerossóis de tamanhos variados no ar parado pode ser estimado a partir da lei de Stokes para partículas esféricas. Por exemplo, o tempo necessário para um aerossol de 100, 5 ou 1 μm cair no solo (ou superfícies) de uma altura de 1,5 m é 5 s, 33 min ou 12,2 horas, respectivamente.

=> A trajetória e a evaporação dos aerossóis exalados gerados durante a tosse e a fala foram estudadas com modelagem computacional. Gotas grandes tendem a atingir suas distâncias horizontais máximas rapidamente, e cair no solo ou superfícies em poucos metros, enquanto os aerossóis podem permanecer suspensos por muitos segundos a horas, viajar por longas distâncias, e se acumular no ar em espaços mal ventilados. A natureza multifásica dos fluxos de aerossol carregados de vírus afeta muito a dinâmica do fluxo e a distância que os aerossóis viajam, especialmente para expirações com velocidades de fluxo de ar mais altas, como em uma tosse.

 

Fatores ambientais que afetam a transmissão do aerossol

A sobrevivência de vírus em aerossóis, também conhecida como persistência, estabilidade ou retenção de infectividade, é comumente determinada experimentalmente usando um tambor rotativo, que permite que os aerossóis permaneçam suspensos por mais tempo do que em uma câmara estacionária. A decadência do vírus pode ser descrita por cinética de primeira ordem C = Co × e-kt onde C é a concentração de vírus infecciosos no tempo t, Co é a concentração inicial de vírus infecciosos ek é a constante de taxa de inativação. A constante da taxa de inativação difere por vírus e depende de vários fatores, incluindo temperatura, umidade, radiação UV e composição química do fluido a partir do qual o vírus foi aerossolizado. Essa dependência, especialmente da composição do fluido respiratório, torna um desafio comparar os resultados de diferentes estudos. O tempo necessário para atingir 99,99% de inativação varia de horas a meses. A taxa de decaimento pode ser quantificada em termos de meia-vida, que é de aproximadamente 1 a 3 horas para SARS-CoV e SARS-CoV-2 em aerossóis gerados em laboratório.

 

Temperatura

A temperatura é crítica na mediação da sobrevivência e transmissão de vírus em aerossóis, provavelmente por afetar a estabilidade das proteínas, lipídios e material genético, que constituem o vírus. O trato respiratório superior é mantido alguns graus mais frios do que os pulmões, sugerindo um aumento da capacidade de replicação no trato respiratório superior. SARS-CoV, SARS-CoV-2 e vírus influenza são mais estáveis ​​em temperaturas mais baixas, possivelmente por causa de taxas de decaimento mais lentas, conforme governado pela equação de Arrhenius, e ordenação mais forte de fosfolipídios para vírus envelopados.

=> Evidências epidemiológicas e estudos em animais sugerem que a transmissão de vírus respiratórios que infectam as vias aéreas superiores é favorecida em temperaturas mais baixas.

 

Umidade relativa

Ao modular a taxa de evaporação e o tamanho de equilíbrio dos aerossóis, a umidade relativa (UR) afeta seu transporte e a viabilidade dos vírus que eles contêm. Os aerossóis respiratórios evaporam ao serem liberados do trato respiratório para o ar ambiente, à medida que passam de um ambiente saturado para uma UR mais baixa. Espera-se que o processo de evaporação leve segundos. Na UR ambiente mais baixa, a evaporação ocorre mais rapidamente e se equilibra em um tamanho de equilíbrio menor. Em UR abaixo de ~ 80%, os aerossóis respiratórios atingem um diâmetro final que é de 20 a 40% do tamanho original.

A sazonalidade dos casos de vírus influenza, coronavírus humanos que causam resfriados comuns, VSR e outros, foi pelo menos parcialmente atribuída à UR. A sensibilidade de um vírus à UR pode ser influenciada pelos efeitos relacionados à UR na persistência do vírus no ambiente e/ou nas defesas imunológicas. A depuração mucociliar não é tão eficiente em baixa UR. Estudos em animais demonstraram que a transmissão do vírus influenza é favorecida com UR baixa; no entanto, um estudo do vírus da pandemia de influenza A (H1N1) de 2009 em meio mais fisiologicamente realista, relatou que o vírus permaneceu altamente estável e infeccioso, em uma ampla faixa de UR entre 20 e 100%. Um estudo investigou a sensibilidade de 11 vírus aerotransportados à UR e descobriu que, embora alguns vírus de RNA sobrevivam melhor com UR baixa, outros vírus sobreviveram melhor com UR alta. A relação entre a UR e a viabilidade do vírus em gotículas e aerossóis, é característica do vírus, modulada por ambas as propriedades físico-químicas intrínsecas do vírus, e do seu ambiente circundante.

 

Irradiação Ultravioleta (UV)

=> A irradiação com luz ultravioleta, foi estabelecida há muito tempo, como uma abordagem eficaz para inativar vírus transportados pelo ar, incluindo vírus influenza, SARS-CoV e outros coronavírus humanos. A irradiação UV inativa rapidamente o SARS-CoV-2 em meio de cultura em massa e em aerossóis em comprimentos de onda encontrados na luz solar ao nível do solo. A irradiação ultravioleta danifica o material genético, levando à inativação do vírus. No entanto, deve-se ter cuidado durante a operação das lâmpadas de desinfecção UV para evitar o contato direto com os olhos e a pele.

 

Fluxo de ar, ventilação e filtração

=> O fluxo de ar influencia fortemente o transporte de aerossóis carregados de vírus, em contraste com as gotículas, que são rapidamente depositadas por causa da gravidade. Aerossóis no ar exalado tendem a subir, porque o ar exalado é mais quente do que o ambiente, e suas trajetórias também podem ser influenciadas pela pluma térmica do corpo. Maior fluxo de ar externo contribui para maior dispersão, enquanto dentro de casa o fluxo de ar é restringido pelas paredes e teto ao redor. A taxa de ventilação e os padrões de fluxo de ar, desempenham um papel importante na transmissão aérea de vírus em ambientes internos.

Um estudo de transmissão de rinovírus, mostrou que uma baixa taxa de ventilação, aumenta o risco de exposição a aerossóis carregados de vírus em ambientes fechados. Um surto de COVID-19 em um allto prédio de apartamentos, ocorreu ao longo de unidades alinhadas verticalmente, que foram conectadas por um único duto de ar, demonstrando o risco de transmissão aérea associada ao ar compartilhado. Melhorar as taxas de ventilação, para reduzir os níveis de dióxido de carbono em edifícios sub-ventilados, de 3.200 partes por milhão (ppm) para 600 ppm, correspondendo a um aumento estimado da taxa de ventilação de 1,7 litros por segundo por pessoa para 24 litros por segundo por pessoa, demonstrou reduzir a taxa de ataque secundário de tuberculose a zero.

=> O fluxo de ar em ambientes internos é mediado pelo projeto e status operacional dos sistemas de ventilação, incluindo o tipo de sistema de ventilação, seja natural com portas e janelas abertas, mecânico com ventiladores ou um híbrido destes padrões de fluxo de ar, taxa de renovação de ar, e sistemas suplementares, como filtração de ar. A OMS recomendou recentemente uma taxa de ventilação de 10 litros por segundo por pessoa. A colocação adequada de purificadores portáteis de partículas de ar de alta eficiência (HEPA), que são capazes de remover ≥ 99,97% das partículas de aerossol ≥ 0,3 μm, também é eficaz na redução da exposição de aerossóis infecciosos, especialmente quando combinados com ventilação e mascaramento universal.

 

 

 

 

Autor: 
Dr. Dylvardo Costa Lima
Pneumologista, CREMEC 3886 RQE 8927
E-mail: dylvardofilho@hotmail.com

 

 

 

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