Вирусы, такие как SARS-CoV-2, вирус гриппа и другие, передаются от человека к человеку по сути "автостопом" - с помощью аэрозолей.
Эти мелкодисперсные частицы жидкости, взвешенные в воздухе, инфицированный человек выбрасывает при кашле, чихании или просто выдыхая, и они могут быть вдыхаемы другим человеком. Именно поэтому считается важным эффективно проветривать помещения и фильтровать воздух в помещениях: снижение концентрации аэрозольных частиц в домах, офисах и общественном транспорте может уменьшить риск инфицирования.
Неясно, как долго вирусы в аэрозолях остаются заразными. Некоторые исследования показывают, что влажность и температура воздуха могут играть определенную роль в сохранении вирусов. Еще одним фактором, который до сих пор недооценивался, является химический состав выдыхаемого аэрозоля, в частности, его кислотность и взаимодействие с воздухом в помещении. Многие вирусы, такие как вирус гриппа А, чувствительны к кислотам; частицы выдыхаемого аэрозоля могут поглощать летучие кислоты и другие вещества, находящиеся в воздухе, такие как уксусная кислота, азотная кислота или аммиак, из воздуха в помещении, что в свою очередь влияет на pH частиц.
До сих пор не проводилось исследований о том, как влияет подкисление аэрозолей после выдоха на вирусную нагрузку, которую они несут. Недавно группа исследователей из Университета Цюриха изучила именно этот вопрос. В своей работе они впервые показали, как изменяется рН аэрозольных частиц в течение нескольких секунд, минут и часов после выдоха при различных условиях окружающей среды. Кроме того, они показали, как это влияет на вирусы, содержащиеся в частицах. Исследование было опубликовано в журнале Environmental Science & Technology.
По словам авторов, выдыхаемые аэрозоли закисляются очень быстро, быстрее, чем можно было бы ожидать. Скорость окисления зависит от концентрации молекул кислоты в окружающем воздухе и размера аэрозольных частиц. Команда исследовала крошечные капельки - несколько микрометров в диаметре - носовой слизи и легочной жидкости, синтезированной специально для экспериментов. В обычном воздухе помещений этим капелькам потребовалось всего около 100 секунд, чтобы достичь pH 4, что примерно соответствует кислотности апельсинового сока.
Исследователи утверждают, что окисление аэрозолей происходит в основном за счет азотной кислоты, которая поступает из наружного воздуха. Она попадает в закрытые помещения либо через открытые окна, либо когда вентиляционные системы втягивают воздух извне. Азотная кислота образуется в результате химического превращения оксидов азота, которые попадают в окружающую среду в основном как продукт процессов горения вместе с выхлопными газами двигателей и промышленными выбросами. Соответственно, в городах и мегаполисах существует постоянный приток оксидов азота и, соответственно, азотной кислоты. Азотная кислота быстро оседает на поверхностях, мебели, одежде и коже, а также захватывается мельчайшими частицами выдыхаемого аэрозоля. Это повышает их кислотность (снижает уровень pH).
Авторы также показали, что кислотная среда может оказывать решающее влияние на то, как быстро инактивируются вирусы, попавшие в частицы выдыхаемой слизи. Было обнаружено, что два вида вируса имеют разную чувствительность к кислоте: SARS-CoV-2 настолько устойчив к кислотам, что эксперты сначала не поверили своим измерениям. Для инактивации коронавируса потребовалось pH ниже 2, то есть очень кислые условия, такие как в неразбавленном лимонном соке. Такие условия не могут быть достигнуты в обычном воздухе в помещении.
С другой стороны, вирусы гриппа А инактивируются уже через одну минуту в кислой среде с pH 4. Частицы свежевыдыхаемой слизи достигают этого уровня менее чем за две минуты в типичных условиях в помещении. Если прибавить время, необходимое для подкисления аэрозоля, к времени, необходимому для инактивации вирусов гриппа при pH 4 или ниже, то становится ясно, что 99 % вирусов гриппа А будут инактивированы в аэрозоле примерно через три минуты. Такой короткий промежуток времени удивил исследователей. С SARS-CoV-2 дело обстоит иначе: поскольку рН аэрозоля практически никогда не опускается ниже 3,5 в типичных закрытых помещениях, для инактивации 99 % коронавирусов требуется несколько дней.
Исследование показывает, что в хорошо проветриваемых помещениях инактивация вирусов гриппа А в аэрозолях работает эффективно, и угроза SARS-CoV-2 также может быть снижена. Однако в плохо проветриваемых помещениях риск того, что аэрозоли содержат активные вирусы, в 100 раз выше, чем в помещениях с сильным притоком свежего воздуха. В связи с этим исследователи советуют часто и хорошо проветривать закрытые помещения, чтобы насыщенный вирусами воздух в помещении и основные вещества, такие как аммиак, выделяемые в результате деятельности людей и помещений, выносились наружу, а кислотные компоненты наружного воздуха могли поступать в помещения в достаточном количестве.
Даже обычные системы кондиционирования воздуха с воздушными фильтрами могут привести к снижению содержания летучих кислот. "Удаление кислот, вероятно, еще более выражено в музеях, библиотеках или больницах, где установлены фильтры с активированным углем. В таких общественных зданиях относительный риск передачи гриппа может значительно возрасти по сравнению со зданиями, снабжаемыми нефильтрованным наружным воздухом", - пишут авторы статьи.
В качестве ответной меры исследовательская группа предложила рассмотреть возможность добавления в фильтрованный воздух небольшого количества летучих кислот, таких как азотная кислота, и удаление основных веществ, таких как аммиак, в попытке ускорить окисление аэрозолей. Согласно исследованию, концентрация азотной кислоты на уровне около 50 ppb (частей на миллиард) может снизить риск заражения COVID-19 в тысячу раз.
Однако исследователи также понимают, что такая мера вызовет много споров, поскольку неясно, какие последствия могут иметь такие уровни кислоты. Музеи или библиотеки очень тщательно фильтруют воздух, чтобы не повредить произведения искусства и книги. Инженеры-строители также будут не в восторге, поскольку добавление кислот может повредить материалы или трубопроводы. Поэтому ученые, участвовавшие в исследовании, согласны с тем, что необходимы долгосрочные исследования для оценки рисков для людей и сооружений. Таким образом, использование летучих кислот для эффективной инактивации вирусов в аэрозольных частицах может оказаться непростой мерой борьбы с вирусами, в то время как удаление аммиака - соединения, легко выделяемого людьми, и вещества, стабилизирующего вирусы, поскольку оно повышает рН - не должно вызывать споров.
