Jak się łapie koronawirusa?

Na początku marca 2020 w Polsce zidentyfikowano pierwszą osobę zakażoną SARS-CoV-2. Na początku pandemii wyrażano przekonanie, że dzięki powszechnemu lockdownowi choroba wygaśnie w ciągu dni bądź tygodni. “Możesz uratować świat siedząc na kanapie i oglądając telewizję” – brzmiał jeden z internetowych memów. Upowszechniła się telepraca. Rok później Ministerstwo Zdrowia informuje każdego dnia o liczbie zakażeń rzędu kilkunastu- bądź ponad trzydziestu tysięcy. Ogólnej sytuacji nie zmieniło jeszcze wprowadzenie szczepionek, choć część najbardziej narażonych osób faktycznie zyskała odporność.

Do pandemii COVID-19 nieświadomie przyczyniło się wielu ludzi, którzy podróżowali po świecie, spotykali w pojazdach, mieszkaniach, restauracjach czy klubach, i przekazywali chorobę do coraz mniejszych ośrodków.

Wirus SARS-CoV-2, który powoduje COVID-19 przenosi się głównie drogą powietrzną z osoby na osobę. Kiedy zakażona osoba kaszle, kicha lub mówi – zawierające wirusa drobne kropelki wydostają się z nosa lub ust. Wyniki badań wskazują, że wirus może przetrwać w powietrzu do 3 godzin. Innym sposobem zakażenia jest dotknięcie powierzchni, na które ktoś zakażony wirusem kaszle lub kicha (albo dotyka ich rękami, którymi zakrywał usta). Może chodzić o zanieczyszczony blat stołu lub klamkę – wystarczy potem dotknąć nosa, ust lub oczu. Na powierzchniach takich, jak plastik i stal nierdzewna, wirus pozostaje aktywny nawet 2-3 dni. Aby zapobiec zakażeniu, trzeba czyścić i dezynfekować klamki, blaty, poręcze i inne powierzchnie, które często są dotykane. Eksperci przyznają, że do takich zakażeń dochodzi jednak rzadko.

Najczęściej wirusa przenoszą osoby z objawami (z których szczególnie zauważalnym jest kaszel), jednak są też nosiciele bezobjawowi oraz przedobjawowi – u których objawy zakażenia jeszcze nie wystąpiły. Ostatnio we Francji pojawił się wariant wirusa niewykrywany przez typowe testy, z kolei wariantem brazylijskim mogą zakażać się osoby, które przeszły już typową infekcję.

Wczesne warianty wirusa były niewiele bardziej zakaźne, niż grypa: każda osoba mająca COVID-19 przekazywała chorobę 2 lub 2,5 innym. Nowe warianty są nawet o kilkadziesiąt procent bardziej zakaźne. Dla porównania: ktoś, kto ma grypę, prawdopodobnie przekaże ją średnio 1,1 do 2,3 innym osobom. Jedna osoba chora na rekordowo zakaźną odrę może zakazić 12 do 18 osób.

Czasami można się dowiedzieć, jak zakażona została dana osoba – jeśli wiadomo, że miała kontakt z chorym. Ale przy wielkiej liczbie zakażeń wymagałoby to śledzenia kontaktów na poziomie, który udało się osiągnąć w niewielu krajach (np. w Chinach, gdzie rząd ma wyjątkowo duże możliwości elektronicznej inwigilacji).

Unikanie podróży, zdalna praca i kontakty wciąż są skutecznymi metodami zapobiegania zakażeniom. Niestety, nie zawsze jest to możliwe. Jednak zachowanie dystansu, częste mycie rąk i noszenie maseczek zwiększają bezpieczeństwo w każdym przypadku.

Dlaczego maseczki są skuteczne – mimo że wirusy są mniejsze od porów w ich filtrach? Wirusy nie unoszą się w powietrzu luzem. Ich nośnikami są większe i mniejsze kropelki, emitowane podczas oddychania, kaszlu, kichania, mówienia czy śpiewu. Kropelki większe od 300 mikrometrów opadają na podłoże w ciągu sekund, dlatego zagrażają tylko osobom odległym o mniej niż 2 metry. Jednak drobne kropelki mające poniżej 100 mikronów są jak dym – w powietrzu mogą się unosić godzinami. To one odpowiadają za większość zakażeń. Znaczną część tych kropelek zatrzymują maseczki (na przyłbicach osadzają się praktycznie tylko te, które i tak wkrótce by opadły na podłoże). Nie należy uważać maseczek za stuprocentowe zabezpieczenie pozwalające lekceważyć inne środki bezpieczeństwa, jednak przyłbice nie dają praktycznie nic.

O ile na otwartej przestrzeni aerozole szybko rozpraszają się i są unoszone, to w niewietrzonych pomieszczeniach, w których przebywają ludzie, ich stężenie stale się podnosi – tym szybciej im głośniej rozmawiają, a zwłaszcza gdy krzyczą i śpiewają (mówiąc emitujemy 10 razy więcej aerozolu niż milcząc, krzycząc – 50 razy więcej).

Naukowcy wykazali, że cząsteczki aerozolu – które uwalniamy również podczas zwykłego oddychania, i które potrafią uciec z niewłaściwie założonych maseczek (szczególnie przy odsłoniętym nosie) – mogą zakazić ludzi, którzy spędzają więcej niż kilka minut w promieniu pięciu metrów od zakażonej osoby. Podczas dużego wysiłku (jak na siłowni) oddycha się głębiej i intensywniej, skutecznie rozpylając aerozol – nawet, gdy nic nie mówimy.

Pouczającym przypadkiem, jeśli chodzi o zrozumienie dynamiki transmisji w pomieszczeniach, była próba chóru w stanie Waszyngton w Stanach Zjednoczonych w marcu 2020. Tylko 61 ze 120 członków chóru uczestniczyło w próbie i podjęto starania, aby zachować bezpieczną odległość i środki higieny. Jednak nie stosowano masek ani wentylacji, a próby trwały długo. Tylko jedna zakażona osoba przekazała wirusa 53 innym. Niektóre z nich były 14 metrów dalej, więc tylko aerozole tłumaczyły transmisję. Dwie zakażone osoby zmarły. Późniejsze analizy wykazały, że gdyby założono maski, ryzyko zmniejszyłoby się o połowę i zakażeniu uległoby tylko około 44 proc. obecnych (a nie 87 proc.) Gdyby próba trwała krócej w pomieszczeniu o lepszej wentylacji, tylko dwóch śpiewaków mogłoby zostać zakażonych.

Modelowanie zachowania aerozoli nie jest proste, dlatego wykorzystuje się do tego najszybsze superkomputery. Za pomocą programu Covid Airborne Transmission Estimator, opracowanego przez zespół prof. José Luisa Jiméneza z University of Colorado, hiszpańscy naukowcy przeprowadzili symulacje zachowania aerozoli emitowanych przez zakażoną osobę w kilku sytuacjach – podczas towarzyskiego spotkania, w klubie, w klasie szkolnej.

Gdy pięć zdrowych osób spotyka się w pomieszczeniu i głośno rozmawia z jedną zakażoną, przy braku wentylacji wszystkie ulegają zakażeniu już po czterech godzinach – nawet, jeśli zachowują dystans. Noszenie maseczek niewiele w takich okolicznościach zmienia – na pięć osób mających kontakt z “pacjentem zero” nie ulega zakażeniu tylko jedna. Natomiast skrócenie spotkania do dwóch godzin i wietrzenie pomieszczenia (lub włączenie klimatyzacji) ogranicza ryzyko do jednej, najbliżej siedzącej osoby. Spotkania rodzin i przyjaciół w prywatnych domach odpowiadają za około 31 proc. zakażeń w Hiszpanii.

Idealnym miejscem do zakażenia wydaje się dyskoteka lub nocny klub – pod wpływem alkoholu ludzie stają się mniej ostrożni, spotykają osoby mające wiele kontaktów z innymi, głośno mówią i śpiewają, by przekrzyczeć muzykę, nie zachowują dystansu. W ciasnym, niewentylowanym pomieszczeniu w ciągu godziny krzycząca lub śpiewająca osoba zakażona COVID-19 emituje ilość zakaźnego aerozolu wystarczającą teoretycznie do zakażenia 1500 osób. W barach miasteczka Ischgl, zwanego “alpejską Ibizą”, do pierwszej europejskiej fali COVID-19 na początku roku 2020 miały się przyczynić jeszcze inne rozrywki, np. beer pong – wrzucanie ustami piłeczki do kolejnych szklanek z piwem.

Spotkania na imprezach i w lokalach takich jak bary i restauracje odpowiadają za znaczną liczbę zakażeń – w jednym incydencie ulega im średnio 27 osób, w porównaniu z zaledwie sześcioma podczas spotkań rodzinnych. Na przykład klubie w hiszpańskim mieście Kordoba 73 osoby uzyskały wynik pozytywny po nocnej imprezie. Uniknąć zakażenia można nosząc maseczki, ograniczając czas pobytu i liczbę klientów oraz dobrze wietrząc/klimatyzując pomieszczenie. Hiszpańskie symulacje wykazały, że mimo zmniejszonej o połowę liczby klientów, przy braku wentylacji i maseczek, po 4 godzinach zakażeniu ulegnie 14 z 18 osób. Maseczki zmniejszyły tę liczbę do 8, a włączenie klimatyzacji i skrócenie czasu pobytu – do jednej osoby.

Szkoły odpowiadają tylko za 6 proc. ognisk koronawirusa, zarejestrowanych przez hiszpańskie władze zdrowotne. Sytuacja zmienia się całkowicie w zależności od tego, czy zakażona osoba (pacjent zero)- jest uczniem czy nauczycielem. Nauczyciele mówią znacznie więcej i głośniej niż uczniowie, zatem emitują więcej aerozolu. Po dwóch godzinach nauczyciel może zakazić połowę klasy, jeśli nie stosuje się środków bezpieczeństwa. Jednak przerwy, wietrzenie i maseczki pozwalają ograniczyć zagrożenie do jednego ucznia. Co ciekawe, trudne do przewidzenia zachowanie aerozoli sprawia, że niekoniecznie zakażają się uczniowie siedzący najbliżej zakażonego nauczyciela. Podobnie wygląda sytuacja w przypadku innych audytoriów.

A co z rozprzestrzenianiem w większej skali? Aby testować różne sposoby radzenia sobie z zagrożeniem, polskie Ministerstwo Zdrowia korzysta z kilku uzupełniających się modeli rozwoju epidemii COVID-19. Model zespołu skupionego wokół ICM Uniwersytetu Warszawskiego to model “agentowy” – każdą z osób, które mieszkają w Polsce, traktuje się w nim jako osobny byt (tzw. agenta). W modelu agenci są rozmieszczeni na mapie geograficznej Polski mniej więcej tak, jak rozmieszczeni są w kraju Polacy. A każdy ma przypisane cechy dla niego charakterystyczne – np. gdzie spotyka się z innymi i jaka jest u niego szansa na transmisję wirusa. Dane zaczerpnięto z GUS. Wykorzystując superkomputer można sprawdzać, jak lockdown wpłynie na szerzenie COVID –19, zamykając poszczególne “warstwy”, czyli eliminując miejsca, w jakich dochodzi do zakażeń (szkoły, zakłady pracy, komunikacja publiczna). Wyniki uzyskane z tego modelu wskazywały na szkoły jako na miejsca najbardziej sprzyjające zakażeniom, ponieważ wśród wielu osób przebywających w zamkniętych pomieszczeniach trudno utrzymać reżim sanitarny. Model potwierdza, że najpierw dochodzi do zakażeń w dużych miastach, a potem w mniejszych.

Zespół z Politechniki Wrocławskiej skupił się na przenoszeniu wirusa w sieciach społecznych – np. między gospodarstwami domowymi. Jak wskazują wykonywane tą metodą symulacje, jeśli chcemy poluzować ograniczenia społeczne, musimy to czymś kompensować – na przykład zwiększając skuteczność śledzenia kontaktów osób zakażonych i liczbę wykonywanych testów. Również modele Wydziału Matematyki Informatyki i Mechaniki Uniwersytetu Warszawskiego oraz NIZP-PZH wskazują na rolę dużej liczby przeprowadzanych testów w ograniczaniu zachorowań.