И снова о таких бесполезных масках...
В настоящее время официально признано, что доминирующим способом передачи COVID-19 является не просто передача воздушно-капельным путем, а именно передача респираторных аэрозолей, выдыхаемых при нормальном дыхании. Принятие этого факта должно было бы оказать глубокое влияние на состав мер, которые мы используем для борьбы с распространением COVID-19, в частности, на требование носить маски. Но этого не произошло.
Цитата 1
Воздушно-капельная передача происходит через вдыхание аэрозольных капель, выдыхаемых инфицированным человеком, и в настоящее время считается основным путем передачи COVID-19.
Источник: https://www.pnas.org/content/118/17/e2018995118
Причина, по которой это так важно, заключается в том, что еще с 80-х годов прошлого века мы ЗНАЕМ распределение дыхательных аэрозолей по размерам. Мы также знаем, как они могут - или не могут - фильтроваться. Их размер варьируется от приблизительно 100 нм до 1 микрона, причем более половины из них меньше 0,28 микрона (280 нм), а большинство - от 0,2 до 0,5 микрона (этот диапазон имеет специальное название - «наиболее проникающие частицы» или MPP), что должно дать вам наглядное представление. Это распределение по размерам почти идентично распределению частиц в сигаретном дыме, где большинство из них находится в диапазоне 0,2-0,25 микрон. Менее 0,1% респираторных аэрозолей имеют размер более 5 микрон. Также известно, что частицы более 5 микрон несут менее 0,1% вирусов (и это не совпадение).
Рисунок 1: Распределение по размерам респираторных аэрозолей, образующихся во время спокойного дыхания (у здоровых людей)
Источники: Распределение частиц в респираторных аэрозолях; распределение вируса SARS-CoV-2 по размерам частиц; 87% РНК-вируса содержится в частицах размером менее 1 микрона.
Важность приведенного выше графика невозможно переоценить. Простым людям трудно понять, почему маски могут не «работать» для предотвращения COVID и других респираторных заболеваний, потому что они продолжают думать, что вирус переносится крошечными капельками слюны, которые должны задерживаться масками. Если бы вместо этого люди думали, что вирус переносится невидимыми аэрозолями размером с частицы сигаретного дыма (а это так и есть), которые в силу своего размера ведут себя так же, как дым, проблема стала бы намного яснее.
Цитата 2
В результате этих измерений было установлено, что табачный дым, выходящий из сигареты, представляет собой чрезвычайно концентрированный аэрозоль с относительно стабильным распределением размеров частиц от 0,1 до 1,0 микрона, с пиком между 0,2 и 0,25 микрона.
Источник: Размер и распределение частиц сигаретного дыма
Видео 1: Выдыхание сигаретного дыма через различные маски
Click to viewУчитывая, что сигаретный дым имеет тот же размер, что и респираторные аэрозоли, которые несут 99,9% выдыхаемого вируса, выдыхание сигаретного дыма с различными масками дает нам возможность легко визуализировать эффективность различных масок в сдерживании этих аэрозолей. Кроме того, возможность почувствовать запах сигаретного дыма через маску позволяет проверить эффективность масок в защите от SARS-CoV-2, гриппа и других вирусов, переносимых в респираторных аэрозолях (на самом деле «тест на запах» является одним из качественных способов проверки качества маски N-95).
Во всех примерах видно, что дым легко выходит по бокам или в верхней части маски у переносицы, несмотря на мои усилия плотно надеть маску. Только в случае тканевой маски дым заметно проходит сквозь маску. Во всех остальных случаях маска действует не как сетка, улавливающая частицы, а скорее как стена, перенаправляющая поток воздуха при выдохе.
Это проблема физики, а не биологии. Определяющие факторы эффективности фильтрации имеют отношение к размеру частиц и динамике жидкости. Практически каждое исследование, утверждающее, что «маски работают» для остановки аэрозолей в этом диапазоне размеров частиц, основывает это утверждение на эффективности фильтрации ткани - они старательно избегают признавать важность зазоров между маской и лицом. И все же зазоры имеют огромное значение. Именно по этой причине существует концепция проверки соответствия N-95 - для устранения зазоров. Как вы можете видеть в таблице 1 ниже, даже для N-95 зазор в 1% делает их эффективными только на 12-35% (в зависимости от размера частиц).
Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03252
N-95 не предназначены для удержания частиц внутри, они предназначены для удержания частиц снаружи. Сам акт выдоха, даже в проверенной маске N-95, создает свои собственные небольшие зазоры, поскольку сила выдоха отталкивает маску от лица. Дым (или респираторные аэрозоли) затем выходит через эти зазоры. В отличие от этого, отрицательное давление, создаваемое при вдохе, служит для уплотнения и улучшения фильтрации в N-95, повышая эффективность их заявленной цели - защиты от переносимых по воздуху частиц размером более 300 нм.
Для тканевой или хирургической маски, как показано ниже, ухудшение характеристик сводится к нулю при зазоре всего в 3,2% - именно это вы видели на видео. Дым, выходящий через переднюю часть маски, - это то, что было «отфильтровано». Остальное - большая часть дыма - просто улетучивалось, как это делает воздух. Маски, которые носят люди в большинстве случаев, и то, как они их носят - свободно, с большими зазорами, - не защитят никого, даже если бы это были N-95. Мне кажется странным, что учителя чувствуют себя в большей безопасности, когда дети носят маски. Если посмотреть видео, то становится ясно, что единственное, что делают эти маски, это концентрируют аэрозольную струю и направляют ее вверх - зачастую прямо в лицо учителя.
Цитата 4
Когда неплотно прилегает всего 2% площади маски, 80% частиц размером менее 2,5 микрон улетучиваются. На основании этого исследования установлено, что маски будут на 100% неэффективны в блокировании частиц такого малого размера, когда открытая площадь достигнет всего 3,2%.
Источник: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/02786826.2020.1817846
Один источник, который я нашла в CDC, указал мне на это. В исследовании (это была докторская диссертация) автор сравнивал эффективность фильтрации трех хирургических масок, надеваемых «обычным» способом, и трех хирургических масок, которые были буквально приклеены силиконом к лицу манекена для устранения зазоров.
Цитата 5
Во втором случае края маски были приклеены к голове с помощью силиконового герметика, поэтому все проникновение происходило через фильтрующий материал маски.
Источник: https://scholarcommons.usf.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=2759&context=etd
В данном конкретном исследовании изучалась не способность масок удерживать частицы внутри, а их способность удерживать частицы размером 0,5 микрона снаружи (защита по сравнению с контролем источников - опять же, то, для чего маски всегда разрабатывались в прошлом). В исследовании 3 маски, которые не приклеивались к лицу, имели среднюю фильтрацию 20%, варьирующуюся от 3,8% до 43%. В исследовании не указана причина такой изменчивости, но размер зазора кажется разумным предположением, особенно потому, что маски, которые были приклеены к манекену, показали эффективность, очень похожую на эффективность самых эффективных из «негерметичных» масок - которая составляла от 43% до 51%.
Цитата 6
Здесь следует отметить два дополнительных момента. Во-первых, в данном исследовании изучались частицы, размер которых составлял 0,5 микрона. Большинство респираторных аэрозолей имеют размер 0,28 микрон или ниже - то есть значительно меньше. Следует также отметить, что в данном исследовании проверялась защита (удержание снаружи), а не контроль источника заражения (удержание внутри). Маски гораздо лучше удерживают частицы снаружи (даже хирургические маски), чем внутри, потому что сила выдоха постоянно выталкивает частицы наружу. Это говорит нам о том, что даже при идеальной герметичности, даже когда частицы вдвое больше респираторных аэрозолей, которые переносят 99,9% вирусов COVID и других вирусов, хирургические маски обеспечивают максимум 50% защиты. В реальной ситуации они обеспечивают что-то около 20% - в течение 3 минут. Но опять же, респираторные аэрозоли, переносящие вирус COVID-19, меньше половины этого размера, поэтому защита уменьшается намного сильнее. Также вспомним, что для захвата эффективность еще меньше - как показано в выдержке 3 выше.
В 1980 году было проведено очень элегантное исследование, которое хорошо иллюстрирует эту концепцию. Для того чтобы проверить эффективность хирургических масок в предотвращении загрязнения раны бактериальной инфекцией (а именно в этом их главное предназначение), трассирующую частицу поместили на внутреннюю сторону хирургической маски. И в каждом испытании (всего их было 20) частица оказывалась в ране.
Цитата 7
Загрязнение раны частицами наблюдалось во всех экспериментах.
Источник: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7379387/
Этот вывод был повторен в приведенном ниже исследовании 2016 года, которое не выявило никакого влияния ношения масок хирургами на раневую инфекцию.
Цитата 8
Все три исследования показали, что ношение маски во время операции не увеличивает и не уменьшает количество раневых инфекций, возникающих после операции. Мы пришли к выводу, что нет четких доказательств того, что ношение одноразовых масок влияет на вероятность развития раневых инфекций после операции.
Источник
Хотя зазоры объясняют нам большую часть этой истории, они не объясняют всего. Сигаретный дым - полезный инструмент, потому что он позволяет нам легко визуализировать поведение этих субмикроскопических аэрозолей. Но только на несколько секунд. Когда они рассеиваются, их больше не видно, но это не значит, что их больше нет. Достаточно провести тест на запах, чтобы убедиться в этом.
Дым, выходящий через боковые зазоры и над верхней части масок N-95, - это не единственный дым, который выходит - он просто наиболее заметен. Остальной дым выходит через щели, когда он выталкивается при последующих выдохах или проходит через сам фильтр. Это занимает больше времени - скажем, 3-5 секунд, а не 0,5 секунды, - но дым все равно выходит хорошо. Да, клапанная N-95 создает большую концентрированную струю респираторных аэрозолей. Но из неклапанной N-95 все еще выходит много респираторных аэрозолей, как через щели, так и через саму маску (см. видео).
Респираторные аэрозоли, выходящие из N-95 без клапана
Видео: Респираторные аэрозоли, выходящие из маски N-95, с клапаном и без клапана
Респираторные аэрозоли, выходящие из маски N-95 без клапана
Источник: Nist.gov
И снова это согласуется с другими наблюдениями. Стоит помнить, что даже без зазора N-95 должны задерживать 95% частиц размером более 0,3 микрон при вдыхании. Помните, что у здорового человека более половины респираторных аэрозолей имеют размер менее 0,3 микрон (у больного человека этот показатель приближается к 90%). На графике A из Примера 8 ниже мы видим, что эффективность фильтрации N-95 самая низкая - даже без зазора - в точном диапазоне респираторных аэрозолей, падает ниже 80%, с очень большими погрешностями.
Цитата 9
Источник: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03252
Приведенные здесь распределения размеров частиц относятся к здоровым людям. В одной из недавних статей изучалась аэрозольные частицы, вырабатываемые обезьянами, инфицированными COVID. То, что они обнаружили, было поистине ошеломляющим.
На 7-й день после заражения число самых маленьких аэрозольных частиц - размером 0,3 микрона и ниже - увеличиваются более чем в 7 раз, с примерно 10 000/5 минут у здоровых людей до более чем 70 000/5 минут. Это означает, что при максимальной вирусной нагрузке выработка наиболее заразных аэрозолей также максимальна. В то же время, аэрозоли, которые могут останавливаться масками, т.е. аэрозоли размером более 1 микрона, уменьшаются с 25 частиц из 11 000 (0,23%) до 4 (четырех!) из 75 000 - или 0,005%.
Источник: https://t.co/UrY4OwYga1?amp=1
Это говорит нам о том, что когда человек болен, маски, которые эффективно останавливают аэрозольные частицы, составляющие всего 0,005% выдыхаемого аэрозоля. Мы также знаем, что этот размер аэрозольных частиц переносит менее 0,1% всех вирусов. На самом деле, это количество еще меньше, потому что в исследовании, которое выявило это, не рассматривались аэрозоли размером менее 0,3 микрона, которые, когда человек болен, составляют более 90% всех аэрозолей.
Цитата 10
Данные также свидетельствуют о том, что РНК вируса гриппа содержится в мелких частицах, поскольку более 87% выдыхаемых частиц были меньше 1 мкм и менее 0,1% - больше 5 мкм.
Источник: https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0002691
Таким образом, когда речь идет о масках, которые носит большинство из нас - даже те, кто носит двойные маски - аргумент «даже если это поможет хоть немного» не имеет никакой силы - или, по крайней мере, не остановит ни одного вируса. Мы буквально говорим об остановке менее 0,01% аэрозолей, которые также несут менее 0,1% (возможно, скорее 0,01%) вируса. Более того, в примере 10 показано, что менее 0,1% частиц, которые маски способны остановить, также являются частицами, которые быстрее всего падают на землю. Частица размером 0,2 микрона остается во взвешенном состоянии в воздухе почти в 600 раз дольше, чем частица размером 5 микрон. Очевидно, что это еще один фактор, способствующий большей заражающей способности этих частиц.
Цитата 11
Источник: https://www.liebertpub.com/doi/full/10.1089/jamp.2020.1616
Итак, что означает удаление менее 0,1% выдыхаемых частиц, которые остаются в воздухе в течение 0,2% времени от остальных 99,9%, с точки зрения вероятности передачи вируса кому-то другому? Не так уж и много, но давайте копать дальше. Например, сколько вирусных копий требуется для того, чтобы вы действительно заболели, и может ли удаление этой минимальной частицы помочь снизить вероятность заражения других людей?
На рисунке ниже сделана попытка количественно оценить это для различных режимов дыхания. Если представить инфекционность как количество частиц, умноженное на время пребывания каждой частицы в воздухе, то мы увидим, насколько малое влияние оказывает удаление более крупных частиц. Для каждого отдельного способа выдоха, если мы удалим 100% частиц размером более 1 микрона (при этом предполагается, что все они были остановлены уплотнением, и ни одна не вылетела через зазоры - в реальности это не так), мы все равно снизим заразность данного выдоха только на 0,1-0,2%. Частицы размером менее 1 микрона не подвергаются фильтрации за счет столкновения (наталкивания на предметы).
Удаление 100% частиц размером больше 1 микрона снижает контакт с инфекционными частицами всего на 0,1-0,2%. Удаление 100% частиц размером больше 0,3 микрона снижает контакт с инфекционными частицами на 10-11%.
Теперь рассмотрим маску N-95. Маска N-95 предназначена для удаления 95% частиц размером более 0,3 микрон (при вдохе - не при выдохе). Для нашей задачи представим, что она удаляет 100% таких частиц. Давайте также представим, что 100% частиц размером от 0,3 до 1 микрона были «пойманы» (опять же, это не работает для частиц такого размера, но давайте представим) в маске и не вышли через щели из-за недостаточно плотного прилегания. В этом случае у нас останутся только частицы размером менее 0,3 микрона. К сожалению, эти частицы все еще составляют более половины всех частиц, и на их оседание уходят недели. Таким образом, общий «коэффициент заразности» все равно снижается только на 9-11%. Интересно, что это соответствует тому, что было показано выше в отношении эффективности N-95 с зазором в 1 мм.
Цитата 12
Источник: https://www.pnas.org/content/118/17/e2018995118
Сколько вирусных копий содержится в этих аэрозолях, и сколько аэрозолей содержат вирус? В исследовании 2017 года вирусная РНК гриппа была обнаружена в 76% образцов мелкодисперсного аэрозоля, в результате чего за полчаса образовалось примерно 38 000 вирусных копий. 40% образцов содержали инфекционный вирус. Но для того, чтобы заболеть, человеку нужно совсем немного вирусных копий, а самые заразные частицы, способные проникнуть глубоко в легкие, могут оставаться в воздухе в течение нескольких недель. Использование масок в попытке остановить эту проблему сродни использованию нейлонового носка в качестве презерватива - с такими же предсказуемыми результатами.
Многие все равно будут утверждать: даже если это неэффективно, что в этом плохого? Это заставляет людей чувствовать себя лучше, так что давайте просто будем носить маски. Ну, во-первых, нужно учитывать вред, который возникает, если сказать кому-то, кто подвержен риску этого заболевания, что он защищен ношением маски или масками на лицах других, хотя на самом деле это не так - как это повлияет на его риск? Как повлияет на рождаемость, если сказать людям, что нейлоновые чулки можно использовать как презервативы для предотвращения беременности?
Источник