Virustransmissie bij covid-19

De rol van aerosolen
Ter discussie
07-09-2020
Johannes C.C.M. in ’t Veen, Maurice de Hond en Atze C. Boerstra

Wereldwijd maakt covid-19 vele slachtoffers. Het voorkomen van infectie, en dus het voorkomen van transmissie van het SARS-CoV-2-virus, is essentieel om de pandemie onder controle te krijgen. Wat is de rol van virustransmissie via aerosolen?

Geadviseerd door de WHO en het RIVM, richt de overheid zich met name op virustransmissie via grote druppels, direct contact en indirect contact (figuur 1). Maatregelen als het houden van 1,5 m afstand en het consequent handen wassen zijn hiervan directe uitvloeiselen. Wij zijn van mening dat een vierde manier waarop het virus overgedragen kan worden sterk onderbelicht wordt, namelijk transmissie via aerosolen (kleine druppels met een diameter ≤ 10 µm). Als deze route een belangrijke rol speelt in de verspreiding van het SARS-CoV-2-virus, dan heeft dat grote consequenties voor de virusbeperkende maatregelen in aanloop naar een eventuele tweede golf, zeker wanneer we in het najaar weer meer tijd binnenshuis doorbrengen.1,2

Figuur 1

Virustransmissieroutes

Het virus komt vrij wanneer een geïnfecteerd persoon hoest of praat.

Oud onderzoek

De gedachte dat een micro-organisme zich met name via grote druppels (diameter > 10 µm) verspreidt, is gebaseerd op onderzoek uit een ver verleden. Rond 1890 demonstreerde de Duitse bacterioloog Carl Flügge (1847-1923) dat pratende proefpersonen druppeltjes uitstoten die op een kweekbodem bacteriegroei lieten zien. William Wells (1887-1963), een Amerikaanse gezondheidsingenieur die veel geciteerd wordt door de WHO en het RIVM, toonde aan dat bij het spreken druppels vrijkomen die onder invloed van de zwaartekracht niet verder dan 3 voet (circa 90 cm) van de spreker vandaan op de grond terechtkomen.2,3 Op basis hiervan wordt in Nederland aangenomen dat het houden van 1,5 m afstand veilig is. Landen als Zwitserland en Zweden zijn iets strenger (2 m afstand), terwijl Frankrijk en Oostenrijk juist weer wat liberaler zijn (1 m afstand).

Wells liet ook zien dat een belangrijk deel van de druppeltjes die vrijkomen bij spreken, kleiner worden door uitdroging en verdamping en in de lucht blijven rondwarrelen als aerosol. In droge lucht vindt die transformatie sneller plaats dan in vochtige lucht.4 Alleen aerosolen, die virus kunnen bevatten, zijn klein genoeg om – analoog aan inhalatiemedicatie – de allerkleinste luchtwegen en alveoli te bereiken.2

Transmissie via druppels?

De resultaten van Wells’ onderzoek naar de verspreiding van grote, vallende druppels vormen geen bewijs dat deze druppels de belangrijkste transmissieroute zijn voor virussen. Wel zijn er diverse kleine studies die aannemelijk maken dat transmissie via grote druppels kan plaatsvinden. Een recente meta-analyse suggereert dat er een relatie is tussen de afstand tot een besmettelijk persoon en diens besmettelijkheid.5 Welke route de belangrijkste is voor de overdracht van virussen, grote druppels of aerosolen, is niet met zekerheid te zeggen. Voorts is het de vraag hoeveel waarde we moeten hechten aan deze meta-analyse, omdat in de onderliggende studies niet goed gedefinieerd is wat de exacte afstand en duur van de blootstelling waren, en niet geregistreerd is of er maskers werden gedragen.

Een tweede pijler van beleid met betrekking tot virusoverdracht is het voorkómen van contactoverdracht. Een filmpje dat viral ging op internet laat zien hoe snel en uitgebreid contactverspreiding kan zijn (www.youtube.com/watch?v=kGQEuuv9R6E). Het is inmiddels bewezen dat het SARS-CoV-2-virus uren of zelfs dagen kan overleven op allerhande materialen, een voorwaarde voor virusoverdracht via direct contact.6 Epidemiologisch onderzoek, net over de grens in het Duitse Gangelt, ontkrachtte echter dat direct contact een relevante transmissieroute is. Uit thuismetingen bij covid-19-patiënten bleek namelijk dat op minder dan 5% van de oppervlakken virusresten aantoonbaar waren.7 Een gemeenschappelijk kenmerk van de met name ernstiger geïnfecteerde personen in Gangelt was het bezoek aan een specifieke feestzaal op het lokale carnaval.

Groepsbesmettingen

De besmettingen in Gangelt, maar ook veel andere besmettingen – met name de massalere gelijktijdige groepsbesmettingen in grotere binnenruimtes, ook wel ‘superspreading events’ genoemd – kunnen volgens ons niet goed verklaard worden door directe druppel- of oppervlakte overdracht. De voorbeelden van massale groepsbesmettingen zijn legio: besmettingen bij après-skibars, zangkoren, concertrepetities, marine- en cruiseschepen, sportscholen, restaurants, carnaval en andere uitgaansgelegenheden, slachthuizen, suikerfeestbijeenkomsten, en bruiloften (https://docs.google.com/spreadsheets/d/1c9jwMyT1lw2P0d6SDTno6nHLGMtpheO9xJyGHgdBoco/edit#gid=1812932356).

Een veel logischer verklaring voor de massale overdracht is dat één superverspreider door aerosolen met SARS-CoV-2 een groot deel van de aanwezigen heeft besmet. Opvallend is dat al deze evenementen met superverspreiding bijna nooit in de buitenlucht plaatsvonden: minimaal 98% van de besmettingen speelde zich af in slecht geventileerde binnenruimtes in een tijdsbestek van enkele uren. Dat maakt de theorie van overdracht van virus via aerosolen extra aannemelijk. De recente vondst van het virus in een decentraal ventilatiesysteem bij een covid-19-uitbraak in een verpleeghuis in Nederland steunt deze hypothese.8 Hoewel deze bevinding suggestief is, wordt ze niet als bewijs voor de hypothese gezien.

Transmissie via aerosolen

Transmissie over grote afstand via aerosolen werd al voor het SARS-virus (SARS-CoV-1) aannemelijk gemaakt in een casusbeschrijving.9 Hierna verschenen meerdere publicaties over virusoverdacht via de lucht.8,10 Een illustratief voorbeeld is de besmetting met SARS-CoV-2 in een Chinees restaurant: alleen mensen die in de luchtstroom van de indexpatiënt zaten, werden besmet (figuur 2). De luchtstroom werd gecreëerd door een recirculerend koelsysteem zonder filter, waarbij het basisventilatiesysteem voor toevoer van verse lucht ook nog eens uitgeschakeld stond.

Figuur 2

Simulatie van de verspreiding van het SARS-CoV-2-virus via aerosolen in een slecht geventileerd restaurant

De lucht circuleert achterin het restaurant: de rode pijlen geven de opgezogen lucht weer, die ongefilterd met virus terug wordt geblazen in de ruimte (blauwe pijlen). De blauwe persoon achterin is ‘patiënt nul’, de rode personen zijn de later geïnfecteerde personen die in de recirculerende lucht zitten: de gele personen zitten uit de wind en blijven vrij van virus (bron: Li Y, et al. Evidence for probable aerosol transmission of SARS-CoV-2 in a poorly ventilated restaurant. MedRxiv. 22 april 2020).22

Naast de studies van Wells laten ook recentere studies zien dat aerosolen gegenereerd worden bij gewoon spreken en dat deze tot acht uur lang kunnen circuleren in de lucht.1,2,11 De impact hiervan is groot; uit deze studies blijkt dat niet alleen handelingen zoals intubaties aerosolen genereren. De hoeveelheid deeltjes die uit de luchtwegen wordt uitgestoten bij praten verschilt van persoon tot persoon en kan oplopen tot maar liefst 300.000 partikels per keer, met een gemiddelde grootte van 0,7-10 µm. Ter vergelijking: de diameter van SARS-CoV-2 is bijna 0,1 µm, de orde van grootte van ultrafijnstof. Inmiddels is in 2 studies aangetoond dat SARS-CoV-2 in aerosolen ook daadwerkelijk urenlang virulent is.6,12

Transmissie via aerosolen lijkt een relevante maar onderschatte wijze waarop SARS-CoV-2 zich verspreidt. Inmiddels zijn meerdere modelstudies verschenen die waarschijnlijk maken dat het virus ook op deze wijze overgedragen wordt en dat deze transmissieroute in bepaalde situaties zelfs relevanter is dan via grote druppels of direct contact.13,14 Het boek van Wells uit 1955 geeft eigenlijk meer bevestiging van deze veronderstelling dan van de anderhalve-meter-afstandshypothese.3 In dit boek beschrijft Wells – tot zijn eigen verbazing – dat alle proefdieren die blootgesteld worden aan influenza-bevattende aerosolen snel overlijden, in tegenstelling tot proefdieren waarbij influenza in grotere druppels wordt geïnoculeerd.3 Ook de resultaten van een studie van het RIVM uit 2010 over het gevaar van virustransmissie via aerosolen, in dit geval het influenzavirus, zijn hiermee in overeenstemming.15

R0 en k-waarde

De meest infectieuze virussen die zich via aerosolen verspreiden, zoals het mazelenvirus, hebben een reproductiegetal (R0) van boven de 10. Dit betekent dat ieder besmet persoon minimaal 10 anderen infecteert. SARS-CoV-2 -heeft een R0 van slechts 2-3, wat tegen transmissie via aerosolen zou pleiten. Hierbij wordt echter geen rekening gehouden met het fenomeen ‘overdispersion’, weergegeven door de k-waarde. Deze k-waarde is bij SARS-CoV-2 ongeveer 0,1. Dit betekent dat ongeveer 10% van de besmette mensen verantwoordelijk is voor 80% van de besmettingen.16 Bij elkaar genomen maken deze gegevens het juist zeer waarschijnlijk dat bij ‘superspreading events’ transmissie via aerosolen plaatsvindt: de besmettelijkheid neemt sterk toe bij langer verblijf in slecht geventileerde ruimtes.

Voorzorgsmaatregelen

Er is er haast geboden als we maatregelen willen nemen. In het najaar ontstaan ideale omstandigheden voor een tweede golf. Men zal meer verkeren in binnenruimtes, er zullen minder ramen en deuren openstaan, mechanische ventilatiesystemen gaan – deels automatisch – weer in de recirculatiestand en er is een afname van de absolute luchtvochtigheid van de buitenlucht – en daarmee dus ook van de relatieve luchtvochtigheid binnenshuis.

Artikel 3 van de Arbowet stelt dat werkgevers verplicht zijn om adequate voorzorgsmaatregelen in de werkcontext te nemen, rekening houdend met de stand van de wetenschap. Daarom moet de overheid actief inzetten op het optimaliseren van luchtverversing, niet alleen in overheidsinstellingen en ziekenhuizen, maar ook in verpleeghuizen, huisartsenpraktijken, kantoren, restaurants en scholen, en tijdens bezoeken door de thuiszorg.

Het European Centre for Disease Prevention and Control (ECDC) – het ‘Europese RIVM’ – heeft al voorstellen gedaan om te komen tot adequate luchtverversing in gebouwen. Het ECDC adviseert om de verse luchttoevoer waar mogelijk te verhogen door gebruik te maken van ramen die open kunnen en/ mechanische ventilatiesystemen bij te stellen, en om centrale recirculatie – het opnieuw inbrengen van retourlucht – zo veel mogelijk te voorkómen. Hiermee worden eventueel aanwezige aerosolen met virussen verdund en afgevoerd. Op plaatsen waar het moeilijk is om de aanvoer van verse lucht te verhogen kan soms ook ingezet worden op geavanceerde luchtreiniging.

Het gebruik van mondmaskers in openbare binnenruimtes kan eveneens een belangrijke aanvullende maatregel zijn. Niet alleen transmissie via grote druppels wordt deels tegengegaan door mondmaskers, maar ook transmissie via aerosolen. Professionele maskers bieden een betere bescherming dan eenvoudigere 3-laags neus-mondmaskers, maar ook deze laatste hebben een duidelijke meerwaarde.2,5 Het gebruik van maskers, direct bij aanvang van de lockdown of bij latere invoering, heeft in diverse landen een gunstig effect gehad op het beloop van de pandemie.14 Dit effect kan berusten op het voorkómen van de verspreiding via grote druppels, maar ook van verspreiding via aerosolen. De keuze van het materiaal voor de niet-medische mondmaskers in de algemene populatie is daarbij cruciaal.17

Zowel oudere als recente studies met een modelmatige opzet gaven resultaten die in overeenstemming zijn met de observatie dat het gebruik van mondmaskers bij een viruspandemie meerwaarde heeft, zeker in slecht geventileerde ruimtes.14,18,19 Vooralsnog huldigt het RIVM, net als met Zweden,20 het standpunt dat het bewijs voor gebruik van niet-medische mondmaskers onvoldoende is en zelfs risicovol door het creëren van schijnveiligheid. Er zijn echter ook studies die claimen dat het wel degelijk zinvol is als de algemene bevolking in bepaalde omstandigheden 3-laags mond-neusmaskers draagt.21

Conclusie

Hoewel het voorgaande niet onomstotelijk bevestigt dat transmissie van SARS-CoV-2 via aerosolen in de lucht plaatsvindt, zijn er veel argumenten om deze transmissieroute serieus te nemen. Het bewijs voor transmissie via aerosolen lijkt op zijn minst even sterk te zijn als het bewijs voor overdracht via druppels en oppervlakken, waar het beleid in Nederland op gebaseerd is. Een internationale groep van 239 wetenschappers, onder wie een van de auteurs van dit artikel (ACB), heeft in een open brief een dringende oproep aan de WHO gedaan om hier actie op te ondernemen.1 Bij dezen vragen wij ook hier aan de overheid en het RIVM om de transmissieroute via aerosolen serieus te nemen, zowel waar het gaat om stimuleren van onderzoek als bij het nemen van preventieve maatregelen, vooruitlopend op het komende stookseizoen.

Literatuur

  1. Morawska L, Milton DK. It is time to address airborne transmission of COVID-19. Clin Infect Dis. 2020;ciaa939. doi:10.1093/cid/ciaa939. Medline

  2. Fennelly KP. Particle sizes of infectious aerosols: implications for infection control. Lancet Respiratory Med. 6 juli 2020 (epub). doi:10.1093/cid/ciaa939. Medline

  3. Wells WF. Airborne contagion and air hygiene. Cambridge: Harvard University Press; 1955.

  4. Xie X, Li Y, Chwang AT, Ho PL, Seto WH. How far droplets can move in indoor environments--revisiting the Wells evaporation-falling curve. Indoor Air. 2007;17:211-25. doi:10.1111/j.1600-0668.2007.00469.x. Medline

  5. Chu DK, Akl EA, Duda S, et al; COVID-19 Systematic Urgent Review Group Effort (SURGE) study authors. Physical distancing, face masks, and eye protection to prevent person-to-person transmission of SARS-CoV-2 and COVID-19: a systematic review and meta-analysis. Lancet. 2020;395:1973-87. doi:10.1016/S0140-6736(20)31142-9. Medline

  6. Van Doremalen N, Bushmaker T, Morris DH, et al. Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. N Engl J Med. 2020;382:1564-7. doi:10.1056/NEJMc2004973. Medline

  7. Döhla M, Boesecke C, Schulte B, et al. Rapid point-of-care testing for SARS-CoV-2 in a community screening setting shows low sensitivity. Public Health. 2020;182:170-2. doi:10.1016/j.puhe.2020.04.009. Medline

  8. De Man P, Paltansing S, Ong DSY, Vaessen N, van Nielen G, Koeleman JGM. Outbreak of COVID-19 in a nursing home associated with aerosol transmission as a result of inadequate ventilation. Clin Infect Dis. 28 augustus 2020 (epub). Medline

  9. Yu IT, Li Y, Wong TW, et al. Evidence of airborne transmission of the severe acute respiratory syndrome virus. N Engl J Med. 2004;350:1731-9. doi:10.1056/NEJMoa032867. Medline

  10. Lu J, Gu J, Li K, et al. COVID-19 outbreak associated with air conditioning in restaurant, Guangzhou, China, 2020. Emerg Infect Dis. 2020;26:1628-31. doi:10.3201/eid2607.200764. Medline

  11. Buonanno G, Stabile L, Morawska L. Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV-2 for infection risk assessment. Environ Int. 2020;141:105794. doi:10.1016/j.envint.2020.105794. Medline

  12. Santarpia JL, Herrera VL, Rivera DN, et al. The infectious nature of patient-generated SARS-CoV-2 aerosol. MedRxiv. 21 juli 2020. doi:10.1101/2020.07.13.20041632.

  13. Chen W, Zhang N, Wei J, Yen H, Li Y. Short-range airborne route dominates exposure of respiratory infection during close contact. Build Environ. 2020;176:106859. doi:10.1016/j.buildenv.2020.106859.

  14. Zhang R, Li Y, Zhang AL, Wang Y, Molina MJ. Identifying airborne transmission as the dominant route for the spread of COVID-19. Proc Natl Acad Sci USA. 2020;117:14857-63. doi:10.1073/pnas.2009637117. Medline

  15. Teunis PF, Brienen N, Kretzschmar ME. High infectivity and pathogenicity of influenza A virus via aerosol and droplet transmission. Epidemics. 2010;2:215-22. doi:10.1016/j.epidem.2010.10.001. Medline

  16. Frieden TR, Lee CT. Identifying and interrupting superspreading events-implications for control of severe acute respiratory syndrome coronavirus 2. Emerg Infect Dis. 2020;26:1059-66. doi:10.3201/eid2606.200495. Medline

  17. Teesing GR, van Straten B, de Man P, Horeman T. Is there an adequate alternative to commercially manufactured face masks? A comparison of various materials and forms. J Hosp Infect. 4 augustus 2020 (epub). doi:10.1016/j.jhin.2020.07.024. Medline

  18. Brienen NC, Timen A, Wallinga J, van Steenbergen JE, Teunis PF. The effect of mask use on the spread of influenza during a pandemic. Risk Anal. 2010;30:1210-8. doi:10.1111/j.1539-6924.2010.01428.x. Medline

  19. Teslya A, Pham TM, Godijk NG, Kretzschmar ME, Bootsma MCJ, Rozhnova G. Impact of self-imposed prevention measures and short-term government-imposed social distancing on mitigating and delaying a COVID-19 epidemic: a modelling study. PLoS Med. 2020;17:e1003166. doi:10.1371/journal.pmed.1003166. Medline

  20. Moody O. ‘Dangerous’ to think masks will stop virus. The Times, 1 september 2020.

  21. Seres G, Balleyer A, Cerutti N, et al. Face masks increase compliance with physical distancing recommendations during the COVID-19 pandemic. Center for Open Science. 23 mei 2020.

  22. Li Y, Qian H, Hang J, et al. Evidence for probable aerosol transmission of SARS-CoV-2 in a poorly ventilated restaurant. MedRxiv. 22 april 2020. doi:10.1101/2020.04.16.20067728