Учен от Институтa за системна биология с научни доводи в полза на носенето на маски от всички

Официалната препоръка на СЗО е, че немедицински лица не трябва да носят маски, защото не са ефективни за предотвратяване на разпространението на COVID-19.

Но този съвет бе мотивиран от необходимостта да останат респираторни маски за здравните работници. Няма научна подкрепа за твърдението, че маските, носени от обикновените хора, „не са ефективни“.

Напротив, с оглед на заявената цел „изравняване на кривата“, всяко допълнително, макар и частично намаляване на предаването на вируса би било добре дошло – дори и това, което се осигурява от обикновените хирургически маски или домашно направените маски (които не биха изострили проблема с доставките).

Последните биологични открития за навлизането на вируса на SARS-Cov-2 в човешкия организъм и анализът на балистиката на капчиците при кихане и кашляне показват, че основният механизъм за предаване не е чрез фините аерозоли, а от едри капки и по този начин има основание да се носят хирургически маски от всички, твърди в Mediμm  д-р Суей Хуан (Sui Huang), молекулен и клетъчен биолог, специализирал теоретична биология, oт Институтa за системна биология.

Нещо повече, сайтът MasksSaveLives („Маските спасяват животи“) обръща внимание, че в азиатските страни, където има традиция в носенето на маски има по-нисък процент на инфекции с COVID-19 в сравнение със западните страни, където носенето на маски се приема с отвращение и показва тази статистика:

Американските Центрове за Контрол на заболяванията (CDC) посочват, че хирургически маски предлагат далеч по-малко защита от респираторните маски N95 (които също трябва да бъдат напълно оборудвани и само професионалисти могат да ги използват). CDC препоръчва на здравите хора изобщо да не носят маски, а само болните.

Тези насоки нямат научни обосновки, но бяха мотивирани от необходимостта да се спестят ценните маски за здравните специалисти с оглед на евентуален недостиг. Но тези насоки стимулираха и някои нежелани последици – обществена неприязън към онези, които носят маски, те са смятани за хипохондрици или заразни.

Сравнете това с културния навик, с насърчаването или дори необходимостта да се носят маски в азиатските страни – които сега „изравняват кривата“ или даже имат по-плоска крива от самото начало (виж илюстрацията най-горе).

Със сигурност хирургическите маски и неправилно носените N95 респираторни маски, не предлагат перфектна защита

Със сигурност хирургическите маски и неправилно носените N95 респираторни маски, не предлагат перфектна защита. Но ако целта е „изравняване“ на кривата (за разлика от изкореняването на вируса), трябва да изоставим черно-бялото мислене и да приемем нюансите на сивото. Вече не можем да твърдим, че маските „не са ефективни“. Не можем да позволим перфектността да ни бъде враг.

Какво лошо има, ако частичната защита, осигурена от пропускливите хирургически или дори самоделни маски, намалява вероятността за предаване до степен, сходна с тази на препоръката (също толкова несъвършена) да пазим дистанция от 2 метра един от друг или „да не докосваме лицето си“ ? Тогава може да удвои въздействието на нефармакологичната интервенция (NPI) върху изравняване на кривата (фигура 1).

^{ФИГУРА 1. „Изравняване на кривата“. Ефект от смекчаващи интервенции, които биха намалили началната скоростта на репродукция R0 с 50%, ако се прилагат от 25-ия ден. Червената крива е динамиката на броя на заразените индивиди („случай“) без интервенции. Зелената крива отразява променената („сплескана“) крива след интервенцията. Ден 0 (3 март 2020 г.) е времето, в което са потвърдени 100 случая на заразяване (d100 = 0). Моделът е само за илюстрация и е изпълнен в симулатора на модели SEIR ( http://gabgoh.github.io/COVID/index.html). Моделът без интервенции е съставен за данните: период от двадесет дни, в който броят на случаите в Съединените щати нарасна от 100 (d100 = 0) до 35 000 (d100 = 20). Използвани са стандартни параметри (размер на популацията 330 M, Tinc = 5,2 дни, Tinf = 3,0 дни, но с доста високата стойност на R0 = 5..6, за да се постигне наблюдаваната скорост на нарастване на броя на регистрираните случаи в САЩ. Кривите са преначертани без мащабиране.}

Тъй като CDC няма научни доказателства за твърдението си, че маските, носени от обществеността „не са ефективни“, авторът на статията в Medium д-р Суей Хуан прави преглед на научната подкрепа на защитата, която се осигурява от хирургическите маски. Той се обосновава по-скоро на база на механиката, не толкова на епидемиологично-феноменологичните доказателства.

Заключението на автора, след като разглежда балистиката на изкашляните капки и най-новите открития на изследванията за биологията на предаването на вируса SARS-CoV2 (който причинява COVID-19), е, че всяка физическа бариера, предоставена дори от импровизирани маски, може значително да намали разпространението на COVID-19.

Официалната препоръка на CDC, FDA и други, че маските, носени от хора, които не са здравни служители, са неефективни, е неправилна на три нива: като логика, заради механиката на предаване и заради биологията на проникване на вируса.

I. ЛОГИКАТА

„Разбира се, няма маска, било то плътно прилепналата NIOSH одобрена респираторна маска N95 или леко износената хирургическа маска, която да може да осигури перфектна („100%”) защита. Но несъвършената защита не означава „напълно безполезна“, както чаша, която не е пълна, не е  празна: с радост бих приел чаша вода, напълнена до 60%, когато съм жаден. Липсата на доказателства (за защита) не е доказателство за отсъствие. Но в нашия свят, склонен към опростяване, официалното съобщение, че хирургическите маски „не са ефективни“, може да е изпратило грешно послание: че са абсолютно безполезни“.

Така дискусията за ефективността на маските е задушена, а с нея и възможността да се стимулира индустрията да увеличи производството на тези защитни стредства, които при това са и евтини.

Освен това с обявената цел да „изравним кривата“ (а не да премахнем напълно вируса), ние имаме „относителна“, за разлика от абсолютната цел, което поставя понятието „частична защита“ в нова светлина. По принцип може да се изчисли степента на Y на изравняване на кривата при частична защита с X%, предоставена от маска. Но за това първо трябва да разберем подробно механиката и биологията на предаването.

II. МЕХАНИКАТА

Как болестотворните вируси, пренасяни във въздуха, се пренасят от капчици от човек на човек, е сложна, недопроучена материя. Капчиците могат да бъдат грубо разделени в две големи категории въз основа на размера им (фиг. 2):

^{ФИГУРА 2. Капка, по-голяма от аерозолите, при издишване (със скорост <1 м/сек) се изпарява или пада на земята на разстояние по-малко от 1,5 метра. Когато се изхвърлят с висока скорост чрез кашлица или кихане, особено по-големи капчици (> 0,1 микрометра) могат да се пренесат от струята съответно повече от 2 м или 6 м.}

а) Капки под диаметър 10 μm (микрометър), горната граница на размера за дефиницията на „аерозол“ (частици, толкова леки, че да могат да се носят във въздуха). За краткост нека наречем тази категория „аерозоли“. Тези малки аерозоли се носят през вентилацията или от ветровете и по този начин могат да се разпространяват из стаите. Това, което прави маските за лице N95 по-различни от хирургическите маски е, че първите са проектирани (според нормативните изисквания) за спиране на аерозолите: те трябва да филтрират 95% от капчици, по-малки от 0,3 μm

б) Капки, по-големи от 10 μm (микрометър), достигащи 100μm или повече. Нека тук наречем тези големи частици „пръски“. Разбира се, капчиците могат да бъдат още по-големи, до размер, видим с просто око в струята, генерирана от кашлица или кихане (диаметър 0,1 mm и нагоре).

Изчисленията на Xie et al предполагат, че ако се издишат, капчиците > 0,1 μm могат да се изпарят или да паднат на повърхност в рамките на 2 m, в зависимост от размера, влажността на въздуха и температурата. Но кашлица или кихане може да ги изстреля като снаряди от устата със скорост  50 м/сек (за кихане) или 10 м/сек (за кашляне), а капчиците могат да достигнат разстояния до 6 м. Ако е така, тогава споменатото „безопасно разстояние“ от 2 метра при социални срещи може да не е достатъчно – освен ако носите (проста) маска.

Основната разлика в биологичното влияние между аерозолите и пръските: За да могат частиците, намиращи се във въздуха, да бъдат вдишани и да достигнат дълбоко в белите дробове през всички въздушни канали до алвеолите, където става газообмена, те трябва да са малки (фиг. 3): само капчици с диаметър под 10 микрометра могат да достигнат до алвеолите. За разлика от тях, големите капки – пръски се забиват в носа и гърлото (назофарингеалното пространство) и в горната част на белия дроб, големите бронхи и трахеята. Капките на типичното изхвърляне при кашлица имат такова разпределение по размера, че приблизително половината от капчиците са в категориите аерозоли, макар че заедно представляват едва по-малко от 1/100 000 от изхвърления обем (Nicas et al 2005).

^{ФИГУРА 3. Анатомия на дихателните пътища и къде могат да стигнат капчиците, в зависимост от техния размер и какви капки се блокират от какви маски}

Но дали това наистина може да подейства за изравняване на кривата?

От това следва, че усъвършенстваните маски N95, предназначени да филтрират най-малките частици, помагат да се предотврати пренасянето на  вируса в капчиците надолу към алвеолите.

За разлика от тях, е вероятно, големите капчици, които се озовават в назофаринкса, да могат да бъдат спрени от всяка физическа бариера, като по-прости хирургически или прахови маски.

Разбира се много аерозолни капчици при издишване, или пръски при кашлица, може да не съдържат вируса, но някои ще го носят. В случая на вируса SARS-Cov-2 не е известно какъв е минималният инфекциозен товар (брой вирусни частици, необходими за стартиране на каскадата на патогенезата, която причинява клинично заболяване). Учените тепърва започват да оценяват дали малките аерозоли или големите капчици в пръските са по-инфекциозни.

Мълчаливата представа на CDC, че алвеолите са мястото, където капчиците трябва да доставят вирусния товар (алвеолите в края на краищата са анатомично мястото, където се случват животозастрашаващите пневмонии), повиши очевидното значение на N95 маските и доведе до отказа на хирургическите маски. Нюансите не се отнасят за обикновените хора (не за медицинските работници), които досега, благодарение на еднозначните съобщения смятаха, че маските са безполезни.

Дори по отношение на малките аерозоли не трябва да забравяме, че частичното филтриране, осигурено от хирургическите маски, е по-добро от нищо. При експериментална симулация на филтриращия капацитет на маските през 2008 г. van der Sande et al. от Холандия сравнява способността на три маски: ( i ) домашно направена (DYI) от кърпа, ( ii ) стандартни хирургически маски и ( iii ) FFP2, европейски еквивалент на маски N95, по отношение на способността им да спират малки аерозоли в диапазона от 0,2 до 1 мкм – капчици, които достигат до долната част на белия дроб.

^{ФИГУРА 4}

Това, което авторите откриват за вътрешната защита, налага някои въпроси по повод твърдението на CDC, че хирургическите маски са „неефективни“: Докато маските FFP2 (или N95) наистина филтрират > 99% от частиците (по този начин, намалявайки вирусното натоварване на аерозола 100 пъти), хирургическите маски понижават броя на аерозолните капчици зад маската все пак със значителните 4 пъти. Вероятно при по-големите капки в пръските при кашлица разликата между хирургическите маски и респираторните маски F95 би била още по-малка. Интересното е, че за външна защита , ефективността и разликите са много по-малки (вижте числата на фигура 5).

^{ФИГУРА 5. Филтриращ ефект за малки капчици (аерозоли) при различните маски: самоделна, хирургическа маска (3M „Tie-on“) и респираторна маска FFP2 (N95). Числата са мащабирани до референтните 100 (източник на капчици) за илюстративни цели, изчислени от стойностите на PF (коефициент на защита) в таблица 2 на van der Sande et al, 2007, Измерването се извършва с брояч Portacount, който регистрира частиците във въздуха с размери в диапазона между 0,02 и 1 микрометър в края на 3-часов период на носене без физическа активност. Осигурената защита в началото на теста бе сходна за самоделната и хирургическата маска, но за FFP2 защитата е двойна. Децата получават значително по-малка защита (виж Van der Sande et al 2007)}

Тези резултатите повдигат спешно въпроса: Ако всичко, което искаме, е да смекчи пандемия, тоест да „изгладим кривата“, доколко 4-кратното намаление на частиците, достигащи до белите дробове, намалява предаването от човек на човек? Интуицията подсказва, че дори несъвършената маска може да предложи някаква защита, която е поне съпоставима с това, което осигурява препоръката за дистанция от 2 метра при социалните контакти или миенето на ръцете или недокосването на лицето – всички препоръки, основани на механична правдоподобност без силна епидемиологична подкрепа.

Може да се определи количествено с колко 4-кратното намаляване на капчиците, което се постига чрез хирургически маски или 3-кратното, което  се постига с импровизираните платнени маски, водят до намаляване на „честотата на репродукция“ от първоначалното число R0 до ефективното Rt след намесата за смекчаване във времето t. Може би с 25%? Тогава би могло, използвайки епидемиологичният модел SEIR, да се изчисли до каква степен частичното намаляването на R би изравнило кривата – до желаната степен, за да се избегне претоварване на системата на здравеопазването (виж фиг. 1).

Но подобно изчисляване на R е сложно, тъй като би изисквало познаване на много механични фактори, които не са лесни за определяне. Например, не знаем в каква пропорция COVID-19 се предава чрез големи капчици или малки аерозоли. Само последните респираторните маски N95 имат видимо предимство пред хирургическите маски! Ние също така не знаем доколко само социалните контакти допринася за намаляване на R.

Ето защо, нека да разгледаме реалната биология на предаването, която предлага изход от този проблем, а също така не е разгледана от здравните служители, които твърдят, че „хирургическите маски не са ефективни“.

III. БИОЛОГИЯТА

Вирусът на SARS-Cov-2, както всеки вирус, трябва да се закрепи върху човешките клетки като използва системата ключ-ключалка, при който вирусът представлява ключът, а клетката – ключалката, която е съответстваща на ключа, за да навлезе вирусът в клетката и да започне възпроизвеждането на неговите структури. За вируса SARS-Cov-2 вирусният повърхностен шипов протеин S е „ключът“ и той трябва да пасва плътно в протеина „ключалка“, който се експресира на повърхността на клетките гостоприемник. Клетъчният протеин – ключалка, който използва вирусът SARS-Cov-2, е протеинът ACE2, фиг. 6.

Този клетъчен повърхностен ензим обикновено има кардио-пулмонална защитна функция. АСЕ2 се експресира при по-високи нива при възрастни хора, при хора с хронична сърдечна недостатъчност или с белодробна или системна артериална хипертония. (Обърнете внимание, че експресията на ACE2 е „ограничаваща скоростта“, тъй като други протеини-гостоприемници, чието присъствие също е необходимо, за да може вирусът да навлезе в клетките, като протеази, са по-обилно и широко експресирани). Някои лекарства за кръвно налягане (както сега се обсъжда интензивно, тъй като хипертонията е рисков фактор за смъртността при COVID-19), но също така механичният стрес от апаратите за вентилация, по ирония на съдбата, също може да увеличи експресията на АСЕ2.

^{Фигура 6. SARS-Cov-2 влиза в клетката гостоприемник като се свързва своя шипов протеин към протеина ACE2 (в синьо) в клетъчните повърхности.}

Изненадващо експресията на ACE2 в белия дроб е много ниска: тя е ограничена до няколко молекули на клетка в алвеоларните клетки (AT2 клетки) дълбоко в белия дроб. Но една току-що публикувана статия на консорциума Hμman Cell Atlas (HCA) съобщава, че ACE2 е силно експресиран в някакъв вид (секреторни) клетки на вътрешния нос! (фиг. 7).

Комбинирайте този факт с горното обяснение, основаващо се на механиката, тогава експресирането на протеина АСЕ2 в носа показва, че вирусът SARS-Cov2 заразява чрез тези клетки. Може също така да се заключи, че предаването на вируса SARS-Cov2 ще се случи до голяма степен чрез големите капчици от кашлица или кихане, които представляват огромната част от изхвърляната течност при кашлица/кихане и ще кацнат в назофаринкса поради своя размер – точно там, където са молекулните ключалки за вируса, които позволяват на вируса да се закачи и навлезе в клетките на гостоприемника. Очевидно този път на предаване може да бъде ефективно блокиран с обикновена физическа бариера. (Проксималната експресия на АСЕ в носната кухина също поддържа предаването чрез повърхностните капчици – следователно, наистина трябва да си мием ръцете).

^{ФИГУРА 7. Основният път за навлизане на вируса е вероятно чрез големи капчици, които попадат в носа – там, където експресията на рецептора за влизане на вируса, АСЕ2, е най-висока. Това е маршрутът на предаване, който може да бъде ефективно блокиран от прости маски, които осигуряват физическа бариера.}

Всъщност Wölfel et al. сега съобщават, че вирусен материал може лесно да бъде открит и изолиран от назални тампони, за разлика от други вирусни инфекции, пренасяни във въздуха, като SARS. В сравнение със SARS (който също използва ACE2 за навлизане в клетките) в случай на COVID-19, вирусните геноми (РНК) се проявяват по-рано в назалните тампони и при много по-висока концентрация, така че откриването им е доста лесно. Всъщност FDA одобри тампоните за тестове, взети само от предната част на носа при самостоятелно вземане на проби, вместо дълбоко в носоглътката. Молекулният анализ показва също, че вирусът SARS-Cov2 е активен и се репликира още в назофаринкса за разлика от други респираторни вируси, които живеят в по-дълбоки райони на белия дроб.

Вирусната репликация в лигавицата на носоглътката също може да обясни положителните тестове в продромалния стадий (периодът на заболяването между инкубационния период и самата болест) и разпространението на вируса от здрави носители, както и може би аносмията (загубата на обоняние), която се наблюдава в ранните етапи на COVID19.

Но това означава също: избягването на големи капчици, които така или иначе не могат да навлязат в белия дроб, но попадат в горните дихателни пътища, биха могло да бъде най-ефективното средство за предотвратяване на инфекция. Следователно хирургическите маски, може би дори вашата ски-маска или шал, могат да осигурят повече защита, отколкото бе представено първоначалните препоръки срещу носенето на маски от обществото като цяло. Респираторните маски N95 може да предлагат сравнително по-малко допълнителна защита, отколкото си мислите.

От практическа и обществена гледна точка, хирургическите или самоделните маски, ако се борави правилно с тях, в най-лошия случай няма да навредят и в най-добрия случай могат да помогнат. (Не забравяйте да ги изхвърлите еднократните маски, без да докосвате външната им повърхност или да изперете след употреба маските за многократна употреба). Тези по-прости, евтини маски може да са достатъчни, за да помогнат за изравняване на кривата, може би малко, може би съществено. Важно: използването им няма да накърни ценните респираторни маски N95 от здравните работници.

ИЗВОДИ

Би било трагично, ако погрешната логика, механика и биология, които накараха западните правителства да не насърчават, ако не и отричат носенето на маски, могат да допринесат за рязкото разпространение на COVID-19. Като се има предвид, че горните дихателни пътища са основното място за навлизане на SARS-Cov-2 в човешки тъкани, носенето на прости маски за лице, които упражняват бариерна функция, блокираща онези големи капчици снаряд, които попадат в носа или гърлото, може значително да намали скоростта на репродукция на R до степен, която може да бъде сравнима със социалното дистанциране и миенето на ръцете.

Това би удвоило ефекта на смекчаването при „изравняването на кривата“!

Източник:

COVID-19: WHY WE SHOULD ALL WEAR MASKS — THERE IS NEW SCIENTIFIC RATIONALE, Sui Huang, Mediμm

Universal mask-wearing is the most overlooked COVID-19 lifesaver, MASKS SAVE LIVES