חולים במחלת COVID-19 בשלבים מוקדמים נשפו מיליוני חלקיקי SARS-CoV-2 לשעה

אבסטרקט

דגימות אוויר ננשף היו בעלות השיעור החיובי הגבוה ביותר (26.9%, n = 52), אחריהן דגימות משטח (5.4%, n = 242), ואחריהן דגימות אוויר (3.8%, n = 26). בנשיפותיהם של חולי COVID-19, אשר גויסו בבייג’ינג, נמצאו מיליוני עותקי רנ”א של SARS-CoV-2 אשר נפלטו לאוויר בשעה. הוצאת אוויר בנשיפה עלולה להיות בעלת תפקיד חשוב בהדבקה ב-COVID-19.

מבוא

מגפת ה-COVID-19 הותירה סימן עצום על ההיסטוריה האנושית. מאמצים גלובאליים למיגור התפשטות המחלה מתרחבים. עם זאת, מידע מדעי אודות דרכי ההדבקה העיקריות של COVID-19 הוא נחוץ. ניתוח דגימות סביבתיות מספק רמזים לכך. באופן אשר ראוי לציון, SARS-CoV-2 כבר אותר באוויר, על גבי מאווררי מיזוג, ועל רצפות בתי חולים. דגימות משטח ממקלדות, טלפונים סלולריים, וידיי מטופלים גם הן חזרו חיוביות. מחקרים אחרים הדגימו כי SARS-CoV-2 אווירני לא רק שורד על גבי מגוון של משטחים לתקופות ממושכות, אלא גם נשאר וויאבילי באוויר עד ל-3 שעות. למרות התפתחותיות מהירות אלו, דרכי ההדבקה העיקריות של COVID-19 עוד בדיון, וכמעט ולא קיימות עדויות אודות הדרך שבה SARS-CoV-2 נפלט לאוויר. לאחרונה, מדענים קראו להכרה בהדבקה אווירנית ב-COVID-19, ובהתאם לכך, ארגון הבריאות העולמי (WHO) שינו את הקווים המנחים שלהם בנושא, כלומר, לא החריגו הדבקה אווירנית בהתקהלויות או בסביבות סגורות. כאן בחנו נוכחות של SARS-CoV-2 בפליטות האוויר של 49 חולי COVID-19 אשר גויסו בבייג’ינג, יחד עם האיתור הסביבתי שלו.

שיטות

אנו גייסנו סך של 76 נבדקים, כולל 57 חולי COVID-19, ארבעה מטופלים ללא COVID-19 מבי”ח א’ ובי”ח ב’, ו-15 נבדקים בריאים בבייג’ינג’. דגימות עיבוי אוויר ננשף (EBC) נאספו בייבוא מ-20 חולי COVID-19 מקנדה, צרפת, איראן, איטליה, יפן, ספרד, תאילנד, אנגליה, וארה”ב, ומ-29 מקרים מקומיים בבייג’ינג. דגימות EBC נאספו תוך שימוש בכלי Bioscreen אשר פותח ע”י אוניברסיטת פקינג. סך של 52 דגימות EBC נאספו מ-49 חולי COVID-19. בנוסף, נאספו דגימות EBC מ-15 נבדקים בריאים כביקורת. 26 דגימות אוויר נאספו תוך שימוש בשני impingers. סך של 242 דגימות משטח ממלונות קורונה ומבתי חולים או מציוד אישי של חולי COVID-19 נאספו תוך שימוש בספוגיות כותנה לחות. כלל הדגימות נאספו ונותחו תוך שימוש ב-RT-PCR לצורך בדיקת נוכחות של SARS-CoV-2 ע”י בדיקת נוכחות של ORF1ab ושל גני N תוך שימוש בערכת איתור. ההערכות הכמותיות של עותקי הוירוס בכלל הדגימות בוצעו תוך שימוש במשוואת הגברת הרנ”א. נעשה ויתור על נושא האתיקה סביב עירוב נבדקים אנושיים, כולל הדגימות הלא פולשניות של עיבוי האוויר הננשף כתוצאה מדחיפות התפרצות המחלה המידבקת, אך המחקר אושר ע”י וועדת האתיקה של המרכז לבקרה ומניעה של מחלות במחוז קויאנג בבייג’ינג.

תוצאות

השיעור החיובי הכולל ל-SARS-CoV-2 של דגימות ה-EBC היה 26.9% (n = 52), בעוד שהשיעורים החיוביים של דגימות המשטחים והאוויר היו נמוכות יותר (5.4%, n = 242), ו-(3.8%, n = 26), בהתאמה. ערכי ה-Cycle Thresholds (Ct) (35.54+-3.14) נאספו לכל דגימת EBC חיובית. ערכי ה-Ct של דגימות ה-EBC היו בעלות שונות גבוהה מאוד בין המטופלים, כאשר באופן כללי ערכים נמוכים יותר נצפו בשלבים מוקדמים יותר של המחלה. שיעור פליטת האוויר נאמד כבין 1.03 x 10^5 לבין 2.25 x 10^7 ווירוסים לשעה (n = 14). לערכת האיתור היו יעילויות הגברה שונות ל-ORF1ab ולגני ה-N בדגימות ה-EBC. למרות שדגימות ה-EBC משני חולים (א’ וב’) הכילו SARS-CoV-2, דגימות מהטלפונים הניידים, הידיים, ומשטחי האסלות שלהם נמצאו כשליליות לנוכחות הוירוס. במחלקה של חולה ג’, הוירוס היה נוכח בכניסה לתעלת מיזוג האוויר אשר הייתה ממוקמת מתחת למיטתו של החולה. בנוסף לכך שהוא מזהם את האוויר, חלקיקי SARS-CoV-2 באוויר הננשף של חולים יכולים להיות אחראיים באופן חלקי לזיהום המשטחים שראינו.

מתוך 26 דגימות אוויר אשר נאספו תוך שימוש ברובוט, דגימה אחת (air-1) מתוך חדר שירותים לא מאוורר ממלון קורונה חזרה חיובית (נאמדה ב-6.07×10^3 וירוסים/מטר בשלישית). דגימות משטח מציפית כרית (Swab-1) ומידיו (Swab-2) של מטופל ד’ אשר השתמש בחדר השירותים, הודגמו כמכילות את SARS-CoV-2, אך לא אותר וירוס בדגימת ה-EBC של מטופל זה, אשר נאספה בתאריך אחר. בנוסף, SARS-CoV-2 אותר על גבי משטח פתיחת תעלת מיזוג אוויר כפי שתואר לעיל (התעלה שימשה כדוגמת אוויר). נתוני דגימות אוויר אלו, למרות השיעור החיובי הנמוך שלהן, עדיין הראו כי חללי האוויר בבתי חולים אשר מטפלים בחולי COVID-19 זוהמו ב-SARS-CoV-2.

מתוך 242 דגימות משטח, 13 נמצאו כחיוביות ל-SARS-CoV-2. מתוך חמשת הקטגוריות של המשטחים, האסלה הייתה בעלת השיעור החיובי הגבוה ביותר ל-SARS-CoV-2 (16.7%, n = 12), לאחר מכן רצפת בית החולים (12.5%, n = 16), המשטחים האחרים (7.4%, n = 27), משטחים בהם נגע חולה (4.0%, n = 149), והמשטחים בהם נגע הצוות המטפל (2.6%, n = 38). ערכי Ct (36.38+-1.92) נאספו לכל דגימת משטח חיובית. רמות הוירוס על גבי משטחים נאמדו בין 7.10 x 10^3 לבין 1.72 x 10^5 ווירוסים/ס”מ בריבוע. בדגימת האסלה (Swab-3), דגימת ה-EBC-1 של החולה ה’ אשר נמצא במגע איתו גם חזרה חיובית. בקבוצת המשטחים בהם נגעו חולים (149 דגימות), מצאנו 6 דגימות חיוביות מידיו של מטופל ד’, מציפית של מטופל ד’, מהטלפונים הניידים של מטופלים ו’ ו-ז’, וממקלדות המחשב של מטופלים ז’ ו-ח’. באופן מפתיע, רק 2 מתוך 22 דגימות משטח מטלפונים ניידים של חולי COVID-19 חזרו חיוביות. אף אחת מ-26 הדגימות משטח אשר נאספו מידיות של חפצים מגוונים חזרו חיוביות לוירוס. נראה כי תצפיות אלו אינן תומכות באמונה הרווחת כי הדבקה ישירה ע”י מגע במשטחים היא בעלת תפקיד מכריע בהתפשטות COVID-19.

דיון

בפעם הראשונה, אנו מדווחים כי SARS-CoV-2 משוחרר באופן ישיר לאוויר דרך נשיפה ע”י חולי COVID-19. סף האיתור של SARS-CoV-2 ע”י RT-PCR דווח בבערך 100 עותקי רנ”א למיקרוליטר. תוך שימוש במשוואה אשר מתוארת בנספחי המאמר, ערכי ה-Ct אשר נצפו מראים כי רמות ה-SARS-CoV-2 בנשיפה יכולות להגיע ל-10^5-10^7 עותקים/מטר בשלישית אם מניחים שיעור נשימה ממוצע של 12 ליטר/דקה. שיעור פליטת SARS-CoV-2 בנשיפה מושפעת מגורמים רבים כדוגמת שלב המחלה, פעילות החולה, ואולי גם גיל. אנו מצאנו כי שיעור פליטת SARS-CoV-2 בנשיפה לאוויר היה הגבוה ביותר, עד ל-10^5 ווירוסים לדקה, במהלך השלבים המוקדמים של COVID-19. ממצא זה מתאים לדיווחים קודמים, בהם נאמר כי הרמות הגבוהות ביותר של SARS-CoV-2 בדגימות גרון של חולים נצפו בזמן התחלת הסימפטומים. עם זאת, גילוי משמעותי נוסף אשר עולה ממאמר זה הוא שפליטת ה-SARS-CoV-2 לא הייתה ממושכת באותו השיעור, אלא ספורדית. לדוגמא, שתי דגימות EBC (EBC-1, ו-EBC-2) אשר נאספו מאותו המטופל ה’, אך בתאריכים שונים, תוך שימוש באותה השיטה, חזרו עם תוצאות שונות.

SARS-CoV-2 אותר בעבר בחלקיקים קטנים באוויר בתי חולים. פיק בפלואורסנציה של חלקיק ביולוגי ב-1 מיקרומטר בערך נצפה גם בנשיפות של נבדקים בריאים. דגימות האוויר השליליות ל-SARS-CoV-2 ככל הנראה נבעו מפליטות נמוכות של SARS-CoV-2, ניטרול הווירוס ע”י חומרים מחטאים, ומיהול מהיר או הסרה של SARS-CoV-2 ע”י הזרמת אוויר נקי. נוכחות ה-SARS-CoV-2 באוויר חדר השירותים עלולה להיות כתוצאה מווירוס ננשף או מהגעת הווירוס לאוויר מהאסלה. התפשטות COVID-19 ע”י חולים א-סימפטומטיים דווחה גם היא. נושאי המחלה ה-אסימפטומטיים בד”כ לא משתעלים או מתעטשים, ובכך לא יוצרים טיפות נשימתיות. לכן, ההתפשטות הנצפית של המחלה קשה להסבר ע”י הדבקה בטיפות, אך הגיונית כאשר מסתכלים על הדבקה אווירנית.

צריך לטפל בדרכי ההדבקה העיקריות ב-SARS-CoV-2 ע”מ לעצור באופן יעיל את מגפת ה-COVID-19 המתמשכת. טיפות נשימתיות גדולות והדבקות במגע ישיר כרגע מדווחות בתור דרכי ההדבקה העיקריות ב-COVID-19 ע”י WHO. בניגוד לכך, אנו מראים כי משטחי הטלפונים הניידים (n = 22), והידיות השונות (n = 35), בהם השתמשו חולי COVID-19 באופן תדיר, היו בעלי סבירויות נמוכות לנוכחות SARS-CoV-2 (9.0% ו-0%, בהתאמה). הדבקה אווירנית ב-SARS-CoV-2 כבר הייתה בעלת תפקיד חשוב בהתפשטות המתועדת בפועל של COVID-19 בסביבות סגורות למחצה. לדוגמא, אירוע הדבקה המונית במקהלה במדינת וושינגטון, ארה”ב, ובמסעדה בגואנצו, סין. למרות שלא בדקנו זיהומיות או סבירויות הדבקה ופעילויות משחררות ווירוסים אחרות כדוגמת דיבור או שירה, המחקר שלנו מדגים כי פליטת אוויר ננשף היא בעלת תפקיד חשוב בפליטת SARS-CoV-2 לאוויר, דבר אשר כנראה תרם רבות להדבקות ההמונית שנצפו ולמגפה המתמשכת. בהתאם לכך, אמצעים כדוגמת איוורור חזק יותר ושימוש במסכות הם חיוניים ע”מ להקטין ככל האפשר את הסיכון להדבקה ב-SARS-CoV-2 אווירני.