Infektio joka esiintyy hengitysteiden alueella, myös leviää hengityksen mukana, joten pelkästään pisaratartunnoilta suojautuminen ei riitä.
Lotta-Maria Oksanen (LT) esittelee väitöskirjassaan neljä erilaista lähestymistapaa ilmassa leviävien infektioiden tutkimiseen ja ymmärtämiseen sekä torjuntaan. Väitöskirjan (2023) mukaan, laskemalla sisäilman viruspitoisuuksia, voidaan vaikuttaa sairastumisriskiin.
Väitöskirja on tehty osana Business Finlandin Co-Creation (TUPA) hanketta joka tutki pandemioilta suojautumista ja leviämisreittejä. Aihepiirin tutkimus on jatkunut laajassa E3-hankkeessa jossa myös Oksanen on mukana. E3-hankkeen lopullisia tuloksia esitellään lokakuussa 2024 Helsingissä.
Ilmavälitteisyys on merkittävässä roolissa myös tavanomaisissa kohtaamisissa
Oksasen tutkimuksen ensimmäisessä osassa verrattiin sairaaloissa tehtäviä toimenpiteitä jotka tuottavat ilmaan pieniä hiukkasia (eli aerosoleja), ihmisen yskiessä syntyvän aerosolin tuottoon. Aerosolihiukkasmittauksia suoritettiin Helsingin yliopistollisen sairaalan (HUS) leikkaussaleissa.
Intubointia, maskiventilaatiota ja normaaleja anestesiatoimenpiteitä joita tehdään kun potilas nukutetaan ja joita on pidetty merkittävästi aerosolia tuottavina, verrattiin siihen mitä tapahtuu kun potilas yskii. Syntyviä hiukkasmääriä ja työntekijöiden altistumista tutkittiin.
Aiemmin tehdyn oletuksen mukaisesti, kun hoidettavana on esimerkiksi koronapotilas, tulee intubaation ja muiden vastaavien hoitotoimenpiteiden aikana käyttää erityisen tehokkaita suojavarusteita. Näihin tilanteisin on ollut erillinen tarkka ohjeistus. Kuitenkin, esimerkiksi potilasta haastateltaessa, on käytetty vain kirurgista maskia.
Tavallisessa huoneessa tapahtuvaa potilaskohtaamista on pidetty siis pienen riskin hetkenä eli on ajateltu, että siinä tartunnan saaminen ilman välityksellä ei ole merkittävässä roolissa. Ajatus on ikään kuin ollut, että ilmavälitteisen infektioriskin syntymiseksi pitää tapahtua jotakin erityistä.
Toimintamalli on peräisin SARS-epidemian ajalta. SARS-epidemian aikana havaittiin, että henkilökuntaa sairastui, kun he osallistuivat potilaiden hoitoon joita jouduttiin intuboimaan. Looginen päättely silloin oli, että juuri intubaatiohetkellä on vaikutusta. Luontainen hiukkasten tuotto, joka lisääntyy mm. kun henkilö käyttää normaalia suurempaa hengitysvoluumia kuten hengenahdistusta poteva potilas, jätettiin tuolloin kokonaan huomiotta. Tutkimuksessa huomattiin nyt, että ajattelumalli on itseasiassa varsin nurinkurinen.
Todettiin, että leikkaukseen valmistavat anestesiatoimenpiteet eivät tuota enempää aerosoleja kuin tavanomainen potilaskohtaaminenkaan. Yleisanestesian toimenpiteet vertautuivat tässä yskän aikaiseen altistukseen. Lisäksi havaittiin, että pitkittyneen intubaatioputken asetuksen aikana hiukkastuotto oli vähäistä.
Aiemmin juuri suuria pisaroita pidettiin tautien levittäjinä, nyttemmin on ymmärretty, että huomio kannattaa kiinnittää nimenomaan pienimpiin ilmassa leviäviin hiukkasiin.
”Koska monet taudit voidaan parantaa lääkkeillä ja koko maailmaa koskettavia pandemioita ei oltu hetkeen koettu ei tautien leviämistä ilmassa ole ollut normiarjessa tarpeen pitkään aikaan miettiä.”, sanoo tutkija Lotta-Maria Oksanen. ”Vasta koronapandemia havahdutti ihmiset tämän asian äärelle.”
Sisäilman viruspitoisuudet vaihtelevat paikallisesti – sermit jopa lisäävät sairastumisriskiä
Tutkimuksen toisessa osassa selvitettiin malliviruksen avulla virusten leviämistä tilassa. Tutkimusta toteutettiin Henri Alénin Ultima –ravintolassa jossa tarkoituksena oli saada kokonaisymmärrys siitä, miten infektiivinen virus leviää todellisessa, käytössä olevassa tilassa. Mittauksia tehtäessä huomioitiin mm. ikkunavuodot ja ilmanvaihto. Myös ihmisiä oli mukana tutkimuksessa. Tarkkojen lähtötietojen ja reunaehtojen ollessa tiedossa, oli mahdollista selvittää tarkasti ilman liikkeitä ja virtauksia.
Infektiivisten, elävien mallivirusten huomattiin leviävän kaikkialle sisätilaan aerosolihiukkasten matkassa elinkykynsä säilyttäen. Ilmatieteenlaitoksen toteuttama Large eddy Simulation (LES) -virtausmalli, eli supertietokoneella toteutettava virtauslaskelma, joka kykenee huomioimaan ilman turbulenttisen liikkeen, mahdollisti uuden, aiempaa tarkemman tarkastelun hiukkasten leviämisessä. Virusten konsentraatiot (eli pitoisuudet) eivät ole joka puolella tilaa tasaisia, vaan ne vaihtelevat ja muuttuvat läpi tilan. Hiukkaset leviävät sisäilman turbulenssin mukana ja tilaan syntyy siksi paikallisia eroja.
Lähellä lähdettä, eli sairasta ihmistä, viruspitoisuudet ovat suurimmat. Aiemmin infektioriski on arvioitu analyyttisellä mallinnuksella varsin tasaiseksi kaikkialla, ja nyt huomattiin, että tämä malli aiheuttaa virheellisiä päätelmiä.
Todellisuudessa suuri osa tartunnoista tulee lähietäisyydeltä mutta ei välttämättä pisaratartuntana.
Tutkimuksessa muodostui täysin uusi turbulenssin ja paikallisen pitoisuusmuutoksen huomioiva infektioriskimalli. Siinä ei lasketa vain keskiarvoja kuten aiemmin, vaan Ilmatieteen laitoksella käytössä oleva supertietokone mahdollistaa tarkan laskennan ja mallinnukset sisäilmavirtauksista.
”Laskennan ollessa tällä tasolla, ei supertietokonekaan selviä siitä hetkessä.” toteaa Oksanen. ”Luomamme mallin voidaan sanoa olevan uraa uurtava.”
Kun ilmanvaihdon poisto pääsee toimimaan, ilma laimenee myös viruksista. Kun sekoittamista lisätään paikalliset pitoisuushuiput laimenevat nopeammin ja lähestytään paremmin niin kutsuttua täydellisen sekoittumisen tilaa. Ilmanpuhdistimet toimivat lisäpoistoina hiukkasille. Ravintolatilaan tuotiin ilmanpuhdistimia tehostamaan ilmanvaihtoa ja laimentamaan viruspitoisuutta.
Huomattiin että ilmanpuhdistimet vähensivät ilman hiukkasmääriä tehokkaasti. Kun tilan pohjaventilaatiota hiukkasten osalta lisättiin 65%, keskimääräinen infektioriski laski tunnin kohdalla 31%.
Tutkimuksessa havaittiin että sermit, esimerkiksi läpinäkyvät pleksit, eivät vaikuta kokonaiskonsentraation kehitykseen, toisin sanoen ne eivät estä virusten leviämistä läpi tilan. Sairaan henkilön lähellä pleksi saattaa jopa nostaa sairastumisriskiä vaikuttaen aerosolien kulkeutumiseen päinvastoin kuin on toivottu.
Myös muualla tehdyissä uusissa tutkimuksissa tulokset ovat olleet hyvin saman suuntaisia.
Aerosolit kuljettavat pöpöt myös pinnoille
Kolmannessa osassa selvitettiin infektioiden ja ilmavälitteisyyden yhteyttä tutkimalla niin koronapotilaita kuin heidän ympäristöäänkin. Tutkimusta tehtiin sairaalassa mm. verinäytteitä potilaista keräten mutta myös kotioloissa esimerkiksi ilma- ja pölynäyttein. Taudinaiheuttajien levitessä hiukkasten mukana ilmassa, ne myös laskeutuvat pinnoille, joista pinta- ja laskeumanäytteitä otettiin.
Todettiin että kaikki positiiviset ilma- ja laskeumanäytteet olivat tulleet tavanomaisista tilanteista, siis silloin kun ihminen puhuu ja hengittää eli tuottaa aerosoleja ilmaan omalla toiminnallaan. Tulokset olivat samanlaiset niin sairaalassa kuin kotona.
“On tärkeää ymmärtää kuinka tartuntareitit linkittyvät esimerkiksi ilmasta laskeuman kautta pinnoille. Jos suojaudumme vain pintatartuntojen osalta, jää merkittävä osa kokonaisaltistuksesta huomioimatta ja infektiotorjunta tehottomaksi.”, toteaa Lotta-Maria Oksanen.
FFP2 ja FFP3-hengityksensuojaimet ovat erittäin tehokas suoja, kirurginen maski ei kokonaan estä tartuntoja.
Tutkimuksen viimeisessä osassa selvitettiin sairaalahenkilökunnan infektioita.
Sähköiset lomakkeet ja laboratoriovarmennettu koronainfektio apuna, tehtiin jäljitystarkastus haastatteluin. Jäljityksessä kartoitettiin tarkemmin mm. riskitilanteita, käytettyjä suojavarustusta ja vapaa-ajanvieton tapoja.
”Korona-aika osoittautui, näin jälkikäteenkin ajatellen varsin ainutlaatuiseksi hetkeksi tehdä tartuntapaikkaan liittyvää tutkimusta. On muistettava, että tuohon aikaan kontaktit olivat rajattuja ja ihmiset tarkkailivat toimintaansa muistaen hyvin tarkasti mitä olivat tehneet ja missä käyneet.”, sanoo Lotta-Maria Oksanen ”Silloin pääsimme arvioimaan tartuntalähdettä ja todennäköisyyksiä laajassa reaalitilanteessa”.
Työperäisiä tartuntoja ei havaittu, kun käytettiin FFP2- tai FFP3-tason suojainta. 60% tartunnoista, jotka oli saatu työympäristössä, olivat tilanteista, joissa altistushetkellä käytössä oli kirurginen maski.
Sisäilman laimentaminen on tärkeää tulevaisuuden virustorjunnassa
Väitöskirjassaan Lotta-Maria Oksanen muodostaa kokonaiskuvaa siitä miksi ilmavälitteisyys on niin paljon merkittävämpi mekanismi taudinaiheuttajien leviämiselle kuin mitä on aiemmin ymmärretty.
Ilmassa leviävät taudinaiheuttajia on monenlaisia ja tilanteissa on eroja – myös ihmisten välillä on eroa niin hiukkasten tuotossa kuin infektioherkkyydessä. Kuitenkin silloin kun hengityksessä on korkea viruspitoisuus ja esimerkiksi polkee kuntopyörää kiivaasti hengästyen, muiden ihmisten kanssa pienessä tilassa, jossa ilma ei vaihdu, levittää hengästyjä tautia varsin tehokkaasti ympäristöönsä.
Infektio, joka esiintyy hengitysteiden alueella, erittyy hengitysteissä syntyviin hiukkasiin ja myös leviää hengityksen mukana. Kun mekanismi ymmärretään, voidaan lähtökohtaisesti käsitellä kaikkia hengitystieinfektioita tämän olettaman mukaisesti.
”Ihmiset tuottavat luontaisesti aerosolihiukkasia, tämä tulisi huomioida yhä enemmän arkipäivässä, jo aivan tilasuunnittelusta alkaen”, summaa Oksanen. ”Ilmalaki-aloite on yksi askel kohti tätä muutosta.”
Kun moniammatillisuus huomioidaan uusia tiloja suunniteltaessa tai isoja tapahtumia järjestettäessä, päästään suoraan ratkaisuihin, jotka vaikuttavat tilan ilmanlaatuun, mutta ovat myös käytännöllisiä. Koska emme tiedä kuka on kulloinkin sairas ja kuka ei, esimerkiksi infektiokaudella ilman sekoittumista lisäämällä, voidaan vähentää viruskuormaa ilmasta.
”Nykyisin ohjeeksi annetaan lähinnä yski hihaan ja pese käsiä”, huomauttaa Lotta Oksanen. ”Pitäisi tuoda paljon enemmän esille sitä, että laskemalla sisäilman pitoisuuksia, voidaan vaikuttaa sairastumisriskiin. Käytännössä se tarkoittaa, että sairastunut voi vähentää ilmaan erittyvää viruskuormaa käyttämällä hengityksensuojainta tai maskia, ilmaan päätyneitä pitoisuuksia voidaan pienentää hyvällä ilmanvaihdolla, ilmanpuhdistimilla ja tuulettamalla ja altistuva voi lisäksi suojata itseään tehokkaasti hengityksensuojaimella. Pelkästään se, että suojaudumme pisaroilta, ei riitä.”
Väitöskirja Lotta-Maria Oksanen: UNDERSTANDING AIRBORNE TRANSMISSION EXPERIMENTAL AND OBSERVATIONAL STUDIES DURING COVID-19 PANDEMIC tarkastettiin lokakuussa 2023 Helsingissä.
Ilmoittaudu tästä kaikille avoimeen, samaa aihepiiriä käsittelevään E3-hankkeen ”Tackling pandemics” -tulosseminaariin.
