LUOTETTAVIMMAT COVID-19 TARTUNTOJEN RAJOITTAMISEN KEINOT OVAT ILMAHYGIENIA JA HENGITYSSUOJAIMET

Preludi

Infektioepidemiologit ympäri maailmaa uskoivat vielä keväällä 2020, että koronavirus leviää suurten pisaroiden, niiden kontaminoimien pintojen ja käsikontaktien kautta.  Aerosolileviämistä ilman kautta ei pidetty mahdollisena kahdesta syystä: se kuulosti paluulta 1880 hylättyyn miasmateoriaan; ja mikrobeja kantamaan kykenevät 5 µm tai suuremmat pisarat putoaisivat maahan enintään 1…2 m etäisyydellä lähtöpisteestään.   Maskien/hengityssuojainten käyttöä he pitivät hyödyttömänä toisaalta edellisestä syystä, toisaalta siksi, että ne eivät kuitenkaan voisi pidättää esim. 5 µm mikropisaroita.

Molemmat käsitykset olivat vääriä, minkä kuka tahansa aerosolitieteen alkeiskurssin suorittanut olisi voinut kysyttäessä kertoa.  Edellinen perustui maailmalla aina uusina painoksina levinneeseen käsikirjaan 60 v. sitten putkahtaneeseen virheeseen (!), jälkimmäinen tietämättömyyteen kuitusuodattimen toiminnan fysikaalisista perusteista.  5 µm mikropisara voi leijua sisäilmassa tunteja, ulkoilmassa paljon painavammatkin hiukkaset matkaavat tuhansia kilometrejä, esimerkiksi Saharan hiekkapöly jota on laskeutunut Etelä-Eurooppaan tonneittain viime päivinä.  Yleisimmin käytetty FFP2/N95 hengityssuojain puolestaan suodattaa 95% 0,3 µm ja 99,5% >1 µm hiukkasista.

WHO, CDC ja ECDC tunnustivatkin v. 2021 aerosolileviämisen ja hengitysilman SARS-CoV-2 viruksen tärkeimmäksi tartuntatieksi.  Tästä puolestaan seuraa, että aerosolin mikropisaroista >95% suodattava FFP2/N95 hengityssuojain antaa erinomaisen suojan tartuntaa vastaan.

Aerosolin leviäminen sisäilmassa, poistuminen siitä pintoihin tarttumalla, ilmanvaihdon kautta ja hiukkassuodattimissa, sekä henkilökohtainen suojautuminen altistumiselta maskien avulla tunnetaan hyvin ja kyetään mallintamaan numeerisesti halutulla tarkkuudella. T ämä tieto avasi aivan uudet, lockdowneja ja ihmiskontaktien välttämistä paljon täsmällisemmin kohdennettavat, sosiaalisesti vähemmän rajoittavat ja tehokkaammat keinot riskiryhmien suojelemiseksi, tartuntojen leviämisen tukahduttamiseksi ja esim. kulttuuritilaisuuksien uudelleen avaamiseksi.  Erityisesti maskien/hengityssuojaimien tehokkuudesta koulutartuntojen rajoittamisessa, sekä ilmanvaihdon ja sisäilman hiukkassuodatuksen merkityksestä altistumisriskin vähentämisessä on kertynyt valtavasti uutta tietoa.  Toisaalta uutta tutkimustietoa on saatu myös puhumisen, laulamisen ja huutamisen tuottamista aerosolimääristä.

Vaikka infektoituneiden ulos- ja terveiden sisäänhengittämä virusaerosoli on osoittautunut erityisesti sisäilmassa koronaviruksen tärkeimmäksi tartuntatieksi, ja vaikka sisäilmatutkimus ja aerosolitiede tarjoavat vahvat ja testatut tieteelliset ja tekniset menetelmät tämän tartuntatien tukahduttamiseksi, uuden paradigman hyväksyminen on valitettavasti osoittautunut monille vanhan koulun miehelle ja naisellekin vaikeaksi tai mahdottomaksi.

Rokotukset ovat luonnollisesti avainroolissa väestön suojaamisessa koronan aiheuttamilta vakavilta sairaustapauksilta ja kuolemilta.  Rokotusten suojavaikutus kuitenkin hiipuu kuukausien kuluessa, suojaa heikosti tartunnalta ja siten viruksen edelleen levittämiseltä ja osoittautuu usein odotettua pienemmäksi uuden virusvariantin hyökätessä.

Siteeraan WHO:n pääjohtajaa Ghebreyesusia (14.12.2021): “I need to be very clear: vaccines alone will not get any country out of this crisis.  It’s not vaccines instead of masks, distancing, ventilation or hand hygiene.  Do it all.  Do it consistently.  Do it well.”

Wienin Filharmonikkojen perinteistä Uudenvuodenkonserttia katsoi ja kuunteli 50 miljoonan TV-katsojan lisäksi tänä vuonna jälleen myös paikan päällä Musikverein konserttisalissa 1000 h. yleisö, FFP2 maskit kasvoillaan – tiettävästi ilman ainoatakaan koronatartuntaa.

 

---

 

Ensireaktiot pandemiaan tammi-kesäkuussa 2020

COVID-19 epidemian tukahduttamistoimet Wuhanissa, Kiinassa, aloitettiin 23.1.2020 cordon sanitairella [Lockdown, sulku], joka sulki kaikki tapahtumat ja tilat ruokakauppoja ja apteekkeja lukuun ottamatta, lukitsi ihmiset koteihinsa, vaati jokaista käyttämään maskia kaikkialla kotiovien ulkopuolella sekä raportoimaan terveydentilastaan päivittäin.  Lockdown pantiin toimeen välittömästi ja määrätietoisesti, sillä todella onnistuttiin pysäyttämään viruksen kierto Wuhanissa, ja 74 päivää myöhemmin lockdown purettiin ilman epidemian uudelleen puhkeamista Wuhanissa.  SARS-CoV-2 virus oli sillä välin kuitenkin jo levinnyt kaikkialle maailmaan.

Vuoden 2020 kevään muita onnistuneita lockdowneja toteutettiin mm. Uudessa Seelannissa ja Suomessa sekä loppukesällä Australian Victorian osavaltiossa, joissa kaikissa tartunnat saatiin painettua 0…5#/vrk tasolle 81…112 päivässä.  Lockdown on kuitenkin karkea, sosiaalisesti ja taloudellisesti lamaannuttava, matalan osaamisen ja teknologian työkalu.

Siellä missä viruksen kierto väestössä tukahdutettiin tehokkaasti tai painettiin alhaiselle tasolle, pandemian hallinnassa siirryttiin altistusten etsimisessä ja testauksessa, tartuntojen jäljittämisessä, karanteeniin eristettyjen valvonnassa ja huollossa nopeasti täsmällisemmin kohdennettuihin, vähemmän rajoittaviin, korkeamman osaamisen ja teknologian työkaluihin.  Näin saatettiin sekä pandemian torjunnan, että sairaustapausten hoidon kuormitus sairaanhoidolle, yhteiskunnalle ja taloudelle pitää kohtuullisena.  Mm. Etelä-Korea, Taiwan ja Japani aloittivat ajoissa ja suoraan testaus-jäljitys-eristyspolitiikalla.

Saksassa laadittiin jo maalis-huhtikuussa 2020 kaksi [IFO 2.4.2020, Leopoldina 13.4.2020] toisiaan täydentävää exit-suunnitelmaa pandemiasta ulospääsemiseksi.  Käänsimme [M Jantunen, J Tuomisto, M Kolehmainen, M Seuri, J Bonsdorf ja M Paunio] IFO:n suunnitelman suomeksi, jaoimme sen eduskuntaryhmille, valtioneuvostolle, STM:öön ja THL:een sekä julkaisimme 9.4.2020.  Minkäänlaista osoitusta kiinnostuksesta ei vastaanottajilta kuulunut.  EU julkaisi oman etenemissuunnitelmansa rajoitusten purkamiseksi 17.4.2020.  Ainoastaan EU:n suunnitelma mainitsee myös rokottamisen, jota se ennakoi vuoden kuluessa – mikä osoittautui osuneeksi arvioksi.

Eurooppalaisten päättäjien käytännön toimia ei ole juurikaan ohjannut realismi ja pragmaattinen suunnitelmallisuus, vaan niissä ovat aaltoina vuorotelleet poliittinen toiveajattelu ja reaktiot akuutteihin kriiseihin.  Saksalainen suunnitelmallisuus lienee kuitenkin vaikuttanut jossain määrin, koska koronan aiheuttama kuolleisuus on Saksassa jäänyt selvästi Euroopan muita suuria maita pienemmäksi.

 

Kädestä suuhun vai aerosolileviäminen

Edellä mainitut pandemian hallinnan ja rajoittamisen politiikat perustuivat oletukseen, että ainoa virustartuntoja rajoittava keino on pitää tartunnan saaneet ja potentiaaliset tartutettavat vähintään 2 m etäisyydellä toisistaan ja enintään 15 minuuttia samassa tilassa.

Ensimmäisenä pandemiakeväänä, WHO, ECDC, CDC ja useimmat kansanterveysauktoriteetit olettivat, että … COVID-19 viruksen siirtyminen [ihmisten välillä] voi tapahtua suorassa kontaktissa infektoituneisiin ihmisiin ja epäsuorassa kontaktissa ympäristön pintojen tai esineiden kautta joita infektoitunut on käyttänyt (WHO, maaliskuu 2020) = Pisarat-kädet-kasvot-altistumistie.

Pian alkoi kuitenkin tulvia tutkimustuloksia COVID-19 tartunnoista ja joukkotartunnoista sisätiloissa, joita ei voinut selittää edellä kuvatulla mekanismilla (WHO 2020, Günther et al. 2020, Khanh et al. 2020, Park et al. 2020, Ou et al. Jan 2022, Stein-Zamir et al. 2022, Fox-Lewis 2022).  Suomessa tunnetuimmaksi tuli Naistenpäivän konsertti Helsingin uudessa Musiikkitalossa, 8.3.2020, jossa tartunnan sai toistasataa konserttivierasta, mukaan luettuna Eeva ja Martti Ahtisaari (MTV-Uutiset).  Tällaiset joukkotartunnat edellyttävät ilmavälitteistä tartuntaa [vrt. tuhkarokko ja Legionella].

Asiasta kiisteltiin kiivaasti toisaalla sisäilma-altistumis- ja aerosoliasiantuntijoiden, ja toisaalla infektioepidemiologien kesken.  Jälkimmäisistä moni näki aerosolivälitteisyydessä jopa yrityksen 1880 luvulla kumotun miasma-teorian kunnianpalautukseen.  Yllättävä selitys löytyi, kun huomattiin, että aerosolitartuntamahdollisuuden torjunta oli perustunut väärinkäsitykseen yli 5 µm aerosolihiukkasten käyttäytymisestä ilmassa [että ne putoavat ilmasta maahan 1..2 m etäisyydellä lähtöpisteestään], joka oli löytänyt tiensä oppi- ja käsikirjoihin 60 vuotta aikaisemmin, ja siirtynyt aina uusiin painoksiin ilman alkuperäistä lähdeviitettä (Molteni 2021, Wang et al. 2021).  Oikean vastauksen olisi osannut laskea jokainen aerisolitieteen peruskurssin lukenut Stokesin sedimentaatioyhtälön (1851) avulla.  ECDC (2020), CDC (2021) ja WHO (2021) hyväksyivät ja tunnustivat lopulta, että aerosoli on COVID-10:n hallitseva tartuntatie.  WHO muotoili muutoksen näin:

• Nykyinen evidenssi osoittaa, että … virus voi levitä infektoituneelta henkilöltä … pienissä nestepisaroissa kun tämä yskii, aivastaa, puhuu, laulaa tai hengittää. Toinen henkilö voi sitten joutua kontaktiin viruksen kanssa, hengittäessään sitä kantavia ilman kautta leviäviä hiukkasia lähietäisyydellä …
• Virus voi myös levitä huonosti tuuletetuissa/ruuhkaisissa sisäolosuhteissa, jossa ihmiset viettävät pidemmän ajan. … koska aerosolit voivat pysyä leijumassa ilmassa tai kulkeutua kauemmaksi kuin keskusteluetäisyydelle.
• Ihmiset voivat infektoitua myös koskettelemalla silmiään, nenäänsä tai suutaan sen jälkeen, kun he ovat koskettaneet pintoja ja esineitä, jotka virus on kontaminoinut.

Suurin ansio alkuperäisen väärinkäsityksen korjaamisesta ja aerosolitartuntatien tunnustetuksi saamisesta kuuluu puolalaissyntyiselle ystävälleni, Queensland University of Technology (Brisbane, Australia) professorille Lidia Morawskalle (Morawska et al. 2020, sekä 2021).  TIME lehti valitsi hänet tämän johdosta yhdeksi maailman 100 vaikutusvaltaisimmasta ihmisestä v. 2021.

Morawska on sisäilma-aerosolitutkija, jonka kanssa jaoin vuosituhannen vaihteessa ISIAQin presidentin tehtävän ja olemme osallistuneet yhdessä lukuisiin WHO:n asiantuntijatehtäviin Euroopassa, USA:ssa ja Australiassa.

Yskimisen, aivastamisen ja raskaan hengittämisen lisäksi niin infektoituneesta kuin terveestäkin ihmisestä ilmaan vapautuvien aerosolihiukkasten määrä riippuu olennaisesti äänen käytöstä (Asadi et al 2019, Assendelft et al. 2020, Riedeker ja Monn 2020, Mürbe et al. 2021).  Puhuva ihminen tuottaa ilmaan 0,3 – 3 µm aerosolihiukkasia 20…200 #/s, äänettömästi hengitettävä kymmenesosan tai vähemmän, laulava 3,6 – 11 ja huutava 22 – 59 kertaa puhuvaa enemmän.  Pandemiatilanteessa vaarallisimpia paikkoja ovatkin laulukuorot, urheilukatsomot ja meluisat baarit.

 

Voiko ilmavälitteistä aerosolitartuntaa estää?

Moni on vastannut, että ei voi – jokainen saa väistämättä tartunnan (esim. Paunio, 2022).  THL:n asiantuntijat, joilta media ja päättäjät asiaa kysyvät, toistavat että rokottamisen lisäksi Perheen ulkopuolisten kontaktien rajoittaminen on … ainoa keino, jolla koronaviruksen leviämistä voidaan hidastaa ja COVID-19 taudin lisääntymistä loiventaa. (esim. IS 18.12.2021, IL 1.1.2022, Mediuutiset 19.1.2022).  Tämä käsitys ja asenne on jo puolentoista vuoden ajan eristänyt ihmisiä toisistaan sekä estänyt ja rajoittanut ihmisiä kokoavien sosiaalisten tapahtumien ja esittävän taiteen yleisötilaisuuksien järjestämistä kautta koko läntisen maailman.  Lockdown on tartuntojen rajoituskeinona verrattavissa taskukellon säätämiseen lekalla kun tieto paremmasta puuttuu.  Jo yli neljä vuosikymmentä kehittynyt ja laajentunut sisäilmatutkimus [kansainvälinen tieteellinen yhdistys ISIAQ, suomalainen FiSIAQ], sekä sitä lähellä oleva altistumistutkimus [ISES] tarjoavat ihmiskontaktien rajoittamiselle paljon hienovaraisempia, vähemmän rajoittavia, ja toimivaksi osoitettuja vaihtoehtoja.

Aerosolitartunnan tunnustaminen COVID-19 pääasialliseksi leviämisttavaksi muutti tartuntariskin pienentämisen aerosolien ja sisäilma-altistumisen asiantuntijoille aiempaa paljo selkeämmäksi ja helpommaksi tehtäväksi.  Tämän blogin loppuosassa kerron miksi ja miten.

COVID-19 riskin arviointiin sisätiloissa on jo saatavilla useita verkossa toimivia tai verkosta ladattavia työkaluja niin jokamiehen (Dinklage et al. 2020, Khan et al. 2021, NIA Canada 2021, Gkantonas et al. 2021) kuin asiantuntijoidenkin tarpeisiin (Rutter et al. 2021, Jimenez and Peng, 2022 ja Peng et al. 2022).  Niitä käyttäen voidaan arvioida ja verrata tartuntariskejä erilaisissa altistumistilanteissa sekä altistumista rajoittavien toimenpiteiden tehokkuutta.

 

Maskien ja hengityssuojainten merkitys

Henkilökohtaisesti altistumista virusaerosolille voidaan rajoittaa tehokkaimmin FFP2/3, N95 tai KN95 standardien mukaisilla hengityssuojaimilla, jotka suodattavat yli 90% niin ulos- kuin sisäänhengityksenkin aerosolihiukkasista, virusaerosolihiukkaset mukaan lukien.

Hengityssuojaimien (maskien) hiukkaserotuskykyä ihmisen kasvoilla on mitattu lukuisissa tutkimuksissa. Clapp et al. (2020) selvittivät laboratoriossa erityyppisten maskien ja hengityssuojainten suodatustehokkuutta normaalisti hengittävän koehenkilön kasvoille huolellisesti sovitettuna laboratoriossa.  Yleisin, joustavilla korvalenkeillä varustettu kirurginmaski, alensi sisäänhengitysilman 0,02–0,6 µm hiukkasten määrää 38,5%, parempi kirurginmaski, joka sovitetaan kasvoille kahdella niskan takaa solmittavalla nauhalla 71,5%, ja eurooppalaista FFP2 hengityssuojainta vastaava amerikkalainen N95 98,4%.

Päivittäisessä käytössä maskien sovitus kasvoille ei ole aina paras mahdollinen, ja niiden käytössä lipsutaan.  Silti huonomminkin istuva N95 hengityssuojain alensi pienhiukkasaltistusta Sickbert-Bennett et al. (2020) mukaan 90…95%.

Maskien tehokkuus koululaisten suojaamisessa

Maskien käytön vaikutusta on tutkittu myös COVID-19 tartuntoihin myös elävässä elämässä.  Alla lyhyet kuvaukset kolmesta koulututkimuksesta, joissa käytettiin pääasiassa korvalenkeillä varustettuja kirurginmaskeja tai kangasmaskeja.

Budzyn et al. (2021) vertasivat lasten COVID-19 tartuntoja 3 kk ajan 520:ssa USA:n piirikunnassa, joissa maskivelvoite kouluissa koski toisissa piirikunnissa (A) kaikkia lapsia ja toisissa (B) ei ketään lapsista.  Alle 18 v. ikäisten koululaisten COVID-19 tartunnat kasvoivat koulun alkamista edeltävältä viikolta toiselle alkamisen jälkeiselle viikolle (A) 16,32 #/100 000 ja (B) 34,85 #/100 000, ts. yli kaksi kertaa enemmän.

Jehn et al. (2021) puolestaan selvittivät COVID-19 tartuntaryppäiden [≥ 2 tartuntaa] yleisyyttä Arizonan Maripocan piirikunnan 1020:ssa koulussa syyslukukauden 2021 toisen ja kolmannen kouluviikon aikana. Tartuntaryppäitä ilmeni 3,5 kertaa todennäköisemmin kouluissa, joissa maskivelvoitetta ei ollut verrattuna kouluihin, joissa maskeja oli käytettävä.

Boutzoukas et al. (2022) osoittivat USA:n yhdeksän osavaltiota läpi syksyn 2021 Delta-aallon kattaneessa koulututkimuksessa [1,1 miljoonaa oppilasta, 157 000 opettajaa], että koulupiireissä, joissa maskeja ei tarvinnut käyttää, oppilailla oli 3,6 kertaa enemmän tartuntoja kuin koulupiireissä, joissa oli voimassa maskivelvoite, ts. maskien käyttö vähensi tartuntoja 72%.

Gennings et al. (2021) selvitti kyselytutkimuksella maskien, tehostetun ilmanvaihdon ja ilmanpuhdistimien (HEPA suodatus ja UV säteilytys) käyttöä sekä niiden vaikutuksia, yhdessä ja erikseen, lasten (tarhaikäisistä viidesluokkalaisiin) COVID-19 tartuntoihin syyslukukaudella 2020 Georgian osavaltion 1461 koulussa.  Kouluissa, joissa oppilaat ja opettajat käyttivät maskeja, tartuntoja oli 37% vähemmän kuin kouluissa joissa maskeja ei käytetty. Vastaavasti ilmanvaihdon tehostaminen alensi tartuntoja 35% ja kun luokkahuoneisiin asennettiin lisäksi HEPA puhdistimet, 48%.

Maskien käytön vaikutuksia COVID-tartuntoihin kouluissa on selvitetty pääasiassa USA:ssa syyskaudella 2021 Delta-variantin aikana tutkimuksissa jotka kattoivat satoja koulupiirejä, tuhansia kouluja, satojatuhansia opettajia ja miljoonia koululaisia.  Maskien eriasteiset käyttövelvoitteet vähensivät lasten tartuntoja 37-72%.  Tämä on erittäin tärkeä tieto, koska nyt vallassa oleva Omikron-variantti on osoittautunut lapsille huomattavasti edeltäjiään vaarallisemmaksi (Guardian 11.3.2022).

Maskien ja hengityssuojainten tehokkuus väestön suojaamisessa

Abaluk et al. (2021) toteuttivat cluster-satunnaistetun yhdyskuntatason maskisuositustutkimuksen Bangladeshissa (Marraskuu 2020 – Huhtikuu 2021).  Siihen osallistui 600 kylää, joiden asukkaista 178 000 kuului koe- ja 164 000 vertailuryhmään.  Tämä tekee siitä yhden suurimmista koskaan toteuteutuista RCT tutkimuksista.  Koekylien asukkaille jaettiin kangas- tai kirurginmaskeja, valistettiin maskien käytöstä, motivoitiin kylien johtajia roolimalleiksi, sekä muistutettiin maskien käytöstä henkilökohtaisesti 8 viikon ajan.  Vertailukylissä vastaavia toimenpiteitä ei tehty.  Maskien käyttö lisääntyi vertailukylien 13,3%:sta koekylien 42,3%:iin.  Koekylissä, joissa käytettiin kirurginmaskeja oireisen SARAS-CoV-2 seroprevalenssi oli koko väestössä 11,1%, ja yli 60 v. ikäisessä väestössä 35,3% pienempi kuin vertailukylissä.  Kangasmaskin käytön vaikutus oli jonkin verran pienempi.

Andrejko et al. (2022) vertasivat maskien kykyä suojata käyttäjää COVID-19 tartunnalta jatkuvassa ja tavanomaisessa arkikäytössä.  He selvittivät kuinka todennäköisesti COVID-19 testitulos on positiivinen ihmisillä, jotka ilmoittivat etteivät koskaan käytä maskia, verrattuna ihmisiin jotka ilmoittavat käyttävänsä sitä aina julkisissa sisätiloissa.  Ei-koskaan ryhmään verrattuna positiivinen testitulos oli 56% vähemmän todennäköinen kangasmaskin, 66% korvalenkki-kirurginmaskin ja 83% N95 hengityssuojaimen vakiokäyttäjillä.

Edellinen tutkimus osoittaa että maskivalistus-, -jakelu ja käytön opastus ovat tehokkaita keinoja maskien käytön lisäämiseksi ja COVID-19 tartuntojen vähentämiseksi.  Jälkimmäinen taas vahvistaa jokseenkin odotuksia vastaavat erot COVID-19 tartunnoissa maskeja käyttämättömien ja erityyppisiä maskeja ja hengityssuojaimia arjessaan käyttävien välillä.  Maskia käyttämättömän riski saada COVID-19 tartunta oli kuusinkertainen N95 hengityssuojaimia käyttävään verrattuna!

Hengityssuojain on tehokkain, yksilöllisin ja edullisin tapa vähentää COVID-19 tartunnan riskiä.  On jokseenkin vaikea ymmärtää niiden suosittelemiseen ja käyttöön kohdistettua disinformaatiota ja vastustamista, ei ainoastaan asiasta ymmärrettävästi tietämättömien vaan myös monien vastuullisten kansanterveysviranomaisten, terveysauktoriteettien, poliitikkojen ja median toimesta.

Sisäilmahygienia: ilmanvaihto ja pienhiukkassuodatus

Sveitsin Graubünden kantoni selvitti pilottitutkimuksessa ilmanvaihdon määrää indikoivan CO₂ pitoisuuden (<1000 ppm … >3000 ppm) ja oppilaiden koronatartuntojen 1-19.11.2021 välistä yhteyttä 150 koululuokassa.  Alustavien tulosten mukaan luokan ilman CO₂ pitoisuuden ja lasten koronatartuntojen määrät korreloivat, tartuntamäärien ero matalien ja korkeiden CO₂ pitoisuuksien [rajana 2000 ppm] välillä on tilastollisesti merkitsevä, ja tartuntojen ero eniten ja vähiten tuuletettujen luokkien välillä oli kuusinkertainen (EMPA 2021, Swissinfo 2021).  Kts. myös Gennings et al. (2021) josta kerroin aiemmin maskien koulukäytön yhteydessä.

Aerosolien leviämistä sisäilmassa ja altistumista alentavien ilmahygieenisten tekniikoiden vaikutusta voidaan arvioida käyttäen laajaa valikoimaa ilmanvaihto-, sisäilman kierto- ja sisäilma-altistumismalleja, alkaen yksinkertaisimmista täydellisen sekoittumisen laatikkomalleista ja päätyen suurta laskentakapasiteettia vaativiin numeerisiin virtausdynamiikan simulaatioihin.  Aalto-yliopiston professori Ville Vuorinen oli ensimmäinen, joka sovelsi tätä tekniikkaa kuvaamaan SARS-CoV-2 virusaerosolin leviämistä sisäilmassa (Vuorinen et al. 2020).

Tartuntariskiä voidaan alentaa merkittävästi sisäilmahygienian keinoin, tehostamalla ilmanvaihtoa ja/tai käyttämällä pienhiukkassuodattimia.  Edellinen poistaa virusaerosolia sisältävää ilmaa huoneesta, jälkimmäinen virusaerosolia sisäilmasta.  Jos huoneilmaa kierrätetään HEPA (H11 tai parempi) hiukkassuodattimen kautta, virusaltistumista alentava vaikutus on yhtä suuri kuin vaihtamalla sama määrä huoneilmaa ulkoilmaan.  Energiataloudellisesti edullisemmaksi tulee lämpimänä vuodenaikana ilmanvaihdon, kylmänä vuodenaikana suodatuksen painottaminen.

 

Aerosolitartunta sisätiloissa – mitä ilmahygienialla ja hengityssuojaimilla voidaan saavuttaa 

SARS-CoV-2 viruksen siirtymistä sairaalta terveelle voidaan estää/rajoittaa alkaen infektoituneen uloshengityksestä ja päätyen terveen sisäänhengitykseen.  Altistumista rajoittavien ilmahygieniatoimenpiteiden vertailun tulee näin ollen kattaa koko altistumistie.  Tähän tarkoitukseen istuu hyvin käsite intake fraction [iF = se osuus päästöstä ympäristöön, jonka koko altistuva väestö, tai (iF_i) yksi kohdehenkilö hengittää sisään ja/tai nielee, Bennett et al. (2002].  iF integroi yhteen dimensiottomaan numeroarvoon kaiken sen mikä vaikuttaa altisteen siirtymiseen päästöstä kohteeseen.  iF:n numeroarvojen soveltaminen on helppoa, se tuntuu jopa petollisen helpolta, mutta kuhunkin määrättyyn tarkoitukseen tarvittavien iF:n arvojen määrittämiseen ja validointiin tarvitaan usein paljon dataa ja laskentaa.

Fantke et al. (2017) käytti globaaleja tietokantoja selvittääkseen tyypilliset iF arvot haja-asutus- ja kaupunkialueiden erityyppisille ulko- ja sisäilman pienhiukkaslähteille.  Ilacqua et al. (2007) puolestaan sovelsi kuuden eurooppalaisen kaupungin väestön EXPOLIS tutkimuksessa kerättyä henkilökohtaisen ilmansaasteille altistumisen, sisäilma- ja ulkoilmapitoisuuksien, asumisen ja ajankäytön mittausdataa sekä Monte Carlo simulointitekniikkaa tuottaakseen Ateenan, Baselin, Helsingin, Oxfordin ja Prahan asuntokantojen sisäilmapäästöjen iF todennäköisyysjakaumat sekä koko väestölle että yksilötasolle. Vaikka käytetyt tietokannat ja laskentamenetelmät ovat tyystin erilaiset, koko väestölle lasketut asuntokannan iF arvot tukevat hyvin toisiaan: Fanke 0,013 (0,0005 – 0,062), Ilacqua 0,006 (0,0009 – 0,014).

Seuraavassa laskentaesimerkissä arvioin isännän (A) altistumista hengitystieperäisille pienhiukkaisille keskimääräisessä helsinkiläisasunnossa yhden tunnin aikana kolmen vieraan (k = 1, 2, 3) läsnä ollessa.  Samalla arvioin puheen/hiljaisuuden [päästö], alhaisen (5%)/tyypillisen (50%)/korkean (95%) ilmanvaihdon [laimeneminen], sekä maskittomuuden/kiruginmaskien/FFP2 hengityssuojainten [henkilökohtainen suojautuminen] käytön vaikutuksia isännän A altistumiseen.

Exp_A = p_A * iF_i * Σ (R_k p_k)                       (1)

Exp_A = isännän A altistuminen hengitysperäisille pienhiukkasille [#/sec]

p_A    = isännän A maskin suoja COVID-tartuntaa vastaan [0-100%] (¤

iF_i     = inertin sisäilmapäästön yksilöllinen intake fraction helsinkiläisessä asunnossa (^#

R_k     = vieraan k tuottama hengitysperäisten pienhiukkasten päästö [#/sec] (^§

p_k     = vieraan k maskin suoja COVID-tartuntaa vastaan [0-100%]

¤) Esim.  Andrejko et al. 2022

§) Esim. Mürbe et al. 2021. Tässä esimerkissä käytetään perustasona puheen tuottamaa päästöä. Hengitysperäisten aerosolihiukkasten käyttäytyminen on sama riippumatta siitä kantavatko ne viruksia vai eivät.

^#) Ilacqua et al. 2007  Tässä esimerkissä käytetään perustasona Helsingin asuntokannan iF_i jakauman mediaaniarvoa, (50%) lisäksi sen korkeaa, 5%, ja matalaa, 95%, arvoa.

Taulukkoon 1 olen laskenut yhtälöä (1) käyttäen isännän altistumisen kolmen vieraan uloshengittämille aerosolihiukkasille 13 eri skenaariossa, joista jokaisessa samat ihmiset ovat samassa huonetilassa yhden tunnin ajan [= altistuminen viruksille, jos vieraista yksi tai useampi on infektoitunut ja tartuttavassa vaiheessa].

 

 

Perusskenaariossa (0) ilmanvaihto/henkilö vastaa Helsingin asuntokannan [1996–7] mediaanitasoa eli 50. persentiiliä, maskeja ei käytetä ja ihmiset puhelevat normaalisti.  Altistumisskenaarioissa perusskenaarion (0) parametreistä muutetaan vain yhtä kerrallaan: ilmanvaihto vähennetään vastaamaan asuntokannan 5. persentiiliä (skenaario -1), ilmanvaihto lisätään 95. persentiilin tasolle [voidaan korvata kierrättämällä vastaava määrä sisäilmaa ilmanpuhdistimen kautta] (1), puhumista vältetään (2), isäntä käyttää kirurgimaskia (3), kaikki käyttävät kirurginmaskeja (4), isäntä käyttää FFP2/N95 hengityssuojainta (5), kaikki käyttävät FFP2/N95 hengityssuojaimia (6).  Viisi viimeistä skenaariota yhdistelevät kahta tai kolmea parametriä.

Laskentatulokset osoittavat, että ilmanvaihdon/ilmanpuhdistuksen, puhumisen/hiljaisuuden ja maskien/hengityssuojaimien käytön vaikutus hengitysaerosolialtistumiseen voi olla valtava – altistumisen ero ääripäiden välillä on 10 000 kertainen!  Asuntojen parasta tasoa oleva ilmanvaihto vähentää altistumista huonoimpaan tasoon verrattuna 95%, hiljaisuus puhumiseen verrattuna 93%, kirurginmaskin tai FFP2/N95 hengityssuojaimen käyttö vastaavasti 66% tai 83%.  Jos kaikki käyttävät maskeja, suojausteho COVID-19 tartuntaa vastaan kertautuu, kirurginmaskien osalta 88%:iin, FFP2/N95 hengityssuojainten osalta 97%:iin.  Yhdistelemällä ilmanvaihdon/suodatuksen tehostamista, maskeja tai hengityssuojaimia on mahdollista alentaa tartuntariskiä perusskenaariosta yli 99%.

Silti mm. THL on toistuvasti esittänyt ihmisten välisten kontaktien vähentämisen olevan – rokotusten lisäksi – jokseenkin ainoa COVID-19 tartuntojen rajoittamiskeino.  Tiedot ilmahygienian ja henkilökohtaisten suojainten tehokkuudesta COVID-19 tartuntojen rajoittamisessa perustuvat erittäin laajaan pandemian aikana kertyneeseen ja  julkaistuun kansainväliseseen kenttätutkimusaineistoon.  Näiden keinojen yhdisteleminen tarjoaa parhaimmillaan useita vaihtoehtoja yli 95% suojausvaikutuksen saavuttamiseen, eikä tämä edellytä ihmisten välisten kontaktien rajoittamista tai esim. kulttuuritilaisuuksien kieltämistä.

Suosittelen ja kehoitan jokaista suojaamaan itseään yjksilöllisesti käyttämällä FFP2/3 hengityssuojainta kaikissa julkisissa sisätiloissa, julkisissa kulkuneuvoissa ja väentungoksessa myös ulkona.  Ei yksilö, ei edes suuri joukko yksilöitä kykene kuitenkaan torjumaan itse pandemiaa.  Siihen kykenee vain koko väestö yhdessä.  Vasta julkisten tilojen, koulujen yms.  yleisellä ilmanvaihdon ja ilmanpuhdistuksen tehostamisella ja sillä, että kaikki läsnä olevat käyttävät FFP2/3 hengityssuojaimia on mahdollista painaa viruksen tarttuvuus alle R=1, ja siten myös tukahduttaa COVID-19 leviäminen.  Näin on mm. useiden COVID-19 sairaalaepidemioiden kohdalla paikallisesti myös tehty ja onnistuttu, esim. Kanta Hämeen Keskussairaalassa (Hetemäki et al. 2021) ja Addenbrookin sairaalassa Cambridgessä (Guardian 26.6.2021).

 

Keskeiset viestit

”Jokainen tilanne, jossa ihmiset ovat pitkän ajan toisiaan lähellä kasvattaa tartuntojen riskiä.  Sisätiloissa, erityisesti ilmanvaihdon ollessa riittämätön, riski on monin verroin korkeampi kuin ulkotiloissa.  Aktiviteetit, joiden aikana hengitysperäisten aerosolihiukkasten tuotto on suurta, kuten laulettaessa, hengitettäessä raskaasti kuntoharjoituksissa, lisäävät myös tartuttamisen riskiä”. (WHO 2021)

Jokaisella toimenpiteellä, joka vähentää hengitysperäisten hiukkasten vapautumista [sisä]ilmaan, vähentää niiden pitoisuutta tai poistaa niitä sisäilmasta, tai estää niiden joutumista ihmisten hengityselimiin on merkitystä tartuntojen vähentämisessä.  Yhdistämällä näitä toimenpiteitä niiden vaikutus kertautuu. (kts. Sveitsinjuustomalli, Pueyo 2020)

Viruksen tartuttamista voidaan vähentää perustilanteesta 90–99% käyttämällä ilmahygienian ja henkilökohtaisen suojautumisen keinoja jotka eivät estä ihmisten kokoontumisia ja kontakteja.  Konsertteja, elokuva- ja teatterinäytöksiä on mahdollista järjestää turvallisesti.  Loistavan esimerkin tarjosi Wienin Filharmonikkojen perinteinen, kaikkialle maailmaan välitetty Uuden Vuoden konsertti 1.1.2022.  Konserttisaliin otettiin yleisöä 50% maksimikapasiteetista, ja sisälle pääsi vai rokotettuna, tuoreen PCR testin kanssa.  FFP2 hengityssuojainta oli käytettävä koko Wiener Musikverein rakennuksessa olemisen ajan (Wiener Philharmoniker 2022).

Kaikista käytännöllisistä, yleisesti saatavilla olevista, halvoista ja yksilöllisistä ei-lääketieteellisistä suojautumiskeinoista FFP2/N95 hengityssuojain on ylivoimaisesti tehokkain.  Sellaista tavallisesti käyttävien COVID-19 tartuntariski on 83% maskittomia pienempi. Kun FFP2/N95 on sovitettu kasvoille tiiviisti, se antaa 97% suojan ja jos kaikki läsnäolijat käyttävät sellaista – kuten Wienin Uuden Vuoden konsertissa – suoja on yli 99%.