The virus is in the air (?)

Ormai sono giorni che si discute del fatto che il nuovo coronavirus Sars-CoV-2 possa circolare nell’aria anche per diverse ore. Un’eventualità che, se confermata, non ci lascerebbe scampo: ad ogni colpo di tosse e ad ogni starnuto immetterremo virus nell’ambiente circostante, come una ciminiera emette fumi tossici.

Ma è davvero così? Vestiamo i panni di un investigatore scientifico e poniamoci una serie di domande: quanto è grande il virus? Quanto sono grandi mediamente le particelle che vengono emesse in seguito ad uno starnuto o ad un colpo di tosse? Per quanto tempo queste restano in atmosfera? Se restano sufficientemente a lungo, è ragionevole pensare che costituiscano una minaccia? Diamo alla letteratura scientifica il compito di rispondere. 

Le dimensioni contano

Visualizzare le dimensioni micrometriche

Le dimensioni contano, perché dalle dimensioni dipendono le capacità di “sopravvivenza” di un virus, ma anche di una particella, in atmosfera. In prima approssimazione possiamo dire che più grossa è una particella, meno a lungo questa riesce a stare in sospensione nell’aria. Le particelle più piccole, restano sospese più a lungo in virtù di fenomeni di turbolenza. 

Per questo motivo è importante definire sia le dimensioni del virus, sia le dimensioni delle particelle che vengono emesse dall’uomo quando parla, quando tossisce o quando starnutisce. Relativamente al virus, il range dimensionale è piuttosto ampio: virus differenti hanno dimensioni differenti.  Mediamente, il virus dell’influenza ha un diametro di circa 0.1 μm, il nuovo Sars-CoV-2 di 0.12 μm, mentre ve ne sono altri, come il rhinovirus (quello del comune raffreddore), decisamente più piccoli (0.03 μm).

In termini pratici, nello spessore di un capello umano (50 μm) ci starebbero, se idealmente incolonnati, circa 400 virus della tipologia Sars-CoV-2 e più di 1 500 rhinovirus. 

Sputacchiamo di continuo

Quando parliamo, quando ridiamo e a maggior ragione quando tossiamo e starnutiamo, emettiamo nell’ambiente una straordinaria quantità di particelle. Le loro dimensioni sono state investigate in questo studio che ha evidenziato come vengano rilasciate dal nostro corpo goccioline che coprono un range dimensionale molto ampio: da livelli sub-micrometrici fino a goccioline visibili all’occhio umano (2 mm).  Se siamo infetti, il virus può annidarsi in tutte le goccioline che noi emettiamo, da quelle più piccole a quelle più grandi, sebbene sembri preferire quelle con un diametro inferiore a 5 μm (particelle fini). Secondo i risultati di questa ricerca e di questo studio, la carica virale nelle particelle fini relativamente al virus dell’influenza è risultata fino a 9 volte superiore rispetto alla carica virale presente nelle particelle più grossolane (superiori a 5 μm). 

Questi studi sono stati perfezionati da una ricerca pubblicata in data odierna (3 Aprile 2020) su Nature Communications. L’indagine ha riguardato lo studio della carica virale eventualmente presente sia su particelle grossolane sia su particelle fini per tre tipologie di virus: coronavirus (non il SARS-CoV-2), influenza e rhinovirus. I ricercatori hanno trovato che il virus era presente nel 30% (coronavirus), 26% (influenza virus) e 28% (rhinovirus) dei campioni raccolti relativi alle particelle grossolane e nel 40% (coronavirus), 35% (influenza virus) e 56% (rhinovirus) dei campioni rappresentativi delle particelle più fini. Questo significa che per il coronavirus e il virus dell’influenza il contagio attraverso la dispersione di aerosol potrebbe non essere uno dei metodi più favoriti, ma potrebbe diventarlo in caso di permanenza di soggetti malati in ambienti chiusi e scarsamente ventilati. 

A questo proposito, risulta naturale chiedersi se indossare una maschera di tipo chirurgico possa aiutare a prevenire la diffusione delle goccioline. Anche qui, la letteratura da noi consultata (Milton et al., 2013; Leung et al., 2020) risulta in accordo e sottolinea come questi dispositivi siano fondamentali per ridurre sensibilmente la diffusione dei virus nell’ambiente da parte di persone sintomatiche e non. L’efficacia risulta tanto maggiore proprio per i coronavirus verso i quali le mascherine chirurgiche sembrano avere un’efficacia del 100% nel bloccare il virus sia che esso sia associato alle particelle più grandi sia a quelle più fini. Un’efficacia che invece tende  a diminuire per i virus dell’influenza e del rhinovirus. 

Leung NH, Chu DK, Shiu EY, Chan KH, McDevitt JJ, Hau BJ, Yen HL, Li Y, KM D, Ip JS, Seto WH. Respiratory Virus Shedding in Exhaled Breath and Efficacy of Face Masks.

Quanto tempo restano sospese queste particelle?

Facendo il riassunto di quanto visto fino ad ora, abbiamo scoperto che il respiro umano può emettere nell’ambiente un’enorme varietà di particelle il cui spettro dimensionale è assai variegato, sebbene una significativa quantità riguardi quelle il cui diametro è inferiore a 5 μm.  E’ quindi interessante concentrarsi su questa classe dimensionale per valutare se particelle di queste dimensioni siano anche quelle che contengono la maggior carica virale. La risposta è affermativa ed è stato osservato che il carico virale in queste particelle può essere fino a 9 volte superiore rispetto a quello osservato in quelle più grandi (con le dovute differenze a seconda della tipologia di virus). 

A questo punto, la prossima domanda che ci possiamo porre, da investigatori, è: per quanto tempo queste particelle restano sospese in aria?

Soffermiamoci per il momento sugli ambienti chiusi. I tempi di deposizione variano molto in funzione delle dimensioni delle particelle. Quelle con un diametro inferiore ai 10 μm possono sopravvivere in sospensione anche per più di due ore, il che significa che il virus potrebbe circolare in un ambiente chiuso come un supermercato, un aereo, un bus o un treno per molto tempo. A riprova di ciò, è stato osservato che la trasmissione via aerosol (con diametro inferiore ai 5 um) può causare fino al 50% dei fenomeni di trasmissione del virus dell’influenza.

Il tempo di permanenza di un virus nell’aria di ambienti chiusi è definito anche da altri fattori, uno fra tutti l’umidità relativa. Se, come è vero, il tempo di deposizione è tanto maggiore quanto minore è la dimensione della particella, allora ad umidità relative decrescenti, le particelle di aerosol espulse dalla nostra bocca o naso, andranno incontro ad una progressiva evaporazione che ne ridurrà ulteriormente le dimensioni, aumentando conseguentemente la permanenza del virus nell’aria. Tuttavia, in un contesto opposto, e cioè a crescenti umidità, le particelle tenderanno ad aumentare le proprie dimensioni, quindi a sedimentare più rapidamente. Inoltre, è stato osservato che, nel caso del virus dell’influenza, il livello di inattività del virus è inversamente correlato all’umidità. In una frase: più è umido, meno il virus sopravvive e più velocemente le goccioline di starnuto o di tosse si depositeranno. Questo meccanismo non è ancora stato chiarito totalmente.

Si è calcolato che aumentando l’umidità relativa degli ambienti residenziali dal 35% al 50%, la concentrazione di particelle del virus dell’influenza nell’ambiente può decrescere del 10% entro dieci minuti e del 40% entro un’ora dal colpo di tosse “virale”. 

Se l'umidità relativa è bassa, le particelle di liquido tenderanno ad evaporare, riducendo così la loro dimensione.
Se l’umidità relativa è bassa, le particelle di liquido tenderanno ad evaporare, riducendo così la loro dimensione (Fonte: Linsey Marr, Virginia Tech).

E outdoor? Il particolato è un carrier del nuovo coronavirus?

Gli effetti del particolato atmosferico sulla salute sono ben noti e riguardano principalmente i tratti respiratori e la salute cardiovascolare. Inoltre è noto che il particolato fine ed ultrafine (PM10 e PM2.5) può essere un substrato per ospitare, oltre che inquinanti chimici, anche funghi e batteri responsabili di infezioni polmonari. Vale lo stesso anche per i virus? Le evidenze scientifiche a tal proposito sono poche, soprattutto perché si tratta di indagini molto difficili da svolgere. Tuttavia, alcuni studi condotti in condizioni controllate, ci permettono di comprendere se il particolato fine ed ultrafine possa essere un valido vettore del virus e se, soprattutto, la carica virale del virus rimanga preservata.  I risultati, sebbene provenienti da un set di campioni molto limitato, quindi da prendere con la giusta cautela, evidenziano una riduzione dell’infettività dei virus a RNA (come il nuovo coronavirus) quando entrano in contatto con il PM2.5. 

In ogni caso, ma questa è una valutazione del tutto personale, il problema di contaminazione in ambiente outdoor non dovrebbe suscitare eccessivi allarmismi. L’effetto di diluizione delle particelle virali nell’ambiente è enorme. In altre parole, è altamente improbabile che particelle infette emesse in seguito ad un colpo di tosse o ad uno starnuto possano contagiare altri individui se questi rispettano le distanze di sicurezza. Un essere umano non è una centrale a carbone: la carica “inquinante”, o per meglio dire “virale”, dell’essere umano sarebbe dispersa in atmosfera con pochissime probabilità di entrare in contatto con le mucose di un altro individuo. 

E il nuovo coronavirus?

Fino ad ora abbiamo parlato delle conoscenze attuali riguardo i virus in generale. Cosa sappiamo sul nuovo coronavirus? In realtà molto poco. Motivo per cui sono necessari ancora diversi studi per poter rispondere alle domande che ci siamo posti in apertura dell’articolo. 

L’unico studio disponibile al momento riguarda la stabilità del nuovo coronavirus sulle superfici, incluso l’aerosol (con diametro inferiore a 5 μm). Se nebulizzato come aerosol, il tempo di semivita per il nuovo coronavirus è stato calcolato in circa 1 ora. Questo significa che in 60 minuti la concentrazione di virus attivo si dimezza. Tuttavia, come visto, i parametri che influenzano la sopravvivenza di un virus sono molteplici e un semplice test di laboratorio, per quanto interessante per isolare un meccanismo, non è sufficiente a spiegarne interamente il comportamento in condizioni ambientali.

Infine, non vi è ancora unanimità nella comunità scientifica nell’affermare che il contagio possa avvenire attraverso la diffusione di particelle, sebbene i dati raccolti fino a qui, ma relativi ad altre tipologie di virus, sembrino suggerire che questo processo possa avere un ruolo.  

Quindi quali risposte alle domande di partenza?

Quanto è grande il virus?

Il nuovo coronavirus è grande all’incirca 0.12 μm. Viene immesso in atmosfera in seguito ad azioni quali parlare, tossire e starnutire insieme a goccioline di saliva-muco.

Quanto sono grandi mediamente le particelle che vengono emesse in seguito ad uno starnuto o ad un colpo di tosse? Quante di esse “contengono” il virus?

Le particelle emesse hanno un diametro estremamente variabile, da dimensioni submicrometriche fino anche a 2 mm. Il loro tempo di sospensione nell’ambiente è strettamente legato alle dimensioni di queste particelle che, se emesse da una persona infetta, possono contenere una carica virale. Non necessariamente il virus si trova nelle particelle che vengono emesse nell’ambiente, questo dipende dalla tipologia di virus. 

Indossare una maschera chirurgica serve?

Considerando che livelli di carica virale sono stati riscontrati sia in soggetti sintomatici che non, indossare una mascherina chirurgica contribuisce significativamente ad abbattere la quantità di particelle virali che si immettono nell’ambiente. Tale effetto è tanto maggiore per i coronavirus, mentre risulta trascurabile per altri virus (es. rhinovirus).

Per quanto tempo queste restano in atmosfera?

Le goccioline più fini possono restare in sospensione anche qualche ora. Tuttavia, questo parametro può dipendere da diversi fattori, ta cui l’umidità. A umidità crescenti, il tempo di sospensione sarà inferiore. Esistono alcune evidenze che suggeriscono una diminuzione dell’attività virale (per il virus dell’influenza) all’aumentare dell’umidità. Si è calcolato che aumentando l’umidità relativa degli ambienti residenziali dal 35% al 50%, la concentrazione di “particelle influenzali” nell’ambiente possa decrescere del 10% entro dieci minuti e del 40% entro un’ora dal colpo di tosse incriminato. 

E’ ragionevole pensare che costituiscano una minaccia?

In ambienti chiusi, caratterizzati da bassa umidità relativa e scarsamente ventilati, è plausibile pensare che, anche nel rispetto del distanziamento sociale, il contagio possa avvenire attraverso le particelle di aerosol contenente carica virale. Autorevoli ricerche condotte sul virus dell’influenza A, hanno calcolato che fino al 50% dei contagi può avvenire per trasmissione di aerosol di piccole dimensioni. Ad oggi, però, non esistono ancora studi unanimi che possano portare a simili conclusioni per quanto riguarda il Sars-CoV-2 e soprattutto è ancora da definire quale sia la carica virale necessaria per causare un’infezione in un altro individuo. 

In ambienti outdoor, tale possibilità è probabilmente trascurabile in virtù del forte effetto di diluizione delle particelle emesse da un infetto (a patto che vengano mantenute le distanze di sicurezza). Alcuni virus a RNA (come il nuovo SARS-CoV-2) hanno dimostrato di ridurre la propria carica virale in presenza di aerosol atmosferico. Tuttavia sono ancora ignoti i comportamenti del virus in reali condizioni ambientali. 

Restano ancora numerose incognite su quali siano i meccanismi di trasmissione privilegiati per il nuovo coronavirus, quali siano i meccanismi di disattivazione del virus e come il virus si comporti in condizioni reali (quindi non in condizioni di laboratorio).

Informazioni su François Burgay 42 Articoli
Dottorato di ricerca in Scienza e Gestione dei Cambiamenti Climatici presso l'Università Ca' Foscari di Venezia e laureato in Chimica dell'Ambiente presso l'Università di Torino ha da sempre la passione per la divulgazione della scienza e della chimica in particolare. Attualmente lavoro come ricercatore presso il Paul Scherrer Institut, in Svizzera

Commenta per primo

Lascia un commento

L'indirizzo email non sarà pubblicato.


*