budetlyanin108

Categories:

Увлажнение дыхательных путей: объяснение того, почему маски уменьшают тяжесть заболевания COVID-19

Увлажнение дыхательных путей: альтернативное объяснение того, почему маски уменьшают тяжесть заболевания COVID-19

Работа представлена Лабораторией химической физики, NIDDK, Национального института здравоохранения , Бетесда, Мэриленд, 20892-0520, США

Сезонность респираторных заболеваний связана, среди прочего, с низкой абсолютной влажностью на открытом воздухе и низкой относительной влажностью в помещениях, которые увеличивают испарение воды из слизистой оболочки дыхательных путей. Мы демонстрируем, что нормальное дыхание приводит к циклу абсорбции-десорбции внутри лицевых масок, где перенасыщенный воздух поглощается волокнами маски во время выдоха, а затем испаряется при вдыхании сухого воздуха окружающей среды. Для двухслойных хлопковых масок, обладающих значительной теплоемкостью, температура вдыхаемого воздуха поднимается выше комнатной, а эффективное увеличение относительной влажности может превышать 100%. Мы предполагаем, что в недавно появившемся ослабляющем заболевание эффекте обычных масок для лица преобладает сильное повышение влажности вдыхаемого воздуха.
ЗНАЧИМОЕ ЗАЯВЛЕНИЕ Маски для лица - наиболее широко используемый инструмент для предотвращения распространения пандемии COVID-19. Снижение тяжести заболевания у владельца также связано с использованием тканевых масок для лица. Это хорошо задокументированное открытие удивительно, учитывая, что такие маски плохо фильтруют мельчайшие аэрозольные частицы, которые могут достигать нижних дыхательных путей и были связаны с тяжелым заболеванием. Мы показываем, что маски для лица сильно увеличивают эффективную влажность вдыхаемого воздуха, тем самым способствуя гидратации респираторного эпителия, что, как известно, полезно для иммунной системы. Повышенная влажность вдыхаемого воздуха может быть альтернативным объяснением хорошо установленной связи между ношением маски и более низкой серьезностью заболевания.
ВВЕДЕНИЕ
Респираторные вирусные инфекции, пожалуй, самый распространенный тип заболевания. Они варьируются от гриппа, простуды и кори до COVID-19. Простуда включает более 200 различных вирусов [ 1 ], в том числе большое семейство риновирусов, но также и членов семейства коронавирусов, включая 229E, NL63, OC43 и HKU1, которые обычно связаны с легкими и умеренными заболеваниями верхних дыхательных путей. болезнь. Как следует из названия «обычная простуда», эти заболевания носят сезонный характер, и большинство этих вирусов становятся более распространенными с более низкой внешней температурой. Передача респираторных вирусов от человека к человеку в основном происходит через респираторные капли, вырабатываемые инфицированным человеком, в том числе капли при дыхании, речи, кашле и чихании [ 2]. Типы капель, которые доминируют на пути передачи, зависят от вируса и от локализации инфекции дыхательных путей [ 2 ].
Сезонность COVID-19 [ 3 ] в настоящее время все чаще рассматривается как важный фактор быстрого роста этого заболевания в северном полушарии с наступлением осени 2020 года и приближением зимы [ 4 ]. Эта закономерность следует той же тенденции, о которой Ким и др. Сообщили для членов семейства коронавирусов OC43 и 229E, которые отметили, что инфекция «резко возросла в зимние месяцы с низкой температурой с октября по февраль» [ 4 , 5 ]. Этой сезонности могут способствовать многие факторы. К ним относятся следующие: больше времени проводить в помещении [ 3 - 5 ], где аэрозоли, содержащие респираторный вирус, остаются в воздухе в течение многих минут [ 6 - 8]; уменьшение воздействия солнечного света, что приводит к снижению уровня витамина D, который необходим для иммунной системы [ 9 ]; более низкие уровни УФ-излучения, которые эффективно инактивируют более крупные коронавирусы, такие как SARS-CoV-2, возбудитель COVID-19; и более длительная жизнеспособность вируса при более низкой температуре и более низкой влажности [ 10 - 12 ]. Важно отметить, что температура наружного воздуха прямо коррелирует с относительной влажностью в помещении, которая может достигать низкого уровня в более холодные зимние месяцы. Поскольку более низкая относительная влажность приводит к более быстрому обезвоживанию дыхательных капель, большая часть капель полностью обезвоживается перед приземлением [ 13]. Следовательно, фракция, которая остается в виде аэрозоля, и, следовательно, возможность передачи увеличивается. Все эти факторы, вероятно, играют определенную роль в сезонности респираторных вирусов и могут считаться «внешними факторами», влияющими на жизненный цикл вируса за пределами человеческого организма-хозяина.
Другие факторы, которые связывают сезонность с заболеванием, касаются того, как хозяин реагирует на вирусную инфекцию. Ивасаки и его сотрудники продемонстрировали на мышах, что низкая влажность увеличивает тяжесть заболевания после респираторного заражения вирусом гриппа А [ 14]. Этот эффект ослаблялся у мышей Mx1 с дефицитом каспазы-1/11 и был связан со снижением экспрессии генов, стимулированной интерфероном, в ответ на вирусную инфекцию, тем самым нарушая врожденную противовирусную защиту. Обезвоживание дыхательных путей при вдыхании воздуха с низкой абсолютной влажностью приводит к потере воды через дыхательные пути, что делает поверхностный слой гиперосмолярным. Эта повышенная осмолярность вызывает извлечение воды из нижележащих эпителиальных клеток, что уменьшает их объем и вызывает сокращение дыхательных путей, что усиливается при астме, вызванной физической нагрузкой [ 15 ]. Также известно, что обезвоживание дыхательных путей приводит к снижению мукоцилиарного клиренса патогенов из легких [ 16 , 17 ].
Небольшие капли, образующиеся при дыхании (диаметром 0,3–2 мкм), также были предложены в качестве средства распространения вируса через нижние дыхательные пути путем самоинокуляции [ 18 ]. Несмотря на свой небольшой размер, такие капли по-прежнему на один-три порядка больше по объему, чем вирус SARS-CoV-2, и поэтому могут легко инкапсулировать один или несколько вирионов. Более того, недавняя работа указывает на сильное увеличение количества капель при инфекции SARS-CoV-2 в легких нечеловеческих приматов [ 19 ], а также на высокие уровни выделения вируса на выдыхаемом воздухе госпитализированных пациентов [ 20 ].
Формирование дыхательных капель происходит в результате временной окклюзии мелких дыхательных путей, которая может произойти после выдоха [ 21 , 22 ]. Последующее вдохновение приводит к образованию тонкой пленки в закупоренных дыхательных путях непосредственно перед тем, как они лопаются, - процесс образования капель, который зависит от поверхностного натяжения, вязкости и гидратации пленочной жидкости. Эта жидкость, которая может содержать вирус, происходит из воздушно-поверхностного слоя слизистой оболочки толщиной около 1 микрона, который плавает поверх менее вязкого серозного слоя, содержащего реснички. Следовательно, на образование капель из дыхания и, следовательно, на аэрозолизацию вируса влияет состояние гидратации эпителиальной поверхности [ 21 , 22 ].
Бромгексин, лекарство, отпускаемое без рецепта, в недавних клинических испытаниях продемонстрировало удивительно положительные результаты в отношении ограничения тяжести заболевания [ 23 , 24 ]. Хотя постулировалось, что препарат действует как ингибитор протеазы TMPRSS2 человека [ 24 ], тем самым блокируя необходимое расщепление белка SARS-CoV-2 Spike, его сродство к TMPRSS2 (K d~ 0,7 мкМ) оказывается слишком низким для того, чтобы это ингибирование было эффективным. Вместо этого мы предполагаем, что его преимущества могут быть связаны с его способностью увеличивать мукоцилиарный клиренс за счет гидролитической деполимеризации белковых волокон слизи, а также повышенной гидратации эпителиальной поверхности, что связано с его использованием в общей клинической практике в качестве секретолитического отхаркивающего средства. Интересно отметить, что противоастматический препарат будесонид, используемый в качестве ингаляционного, а не системного кортикостероида [ 25 ], также показывает замечательно положительные предварительные результаты в своем клиническом испытании (STOIC [ 26 ]). Хотя его механизм борьбы с COVID-19 все еще исследуется, его естественный механизм действия связан с поддержанием открытых дыхательных путей, тем самым уменьшая образование капелек из воздуха.
Хотя по-прежнему много споров об относительной важности различных сезонных факторов для передачи и тяжести заболевания COVID-19, корреляция между повышенной серьезностью заболевания и низкой влажностью вдыхаемого воздуха кажется сильной. Столь же поразительными являются недавние сообщения, которые связывают использование защитных покрытий для лица со снижением тяжести заболевания у тех, кто носит универсальные маски для лица [ 27 , 28 ], но предложенный авторами механизм, согласно которому уменьшение дозы вируса является причиной более низкой степени тяжести, остается спорным [ 29 ] .
Мы предлагаем ослабляющее действие масок на тяжесть заболевания коронавирусом-2019 (COVID-19) [ 27 , 28] преобладает значительное увеличение эффективной влажности вдыхаемого воздуха, где маска действует как временное хранилище воды. Маска поглощает большую часть воды на выдохе, которая становится перенасыщенной при охлаждении при выходе изо рта; при последующем вдыхании сухого воздуха эта вода испаряется и тем самым увлажняет воздух, проходящий через эту гидратированную маску. Мы измерили величину эффекта при температурах от 8 до 37 ° C и для разных типов материала маски. В то время как все протестированные маски приводят к значительному увлажнению, эффект наиболее выражен для масок из хлопка высокой плотности, где высокая теплоемкость таких масок способствует нагреванию и увлажнению вдыхаемого воздуха, что приводит к эффективному увеличению влажности окружающей среды, которая может превышать 100%. Следовательно,30 , 31 ].

МЕТОДЫ...

Продолжение: https://www.facebook.com/veniamin.zaycev/posts/4455711211130270

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic

Your reply will be screened

Your IP address will be recorded