Efecto del tamaño de las gotas respiratorias y la cinética de evaporación en la estabilidad ambiental de los virus respiratorios

En un estudio reciente publicado en bioRxiv* Servidor de preimpresión, los investigadores midieron el efecto del tamaño de las gotas respiratorias primarias y la humedad relativa (HR) en la estabilidad ambiental de los virus respiratorios, incluida la influenza A y el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2).

Además, examinaron el fago, Phi6, una alternativa común a los virus envueltos. Otros determinantes de la estabilidad ambiental de estos virus son la estructura del virus, la formación de gotitas, Fomet Material superficial y temperatura.

antecedentes

Durante la pandemia del coronavirus 2019 (COVID-19), los estudios han sobreestimado los riesgos de transmisión del SARS-CoV-2 en superficies contaminadas. Demostraron la importancia de la transmisión por fómites según las estimaciones de la estabilidad del SARS-CoV-2 en gotas de hasta 50 μl. Sin embargo, difícilmente explicaron la descomposición del virus en gotas más pequeñas y más relevantes desde el punto de vista fisiológico.

El tamaño de la gota generalmente determina la distancia que recorren las secreciones respiratorias y la ubicación de la infección. Las gotas pequeñas o los aerosoles viajan más lejos, y es más probable que los de menos de 10 micrómetros de diámetro se depositen profundamente en las vías respiratorias. Estudios previos que midieron la estabilidad del virus en el medio ambiente han creado gotas de tamaño que van de cinco a 50 μl, mientras que las gotas descargadas por las vías respiratorias son inferiores a 0,5 μl. Por lo tanto, estos estudios no pueden imitar adecuadamente el tamaño fisiológico de la gota inducida por la expulsión respiratoria.

sobre estudiar

En este estudio, los investigadores midieron la estabilidad ambiental de la cepa H1N1 del virus de la influenza A y Phi6 en gotas de 50, 5 y μl de 40 %, 65 % y 85 % de humedad relativa en una habitación con humedad controlada. Además, los investigadores exploraron las tasas de evaporación de las gotas a las que usaron una microbalanza para medir la masa de las gotas cada 10 minutos durante un máximo de 24 horas y realizaron todos los experimentos de evaporación por duplicado.

Para los experimentos que estimaban la estabilidad del SARS-CoV-2, el equipo utilizó un desecador hermético a temperatura ambiente y una humedad relativa del 55 %. Para los virus Phi6 y H1N1, primero colocaron gotas en placas cubiertas con seis pocillos de tela de poliestireno. Luego, resuspendieron las gotas en siete momentos: cero minutos, 20 minutos, 40 minutos, una hora, cuatro horas, ocho horas y 24 horas. Finalmente, el equipo estudió el efecto de la morfología de las gotas y el patrón de secado a las 24 horas en tamaños variables de gotas.

Resultados

Los autores señalan que el patrón de secado de las gotitas a las 24 h depende de la humedad relativa pero no del tamaño inicial de las gotitas, por lo que las diferencias en la lisis viral según el tamaño inicial de las gotitas no se debieron a diferencias físicas y químicas finales. En todas las RH (40 %, 65 %, 85 %), las gotitas perdieron masa linealmente con el tiempo antes de la meseta, lo que se denomina fase de cuasiequilibrio. Los investigadores definieron el período anterior y posterior a la fase de semiequilibrio como fase húmeda y fase seca, respectivamente. La degradación de los virus envueltos probablemente depende de las complejas interacciones de los componentes del medio con la glicoproteína viral y sus cambios durante y después del secado.

La evaporación fue más rápida para gotas más pequeñas y con una humedad relativa más baja. El tiempo para alcanzar el semiequilibrio al 40% y 85% de humedad relativa varió de 0,5 a 11 h para una gota de μl y 50 μl, respectivamente. Los datos del estudio indicaron que el tamaño inicial de las gotas cambió la cinética de secado, lo que afectó la estabilidad del virus. Los virus SARS-CoV-2 y H1N1 se hidrolizaron de manera similar a una HR (humedad relativa media) del 65 % y las diferencias solo fueron evidentes en las gotas más grandes.

Además, para todos los tamaños de gota probados, mientras la gota estaba húmeda y aún se estaba evaporando, los virus estaban sujetos a una tasa de descomposición más rápida que después de alcanzar el cuasi-equilibrio. Una versión preliminar anterior mostró que la lisis bifásica del virus probablemente también ocurre en los aerosoles. Por lo tanto, la primera etapa de la lisis viral fue importante para la transmisión a corta distancia, mientras que ambas etapas parecían ser importantes para la transmisión viral a mayor escala. La primera fase de descomposición viral ocurrió en cuestión de segundos y se produjo una descomposición adicional en la fase de cuasi-equilibrio.

Conclusiones

El estudio destacó la importancia de usar medios fisiológicamente relevantes y el uso cuidadoso de alternativas para evaluar con precisión los riesgos de transmisión de futuros patógenos emergentes. Los resultados del estudio mostraron que la humedad relativa tuvo un mayor efecto en la descomposición viral en gotas de 50 μl que en gotas de un solo μl. Además, las tasas de descomposición viral durante la fase húmeda fueron mayores o similares a las tasas de descomposición de la fase seca, independientemente del tamaño de las gotas y la humedad relativa. Las diferencias en la descomposición del virus fueron más comunes en gotitas de 50 μl ya una humedad relativa más baja.

Los resultados del estudio cuestionaron estudios previos que estimaban la estabilidad viral utilizando gotas de gran tamaño. Según los autores, los resultados de estos estudios habrían sido diferentes si se hubieran utilizado tamaños de gota más pequeños, especialmente durante períodos más cortos. Durante 24 h, la descomposición viral fue similar en los tres tamaños de gota. Es posible que las propiedades físicas y químicas de las gotas, el tamaño inicial y la humedad ambiental hicieran que se evaporaran a diferentes velocidades y provocaran estas diferencias.

Los resultados del estudio también advirtieron contra la extrapolación de períodos de supervivencia de alternativas a otros virus y la selección de cepas. En el estudio actual, Phi6 se degrada más rápido que H1N1 y SARS-CoV-2 en condiciones experimentales; Por lo tanto, confiar solo en los datos de Phi6 podría conducir a conclusiones potencialmente erróneas sobre los virus patógenos. De hecho, H1N1 se degrada de manera muy similar al SARS-CoV-2 y puede servir como un sustituto con extrapolación para persistir en condiciones fisiológicamente más favorables.

Los estudios futuros deben centrarse en crear condiciones reales para el tamaño de las gotas respiratorias (que van desde submicrones hasta cientos de micrones de diámetro) y la composición química del fluido respiratorio para mejorar la política sobre estrategias óptimas para mitigar la transmisión del SARS-CoV-2.

*Nota IMPORTANTE

bioRxiv publica informes científicos preliminares que no están sujetos a revisión por pares y, por lo tanto, no deben considerarse concluyentes, guiar la práctica clínica/comportamiento relacionado con la salud ni tratarse como información establecida.