Коронавірусна помилка: як вчені 60 років тому допомогли вірусу вбивати

Одного раннього ранку, Лінсі Марр навшпиньки дійшла до свого обіднього столика, натягла гарнітуру та увімкнула Zoom. Про її історію пише видання WIRED. 

На екрані були десятки знайомих облич, але й кілька незнайомців. Серед останніх – Марія ван Керхове, одна з керівниць ВООЗ та інші радники та експерти організації. Щойно пройшло 13:00 за часом Женеви 3 квітня 2020 року, але за часом штату Вірджинія (де Лінсі живе з родиною) був лише світанок. Те обговорення мало важливі наслідки. 

Читайте ще Знищити або стримати: як навколо COVID-19 триває війна підходів

Як передається вірус 

Лінсі Марр вивчає аерозолі у технічному Університеті Вірджинії. Але також – інфекційні хвороби. Таке поєднання зробило її унікальним спеціалістом, одним з небагатьох у світі. З її точки зору, новий коронавірус міг триматися у повітрі. Таким чином, інфікуючи кожного, хто вдихнув достатньо повітря з SARS-CoV-2. Це був особливий ризик для людей всередині будівель. 

Лінсі Марр у своїй лабораторії / Фото Virginia Tech College of Engineering

Але ВООЗ це не вразило. За кілька днів до розмови, вони запостили у Twitter: "FACT: COVID-19 не тримається у повітрі! Головний спосіб передачі – краплі від інфікованої людини під час кашлю, чихання та розмови". Через це Марр пропускала свої звичні ранкові справи, щоб доєднатися до ще 35 дослідників аерозолю. 

Вони намагалися переконати Всесвітню Організацію охорони здоров'я, що вона робить велику помилку. В Zoom, вчені виклали справу.  Вказували на багато випадків суперпоширення вірусу в барах, кол-центрах, ресторанах, на круїзних лайнерах та репетиціях хору. Там люди заражалися, навіть якщо були у іншій частині кімнати від вже інфікованих. 

Ці інциденти йшли у розріз з рекомендаціями ВООЗ тримати дистанцію 2-2,5 метри та часто мити руки. Якщо COVID-19 "подорожує" між людьми у вигляді великих крапель та відразу падає на землю, то чому ці спалахи сталися? Група Марр доводила, що інфіковане повітря – ймовірніший винуватець. 

Актуально У розвідки США є нові дані щодо походження COVID-19 – The New York Times

ВООЗ знову були незворушні: якщо ми це визнаємо(що новий коронавірус може триматися у повітрі – 24), то нам потрібно більше прямих доказів. А на їх зібрання підуть місяці. Тисячі людей хворіли щодня.

Війна з головним експертом 

Суперечки наростали і одна з провідних атмосферних фахівчинь, Лідія Моравська, спробувала пояснити, як далеко інфіковані частинки різного розміру можуть потенційно летіти. Але один з експертів Організації охорони здоров'я різко перервав її: ви не маєте рації! Марр у шоці відповіла: "просто не сперечайтесь з Лідією про фізику!". 

Лідія 20 років була радником ВООЗ з питань забруднення повітря і тоді її поради сприймали серйозно. Якщо це стосувалося згустків сажі та попелу, які вириваються з димових та вихлопних труб, звісно. Тоді чиновники від медицини радо приймали на віру її фізичні викладки: що різні частинки можуть зависати вгорі, далеко рухатись і – найнебезпечніше – вдихатися. 

Більше з теми Нема чим дихати: де найбільш забруднене повітря у світі

Але, наголошували вони, ті самі закони чомусь не працюють щодо дихальних частинок. В цій сфері, поняття "в повітрі" застосовується, лише якщо вони менше 5 мікрометрів. Постали два великих табори, які не могли зрозуміти один одного, бо перейшли на науковий жаргон. "Вони вже все вирішили, просто розважали нас!", – подумала Марр, коли все закінчилося. Дослідниця відчувала злість.

Вчергове У світі виявили новий штам коронавірусу: деталі поширення мутації

Для Марр це не було новиною. Вона часто порушувала неписані наукові правила, стикалась зі скептицизмом та несприйняттям. Однак зараз на кону було більше, ніж її его, бо починалася глобальна пандемія. А застаріла наука все ще лежить в основі політики в галузі охорони здоров'я. І вона ще дійде до цього. 

Марр, як і Моравська, досліджувала забруднення повітря на початку кар'єри. Але перейшла до інфекційних хвороб на початку 2000-х, коли віддала дитину на денний догляд. Далі вона спостерігала, як грип, застуда та нежить поширюються класами, незважаючи на суворі заходи з безпеки.  "Чи можуть ці інфекції бути в повітрі?", – подумала вона і взяла кілька вступних книг про медицину. 

Досліджуючи канони 

Згідно з сучасною медичною думкою, респіраторні хвороби передаються, в основному, через кашель або чхання. Коли хвора людина це робить, то розпорошує вірусні частинки зі швидкістю кулемета. Вони швидко падають (те, що вище стверджує і ВООЗ!) і прилипають до будь-яких поверхонь (хоча, у випадку з COVID-19, передача через поверхні вважається малоймовірною – 24). Радіус ураження – від 1 до 2 метрів.

Якщо краплі потраплять на ніс або рот або на руку, якою людина торкається обличчя, вони можуть викликати інфекцію. Вважалося, що лише деякі хвороби можуть дозволити собі порушити "правило крапель".

Наприклад, кір та туберкульоз вважаються "повітряними інфекціями".

Для боротьби з першими достатньо мити руки. У випадку з другим, ворогом людини є саме повітря. Тут вже треба носити маску з рівнем захисту як мінімум N95 та вдягатися у повний захисний костюм (для медиків).

Аерозольні частинки під час виділення / Фото The Conversation

Різниця між цими поняттями у 5 мікрометрів (це одна мільйонна частина метра, застаріла назва – мікрон). Все що менше – аерозоль, а все що більше – то крапелька.

ВООЗ та Центр контролю та профілактики захворювань США (CDC) теж спиралися на цифру 5 мікрон. Була лише одна проблема і полягала вона у правилах іншої науки. Фізично це все було неправильно. 

Фізика Vs Медицина: синхронізуючи науки 

Все, що Лінсі знала з курсу атмосферної фізики, кричало: "Це не так! Є частинки набагато більші за 5 мкм і вони здатні залишатися "на плаву" і навіть поводити себе як аерозолі, у залежності від вологості, тепла та швидкості повітря".

Мені було тривожно, бо я бачила неправильний номер,
– пояснювала вона. 

Помилка означала, що медичне співтовариство спотворило уявлення про те, як люди можуть заражатися. Епідеміологи давно спостерігають, що зараження вимагає тісного контакту. На невеликому просторі може статися багато чого. Хворі можуть кашляти, виділяючи маленькі аерозолі. Потім їх можна вдихнути або потиснути руку з ними на шкірі і потім потерти ніс. 

Передати вірус може будь-який механізм. "Технічно дуже важко розрізнити і зрозуміти, що саме викликає інфекцію", – пояснила Марр. Якщо мова йде про зараження на великій відстані, то винними можуть бути лише найдрібніші частинки. Зблизька – будь-якого розміру. Але десятиліттями, всю провину покладали на крапельки. 

Марр взялася до власних досліджень. Вона встановлювала відбірники проб у денному догляді та на літаках.

І виявляла, що там є вірус грипу, хоча його не повинно було там бути! Він ховався у повітрі, найчастіше в частинках, досить малих, щоб у ньому висіти. І цього було достатньо, щоб люди хворіли. 

Після цього вона у 2011 подала рукопис в наукові журнали. Але його відхилили, попри нові досліди та докази. Лише один видавець, The Journal of Royal Society Interface, прийняв її роботу. У закритому науковому світі, аерозолі завжди були сферою діяльності інженерів та фізиків, а збудники хвороб – медиків. Марр намагалася поєднати два світи та перейти межу, стоячи на краю. 

Звідки взялись 5 мікрон 

Періодично Лінсі намагається з'ясувати, звідки взялися ці "5 мікрон". Але вона застрягла. Старі підручники просто констатували цей факт без жодного цитування, ніби взявши зі стелі. Врешті, вона припинила це робити і життя пішло далі. Аж до 2019 року, коли на її стіл ліг текст з лабораторії Югуо Лі. 

Югуо Лі – дослідник-революціонер з Гонконгу / Фото HKU

Цей дослідник жив у Гонконгу і зробив собі ім'я під час першого спалаху коронавірусу у 2003 році – атипової пневмонії або ж SARS. Дослідження Лі про спалах у житловому будинку Amoy Gardens дали найвищі докази, що цей вірус може бути повітряно-крапельним. Але він також десятками років намагався переконати інших вчених у цьому. 

Він звернувся за допомогою до математики. Його розрахунки та моделювання показало: при кашлі чи чханні, важких крапель було занадто мало; а цілі вірусу – рот, ніздрі, очі – занадто малі, щоб втягнути велику кількість інфекції. Більшість застуд, грипу та інших респіраторних хвороб мали поширюватися в аерозолях, дійшли висновку в команді Лі. 

Це цікаво Назвали простий спосіб передбачити ризик COVID-19 за допомогою язика

А медичні установи неймовірно відставали. Лі показав теоретичну хибу межі "5 мікрон". Він пішов далі, знайшовши це ж саме у документі CDC для лікарень. Журнал попросив Марр рецензувати статтю Лі і вона не могла приховати збудження та хвилювання.

22 січня 2020 року вона написала: "Ця робота надзвичайно важлива для оскарження існуючої догми про те, як інфекційне захворювання передається: краплями чи аерозолями". Через кілька годин влада Китаю припинила всі поїздки до міста Ухань з 11 млн жителів, де набирала силу нова епідемія. 

Як це було Як Китай зупиняє коронавірус: штрих-коди та дух Мао Цзедуна

ВООЗ та CDC випустили звичні поради: тримати дистанцію, мити руки, дезінфікувати поверхні. Ні слова про маски або небезпеку перебування в приміщенні. 

Пандемія та новий старт 

Через кілька днів після описаної на початку зустрічі у Zoom Лінсі Марр отримала ще одну звістку, тепер від іншого фізика. Він теж брав тоді участь у спілкуванні і звали його Хосе-Луїс Хіменес. Він вивчав фізику атмосфер в Університеті Колорадо-Боулдер в Сан-Хосе. Його зачепила дистанція у 2,-2,5 метри, яка була рекомендована. 

Наскільки він розумів, ця настанова діяла ще з часів 1930-1940 років XX століття. Але автори тодішніх досліджень насправді аргументували, що повітряно-крапельна передача передбачала б відстань понад 1,8 метра. Щось все одно не складалося в єдиний пазл. Лінсі запропонувала об'єднати два їхні дослідження в одне. 

Професор Том Юїнг знайшов ключового члена команди / Фото Virginia Tech

Якщо межа поширення у 2 метри була вирахувана невірно, тоді "5 мікрон" теж були помилкою. Але для полювання на джерело, потрібен був третій член команди – медичний історик. Марр такого знала – Том Юїнг, теж з Вірджинії, дослідник історії грипу та туберкульозу. А вже той підтягнув свою аспірантку Кеті Рендалл з навичками криминаліста. 

Ми збираємось знайти картковий будиночок. Це буде дуже цікаво!
– написала у електронному листі Лінсі до Хіменеса. 

COVID-19 сильно вдарив по дисертації Кеті, тож вона майже не мала чим зайнятися всю весну 2020 року. Але потім команда Марр скинула їй свої дослідження та думки. Рендалл почала вивчати цитування, займаючись майже середньовічною детективною схоластикою.

Вона перебирала старі документи, книги та записи, шукаючи зачіпки. Але в документації ВООЗ та CDC не знайшла більшого, ніж Лі та Марр раніше. Глухий кут. Тоді вона спробувала іншу тактику, додавши слова "5 мікрон" та "туберкульоз" у пошук в архіві CDC. Вона скролила до самого кінця, поки не знайшла найдавніший документ по боротьбі з цією хворобою. 

Одна з перших діаграм щодо поведінки великих та малих частинок / Графік Wikiwand

Там згадувалася книга, яка вийшла друком у 1955 році з-під пера професора Гарварду Вільяма Ферта Уеллса. Назва була: "Повітряно-крапельне зараження та гігієна повітря". Ось же воно! Взяти книгу в бібліотеці було неможливо – університети ж закрили. У букіністів перше видання коштувало 500 доларів США – забагато для їхнього проєкту, який фактично не мав фінансування. 

Але потім один з бібліотекарів знайшов цифрову копію десь в Мічигані. Отримавши її, Рендалл почала читати. А потім ще й більш ранні його роботи, які охоплювали 23 роки наукової діяльності. 

Рукописи Уеллса: забутий геній ​

І натрапила на дослідження, яке він провів разом з дружиною-лікаркою Мілдред Вікс Уеллс у 1934 році. Вони проаналізували зразки повітря і створили криву, яка відображала протилежні сили гравітації та випаровування. А також їхній вплив на дихальні частинки.

Це дало змогу зрозуміти, скільки частинці даного розміру буде потрібно часу, щоб перелетіти від рота до землі. Так, частинки розміром понад 100 мкм опускалися за кілька секунд, а от менші – залишалися в повітрі. Крива передбачала суперечку про спосіб поширення, але навколо цифри 100, а не 5. 

Маючи роботу над дисертацією та маленьку 6-річну доньку у віддаленому дитячому садочку, Рендалл могла працювати з книгою лише ввечері. А там було 400 сторінок, багато навіть на той час. Пізніше, Уеллс ставив дезінфікуючі ультрафіолетові ліхтарі у школах, в 1940-х роках.

Інформаційний плакат CDC про високу заразність кору через повітря / Колаж CDC

В класах з такими ліхтарями, менше дітей хворіло кором. Вчений дійшов висновку, що вірус кору мав бути в повітрі. Але правоту Уеллса визнали лише через 10 років. Влітку, аспірантка вирішила дослідити, як сучасники сприймали об'єкт її аналізу. Тоді якраз створили CDC і його першим директором став Олександр Ленгмюр – дуже цікава особистість. 

Важливе досягнення Перша країна ЄС здобула колективний імунітет проти COVID-19

Його виховали у так званому "Євангелії особливої чистоти", де миття рук стало основою політики здоров'я в США. Він розглядав ідеї про крапельно-повітряну передачу як ретроградні, бо бачив у цьому відкат до старої "теорії міазмів" з XIX століття, тобто поганого повітря. Цікаво, але не більше. 

На той час, у 1950-ті роки, Ленгмюра більше хвилювала проблема біологічної війни. Він боявся, що вороги скинуть з неба шкідливих мікроорганізмів. Після початку війни в Кореї, Ленгмюр зневажив досвід Уеллса та просував свої роботи як основоположні у розумінні передачі інфекцій. Що найцікавіше, він цитував досліди, але на фабриках та у шахтах. 

Передача повітрям: як це довели 

Отже, голова CDC дійшов висновку: слизова оболонка носа та горла надзвичайно добре затримує частинки більше 5 мікрон, але менші (зараз відомі як дрібнодисперсні – 24) можуть потрапити в легені та завдати непоправної шкоди. Уеллс робив щось схоже, але з бактеріями туберкульозу.

Зверніть увагу Знайшли приховане й довготривале пошкодження легенів після коронавірусу

Вони були витривалими, як і кір, знаходилися в повітрі, всередині організму могли викликати ураження. Він помістив бактерії двох видів (менше та більше 5 мікрон) в туман та запустив його до клітки з кролями. Ті, які отримали дрібні крапельки, захворіли, на відміну від отримавших "грубу дозу". 

У 1980-х роках, у кінці кар'єри, Ленгмюр визнав, що помилявся щодо повітряно-крапельної інфекції. Це все ж було можливо. Одним з факторів зміни думки стало останнє, грандіозне дослідження Уеллса. У лікарні міста Балтимор він перекачував повітря з туберкульозного відділення до іншої кімнати із 150 морськими свинками. Місяць за місяцем, кілька свинок захворіло. 

Експеримент з тваринами довів повітряну передачу туберкульозу / Фото Science

Але органи охорони здоров'я ставились до цього дуже скептично. Бракує, мовляв, контролю. Команда додала ще 150 тварин, але поставила ті самі УФ-лампи, щоб вбити мікробів. Свинки залишилися здоровими! Так вперше довели, що туберкульоз може передаватися повітряно-крапельним шляхом. 

Ці новаторські результати опублікували у 1962 році, а Уеллса не стало у вересні 1963. У жовтні 1963, Ленгмюр згадав про нього у своїй промові, сказавши: саме йому ми маємо дякувати за висвітлення зростаючої епідемії ТБ.

Бактерії цієї хвороби були менше 5 мікрон, і вони могли вторгнутися лише у підмножину клітин, які розташовані глибоко в легенях. Інші респіраторні збудники – не настільки "просунуті": часто інфікують весь дихальний тракт та вбудовуються у клітини будь-якого розміру.

Всередині CDC просто об'єднали дослідження Уеллса. Вони викинули контекст ТБ і становили "5 мікрон" як загальний спосіб передачі респіраторних інфекцій в повітрі. Про 100 мікрон забули взагалі і назавжди. Звідси і взялося це число у "5 мікрометрів".

Ви бачите: ідея, що є респіраторним, що залишається в повітрі і що є інфекційним досі крутиться навколо цього феномену,
– пояснила Рендалл виданню WIRED. 

Пройшли десятки років і ця помилка – через багато сліпих повторювань – заглиблювалася у медичний канон все глибше. "О боже, так це пішло аж звідти?" – не могла повірити Марр, коли Рендалл розповіла їй та команді, як розплутала справу. Після багатьох років, вона нарешті мала відповідь! 

Боротьба з системою 

Втім, це був лише перший крок. Далі, треба було боротися з системою та її хибними нашаруваннями. І змінити застарілу медичну доктрину, а для цього – вмовити двох топ-керівників у галузі охорони здоров'я. Не тільки у тому, що вони були неправі, а й у тому, що ця помилка має термінові наслідки. 

Для цього, Марр та Хіменес підписали лист-звернення, у тому числі до ВООЗ разом з іншими 237 лікарями та вченими. Вимагали чітких рекомендацій по носінню масок, вентиляції приміщень. Без цього, доводили вони, поширення SARS-CoV-2 зведе нанівець усі, навіть найбільш енергійні зусилля з відстеження та соціального дистанціювання. 

Подія потрапила в новини і впливові люди кинулися захищати ВООЗ, особливо активно – у Twitter. Саскія Попеску – епідеміологиня, експертка з профілактики інфекцій з Університету Джорджа Мейсона – була готова прийняти нову теорію (що люди заражаються, вдихаючи маленькі частинки –24), але лише з близької відстані. 

І це не синонім фрази "в повітрі", доводила вона та інші. "З цим треба поводитись дуже зважено, не можна отак безсистемно вкидати", – казала вона.

Але перемогу вже було не спинити: медичні чиновники через кілька днів випустили новий звіт, "не виключаючи аерозолі, особливо в місцях з поганою вентиляцією". 

Але правило дистанції 2-2,5 метра все ще було в силі. Маски в приміщенні були потрібні, "лише якщо не можна дотримуватись такої дистанції". Хіменес назвав це "дезінформацією, що ускладнює захист людей". А Марр продовжувала те, що вміла найкраще – розмовляти з іншими вченими. 

Кімберлі Пратер допомогла просунути ідею команди на найвищий рівень / Фото UC San Diego

Вона знайшла атмосферного хіміка з Сан-Дієго Кімберлі Пратер, яка працювала з CDC та робочою групою по ковіду в Білому Домі. Дві жінки вирішили підключити Ентоні Фаучі, головного інфекціоніста США та надіслали йому свої слайди. На одному з них було показано, що частинки менше 5 мікрон, випущені з роту пересічної людини, пролетіли набагато понад 2 метри. 

​Європа під ударом Катастрофа з коронавірусом у Чехії: що пішло не так

Фаучі їм повірив! "Висновок: аерозолів набагато більше, ніж ми думали. А віра в 5 мікрон була помилковою", – скаже він. Втім, побороти останню перешкоду – віру у передачу через краплі, що падають, а не через частинки, що тримаються в повітрі (власне, аерозолі – 24) – було складніше. Така догма домінувала.

Марр та команда дійшли до журналу Science, де закликали забути про межу у 5 мікрон. Ковід пересувається, мовляв, набагато далі.

"Причиною, чому ми наполягаємо на вентиляції, є те, що вірус може передаватися повітряно-крапельним шляхом, – пояснила вона. – Люди знають, що їм потрібно робити, щоб захистити себе". 

Ковідний провал Падіння в пекло: як пандемія COVID-19 вийшла з-під контролю в Індії

У 2021 році, пообіцяла ван Керхове, "ВООЗ офіційно перегляне свої визначення для опису передачі хвороби", щоб прибрати крапельно-аерозольну дихотомію. 30 квітня, організація тихо оновила сторінку про коронавірус, зазначивши: "може передаватися як великими краплями так і маленькими частинками". 

І навіть у ВООЗ були змушені прислухатись / Фото The Washington Post

Найголовніша новина пандемії пройшла без пресконференції та великого оголошення. 

Епілог: не все так страшно 

Так, COVID-19, скоріш за все, може передаватися також і повітрям. Але це не привід панікувати, впевнений Югуо Лі. Цей вірус не настільки страшний, як інші його родичі у плані повітряного зараження. Це не кір, що заражав раніше до 90% сприятливих до нього людей.

На великій відстані, як показали досліди, коронавірус поки заражати не може. У гарно вентильованих приміщеннях він теж майже безсилий. Найбільше шансів підхопити ковід – знаходитись дуже близько від хворої людини. Більшу ж частину часу SARS-CoV-2 поводить себе як звичний з книжок патоген, що поширюється крапельками (які падають – 24). 

От, наприклад, грип. Він заражає мільйони людей щорічно по світу, 300-650 тисяч людей вмирає. 

Лі вмовив адміністрацію Університету Гонконгу покращити вентиляцію в будівлі та автобусах у перші дні пандемії. Марр зробила теж саме для власниці тренажерного залу, де сама займалася. Вона переглянула та проаналізувала креслення, порадилась щодо редизайну. Двері мали бути постійно відчинені. Ніхто не зловив там вірус (на момент написання оригінальної статті – 24).

​Важлива історія Зліт та падіння AstraZeneca: помилки, що коштували життів людей

Університет Лі, де навчається 300 тисяч студентів, мав лише 23 випадки. Звісно, азіатські країни були краще підготовлені після атаки SARS у 2003 році, але спільні локальні дії Марр та Лі все ж зробили ситуацію трохи кращою. Марр вже не благає про публікацію, редактори самі до неї звертаються. Наукова стаття про "5-мікронну помилку" нарешті розміщена у вигляді препринту (тобто ще не рецензованого дослідження – 24). 

CDC на початку травня вніс "вдихання аерозолів" як одну з головних причин зараження.

Знову ж таки, без жодного оголошення. У машині в той день, Марр почала плакати, не в силах стримати сльози: "Нарешті, думала вона, все правильно! І це через те, що зробили ми". Вона витерла сльози та поїхала за дітьми, щоб забрати їх та нагодувати. Нормальне життя поверталось.