Степень риска заражения в результате образования зараженных аэрозолей в зависимости от других переменных можно рассчитать с помощью калькулятора на веб-сайте Химического института им. Макса Планка (Max-Planck-Institut für Chemie). При этом можно использовать различные параметры, такие как величина помещения, количество человек, тип надетых на них масок и продолжительность пребывания. Автоматический расчет вероятности заражения позволяет оценить как индивидуальный, так и групповой риск в зависимости от одного из сценариев (аудитория, офисное помещение, торжество, репетиция хора). Для специалистов также доступны поля, в которых можно учесть характеристики аэрозоля и вируса.
«Мы хотели бы внести свой вклад, чтобы школа или магазин могли самостоятельно рассчитать, насколько высок риск заражения в помещении и насколько эффективны принятые меры безопасности», — пояснил Йос Лелиевельд (Jos Lelieveld), директор института и первый автор соответствующей публикации в «Fachzeitschrift International Journal of Environmental Research and Public Health».
Алгоритм базируется на следующих допущениях. Взрослый человек вдыхает и выдыхает в среднем около 10 л воздуха в минуту. Из лиц с положительным результатом теста на COVID-19 очень заразными являются около 20%. Их не следует путать с так называемыми суперраспределителями, частота которых пока неизвестна. Предполагаемая инфекционная доза в случае Sars-CoV-2 составляет порядка 300 вирусов или копий РНК на человека. Например, в школьном классе площадью 60 кв. м и высотой 3 м в отсутствие мер безопасности занимаются 25 учеников в возрасте старше 10 лет в течение 6 ч, а один ученик в течение 2 дней является распространителем инфекции. Вероятность того, что отдельно взятый человек заразится при этих обстоятельствах составляет чуть менее 10%, тогда как хотя бы один из присутствующих в помещении — более 90%, то есть дальнейшая передача инфекции почти неизбежна.
Переменные делают модель пригодной для индивидуального использования
«Наши расчеты показывают, что риск заражения можно снизить примерно наполовину за счет регулярной вентиляции и в 5–10 раз за счет ношения масок», — добавляет Й. Лелиевельд. На примере школьного класса это означает, что если его эффективно проветривают один раз в час, вероятность передачи инфекции снижается до 60%. Кроме того, если все ученики носят маски, риск заражения снижается примерно до 24%. Если к тому же в учебном процессе принимает участие только половина учеников, вероятность инфицирования снизится до 12%. В этом же случае индивидуальный риск снижается с 10 до 1%. Модель определяет только риск заражения через частицы аэрозоля, которые настолько малы, что долго находятся в воздухе и разлетаются по комнатам. Она не позволяет делать никаких заявлений о риске заражения через более крупные капли, которые быстро падают на землю при разговоре, смехе или пении на небольшом расстоянии от инфицированного.
В своей публикации исследователи сообщают также о неопределенностях, влияющих на точность расчетов. Это, например, время выживания вирусов SARS-CoV-2 в воздухе или количество вируса, выделяемого инфицированным человеком. «Наши предположения основаны на текущем состоянии научных знаний, — подчеркнул Фрэнк Хеллейс (Frank Helleis), физик. — В расчетах есть несколько переменных и допущений. Имеет значение, сколько людей говорят и поют в комнате, насколько высока концентрация вируса в слюне и какова скорость воздухообмена в комнате, но каждый фактор включается в расчет с использованием простого правила трех». Коллеги убеждены, что их алгоритм может помочь лучше понять риск заражения в помещениях и снизить его с помощью соответствующих мер.
Система, удаляющая 90% аэрозолей
Ф. Хеллейс, супруга которого работает школьным учителем в Майнце, разработал также систему вентиляции, которую можно изготовить, используя материалы из хозяйственного магазина. Интегрированная общеобразовательная школа Майнц-Бретценхайм (Integrierte Gesamtschule Mainz-Bretzenheim) уже опробовала систему, а Министерство образования земли Рейнланд-Пфальц в настоящее время изучает возможность ее использования в других учебных заведениях. Принцип: каждый человек нагревает воздух, поднимающийся кверху. Если отвести соответствующие воздушные потоки за пределы помещения, они унесут с собой частицы аэрозоля, в том числе, вирусы (рисунок).
Конструкция очень проста и была реализована из материалов, приобретенных в хозяйственном магазине на сумму около 200 евро: над каждым столом на высоте потолка висит широкий зонт, соединенный с трубой. Все трубы сходятся в одну центральную, которая, в свою очередь, выводится наружу через окно. Вентилятор на конце трубы обеспечивает активное выведение воздуха наружу.
«Наши измерения показали, что вытяжная система с кожухами непрерывно удаляет более 90% аэрозолей», — пояснил Ф. Хеллейс. Хотя простая система не предусматривает размещения буквально над каждым из столов воронкообразных колпаков, нескольких штук достаточно целенаправленного сбора аэрозолей. Физик продемонстрировал это с помощью аэрозольных спектрометров и искусственно созданных аэрозолей. Ученый убежден, что разработка будет продолжать использоваться после пандемии. «Наша система также решает давно известную проблему накопления углекислого газа (СО2) в классах. Потому что она выводит наружу не только аэрозоли, но и CO2, чтобы ученики могли лучше сосредоточиться на предмете».
По материалам mpic.de; фото: Elena Klimach
