Tutkijat kehittivät mallin, jolla voidaan arvioida virusten ilmanvaraista leviämistä sisätiloissa

Poikkitieteellinen tutkimusryhmä on selvittänyt koronaviruksen ja koronavirusta simuloivan Phi6-malliviruksen leviämistä sekä mahdollisia keinoja hallita viruksen leviämistä. Tutkimusta on tehty Business Finlandin rahoittamassa TUPA-valmisteluhankkeessa (turvaratkaisuja pandemian varalle), ja ensimmäiset alustavat tulokset ovat nyt valmistuneet. TUPA-projektin pilottitutkimukset tehtiin sairaala- ja ravintolaympäristössä.

Sisätilojen hyvä ilmahygienia tukee muita suojautumiskeinoja

Ravintolaan sijoittuvassa pilottitutkimuksessa huomattiin, että koronaviruksen mekaanisena mallina käytettyä Phi6-virusta voidaan havaita suurehkon huoneen jokaisesta nurkasta noin 15 minuutin leviämisen jälkeen, ja ilmavirtojen ollessa leviämiselle suotuisia jo paljon nopeamminkin.

Tautien tarttuvuuden kannalta virusten määrä ilmassa on kuitenkin merkittävä tekijä, ei pelkkä leviäminen. ”Jotta virus voi aiheuttaa taudin, tulee viruspitoisuuden olla riittävän suuri. Jos huoneilmaa saadaan puhdistettua, tai se sekoittuu tehokkaasti ja vaihtuu tarpeeksi nopeasti, voidaan viruspitoisuuksia vähentää merkittävästi. Eli käsihygienian lisäksi sisätiloissa tulisi kiinnittää entistä enemmän huomiota ilmanvaihtoon”, kertoo lääkäri Enni Sanmark HUSista.

Kasvavan tutkimustiedon perusteella koronaviruksen ilmavälitteinen leviäminen on pisara- ja pintaleviämisen ohella mahdollista sisätiloissa, ja ilmiötä tutkitaan ahkerasti. Ilmahygienia tulisi siis huomioida sisätiloissa. Koronaviruksen tartuttavuusluku on kuitenkin selvästi pienempi kuin perinteisten ilmavälitteisesti leviävien virusten, kuten tuhkarokko- ja vesirokkoviruksen.

Ravintolapilotissa simuloinnissa käytettiin vaaratonta mallivirus Phi6:ta korkealla viruspitoisuudella sekä mallinnettiin leviämistä supertietokoneiden avulla. ”Phi6 on vaaraton palkokasvin bakteerin virus. Se vastaa kooltaan ja rakenteeltaan koronavirusta ja soveltuu siksi mallintamaan viruksen ilmanvaraista leviämistä ja infektiokyvyn säilymistä. Ravintolapilotin tuloksista nähdään, että tartuttavan lähteen poistuttua tilasta viruspitoisuus laskee merkittävästi jo minuuteissa. Tämä tukee hallitun asiakasmäärän ja vaihtuvuuden tärkeyttä”, toteaa sekä Helsingin yliopistolla että Ilmatieteen laitoksella työskentelevä virologi Nina Atanasova.

Tartuttavaa ihmistä vastasi ravintolassa laite, joka tuottaa virusta samaan tapaan kuin ihminen tuottaa viruksia hengittäessä ja puhuessa. Virusten määrää ilmassa ja pinnoilla mitattiin aktiivisilla ilmakeräimillä ja passiivisesti solumaljoilla, jotka mahdollistavat leviämisen lisäksi myös viruksen tartuttavuuden arvioimisen. Simulaation lopuksi tila puhdistettiin kauttaaltaan UV-säteilytyksellä.

Turvavälit, käsien pesu, pintojen puhdistus ja maskin käyttö ovat tärkeitä suojautumiskeinoja

Hankkeessa tutkittiin myös uuden koronaviruksen (SARS-CoV-2) leviämistä potilashuoneissa erilaisin potilas- ja ympäristönäyttein. Virusta löydettiin potilaiden ympäriltä pinnoilta ja sitä havaittiin myös ilmalaskeumana pinnoilla. Varsinaisissa ilmanäytteissä virusta ei todettu.

”Sairaalapilotti on osoittanut, kuinka vaikeaa on tutkia virusten esiintymistä tartuttavana ympäristössä. Menetelmien kehityksessä on menty merkittävästi eteenpäin, mutta paljon on vielä töitä ennen kuin voimme määrittää erilaisten tartuntareittien suhdetta toisiinsa. Tutkimus antaa uutta tietoa myös potilaita ympäröivän ilman tutkimuksesta”, toteaa uhkaavien infektiotautien apulaisprofessori Tarja Sironen Helsingin yliopistosta.

Pilottitutkimuksessa potilaiden syljestä havaittiin viljeltävää, eli tartuttavaa, SARS-CoV-2-virusta sairauden alkuvaiheessa ja pisimmillään sairaspäivään 11 asti. Positiiviset koronavirusnäytteet potilaiden ympäristön pinnoilta löytyivät kuitenkin vain vähän aikaa sairastaneilta. Tartuntariski onkin siis selkeästi suurin sairauden alkuvaiheessa.

Turvavälit, käsien pesu, pintojen puhdistaminen ja maskiohjeistuksen noudattaminen ovat edelleen tärkeitä torjuntakeinoja ja suojaavat koronaviruksen lisäksi myös esimerkiksi noro- ja influenssaviruksilta.

Mallinnus auttaa arvioimaan sisätilojen turvaratkaisuiden vaikutuksia

Ravintolapilotista on kehitetty yksityiskohtainen supertietokonemalli, jonka avulla virusten leviämistä voidaan tutkia muuttuvissa olosuhteissa. Mallilla voidaan arvioida erilaisten turvaratkaisujen kuten ilmanpuhdistimien, tilanjakajien tai ilmanvaihdon tehostamisen merkitystä. Mallin kehitys jatkuu ja se on tärkeä osatavoite projektissa, sillä sen avulla ilmavälitteistä leviämisriskiä ja tilanteita voidaan tulevaisuudessa tutkia myös muissa sisätiloissa. Mallinnusten perusteella voidaan jo alustavasti päätellä, että oikein mitoitetut ilmanpuhdistimet, jotka myös sekoittavat sisäilmaa, auttavat pienentämään viruspitoisuuksia huoneessa. Toisaalta tilanjakajat eivät yksin toimi turvaratkaisuna ilmavälitteistä leviämistä vastaan.

”Mallinnus on jo opettanut meille, että sisätiloihin voi ilman puutteellisen sekoittumisen seurauksena syntyä paikallisia, korkean viruspitoisuuden ’varastoja’. Oikein mitoitetuilla ilmanpuhdistimilla voidaan ehkäistä näiden varastojen muodostumista ja samalla alentaa sisätilan viruspitoisuuksia”, toteaa virtausfyysikko Mikko Auvinen Ilmatieteen laitokselta.

Hankkeen ravintolapilotti toteutettiin Henri Alénin omistamassa ravintola Ultimassa Helsingissä. TUPA-hankkeelle haetaan jatkoa laajempana, sisätilojen turvallisuuteen keskittyvänä E3-hankkeena (Excellence in pandemic response and enterprise solutions) kevään 2021 aikana.

Lisää tutkimusta tarvitaan

Tutkimuksessa oli mukana tutkijoita Ilmatieteen laitokselta, HUSista, Helsingin yliopistosta sekä Työterveyslaitokselta. Tulokset ovat alustavia. Tutkimuksesta on tekeillä tieteellinen artikkelikäsikirjoitus, jota ei ole vielä vertaisarvioitu.

Tämän tutkimuksen Phi6-malliviruksella saatuja tuloksia ei voi suoraviivaisesti rinnastaa koronavirukseen, vaan ne antavat arvion tilanteesta, jota ei päästä koronaviruksella mittaamaan tutkimusteknisistä ja eettisistä syistä. Hankkeessa ei myöskään tutkittu tartuntaan vaadittavaa virusmäärää. Koronaviruksen ilmavälitteistä leviämistä ja tartuttavuutta pitää tutkia lisää.

Tutkijat jatkavat tutkimusta koronan ilmaleviämisestä Helsingin yliopiston BSL3-laboratoriossa ja sairaalaolosuhteissa. Uudet variantit vaikuttavat tehokkaammin tarttuvilta ja on olennaista tutkia myös niiden leviämistapoja.

Kuvat: Esimerkki ravintola Ultiman 3D-mallista, jossa on mallinnettu ilmanpuhdistimien vaikutusta virusten leviämiseen ilman tilajakajia (yllä) ja tilanjakajien kanssa (alla). Kuvitteellinen ‘sairastunut’ henkilö (aerosolilähde) näkyy punaisena, ilmanpuhdistimet turkoosina ja tilanjakajat vihreinä. Vaalea, kaareva elementti henkilöiden yllä on ravintolatilassa oleva kattokoriste. Ravintolan seinät näkyvät läpikuultavina. Kuvasta voidaan nähdä käytetty asetelma, mutta kuvissa ei esitetä viruspitoisuuksia tai virusten liikkeitä tilassa.

Lisätietoja:

Mikrobiologian dosentti Nina Atanasova, Helsingin yliopisto, Ilmatieteen laitos, nina.atanasova@helsinki.fi, puh. 050 373 4855 (ravintolapilotti, Phi6-mallivirus, virologia) Lääketieteen tohtori Enni Sanmark, HUS, enni.sanmark@hus.fi, puh. 040 844 6040 (sairaalapilotti, ilmahygienia, lääketiede)

Ryhmäpäällikkö, aerosolifysiikan dosentti Antti-Pekka Hyvärinen, Ilmatieteen laitos, antti-pekka.hyvarinen@fmi.fi, puh. 040 515 2004 (Tupa-hanke, aerosolihiukkaset) Erikoistutkija, virtausfysiikan dosentti Antti Hellsten, Ilmatieteen laitos, antti.hellsten@fmi.fi, puh. 050 409 0477 (leviämismallinnus) Uhkaavien Infektiotautien apulaisprofessori Tarja Sironen, Helsingin yliopisto, tarja.sironen@helsinki.fi, puh. 050 447 1588 (sairaalapilotti, virologia) Lääketieteen lisensiaatti Lotta Oksanen, HUS, lotta.oksanen@hus.fi, puh. 050 355 3450 (sairaalapilotti, ilmahygienia, lääketiede)