Mechanisme inademing: overdracht via de lucht

Er is dus steeds meer bewijs om aan te nemen dat de dominante route van transmissie door aerosolen of "druppelkernen" (druppels die verdampen in de lucht) gebeurt, die vaak kleiner zijn dan 100 μm en grotere afstanden van verschillende meters afleggen van de geïnfecteerde persoon. Aerosolen zijn microscopische vloeibare, vaste of halfvaste deeltjes die zo klein zijn dat ze in de lucht blijven zweven. Ademhalingsaerosolen worden geproduceerd tijdens alle uitademingsactiviteiten, waaronder ademen, praten, zingen, schreeuwen, hoesten en niezen van zowel gezonde personen als personen met ademhalingsinfecties. Naast ademhalingsaerosolen zijn er ook aerosolen die via andere manieren worden gegenereerd, zoals via de huid.

Aerosolen zijn microscopische vloeibare, vaste of halfvaste deeltjes die zo klein zijn dat ze in de lucht blijven zweven en pathogenen (zoals virussen en bacteriën) kunnen bevatten. Ze kunnen worden geproduceerd tijdens allerlei uitademingsactiviteiten of andere handelingen die deeltjes in de lucht brengen. Hoe lang aerosolen kunnen blijven zweven en hoe besmettelijk de pathogenen blijven, wordt bepaald door de chemische en fysische eigenschappen van deze deeltjes.

Het mechanisme van druppelblootstelling werd lange tijd aanzien als de dominante manier van transmissie van (respiratoire) pathogenen, zoals virussen, doordat de vaststelling dat besmettingen vaker voorkomen bij kleinere afstanden tussen besmette personen en vatbare personen veelal verkeerdelijk werd geïnterpreteerd. Wetenschappers die zich bezighouden met de studie van aerosolen geven momenteel aan dat de ware reden dat de kans op besmetting toeneemt bij een kleinere afstand te maken heeft met de concentratie aan aerosolen: die is groter bij de bron (de besmette persoon) en de concentratie aan aerosolen wordt kleiner naarmate je verder van de bron (besmette persoon) verwijderd bent. Aangezien de kans groter is dat je een infectie oploopt naarmate je blootgesteld wordt aan meer pathogenen, bijvoorbeeld meer virusdeeltjes die je inademt, is het niet verwonderlijk dat blootstelling aan grotere concentraties van aerosolen op korte afstand de kans verhoogt dat je besmet geraakt.

Het is daarom ook een misvatting dat luchttransmissie alleen over lange afstanden plaatsvindt. In werkelijkheid kan blootstelling aan en inademing van aerosolen op korte afstand, zoals tijdens een gesprek, dominant zijn. De verspreiding van infectieuze agentia kan op elke afstand gebeuren, maar is waarschijnlijker op korte afstand waar aerosolen geconcentreerder zijn. Denk bijvoorbeeld aan hoe de rook van een sigaret minder intens is naarmate je verder weg staat, of hoe je de geur van knoflook of alcohol kunt ruiken als je dichtbij iemand staat die dat heeft gegeten of gedronken. Als je deze geuren in uitgeademde adem ruikt, is het mogelijk dat je ook eventuele pathogenen inademt. Daarnaast is de verspreiding van pathogenen via de lucht als aerosolen, die meestal grotere afstanden (meerdere meters) kunnen afleggen en voor een langere tijd in de lucht kunnen blijven hangen (van tientallen minuten tot uren), ook al expliciet aangetoond, voor SARS-CoV-2, Influenza, RSV en Rhinovirus en mazelen.

Illustratie van druppels en aerosolen die vrijkomen tijdens ademhalingsactiviteiten en pathogenen overdragen van een besmette persoon (links) naar anderen (rechts). Druppels en aerosolen kunnen pathogenen bevatten als iemand besmet is. Druppels vallen snel naar de grond in de nabijheid van de besmette persoon, waardoor de kans op besmetting van anderen op deze manier beperkter is. Aerosolen daarentegen, kunnen urenlang in de lucht blijven zweven en vormen daardoor een belangrijk overdrachtsmechanisme. Ze kunnen zowel op korte (< 2m) als lange afstanden (> 2m) voor blootstelling/besmetting zorgen. De concentratie van aerosolen is het hoogst bij de bron (de besmette persoon), waardoor de kans op blootstelling en besmetting het grootst is in de nabijheid van deze persoon. Echter, aerosolen kunnen zich door de kamer verspreiden, wat leidt tot een verminderde kans op blootstelling op langere afstand. Dit overdrachtsmechanisme benadrukt het belang van goede ventilatie van werkruimtes, aangezien adequate ventilatie de concentratie van aerosolen en pathogenen, en dus ook de kans op besmetting, aanzienlijk kan verminderen. Aangepast naar Tang et al. 2021.

Factoren die invloed hebben op de besmettelijkheid van aerosolen

Er moet ook gewezen worden op verschillende factoren die de productie of de verspreiding/levensduur van aerosolen kunnen beïnvloeden. De productie van aerosolen door personen verschilt significant met de uitgeoefende activiteit. Zo zal er minder aerosolvorming plaatsvinden wanneer men in rust is en niet praat, terwijl de emissie van aerosolen toeneemt wanneer men staat en praat en nog verder toeneemt wanneer men fysieke inspanningen levert, roept of hoest. Bovendien zijn factoren die de verspreiding/levensduur van geproduceerde aerosolen kunnen bevorderen ook heel belangrijk, zoals de temperatuur, de relatieve vochtigheid, UV en verschillende aspecten van luchtcirculatie -en/of ventilatie.

Verschillende studies hebben tegenstrijdige conclusies bereikt over de effecten van relatieve vochtigheid van lucht en temperatuur op de overdracht van pathogenen. In het algemeen kan gesteld worden dat de overdracht van virussen wordt bevorderd bij lagere temperaturen, terwijl dit voor relatieve vochtigheid van de lucht complexer en genuanceerder is. De relatie tussen de relatieve vochtigheid en de levensvatbaarheid van pathogenen in aerosolen hangt namelijk in grote mate af van het soort pathogeen en wordt beïnvloed door zowel de intrinsieke fysisch-chemische eigenschappen van het virus als de omgeving. Hierdoor blijkt dat zowel een lage (<30) als een hoge (>70) relatieve luchtvochtigheid bevorderlijk is voor de overdracht van pathogenen

Daarnaast blijkt de zuurtegraad een belangrijke chemische eigenschap van de lucht te zijn die de besmettelijkheid van pathogenen in aerosolen beïnvloedt: hoe zuurder de lucht, hoe groter de besmettelijkheid van (respiratoire) virussen in aerosolen. Dit heeft belangrijke gevolgen voor sommige preventiemaatregelen die getroffen worden om de blootstelling aan virussen te verminderen, zoals de keuze en het gebruik van schoonmaakmiddelen om oppervlakken die mogelijk met virusdeeltjes besmet zouden kunnen zijn te reinigen. Zo zal het gebruik van schoonmaakmiddelen die de lucht zuurder maken (zoals de reactieproducten van bleekwater met het milieu) de levensduur van virusdeeltjes in de lucht bevorderen en dus net de kans op besmetting via de lucht kunnen vergroten. De meest effectieve en gezonde manier om de zuren (bijvoorbeeld CO₂ en HNO₃) uit de (binnen)lucht te halen, is door goede ventilatie. UV-straling, bijvoorbeeld door zonnestralen of door gebruik van UV-lampen, is een goede manier om pathogenen zoals virusdeeltjes onschadelijk te maken. Echter, blootstelling aan zonlicht of gebruik van UV-lampen kan andere gezondheidsrisico’s met zich meebrengen.

Naast ademhalingsaerosolen zijn er ook aerosolen die gevormd worden door de miljoenen huidcellen die mensen afwerpen op een dag. Deze twee soorten aerosolen zorgen ervoor dat de mens de belangrijkste factor van uitstoot en dus aanwezigheid is van aerosolen in de binnenlucht (woning en kantoor). De binnenomgeving en binnenluchtkwaliteit is van bijzonder belang omdat mensen meer dan 90% van hun tijd in binnenruimten doorbrengen. De mens zou daar ongeveer 30 mg per persoon per uur aan bacterie- en schimmelmateriaal uitstoten. Dit zijn grotendeels soorten die afkomstig zijn van het normale menselijke microbioom. Gezonde binnenlucht bevat schimmels zoals huidgeassocieerde gisten, maar de meeste studies tonen aan dat schimmels in de binnenlucht worden gedomineerd door schimmels uit de buitenlucht. In het geval van ongezonde lucht, bijvoorbeeld in vochtige gebouwen met schimmelgroei, zal de lucht vaak gedomineerd worden door de schimmels die in het gebouw groeien. Mensen zijn ook de primaire bron voor veel pathogene virussen in de binnenlucht, wat een hoge mate van seizoenaliteit kan vertonen in het geval van veel voorkomende respiratoire virussen zoals de griep en RSV.

In de binnenomgeving, zeker in slecht geventileerde of drukke plaatsen, is de mens de belangrijkste factor op het totale aantal en de gemeenschapsstructuur van bioaerosolen (aerosolen die biologische agentia bevatten). Deze vaststelling is belangrijk omdat het aangeeft dat het aspect van mensen die in een werkomgeving biologische agentia met zich meedragen en uitstoten ook expliciet meegenomen moet worden in de risicoanalyse. Dit zowel voor arbeidsplaatsen met of zonder contact met derden en werkzaamheden waarbij al dan niet het welbewuste voornemen bestaat om met biologische agentia te werken. Hierbij moet natuurlijk rekening worden gehouden met het feit dat niet alle biologische agentia die door mensen worden afgegeven/uitgestoten ziekteverwekkers zijn, zodat de identificatie van gevaarlijke biologische agentia natuurlijk steeds noodzakelijk blijft. Aangezien mensen zo’n belangrijke bron van uitstoot van biologische agentia zijn, moet hiermee rekening gehouden worden in de keuze van passende ‘standaard’ preventiemaatregelen, zoals adequate ventilatie, en preventiemaatregelen die eerder afgestemd zijn op veranderende omstandigheden of seizoenaliteit van bepaalde risico’s. Denk bij deze tweede categorie bijvoorbeeld aan aangepaste telewerkmogelijkheden afgestemd op de prevalentie of circulatie (seizoenaal en niet seizoenaal) van bepaalde pathogenen in de bevolking.

Andere bronnen van aerosolen dan de mens

Lang niet alle aerosolen die schadelijke biologische agentia bevatten, zijn van menselijke oorsprong. In de binnenomgeving zijn er enkele veelvoorkomende bronnen te onderscheiden.

Resuspensie van stof

Stof dat na neerslaan terug in de lucht komt, maakt naar schatting tot 60% van het totale aantal zwevende deeltjes in de binnenlucht uit. Stof wordt bijna overal in de binnenomgeving aangetroffen, inclusief vloeren, kleding, en meubels, naast andere oppervlakken. Concentraties van micro-organismen in huisstof zijn zeer variabel, variërend van niet detecteerbaar tot meer dan een miljard cellen per gram stof. Studies hebben aangetoond dat bacteriële microbiële gemeenschappen in huisstof divers zijn en worden gedomineerd door huidgeassocieerde en Gram-positieve bacteriën. De meest voorkomende bacteriesoorten die in huisstof worden aangetroffen zijn afkomstig van de geslachten Staphylococcus, Corynebacterium, Lactococcus, Firmicutes en Actinobacteria. De schimmels in huisstof zijn ook divers en bevatten meestal schimmelsoorten die buiten worden gevonden: typische huisschimmels zijn:

• Cladosporium spp., Penicillium spp. en Aspergillus spp.;
• schimmels die hout afbreken;
• schimmels die bij mensen voorkomen zoals Candida spp. en Saccharomyces spp.

De aanwezigheid van mensen, airconditioning, ventilatie, vocht en huisdieren kunnen invloed hebben op de soorten schimmels die binnenshuis worden aangetroffen. De microbiële samenstelling van stof in de binnenomgeving is gecorreleerd met die in de lucht, dus kan het profiel worden benaderd door dat van lucht.

Resuspensie van neergeslagen stof, zoals door wandelen over de vloer, kan worden beschouwd als een secundaire bron van micro-organismen aanwezig in aerosolen die eerder in de lucht zweefden. Hierbij worden stofdeeltjes die op een oppervlak terechtkwamen na verstoring terug in de lucht gebracht. De mate waarin stof opwaait is sterk afhankelijk van het type vloerbedekking: tapijt vertoont een aanzienlijk hogere mate van opwaaiend stof na verstoring dan een harde vloer. Daarnaast bestaat er een verticale concentratiegradiënt van organismen in stof, die gevormd wordt tijdens het lopen over de vloer. Zo is er aangetoond dat de concentratie van terug in de lucht gebracht influenzavirus op 1 meter boven de vloer tot 40% hoger zou zijn dan op 2 meter hoogte. Een implicatie hiervan is dat de bemonsteringshoogte invloed kan hebben op de populatie van micro-organismen die wordt verzameld. Wandelen veroorzaakt in het algemeen de hoogste mate van opwaaien van stof/micro-organismen, maar ook andere activiteiten zoals stofzuigen produceren opwaaiende deeltjes. Bovendien blijkt vuile kleding significant meer deeltjes in de lucht te brengen in vergelijking met schone kleding. Samenvattend kunnen we stellen dat als micro-organismen zich eenmaal op een oppervlak hebben afgezet, we er niet van uit kunnen gaan dat ze permanent uit de lucht zijn verwijderd, aangezien er veel mogelijkheden zijn voor resuspensie, wat net als de primaire bron van aerosolen in de lucht verschillende gezondheidseffecten kan hebben op werknemers.

Sanitaire systemen

Wanneer water wordt gebruikt via toiletten, douches en kranen, genereert dit miljoenen aerosolen, waarvan sommige micro-organismen bevatten. Sanitaire systemen kunnen dus een belangrijke bijdrage leveren aan bioaerosolen in de binnenomgeving. Meer dan de helft van de totale vaste stoffen in uitwerpselen zijn bacteriën en deze kunnen aerosoliseren bij het doorspoelen van het toilet. Elke toiletspoeling produceert tienduizenden aerosoldeeltjes die onder andere pathogenen zoals Shigella, Salmonella en norovirusdeeltjes kunnen bevatten. Het gebruik van douches en het gebruik van wastafels kan miljoenen bacteriële en schimmelaerosolen produceren, waaronder Legionella, Mycobacterium mucogenicum, Pseudomonas, Fusarium en Aspergillus aeruginosa.

Door water beschadigde materialen

Het is algemeen bekend dat huizen met waterschade in verband worden gebracht met nadelige effecten op de luchtwegen. Bijna alle moderne gebouwen krijgen te maken met kleine en soms ernstige waterschade tijdens hun levensduur. Overtollig vocht in gebouwen wordt een kritieke factor in de verspreiding van schimmels in voedingsrijke omgevingen. Als gevolg hiervan kunnen bewoners en gebruikers van gebouwen blootgesteld worden aan verhoogde niveaus van schimmels, zoals schimmelsporen, celfragmenten, celwandcomponenten of toxines. Dergelijke blootstellingen kunnen leiden tot verschillende ziekten en symptomen, zowel ademhalings- als andere aandoeningen. Gezondheidsklachten aan de luchtwegen komen vaak voor in vochtige gebouwen. Aandoeningen en symptomen van de luchtwegen die mogelijk veroorzaakt worden door blootstelling aan schimmels binnenshuis, zijn onder andere de ontwikkeling van astma, overgevoeligheidspneumonitis, hoest, piepende ademhaling, dyspneu (kortademigheid), neus- en keelsymptomen en infecties van de luchtwegen.

Sommige bacteriën worden in verband gebracht met vochtige omgevingen in gebouwen. Denk aan Gram-negatieve bacteriën, actinomyceten en niet-tuberculose mycobacteriën. De concentraties in de lucht van deze bacteriën kunnen wel sterk variëren van plaats tot plaats. Er is aangetoond dat er een verscheidenheid aan soorten mycobacteriën kunnen worden aangetroffen in de door water beschadigde materialen en dat deze toenemen samen met toenemende concentraties van schimmels.
Endotoxines vindt men in de celwanden van Gramnegatieve bacteriën en dit wordt in verband gebracht met astma en ademhalingssymptomen. Deze toxines zijn alomtegenwoordig omdat Gramnegatieve bacteriën overal in de binnenomgeving aanwezig zijn. Onder normale omstandigheden, zonder interne bacteriële besmetting en significante groei, zou het endotoxineniveau in de binnenlucht niet hoger moeten zijn dan buiten. Het endotoxineniveau in de buitenlucht varieert gewoonlijk aanzienlijk tussen de seizoenen, met hogere niveaus in de lente, als gevolg van geaerosoliseerde Gramnegatieve bacteriën van bladeren, dan in de winter. Er bestaat geen officiële op de gezondheid gebaseerde norm voor endotoxineniveaus.

Buitenlucht

Het is bewezen dat verschillende soorten deeltjes (van fijn stof tot bioaerosolen) effectief kunnen doordringen van de buitenlucht in de binnenomgeving. In sommige gevallen verklaren de aanwezige deeltjes in de buitenlucht een groot deel van de variatie van deeltjes in de binnenomgeving. Dit toont aan dat menselijke bezetting niet de enige component is in het vormen van de microbiële structuur van lucht in de binnenomgeving. De microbiële gemeenschapsstructuur van buitenlucht varieert geografisch, waardoor er geen eenvoudige uitspraken kunnen worden gedaan inzake de invloed van specifieke soorten micro-organismen die deel uitmaken van de buitenlucht op de samenstelling van de lucht in binnenomgevingen. In het algemeen kan wel gesteld worden dat, vergeleken met bacteriën, de meeste schimmels in de binnenomgeving van buiten afkomstig zijn, behalve in gebouwen met waterschade of met specifieke bronnen van schimmels in de werkplaats. Terwijl (natuurlijke) ventilatie, bijvoorbeeld openzetten van ramen, een zeer geschikte manier is om de concentratie van mogelijke pathogenen in de binnenomgeving naar omlaag te halen, moet de afweging gemaakt worden, per specifieke locatie en werkplaats, of deze maatregel geen onvoorziene gezondheidsgevolgen heeft voor de aanwezige werknemers, doordat er op deze manier mogelijk fijn stof, allergenen of pathogenen van de buitomgeving in de binnenomgeving worden geïntroduceerd. Deze verschillende factoren moeten meegenomen worden in de risicoanalyse, om correcte preventiemaatregelen te kunnen bepalen. Die maatregelen monden dan bijvoorbeeld uit in de keuze voor het gepaste systeem van luchtverversing voor een specifieke arbeidsplaats.

HVAC-systemen (heating, ventilation, and air-conditioning)

HVAC-systemen leveren meestal een mengsel van buitenlucht en gerecirculeerde binnenlucht via toevoeropeningen, maar de systemen zelf kunnen door verontreiniging een bron van micro-organismen in de lucht zijn. Er zijn verschillende studies die aantonen dat verontreiniging met schimmels en bacteriën zoals Penicillium en Legionella kunnen voorkomen wanneer dergelijke systemen niet goed onderhouden of schoongemaakt worden.

Dieren

Zoönosen worden gedefinieerd als ziekten en infecties die op natuurlijke wijze worden overgedragen tussen mensen en dieren. Zoönoses vormen een diverse groep van virale, bacteriële, schimmel-, parasitaire en prionziekten met een verscheidenheid aan dierreservoirs, waaronder wilde dieren, vee en huisdieren. Voorbeelden van zoönosen waarbij overdracht via de lucht belangrijk is: Coccidioides immitis (schimmel die coccidioidomycose veroorzaakt), Coxiella burnetii (bacterie die Q-koorst veroorzaakt), Francisella tularensis (bacterie die Tularemie of hazenpest veroorzaakt), Hantavirus, Lassavirus (virus die Lassakoorts veroorzaakt), Talaromyces marneffei (schimmel die Talaromycose veroorzaakt).

Planten

Micro-organismen zijn aanwezig op het oppervlak van planten en in de bodem waarin ze zitten. Bovendien kunnen bepaalde schimmels sporen in de lucht vrijgeven als onderdeel van hun levenscyclus. In het algemeen zouden kamerplanten minimaal bijdragen aan bepaalde schimmels in de lucht, maar agitatie zoals door water geven of sterke luchtstromen kunnen verhoogde niveaus van schimmelgeslachten zoals Cladosporium, Penicillium, Alternaria, Epicoccum, en Pithomyces in de lucht doen verspreiden. Hetzelfde zou ook gelden voor micro-organismen die aanwezig zijn in fruit en groenten die naar binnen worden gebracht.