Luftbefeuchtung und Verdunstungskühlung

Studie Übertragung von Grippe-Viren durch die Luft

Zusammenfassung


Die Bewertung der Risiken des schweren Coronavirus (SARS-CoV) mit akutem respiratorischem Syndrom (SARS) auf Oberflächen erfordert Daten zum Überleben dieses Virus auf Umweltoberflächen und zu den Auswirkungen von Umgebungsvariablen auf das Überleben, wie Lufttemperatur (LT) und relative Luftfeuchtigkeit (r. F.). Die Verwendung von Ersatzviren hat das Potenzial, die Herausforderungen der Arbeit mit SARS-CoV zu bewältigen und die verfügbaren Daten zum Überleben von Coronaviren auf Oberflächen zu vergrößern. In dieser Studie wurden zwei potenzielle Surrogate bewertet. Das übertragbare Gastroenteritis-Virus (TGEV) und das Maus-Hepatitis-Virus (MHV) wurden verwendet, um die Auswirkungen von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit auf das Überleben von Coronaviren auf Edelstahl zu bestimmen. Bei 4 °C blieb das infektiöse Virus 28 Tage lang bestehen, und der niedrigste Inaktivierungsgrad trat bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit auf.

Die Inaktivierung war bei 20 °C bei allen Feuchtigkeitsstufen schneller als bei 4 °C. Die Viren blieben 5 bis 28 Tage bestehen, und die langsamste Inaktivierung trat bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit auf. Beide Viren wurden bei 40 °C schneller inaktiviert als bei 20 °C. Die Beziehung zwischen Inaktivierung und relativer Luftfeuchtigkeit war nicht monoton. Es gab ein größeres Überleben oder eine größere Schutzwirkung bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit (20%) und bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit (80%) als bei mäßiger relativer Luftfeuchtigkeit (50%). Es gab auch Hinweise auf eine Wechselwirkung zwischen Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit. Die Ergebnisse zeigen, dass TGEV und MHV bei Ablagerung einer hohen Anzahl von Viren tagelang auf Oberflächen mit Lufttemperaturen und relativen Feuchtigkeiten überleben können, die für Innenräume typisch sind. TGEV und MHV könnten als konservative Ersatzstoffe für die Modellierung der Exposition, des Übertragungsrisikos und der Kontrollmaßnahmen für pathogen umhüllte Viren wie SARS-CoV und Influenzaviren auf Oberflächen des Gesundheitswesens dienen.

Es wurde erkannt, dass Umweltoberflächen wahrscheinlich zur Übertragung nosokomialer Virusinfektionen beitragen (25). Die Frage, ob Krankenhausoberflächen eine Rolle bei der Ausbreitung nosokomialer Virusinfektionen spielen, wurde während des weltweiten Ausbruchs des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS) besonders dringend. SARS war eine neuartige Coronavirus-Infektion und lokale sowie institutionelle Ausbrüche wurden teilweise durch eine nosokomiale Ausbreitung verursacht. Fälle von SARS wurden bei Beschäftigten im Gesundheitswesen sowie bei Patienten und Besuchern in Gesundheitseinrichtungen dokumentiert (20). Bei Ausbrüchen in Gesundheitseinrichtungen wurden bei Oberflächenproben auf SARS-Coronavirus (SARS-CoV) SARS-CoV-Nukleinsäuren auf Oberflächen und leblosen Objekten festgestellt (6, 10). Dies deutet darauf hin, dass Oberflächen Quellen der Virusübertragung sein könnten. Die Bewertung des Risikos von SARS-CoV auf Oberflächen erfordert Daten zum Überleben des Virus auf Umweltoberflächen und Daten darüber, wie dieses Überleben durch Umgebungsvariablen wie Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit beeinflusst wird.

Da für die Arbeit mit SARS-CoV speziell geschultes Personal erforderlich ist, das unter BSL-3-Bedingungen (Biosafety Level 3) arbeitet, ist die Untersuchung dieses Virus mit erheblichen Herausforderungen verbunden und es liegen nur begrenzte Daten zum Überleben und zur Reaktion auf Umweltstressoren vor. Die Verwendung von Ersatz-Coronaviren hat das Potenzial, diese Herausforderungen zu bewältigen und die verfügbaren Daten zum Überleben von Coronaviren auf Oberflächen zu erweitern.

Zusätzlich zu SARS-CoV gibt es zwei pathogene humane Coronaviren, die an die Vermehrung und den Test in der Zellkultur angepasst sind, 229E und OC43, die in Überlebensstudien als Ersatz für SARS-CoV dienen könnten. Frühere Studien deuteten jedoch darauf hin, dass das Überleben von 229E und OC43 auf Oberflächen kürzer sein könnte als das von SARS-CoV (10, 35). Um Surrogate zu bewerten, die als konservativere Modelle für SARS-CoV auf Oberflächen dienen könnten, wurden tierische Coronaviren als Surrogate für diese Studie ausgewählt. Da SARS-CoV nicht eindeutig in eine der beiden Gruppen von Säugetier-Coronaviren fällt, wurden die folgenden zwei potenziellen Surrogate, die die beiden Gruppen repräsentieren, bewertet: das übertragbare Gastroenteritis-Virus (TGEV), ein Durchfallerreger von Schweinen und ein Mitglied der Coronavirus-Gruppe 1, und Maus-Hepatitis-Virus (MHV), ein respiratorischer und enterischer Erreger von Labormäusen und Mitglied der Coronavirus-Gruppe 2 (16).

Der Vorteil der Verwendung dieser beiden Viren als Ersatz ist die Tatsache, dass sie in Zellkultursystemen leicht vermehrt und getestet werden können, sowie die Tatsache, dass kein menschliches Infektionsrisiko besteht. Es wurden einige Studien zum TGEV-Überleben in Aerosolen durchgeführt (17), aber die Daten zum Umweltüberleben dieses potenziellen Coronavirus-Ersatzes für SARS-CoV sind begrenzt. Die Verwendung von Ersatzstoffen zur Untersuchung des Umweltüberlebens von SARS-CoV kann unser Verständnis für das Überleben und die Persistenz dieses Virus auf Umweltoberflächen, die mögliche Rolle solcher Oberflächen bei der Übertragung von SARS-CoV und anderen Coronaviren und das Risiko durch kontaminierte Oberflächen im Rahmen von Ausbrüchen, verbessern. Diese Arbeit wurde daher durchgeführt, um den Effekt von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit auf das Überleben der Ersatz-Coronaviren TGEV und MHV auf harten, nicht porösen Oberflächen zu bestimmen.



Materialien und Methoden



Herstellung von Virusstämmen
Viren und Zelllinien wurden freundlicherweise von Ralph Baric, Universität von North Carolina, Chapel Hill, NC, zur Verfügung gestellt. TGEV wurde in Schweinehoden-Zellkulturen gezüchtet, und MHV wurde in verzögerten Hirntumor-Zellkulturen gezüchtet. Virale Vorräte wurden vermehrt, indem konfluente Schichten von Wirtszellkulturen in Kolben infiziert, Zelllysate geerntet, die Präparationen durch Zentrifugation (3.000 × g, 30 min, 4 °C) geklärt und die resultierenden Überstände als Virusvorräte bei –80 °C gelagert wurden. Virustiter wurden unter Verwendung von Quantentests auf zytopathische Wirkungen (CPE) bestimmt und sind nachstehend als wahrscheinlichste Zahlen (MPN) ausgedrückt. Die Assays wurden mit konfluenten Wirtszellschichten in Platten mit 24 Vertiefungen durchgeführt, die ein Erhaltungsmedium enthielten, das aus minimalem essentiellen Medium eines Adlers (MEM), 10% Rinderserumersatz (fötaler Klon II; HyClone, Logan, UT), 10% Lactalbuminhydrolysat (Becton Dickinson Co. Sparks, MD) und Gentamicin-(0,1 mg/ml)-Kanamycin-(0,05 mg/ml) bestand.

Kontrollierte Umgebungen
Neun Einstellungen von Umgebungsbedingungen wurden getestet. Die verwendeten Lufttemperaturen waren 4 °C, 20 °C und 40 °C. Bei jeder Lufttemperatur wurde eine relative Luftfeuchtigkeit von 20% ± 3%, 50% ± 3% und 80% ± 3% verwendet. Kontrollierte r. F.-Umgebungen wurden in versiegelten Behältern erstellt. Umgebungen mit 20% relativer Luftfeuchtigkeit wurden unter Verwendung von Calciumsulfatgranulat (Drierite Co., Xenia, OH) erzeugt. Gesättigte Lösungen von Magnesiumnitrat wurden für Umgebungen mit 50% relativer Luftfeuchtigkeit verwendet. Für Umgebungen mit 80% relativer Luftfeuchtigkeit wurden gesättigte Lösungen von Natriumchlorid (4 °C), Ammoniumchlorid (20 °C) und Natriumbromid (40 °C) verwendet. Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit wurden unter Verwendung digitaler Monitore (Fisher Scientific, Waltham, MA) überwacht.

Überlebensexperimente
SARS-CoV wird in Körperflüssigkeiten wie Atemsekreten und Kot ausgeschieden, die einen hohen Gehalt an Protein und anderen biologischen organischen Stoffen aufweisen. Es ist wahrscheinlich, dass auf Oberflächen des Gesundheitswesens abgelagerte Viren in solche proteinhaltigen Matrizen aus biologischer organischer Substanz eingebettet sind. Um die Ablagerung und das Überleben in solchen Matrices zu simulieren, wurden virale Inokula in Zellkulturmedium suspendiert (das Proteine, andere organische Biomoleküle, physiologische Salze und andere Bestandteile enthielt und menschlichen Sekreten ähnelte) und auf Testoberflächen platziert. Die Testoberflächen waren Träger, die 1 cm2 dünne Edelstahlkupons mit einer Nr. 4 Politur waren. Die Träger wurden hergestellt, indem sie in 0,01% Tween 80 gewaschen, daraufhin mit 70% Ethanol und anschließend mit destilliertem Wasser gespült sowie autoklaviert wurden.

Für Überlebenstests wurden 10 µl, die 104 bis 105 MPN Testviren enthielten, auf drei Replikatträger pro Zeitpunkt geimpft und in eine Umgebung mit kontrollierter relativer Luftfeuchtigkeit gebracht. Kontrollträger (Zeitpunkt Null) wurden bei jeder Lufttemperatur und relativer Feuchte gehalten, bis sie trocken waren, und wurden unmittelbar nach dem Trocknen entnommen. Die Ausnahme war der Träger, der bei 40 °C und 80 % relativer Luftfeuchtigkeit inkubiert wurde. Unter diesen Bedingungen erfolgte die Virusinaktivierung innerhalb weniger Stunden. Folglich wurden die Träger ab zwei Stunden nach der Inokulation entnommen, als das Virusinokulum noch feucht war.

Die Probenahmeintervalle wurden nach Vorversuchen ausgewählt, um die maximale Länge des Virusüberlebens zu bestimmen. Bei 4 °C und allen relativen Luftfeuchtigkeitswerten sowie bei 20 °C und 20% relativer Luftfeuchtigkeit wurden Träger in Intervallen von 7 Tagen für bis zu 28 Tage entnommen. Bei 20 °C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit oder 80% relativer Luftfeuchtigkeit wurden Träger in Intervallen von 24 Stunden entnommen, bis das Virus nicht mehr nachweisbar war. Bei 40 °C wurden Träger in Intervallen von zwei Stunden entnommen, bis das Virus nicht mehr nachweisbar war. Basierend auf Viruswiederherstellungsexperimenten wurde 1,5% Rindfleischextrakt (pH 7,5) verwendet, um Viren von Trägern zu eluieren (Daten nicht gezeigt).

Zu gewünschten Zeitpunkten wurden die Träger entfernt, in eine Platte mit 24 Vertiefungen gegeben und mit 1 ml Rindfleischextrakt bedeckt. Die Viren wurden durch 20-minütiges Rühren auf einer Schüttelplattform (60 U/min) bei Raumtemperatur eluiert. Eluierte Proben wurden in einem Zellkulturmedium verdünnt und die Virusinfektiosität wurde unter Verwendung der geeigneten Wirtszelllinie untersucht. Pro Zeitpunkt wurden drei Replikatträger getestet. Das Virusüberleben zu jedem Zeitpunkt wurde als log10 (Nt / N0) ausgedrückt, wobei Nt die Viruskonzentration (in MPN/ml) zum Zeitpunkt t und N0 die anfängliche Viruskonzentration (in MPN/ml) in der Kontrollprobe zum Zeitpunkt Null ist. Statistische Analyse

Die statistische Analyse wurde unter Verwendung von SAS (SAS Corp., Cary, NC) und GraphPad Prism 5 (GraphPad, San Diego, CA) durchgeführt. Der Parameter log10 (Nt / N0) gegen die Zeit wurde verwendet, um eine Regressionsanalyse für jedes Virus und jeden Lufttemperatur-relative Luftfeuchtigkeits-Zustand durchzuführen. Auf der Ebene einer individuellen Messung der log10-Inaktivierung für jeden Tag wurde eine lineare Regression durchgeführt, um die Steigung der Inaktivierungslinie zu bestimmen. Die Steigungen wurden auch durch lineare Regression unter Verwendung des mittleren log10-Reduktionswerts für jeden Zeitpunkt (3 Wiederholungen pro Punkt) bestimmt. Die Analyse der Kovarianz (ANCOVA) wurde verwendet, um die Auswirkungen von Lufttemperatur, relativer Feuchtigkeit, Zeit und Virustyp auf die Virusinaktivierung auf der Ebene jeder einzelnen Messung zu bewerten. Das ANCOVA-Modell ist Yijk = μ0 + (μ1 + αi + βj + γk) t + εijk.

Dabei ist Yijk eine log10-Inaktivierung und die Variablen im Modell lauten wie folgt: αi ist das Virus (TGEV oder MHV; i = 1 oder 2), βj ist die Temperatur (4 °C, 20 °C und 40 °C; j = 1, 2 oder 3), γk ist die relative Luftfeuchtigkeit (20%, 50% und 80% r. F.; k = 1, 2 oder 3) und t ist die Anzahl der Tage, die jeder Bedingung ausgesetzt sind. ANCOVA wurde auch verwendet, um zu bestimmen, ob es eine Wechselwirkung zwischen Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit als ein Prädiktor für das Überleben des Virus gab. Dies fügt dem oben beschriebenen Modell einen Interaktionsterm δjk für die Auswirkungen auf die log10-Inaktivierung hinzu. Die Verwendung dieses Begriffs ermöglichte die Bewertung, ob die Koeffiziententage von der Wechselwirkung zwischen Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit sowie von jeder der Lufttemperatur-relative Luftfeuchtigkeits-Bedingungen abhängen.
Ergebnisse Die Inaktivierung von TGEV und MHV über die Zeit wurde für neun Kombinationen von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit gemessen. Das Überleben von TGEV und MHV bei 4 °C und drei relativen Feuchte-Werten ist in 1 gezeigt. Bei 4 °C blieb das auf Edelstahloberflächen abgelagerte infektiöse Virus bei anfänglichen Werten von 4 bis 5 log10 MPN 28 Tage lang bestehen und der niedrigste Inaktivierungsgrad während des 28-tägigen Experiments fand bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit statt. Es gab eine Abnahme der beobachteten log10-Inaktivierungsrate bei 20% und 50% relativer Luftfeuchtigkeit von Tag 21 bis Tag 28. Um den physikalischen Zustand, in dem Viren in Patientensekreten auf Oberflächen abgelagert werden, besser zu simulieren, wurden Viren vor der Inokulation nicht dispergiert. Daher können mögliche Verklumpungs- und Aggregationseffekte zu einer Variation des physikalischen Zustands der viralen Inokula auf einzelnen Trägern geführt haben, was möglicherweise zu den Variationen der beobachteten Reduktionsraten beiträgt. Mit Ausnahme des 20% r. F.-Modells war jedes lineare Regressionsmodell statistisch signifikant (P < 0,05) (der Koeffizient des linearen Modells war ungleich Null). Die Steigungen der Regressionslinien für die Inaktivierung von TGEV und MHV bei 4 °C und jeder relativen Luftfeuchtigkeit sind in Tabelle 1 gezeigt.

r. F. Widerholung MHV TGEV
Steigung P Mittlere Steigung Steigung P Mittlere Steigung
20 1 - 0.029 0.2124 - 0.031 - 0.016 0.1082 - 0.021
2 - 0.036 0.0197 - 0.025 0.0124
3 - 0.027 0.1248 - 0.023 0.1792
50 1 - 0.161 0.0016 - 0.152 - 0.113 0.0415 - 0.107
2 - 0.152 0.0042 - 0.111 0.0211
3 - 0.143 0.0048 - 0.098 0.0354
80 1 - 0.099 0.0067 - 0.106 - 0.139 0.0064 - 0.133
2 - 0.114 0.0139 - 0.139 0.0052
3 - 0.105 0.0171 - 0.122 0.0274

Tabelle 1



Die Spiegel beider Viren nahmen über 28 Tage bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit um < 0,5 log10 ab. Eine stärkere Reduktion fand bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit statt, bei der die Spiegel beider Viren nach 21 Tagen um ~ 3,5 log10 abnahmen. Bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit sank der TGEV-Wert über 28 Tage um 3,2 log10 und der MHV-Wert um 2,5 log10.

Die Wirkung der relativen Luftfeuchtigkeit auf das Überleben der Viren bei 20 °C ist in Abb. 2 gezeigt. Bei 20 °C wurde das Experiment nach 28 Tagen beendet. Bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit wurde das Experiment für TGEV nach 3 Tagen und für MHV nach 5 Tagen abgebrochen, da die Anzahl der benötigten Probenahmepunkte unterschätzt wurde. Bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit wurden die Experimente abgebrochen, wenn auf den Trägern kein Virus nachweisbar war. Die Inaktivierung war bei 20 °C bei allen relativen Luftfeuchtigkeitsniveaus schneller als bei 4 °C. Wiederum gab es einige Variationen in den gemessenen viralen Inokula auf einzelnen Trägern, was möglicherweise zu den Variationen in den log10-Reduktionen beigetragen hat, die im Verlauf des Experiments beobachtet wurden. Auf Edelstahloberflächen abgelagertes infektiöses Virus mit Titern von 4 bis 5 log10 MPN blieb mindestens 3 Tage bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit und bis zu 28 Tage bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit bestehen, und die langsamste Inaktivierung fand bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit statt.

Die linearen Regressionsmodelle für jedes Replikat bei jeder relativen Luftfeuchtigkeit waren statistisch signifikant (P < 0,05). Die Steigungen der Regressionslinien für die Inaktivierung von TGEV und MHV bei 20 °C und jeder relativen Luftfeuchtigkeit sind in Tabelle 2 gezeigt.

r. F. Widerholung MHV TGEV
Steigung P Mittlere Steigung Steigung P Mittlere Steigung
20 1 - 0.052 0.0057 - 0.061 - 0.077 0.0025 - 0.081
2 - 0.068 0.0005 - 0.079 0.0019
3 - 0.063 0.0291 - 0.087 0.0034
50 1 - 0.685 0.0004 - 0.685 - 1.083 0.0003 - 0.896
2 - 0.649 0.0004 - 0.792 0.0029
3 - 0.721 < 0.0001 - 0.814 0.0316
80 1 - 0.550 0.0001 - 0.529 - 0.212 0.0001 - 0.212
2 - 0.531 0.0001 - 0.236 0.0001
3 - 0.506 0.0001 - 0.189 0.0001

Tabelle 2



Die Spiegel beider Viren nahmen über 28 Tage bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit um 2 log10 ab. Die höchste Inaktivierungsrate wurde bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit beobachtet, bei der der TGEV-Wert am Tag 3 um ~2 log10 und der MHV-Wert am Tag 5 um ~3 log10 abnahm. Im Vergleich dazu sank der TGEV-Spiegel bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit am 3. Tag um 1 log10 und am 14. Tag um 3 log10. Der MHV-Spiegel sank am Tag 5 um 2,2 log10 und am Tag 11 um 5 log10 bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit.

Abbildung 3 zeigt Raten der Virusinaktivierung bei 40 °C und 20%, 50% und 80% relativer Luftfeuchtigkeit. Jedes lineare Regressionsmodell war statistisch signifikant (P < 0,05). Die Steigungen der Regressionslinien für die Inaktivierung von TGEV und MHV bei 40 °C und jeder relativen Luftfeuchtigkeit sind in Tabelle 3 gezeigt. Insgesamt wurden beide Viren bei 40 °C schneller inaktiviert als bei 20 °C. Bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit überlebten beide Viren bis zu 5 Tage. Im Gegensatz dazu betrug die Überlebensdauer bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit 24 Stunden für MHV und < 12 Stunden für TGEV, und die Überlebensdauer für beide Viren bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit betrug < 6 Stunden.

Bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit nahm die MHV-Infektiosität in 5 Tagen um 4,7 log10 ab, und die TGEV-Infektiosität nahm in 5 Tagen um 3,5 log10 ab. Im Gegensatz zu den Ergebnissen bei 20 °C war der Verlust der Infektiosität bei 40 °C bei 80% relativer Luftfeuchtigkeit schneller als bei 50% relativer Luftfeuchtigkeit. Bei 40 °C und 80% relativer Luftfeuchtigkeit waren die infektiösen Titer von MHV und TGEV nach 3 Stunden um 4,1 bzw. 2,8 log10 niedriger.

Die ANCOVA-Modellierung schien einen Teil der Variation der Virusinaktivierung zu erklären (R2-Werte für die Replikate 1, 2 und 3, 0,45, 0,52 bzw. 0,41 [P < 0,0001]). Ein Test auf gleiche Steigungen für einen Virustyp, der auf der Ebene der Einzelmessung durchgeführt wurde, zeigte, dass sich die log10-Inaktivierung für die beiden getesteten Viren nicht unterschied (für Replikat 1 P = 0,29; für Replikat 2 P = 0,20; für Replikat 3, P = 0,17). Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit sind signifikante Prädiktoren für die log10-Inaktivierung (P < 0,0001), ebenso wie die Zeit (für Replikat 1 P = 0,03; für Replikat 2 P < 0,0001; für Replikat 3 P < 0,0001). Für alle drei Wiederholungen zeigte der Test gleicher Steigungen im Vergleich der relativen Luftfeuchtigkeit, dass es einen signifikanten Unterschied zwischen 20% und 50% relativer Luftfeuchtigkeit (für alle Wiederholungen P < 0,0001) und zwischen 20% und 80% relativer Luftfeuchtigkeit (für alle Wiederholungen P < 0,0001) gibt, es aber keinen signifikanten Unterschied zwischen 50% und 80% relativer Luftfeuchtigkeit gibt (für Replikat 1 P = 0,53; für Replikat 2 P = 0,77; für Replikat 3 P = 0,88).

Das ANCOVA-Modell mit Hinzufügung eines Interaktionsterms erklärt mehr Variationen in der Inaktivierung als das vorherige Modell (R2-Werte für die Replikate 1, 2 und 3, 0,75, 0,72 bzw. 0,70; P < 0,0001). In diesem Modell sind die Lufttemperatur (P < 0,0001), die relative Luftfeuchtigkeit (P < 0,0001) und die Wechselwirkung zwischen Lufttemperatur und relativer Feuchtigkeit (P < 0,0001) signifikante Prädiktoren für die log10-Inaktivierung. Wie im ersten Modell war der Virustyp kein signifikanter Prädiktor für die Inaktivierung (P = 0,14).

Diskussion
Diese Studie war die erste Studie, die die individuellen und synergistischen Effekte von Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit auf das Überleben von Coronaviren auf Oberflächen untersuchte. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Viren bei Ablagerung einer hohen Anzahl von Surrogaten TGEV und MHV tagelang auf Oberflächen mit einer Lufttemperatur-Umgebung und einem weiten Bereich von relativen Feuchte-Werten (20 bis 60% r. F.) überleben können, die für Gesundheitsumgebungen typisch sind. TGEV und MHV sind möglicherweise resistenter gegen Inaktivierung auf Oberflächen als zuvor untersuchte humane Coronaviren wie 229E (28).

Es wurde berichtet, dass SARS-CoV auf rostfreiem Stahl 36 Stunden überlebt (35), aber die beobachteten Verringerungen der Werte waren größer als die für TGEV oder MHV bei 20 °C bei jeder relativen Luftfeuchtigkeit beobachteten Werte in dieser Studie. Die Lufttemperatur- und relative Feuchte-Bedingungen für das vorherige Experiment wurden jedoch nicht angegeben, was Vergleiche schwierig macht. Rabenau et al. (23) berichteten über eine viel langsamere Inaktivierung von SARS-CoV auf einer Polystyroloberfläche (4 log10-Reduktion nach 9 Tagen; Lufttemperatur- und relative Feuchte-Bedingungen nicht berichtet), was mit einigen Beobachtungen für TGEV und MHV in der vorliegenden Studie übereinstimmt. Es gibt einige Ähnlichkeiten mit Studien eines anderen umhüllten Virus, des humanen Influenzavirus, auf Oberflächen, da die Inaktivierungskinetik bei höherer relativer Luftfeuchtigkeit (50 bis 60%) näher an der von TGEV und MHV liegt (21).

r. F. Widerholung MHV TGEV
Steigung P Mittlere Steigung Steigung P Mittlere Steigung
20 1 - 0.984 0.0001 - 0.990 - 1.396 0.0022 - 1.523
2 - 0.957 0.0003 - 1.586 0.0134
3 - 1.028 0.0002 - 1.586 0.0134
50 1 - 9.220 0.0015 - 8.426 - 12.440 < 0.0001 - 11.280
2 - 6.635 0.0293 - 11.680 < 0.0001
3 - 9.424 0.0034 - 9.720 < 0.0001
80 1 - 16.008 0.0046 - 15.948 - 10.354 0.0006 - 9.857
2 - 16.092 0.0032 - 9.951 0.0020
3 - 15.744 0.0108 - 9.266 0.0089

Tabelle 3



In den Experimenten in dieser Studie war die Beziehung zwischen Inaktivierung und relativer Luftfeuchtigkeit nicht monoton, und das Überleben war bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit größer, was sich in den Ergebnissen früherer Studien zu Coronaviren und anderen umhüllten Viren in Aerosolen widerspiegelte. Frühere Studien mit TGEV und humanem Coronavirus 229E in Aerosolen ergaben, dass bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit ein höheres Überleben bestand als bei hoher relativer Luftfeuchtigkeit (15, 17). Ein höheres Überleben anderer umhüllter Viren, einschließlich des Vaccinia-Virus, des venezolanischen Pferdeenzephalitis-Virus und des Influenzavirus, bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit wurde zuvor beobachtet (11, 12, 13, 26, 27).

Insgesamt wurde das Virusüberleben durch eine niedrigere Lufttemperatur verbessert. Ähnliche Beziehungen zwischen Lufttemperatur und Virusinaktivierung wurden für umhüllte Viren in Flüssigkeiten (7, 29) und Aerosolen (11, 15) beobachtet. Die in dieser Studie erhaltenen Coronavirus-Daten legen nahe, dass die Raten der Virusinaktivierung bei niedrigeren Lufttemperaturen zwar niedriger sind, die relative Luftfeuchtigkeit jedoch immer noch unterschiedliche Auswirkungen auf das Überleben der Viren bei jeder Lufttemperatur hat. Bei 40 °C wurde bei 20% relativer Luftfeuchtigkeit die gleiche Schutzwirkung bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit beobachtet wie bei 50% und 80% relativer Luftfeuchtigkeit. Insgesamt war die Inaktivierung jedoch bei allen drei relativen Luftfeuchte-Werten bei dieser hohen Lufttemperatur schneller. Es kann sein, dass bei 40 °C Lufttemperatur-Effekte die vorherrschenden Effekte sind, die eine Virusinaktivierung verursachen, und dass die relativen Feuchte-Werte eine geringere Rolle spielen als bei niedrigeren Lufttemperaturen. Die Ergebnisse der statistischen Analyse legen nahe, dass die relative Luftfeuchtigkeit einen größeren Einfluss auf die Virusinaktivierung hat als die Lufttemperatur, es gibt jedoch Wechselwirkungen zwischen Lufttemperatur und relativer Luftfeuchtigkeit. Die Beziehung zwischen Lufttemperatur, relativer Feuchtigkeit und Virusinaktivierung ist noch nicht ganz klar und kann je nach Virustyp variieren (1, 19).

Mehrere Mechanismen können zur Inaktivierung von Viren auf Oberflächen beitragen. Eine gewisse Inaktivierung kann auftreten, wenn sich virale Kapside an der Luft-Wasser-Grenzfläche (AWI) einer Lösung ansammeln und strukturelle Schäden verursachen (30, 31, 33). Die Austrocknung kann auch einen wichtigen Beitrag zur Inaktivierung auf Oberflächen leisten (1), da der Verlust von Wassermolekülen Phasenänderungen der Lipidmembran, Vernetzung, Maillard-Reaktionen und Peroxidbildung auslöst (9). Die Inaktivierung von Viren auf Oberflächen kann sowohl die Austrocknung als auch eine Wechselwirkung am AWI beinhalten, wobei der Beitrag jeweils von der relativen Luftfeuchtigkeit abhängt. Bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit können Oxidations- und Maillard-Reaktionen, die während der schnellen Austrocknung auftreten, überwiegen. Bei etwa 80% relativer Luftfeuchtigkeit wird die Verlustrate von Wassermolekülen verlangsamt, die Hydrophobizität des AWI wird verringert (19) und der Hauptmechanismus kann die Inaktivierung am AWI sein. Bei etwa 50% relativer Luftfeuchtigkeit können eine Inaktivierung am AWI und eine Austrocknung gleichzeitig auftreten. Wenn Wassermoleküle verloren gehen, treten Lipidoxidation und Maillard-Reaktionen auf (die maximalen Raten von Maillard-Reaktionen treten auf, wenn die relative Luftfeuchtigkeit 50 bis 80% beträgt) (9), was möglicherweise eine teilweise Erklärung dafür liefert, warum die Virusinaktivierung bei 50% r. F. schneller zu sein scheint als bei 20% oder 80% relativer Feuchte.

Bei Lufttemperaturen in der Umgebung (ca. 20 °C) können Coronaviren zwei Tage überleben, während sie je nach relativer Luftfeuchtigkeit nur 1 bis 2 log10 Infektiosität verlieren. Nasopharyngeal-Aspirate von infizierten Personen mit SARS können eine Viruslast im Bereich von 105 bis 108 Genom-Vorlagen/ml aufweisen (8, 14, 22, 34), was darauf hindeutet, dass Atemsekrete von SARS-Patienten infektiöses Virus enthalten können. Wenn Coronaviren in solchen Sekreten auf Oberflächen abgelagert werden, können sie möglicherweise tagelang auf Oberflächen in Gesundheitsumgebungen überleben. Hinweise auf SARS-CoV-Nukleinsäuren auf Oberflächen und leblosen Objekten in Krankenhäusern wurden berichtet (6, 10). Es liegen jedoch keine Daten zum Auftreten von infektiösem SARS-CoV auf diesen Oberflächen vor. Die Dosis-Wirkungs-Beziehung und die minimalen infektiösen Dosen für die Infektion von Menschen durch SARS-CoV und andere Coronaviren wurden ebenfalls nicht definiert. Angesichts dieser Wissenslücken ist das Ausmaß des Risikos aufgrund viral kontaminierter Oberflächen ungewiss und sollte weiter untersucht werden.

Die Überlebensdaten für TGEV und MHV legen nahe, dass umhüllte Viren auf Oberflächen lange genug infektiös bleiben können, damit Menschen mit ihnen in Kontakt kommen können, was ein Risiko für eine Exposition darstellt, die zu einer Infektion und einer möglichen Übertragung von Krankheiten führt. Dieses Risiko kann auch bei anderen umhüllten Viren wie dem Influenzavirus auftreten (3, 4). Das mögliche Wiederauftreten von SARS oder das Auftreten neuer Stämme des pandemischen Influenzavirus, einschließlich Vogel- und Schweinegrippeviren, könnte ein ernstes Risiko für die Ausbreitung nosokomialer Erkrankungen über kontaminierte Oberflächen darstellen. Dieses Risiko ist jedoch noch wenig bekannt, und es sind weitere Arbeiten erforderlich, um das Expositionsrisiko und die mögliche Übertragung von Oberflächen zu quantifizieren. Die statistische Analyse zeigte, dass sich TGEV und MHV in ihrer Inaktivierungskinetik auf Oberflächen nicht signifikant unterscheiden und beide Viren geeignete Modelle für das Überleben und die Inaktivierung von SARS-CoV auf Oberflächen sein können. Es sind jedoch weitere Daten zu den Überlebensraten und der Inaktivierungskinetik von SARS-CoV selbst erforderlich, bevor diese Beziehungen zu anderen Coronaviren endgültig hergestellt werden können. Die Ergebnisse dieser Studie legen jedoch nahe, dass TGEV und MHV als konservative Ersatzstoffe für die Modellierung der Exposition, des Übertragungsrisikos und der Kontrollmaßnahmen für pathogene umhüllte Viren wie SARS-CoV und Influenzaviren auf Oberflächen des Gesundheitswesens dienen könnten.

Kommentar von
Dr. med. Walter J. Hugentobler


Diese Studie zeigt, dass die Aufrechterhaltung einer mittleren Luftfeuchtigkeit in Krankenhäusern und Gesundheitseinrichtungen eine wirksame Maßnahme darstellt, um das Risiko einer Übertragung von Coronaviren zu verringern.

Obwohl diese Studie auf mögliche Maßnahmen zur Bekämpfung von SARS-CoV (dem Virus der SARS-Pandemie in den Jahren 2002/2003) fokussiert, sind die Ergebnisse höchstwahrscheinlich für die Ausbreitung von COVID-19, der von SARS-CoV-2 übertragenen Krankheit, relevant. Dieses Coronavirus, ist nahe verwandt mit dem SARS-CoV.

Aufsichtsbehörden und Krankenhausdesigner sollten wissenschaftliche Erkenntnisse, wie diese Studie sie aufzeigt, zur Kenntnis nehmen und kontrollierte Luftfeuchtigkeit zur Infektionskontrolle als Standardmassnahme übernehmen.



Quellen


Originaltitel: Effects of Air Temperature and Relative Humidity on Coronavirus Survival on Surfaces

Quellenlink: https://aem.asm.org/content/76/9/2712

Veröffentlicht:23. September 2009




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