Uudet mallinnukset vahvistavat: Sairaiden eristäminen ja etätyön suosiminen ovat avainasemassa koronan torjunnassa

Aalto-yliopisto, Ilmatieteen laitos, VTT ja Helsingin yliopisto käynnistivät maaliskuussa yhteishankkeen, jonka tarkoitus on tutkia koronaviruksen kulkeutumista ja leviämistä sisäilmassa.

Kun ihminen puhuu, yskäisee tai aivastaa, hengitysteistä poistuu pisaroita, jotka voivat kantaa mukanaan myös taudinaiheuttajia, kuten koronaviruksia.

Nyt tutkijat ovat julkaisseet ensimmäisen, vielä vertaisarvioimattoman preprint-artikkelin, jossa he mallintavat sitä, miten yskiessä tai puhuessa syntyvät eri kokoiset pisarat käyttäytyvät ja millaisia hiukkasmääriä julkisissa tiloissa kulkeva ja oleskeleva ihminen voi kohdata. Artikkeli on lähetetty vertaisarvioitavaksi ja preprint on julkaistu Arxiv-verkkosivustolla.

Hanketta koordinoivan Aalto-yliopiston apulaisprofessorin Ville Vuorisen mukaan sekä aiempi tutkimus että kevään aikana paljon huomiota saaneet tartuntapiikit tukevat käsitystä, jonka mukaan koronavirukselle voi altistua suoran pisarakontaktin lisäksi hengittämällä aerosolihiukkasia riittävän suuren määrän. Myös hankkeessa tehdyt 3D-virtaussimulaatiot ja niiden analyysit tukevat osaltaan käsitystä.

”Tutkimus ja simulaatiomme osoittavat, että käytännössä kaikki alle 50 mikrometrin kokoiset pisarat – joita on yskiessä syntyneistäkin suuri osa – kuivuvat ennen lattiaan osumista hiukkasiksi, jotka jäävät leijumaan sisäilmavirtausten mukana. Pidämme mahdollisina, että näiden hiukkasten viruspitoisuus voi riittää aiheuttamaan koronatartunnan”, Vuorinen sanoo.

”Mallinsimme hyvin tarkoilla ja yksityiskohtaisilla 3D-virtaussimulaatioilla tyypillistä hyllyjen tai tilanjakajien rajaamaa sisätilaa. Mallinnuksissa koronavirusta kantavan henkilön yskäisy nosti lähiympäristön hiukkaspitoisuuden niin korkeaksi, että riski voimakkaalle altistumiselle oli merkittävä vielä noin neljän metrin päässä yskäisijästä ja riski säilyi merkittävänä jopa minuuttien ajan”, sanoo dosentti Antti Hellsten Ilmatieteen laitokselta.

Vaikka riski tartuntaan esimerkiksi yksittäisellä kauppareissulla on suhteellisen pieni, Ville Vuorinen korostaa, että koko kansan tasolla ja viikkojen ja kuukausien tarkastelussa todennäköisyydet kasvavat.

”Simuloinneistamme näkee selvästi, että tartuntariski vaihtelee paikassa vietetyn ajan ja ihmistiheyden mukaan. Suomessa tehdään esimerkiksi joitakin kymmeniä miljoonia kauppareissuja kuukaudessa. Tutkimuksemme perusteella todennäköisyys merkittävälle altistumiselle ruokakaupassa voisi epidemian vaiheesta riippuen olla jopa 1/1000, mikäli sairaat eivät pysy kotona. Tällöin kuukaudessa jopa 10 000 suomalaista altistuisi. Jos oireiset tartuttajat pysyvät kotona ja ihmiset käyvät harvemmin kaupassa tai muilla julkisilla paikoilla etäisyydet toisiinsa säilyttäen, riski pienenee merkittävästi”, Vuorinen sanoo.

Puhuminenkin voi riittää koronatartuntaan

Artikkelia varten tutkijat perehtyivät julkisuudessakin huomiota herättäneisiin tartuntapiikkeihin, joissa suuren ihmisjoukon uskotaan saaneen tartunnan yhdeltä oireettomalta tartuttajalta. Aiemman tutkimuskirjallisuuden ja tapahtumista annettujen tietojen pohjalta tutkijat arvioivat, että osallistujat olisivat hengittäneet 50–500 aerosolipartikkelia, mikä saattoi riittää altistumiseen.

”Tarkastelimme mallinnuksissa esimerkiksi tilassa vietetyn ajan, ihmismäärän ja yskivien henkilöiden lukumäärän vaikutuksia. Jos ihmisiä on yksi neliömetrillä, mikä on aika tavallista esimerkiksi ravintolaympäristössä tai konsertissa, pelkästä puhumisesta syntyy tartuntaan riittävä hiukkaspilvi, jos joukossa on oireettomia koronaa kantavia ja tilassa vietetään pidempi aika. Avokonttorissa työskentelevä oireeton mutta koronavirusta kantava henkilö voi synnyttää tilaan pitoisuuksia, jotka vaihtelevat 10:stä 500:aan aerosolihiukkaseen kuutiometriä kohden. Jos altistumisen riskirajaksi otetaan 100 aerosolia, voi sen hengittää lyhimmillään minuuteissa, pisimmillään tunneissa. Mitä kauempana toisista ollaan, sen parempi”, Ville Vuorinen sanoo.

Vuorisen mukaan on mahdollista, että tartuntapiikeissä on mukana sekä suorassa kontaktissa saatuja pisaratartuntoja, hengityksen kautta syntyviä tartuntoja että kosketuksen kautta pinnoilta saatuja tartuntoja. Mitä pidempään ja tiiviimmin tilassa oleskellaan, sitä suuremmaksi riski tartuntaan kasvaa.

Suomessa ja monessa muussa maassa on vähitellen alettu purkaa eristystoimia. Etätyösuositus saa tutkijoilta kiitosta, mutta myös työpaikkojen turvallisuutta voitaisiin parantaa monin tavoin.

”Tärkeintä on, ettei kukaan tule töihin sairaana. Asianmukaisesta ilmanvaihdosta tulee huolehtia ja töitä järjestellä mahdollisuuksien mukaan niin, että vain työn kannalta välttämättömät työt tehdään työpaikalla eivätkä kaikki ole paikalla yhtä aikaa. Näin pienenee sekä ihmistiheys että mahdollinen altistusaika”, Vuorinen sanoo.

Mallinnukseen käytettiin supertietokonetta

Hankkeessa on mukana yli 30 tutkijaa, joiden erikoisaloja ovat muun muassa virtausfysiikka, aerosolifysiikka, virologia, sosiaaliset verkostot, ilmanvaihto, ja lääketieteellinen tekniikka.

Hengitysteistä poistuvien pisaroiden liikettä ja säilymistä ilmassa laskettiin CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy:n supertietokoneella ja tuloksista tehtiin erilaisia analyyseja sekä 3D-visualisointeja. Nyt mallinnetut ilmiöt ovat fysikaalisesti jo aiemmin kohtuullisen hyvin tunnettuja, mutta uusi tutkimus valottaa niitä erityisesti koronaviruksen ja julkisten tilojen näkökulmasta.

”Käsityksemme SARS-CoV-2 viruksen tarttumisesta ilmavälitteisesti on oleellisesti muuttunut viimeisten kuukausien aikana”, sanoo apulaisprofessori Tarja Sironen Helsingin yliopistosta.

”Jatkossa voisimme mallintaa esimerkiksi lentokenttien ihmisvirtoja ja auttaa näin kehittämään niiden toimintaa turvallisemmaksi, kun matkustajamäärät alkavat palautua normaaleiksi”, Vuorinen sanoo.

CSC varaa laskentakapasiteettia ja tarjoaa asiantuntija-apua priorisoidusti COVID-19-pandemian vastaisiin tutkimuksiin. Jos työskentelet suoraan pandemiatutkimukseen liittyvässä projektissa, ota yhteyttä servicedesk@csc.fi.