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Eine Fantasie von virenfreier Luft

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Mehr als zwanzig Monate nach Beginn der Pandemie ist klar, dass viele vorgeschriebene Minderungsstrategien die Virusübertragung nicht wesentlich verhindern, oder tun dies zu einem stolzen Preis. Abriegelungen haben nicht gestoppt Virus auf der ganzen Welt verbreitet und sind aufgrund von nicht nachhaltig massive Kollateralschäden. Es gibt trotz beispielloser Politisierung kein eindeutiger Beweis für einen Nutzen einer universellen Maskierung und Potenzial für Bias in wissenschaftlichen Studien.

Schulschließungen und Fernunterricht sind schädlich und ineffektiv, da Kinder bleiben einem geringen Risiko ausgesetzt für schwere Krankheiten und Schulen sind keine Hauptursachen für Ausbrüche in der Gemeinde. Impfstoffe können schwere Krankheiten begrenzen, was für gefährdete Personen wichtig ist, sind jedoch weniger wirksam bei der Verhinderung von Infektionen und Übertragungen als durch Infektion erworbene Immunität. Trotz eines Mangels an überzeugenden Beweisen, viele Führer fortsetzen Mandat unbewiesen und unnötig Beschränkungen für eine COVID-müde Bevölkerung.

Inmitten dieser Misserfolge sticht jedoch eine wirksame Strategie zur Eindämmung von COVID-19 hervor:Verbesserung der Raumbelüftung. Das war schon früh in der Pandemie bekannt Die Übertragung von SARS-CoV-2 im Freien war selten, und dass die Übertragung in Innenräumen häufig mit überfüllten und schlecht belüftet Leerzeichen (obwohl dies die Führungskräfte nicht davon abhielt abbrechenDurchführung von Outdoor-Events und Anordnung von Beschränkungen im Freien). Strategien zur Verbesserung der Belüftung haben 20 Monate gescheiterter Bemühungen überstanden, da starke Beweise ihre kontinuierliche Entwicklung und Nützlichkeit unterstützen.

Belüftung: Der NPI, der für Viren in der Luft funktioniert

In Verkehrsflugzeugen – ein Beispiel für stark belüftete Innenräume – war die Virusübertragung trotz überfüllter Bedingungen gering. Dies wurde der erzwungenen Maskierung von Passagieren zugeschrieben (leider inkl Kinder mit Behinderungen). Erfahrung mit unter Druck stehenden Flugzeugkabinen 20-30 Luftwechsel pro Stunde (ACH), was bedeutet, dass die gesamte Luft in einer Kabine alle 2-3 Minuten gefiltert und ausgetauscht wird. Bei diesem Lüftungsniveau ist die Fähigkeit einer Person, eine Person sogar auf dem Nebensitz einer infektiösen Dosis auszusetzen, ziemlich begrenzt. Ein klassisches Beispiel für einen Verkehrsflugzeugausbruch war 1977, wo ein einziger Passagier mit Influenza 72 Prozent der anderen Passagiere auf dem Flug ansteckte. Dieses außergewöhnliche Ereignis erforderte einen kompletten Ausfall des Belüftungssystems und eine dreistündige Verzögerung auf dem Asphalt. Wenn das Belüftungssystem funktioniert hätte, wäre der Ausbruch nie passiert.

Um eine Vorstellung davon zu vermitteln, wie die Belüftung die Zeit bis zur Infektionsdosis im Vergleich zu einer (typischen) Stoffmaskierung verlängert, finden Sie unten eine Tabelle, die mithilfe von Modellberechnungen erstellt wurde Dr. Lisa Brosseau, ein Experte mit über 30 Jahren Erfahrung in PSA und Partikelfiltration:

Obwohl diese Tabelle erstellt wurde, um das Potenzial hochwertiger Atemschutzgeräte zu veranschaulichen, die Zeit bis zur Infektionsdosis zu verkürzen (für Arbeiter in Hochrisikosituationen), können Sie auch die Vorteile einer erhöhten Beatmung erkennen. Mit zunehmender ACH steigt die Zeit bis zur Infektionsdosis viel stärker an als bei Gesichtsbedeckungen, mit Unterschieden, die in Stunden für die Belüftung im Vergleich zu Minuten für das Abdecken gemessen werden können.

Die Erhöhung der Raumlüftung ist eine effektive Strategie, weil Die Übertragung über die Luft ist ein wichtiger Übertragungsweg für SARS-CoV-2während die Oberflächenübertragung nicht ist. In der Luft befindliche Viren können stundenlang in kleinen Aerosolpartikeln suspendiert bleiben, wodurch typische Gesichtsbedeckungen unwirksam werden (und eine längere Verwendung von Atemschutzgeräte vom Typ N95 sind einfach nicht praktikabel). Die 6-Fuß-Regel für soziale Distanzierung, basierend auf frühen Schätzungen der Oberfläche großer Tröpfchen, wird auch immer willkürlicher in einem Luftübertragungsszenario. Diese Tatsachen machen Anpassungen an die Raumlüftung an attraktive Strategie für Bauingenieure, die das Risiko einer Virusübertragung durch die Luft verringern möchten.

Es gibt viele Gebäude, in denen diese Strategie einen großen Unterschied machen könnte, wie Einrichtungen für betreutes WohnenKrankenhäuser setzen diese Strategien bereits um zu erheblicher Wirkung. Überall dort, wo sich gefährdete Personen in großer Zahl versammeln, sollten Beatmungsstrategien in Betracht gezogen werden, die darauf ausgelegt sind, die Übertragung von Atemwegsviren zu minimieren.

Ein steriler Luftpfeifentraum

Aber wie bei jeder Minderungsstrategie kann das, was getan werden kann, auch übertrieben werden (dies könnte ein inoffizielles Motto der US-Pandemiereaktion sein). Im September veröffentlichte The Atlantic einen Artikel mit dem Titel „Der Plan, jeden Atemwegsvirus auf einmal zu stoppen"

Der Artikel beginnt mit einem Überblick über die historischen Fortschritte bei der Abwasserentsorgung und Trinkwasserreinigung bei der Beendigung von Cholera-Ausbrüchen und Maßnahmen, die auf Mücken und Mückenbruthabitate abzielen und die Bedrohungen durch Gelbfieber und Malaria minimieren. Der Autor vergleicht diese Bemühungen dann mit mangelnder Sorge um die Gebäudebelüftung, ein Problem, das durch die COVID-19-Pandemie und die hohen Übertragungsraten in überfüllten und schlecht belüfteten Räumen hervorgehoben wurde, und wendet die gleiche Logik an: „Wir trinken kein kontaminiertes Wasser . Warum tolerieren wir das Einatmen kontaminierter Luft?“

„Es geht nicht nur um COVID-19. Die Wissenschaftler, die die Bedrohung durch das luftübertragene Coronavirus früh erkannten, taten dies, weil sie jahrelang Beweise dafür untersuchten, dass sich – entgegen der landläufigen Meinung – häufige Atemwegserkrankungen wie Grippe und Erkältungen auch über die Luft ausbreiten können. Wir haben Erkältungen und Grippen lange als unvermeidliche Tatsachen des Lebens akzeptiert, aber sind sie das auch? Warum nicht auch die Luftströmung in unseren Gebäuden umgestalten, um sie zu verhindern?“

Bauingenieure glauben, dass die während der aktuellen Pandemie ergriffenen Maßnahmen nicht ausreichen: „Die Pandemie hat in einigen Schulen und Arbeitsplätzen bereits zu Ad-hoc-Korrekturen für die Raumluft geführt: tragbare HEPA-Filter, desinfizierende UV-Lampen und sogar nur offene Fenster.“ Aber in ihren Augen sind das keine langfristigen Lösungen. „Moderne Gebäude verfügen über ausgeklügelte Lüftungssysteme, um für angenehme Temperaturen und angenehme Gerüche zu sorgen – warum nutzen Sie diese Systeme nicht auch, um die Raumluft virenfrei zu halten?“

Zu ihrer Ehre macht die Autorin diesen Vorbehalt: „Niemand, mit dem ich gesprochen habe, dachte, dass ein durchschnittliches Schul- oder Bürogebäude so streng kontrolliert werden muss wie eine Biocontainment-Anlage, aber wenn nicht, dann brauchen wir einen neuen und anderen Satz von Mindeststandards. ” Sie vergleicht auch zu Recht die relativen Bedrohungsniveaus von Darmpathogenen – die sie früher als analog verwendet hat – und COVID-19: „COVID-19 tötet nicht so viele seiner Opfer wie die Cholera im 19. Jahrhundert. Aber es hat weit über 600,000 Menschenleben in den USA gefordert. Selbst eine typische Grippesaison tötet 12,000 bis 61,000 Menschen pro Jahr. Hat folgende Notfälle? Wenn ja, was wäre für uns kollektiv erforderlich, um sie als solche zu behandeln?“

Es gibt einige offensichtliche Hindernisse dafür, jedes Gebäude mit virenauswaschender Belüftung zu konstruieren: „Die Pandemie hat deutlich gemacht, dass sich die Amerikaner nicht einig sind, wie weit sie bereit sind zu gehen, um das Coronavirus zu unterdrücken. Wenn wir die Menschen nicht dazu bringen können, Impfstoffe zu akzeptieren und in einer Pandemie Masken zu tragen, wie bekommen wir dann das Geld und den Willen, alle unsere Lüftungssysteme zu überholen?“

Die wirklichen Probleme sind also die üblichen Verdächtigen – Geld und die mangelnde Bereitschaft anderer, das Problem ernst zu nehmen. Aber so viele Strategien wurden in den letzten zwei Jahren rationalisiert, wenn sie Leben retten können, warum nicht? „Die Änderungen könnten zu lange dauern, um für diese aktuelle Pandemie von Bedeutung zu sein, aber es gibt andere Viren, die sich durch die Luft ausbreiten, und dort wird sein mehr Pandemien.“

Ich glaube – in Übereinstimmung mit Bauingenieuren und Innenraum-Umweltwissenschaftlern – dass es möglich ist, Lüftungssysteme mit der Fähigkeit zu konstruieren, die Luft von allen Atemwegsviren in der Luft zu reinigen. Ich stimme auch zu, dass dies einen messbaren Nutzen in einem Aspekt der menschlichen Gesundheit haben könnte, da die Krankheitslast durch Atemwegsviren erheblich ist.

Doch, wie Martin Kulldorff und andere haben versucht, die Welt daran zu erinnern, dass es bei der öffentlichen Gesundheit nicht nur darum geht, eine Infektionskrankheit um jeden Preis zu verhindern, und es gibt potenzielle Kosten für virenfreie Luft, die nicht berücksichtigt wurden: Was ist, wenn regelmäßige Infektionen durch Atemwegsviren notwendig sind? die allgemeine menschliche Gesundheit erhalten? Hatten die Wunder von sauberem Wasser und verbesserten sanitären Einrichtungen nur offensichtliche Vorteile ohne Kosten?

Das Beispiel Polio

Neben Grippe und Pocken Polio wurde auch als wichtiger viraler Erreger des 20. Jahrhunderts angesehen. Vor dieser Zeit jedoch Es wurde nicht angenommen, dass es eine große Bedrohung darstellt. Es gab keine ernsthaften Ausbrüche. Es war nicht so, als gäbe es das Virus nicht. Seit Tausenden von Jahren waren Menschen mit Polio infiziert. Aber mit dem Aufkommen der industriellen Revolution Unsere Beziehung zum Virus hat sich verändert, ebenso wie die Krankheit, die es verursacht hat.

Polio ist ein hoch ansteckendes Virus, das bei 90 % der Menschen eine asymptomatische (aber dennoch übertragbare) oder sehr milde symptomatische Infektion verursacht. Das Virus infiziert den Magen-Darm-Trakt von Menschen, obwohl sich das Virus in einigen Fällen auf das Nervensystem ausbreitet und zu Lähmungen oder zum Tod führen kann. Da so viele Menschen asymptomatisch sind, kann das Virus viele andere infizieren, bevor ein Fall von Lähmung identifiziert wird, was es schwierig macht, es einzudämmen. Das Virus wird fäkal-oral, durch Wasser und anderes fäkal kontaminiertes Material übertragen.

Während des größten Teils der Menschheitsgeschichte konnten die Menschen nicht vermeiden, sich mit dem Poliovirus zu infizieren. Die meisten wurden im Säuglingsalter infiziert. Und da fast alle infiziert waren, hatten sie Antikörper, einschließlich neuer Mütter, die diese Antikörper vor der Geburt über die Plazenta und danach durch das Stillen an ihre Kinder weitergaben. Kinderlähmungen, obwohl noch möglich, waren relativ selten.

Aber dann verbesserte sich die Hygiene. Sanitär-, Wasser- und Abwasserbehandlung in Innenräumen wurden immer häufiger eingesetzt. Familien begannen, in saubereren, weniger überfüllten Bedingungen zu leben. Menschen waren als Säuglinge nicht mehr der Kinderlähmung ausgesetzt. Und als ältere Kinder und junge Erwachsene an Kinderlähmung erkrankten, kam es häufiger zu Nervenzerstörung und Lähmungen. Einige Fälle waren so schwer, dass Personen Lähmungen des Zwerchfells und der Zwischenrippenmuskulatur erlitten, die für die Atmung unerlässlich sind. Sie mussten mit einem Trinker-Beatmungsgerät, auch bekannt als Beatmungsgerät, künstlich beatmet werden Eiserne Lunge, bis sie sich erholt haben. Falls sie sich erholt haben. Andere lebten für den Rest ihres Lebens mit partieller Lähmung.

Das Poliovirus war kein endemisches Virus mehr und koexistierte nicht mehr so ​​mit Menschen, wie es sich über Tausende von Jahren entwickelt hatte. Und wo es seinen endemischen Status verlor, gewann es epidemisches Potenzial. Und diese Epidemien trafen zufällig wohlhabende Menschen, da saubere Bedingungen ein Zeichen von Reichtum waren und die Reichen daher weniger wahrscheinlich von Kindheit an immun gegen Polio waren. 

Denn es sei unmöglich vorherzusagen, wo und wen Polio treffen könnte, streng Es wurden Maßnahmen ergriffen, um eine Exposition gegenüber Polio zu vermeiden. In den frühen 1950er Jahren, auf dem Höhepunkt der schlimmsten Polio-Epidemie in den Vereinigten Staaten, wurden Schwimmbäder und Strände für den Sommer geschlossen. Kinder mussten sich von Menschenmassen fernhalten und wurden oft von öffentlichen Plätzen verbannt. Es gab verrückte Gerüchte, dass Erfrischungsgetränke oder Temperatur- oder Wetteränderungen die Krankheit verbreiten würden. Die Leute weigerten sich, Hände zu schütteln. Doch die Leute mussten keine Horrorgeschichten hören, um ihr Verhalten zu manipulieren, sie waren Augenzeugen, und zu sehen, wie ihr Nachbar ein Kind an Polio verlor, war alles, was nötig war, um zu vorsichtigem Verhalten zu ermutigen.

Wie bei den Pocken war das einzige, was die Ausbrüche von Polio beendete, die Rückkehr zur Immunität der Bevölkerung – Maßnahmen zur Eindämmung waren viel weniger wirksam und verzögerten nur unvermeidliche Ausbrüche. Wie bei den Pocken Die Immunität der Bevölkerung wurde durch Massenimpfungen erhöht. Da Polio-Impfstoffe eine langlebige Immunität verleihen, ist Polio in Industrieländern kein Problem mehr, obwohl es im Gegensatz zu den Pocken noch nicht ausgerottet ist.

Eine Folge sauberer Raumluft: Erhöhte Ignoranz des Immunsystems

Der anschließende Anstieg von Polio-Epidemien mit verbesserten sanitären Einrichtungen deutet darauf hin, dass, nur weil ein Fortschritt in der öffentlichen Gesundheit unmittelbare und offensichtliche Vorteile hat, dies nicht bedeutet, dass keine Kosten entstehen, die nicht unmittelbar oder offensichtlich sind.

Dies gilt auch für Innenräume – je „sauberer“ die Innenräume sind, denen Kinder ausgesetzt sind, desto wahrscheinlicher entwickeln sie später im Leben chronisch entzündliche Erkrankungen. Dies wurde in mehreren Vergleichsstudien nachgewiesen geographisch und genetisch ähnliche Populationen mit verschiedene Wohnumgebungen.

Kinder, die in Umgebungen aufgewachsen sind, in denen sie einer Vielzahl von Bakterien ausgesetzt sind, scheinen Immunsysteme zu haben, die „erzogen“ sind, um diese Bakterien und andere biologische Mikropartikel zu tolerieren, während Kinder in „sauberen“ Umgebungen Immunsysteme haben, die als „unwissend“ bezeichnet werden könnten daher eher überreagieren.

Es ist möglich, dass respiratorische Virusinfektionen auch einen gewissen Entwicklungsvorteil haben, aber dieses Gebiet steckt noch in den Kinderschuhen. Jedes Lebewesen hat sich zusammen mit Viren entwickelt (Menschen werden oft mit Viren infiziert, ohne sich dessen bewusst zu sein), und daher ist es nicht schwer zu glauben, dass die Verhinderung aller Virusinfektionen der Atemwege auch latente Kosten haben könnte. 

Ein möglicher Kostenfaktor ist ein Verlust des Immungedächtnisses gegenüber Atemwegsviren. Das Leben in virusfreier Luft würde nicht nur zu einer verringerten spezifischen antiviralen Immunität führen, sondern auch heterologe oder Kreuzimmunität eliminieren. Heterologe Immunität ist definiert als die Induktion einer Immunantwort gegen ein nicht verwandtes Pathogen/Antigen nach Kontakt mit einem anderen Pathogen/Antigen.

Viele berufstätige Eltern haben Erfahrung mit heterologer Immunität, und manchmal fehlt sie, oft ohne es zu wissen. Wenn ein erstgeborenes Kind im Alter von Wochen bis Monaten in den Kindergarten kommt, bricht die mikrobielle Hölle los (oder zumindest scheint es so). Das Baby ist die ganze Zeit krank, und die Eltern auch. Dies kann Monate dauern und ist besonders schlimm während der Erkältungs- und Grippesaison.

Im nächsten Jahr wird es jedoch besser. Und bei einem zweiten Kind werden nicht alle so krank, und das ist nicht nur eine Einbildung der Eltern. Das liegt daran, dass die Eltern und die älteren Geschwister ein Immungedächtnis erworben haben, das vor denselben Erkältungs- und Grippeviren schützt und auch einen gewissen Kreuzschutz gegen andere Viren mit ähnlichen Eigenschaften bietet. Das zweite Baby wird auch nicht so krank, da es einen gewissen Schutz vor den Antikörpern der Mutter und weniger Infektionen durch die eigene immunstarke Familie erhält.

Die Pandemie hat vielen Nicht-Immunologen das Konzept der heterologen Immunität nähergebracht. Lymphozyten, die vor der Pandemie von Personen isoliert wurden immer noch kreuzreaktiv zu Teilen von SARS-CoV-2-Proteinen. Obwohl die Mikroben, die diese kreuzreaktiven Zellen ursprünglich aktiviert haben, nicht identifiziert wurden, könnten sie andere zirkulierende Coronaviren sein. Die heterologe Immunität schützte wahrscheinlich auch einige Menschen während die 1918 Spanische Grippepandemie– diejenigen, die nach der Genesung von einer früheren, weniger tödlichen Belastung geschützt waren, und ältere Menschen, die möglicherweise durch eine lang anhaltende Immunität vor früheren Grippeepidemien geschützt waren.

Dies wirft einige wichtige Fragen zu den Nachteilen einer vollständigen Überholung des aktuellen Gebäudedesigns auf, um häufige Virusinfektionen der Atemwege zu beseitigen. Selbst wenn eine weit verbreitete Einführung dieser Pläne machbar wäre, würde sich der potenzielle Verlust der Kreuzimmunität bei gesunden Personen lohnen? Ähnlich wie nicht-pharmazeutische Interventionen die Virusausbreitung in der aktuellen Pandemie nur verzögert haben (wenn sie irgendeine Wirkung gezeigt haben), würden diese Maßnahmen nicht nur das Unvermeidliche verzögern?

Auch wenn viele Gebäude saubere, virenfreie Luft haben, wird es immer Orte geben, an denen dies nicht der Fall ist, hauptsächlich in älteren Gebäuden, die sich in älteren Gebieten mit höheren Armutsraten konzentrieren. Wie bei Polio könnte dies Epidemien unter den Reichen tatsächlich verstärken, sobald bestimmte Atemwegsviren Wege finden, um die moderne Gebäudetechnik zu überwinden.

Neuartige Impfstoffe könnten wie bei Polio zur Immunität und Kreuzimmunität beitragen, waren jedoch bei Atemwegsviren weniger wirksam. Und als Autor des Atlantik Artikel erwähnt, können wir uns auch während einer Pandemie nicht auf Masken und Impfstoffe einigen. Es ist unwahrscheinlich, dass viele Menschen bereit wären, sich gegen alle Erkältungs- und Grippeviren für eine normale saisonale Ausbreitung impfen zu lassen, wenn sie gesund und risikoarm sind. Und warum sollten sie? Gleiches gilt für Gebäudeplaner, die alle neuen Gebäude virenfrei und energieeffizient planen. In diesem Fall ist der Wille zum Handeln möglicherweise nicht erforderlich, auch ohne Berücksichtigung möglicher Nachteile.

In unserer aktuellen, von Sicherheitskultur geprägten Pandemie-Reaktion gilt jedes Infektionsrisiko als inakzeptabel, und diejenigen, die auf potenzielle Kosten von Minderungsmaßnahmen hinweisen, werden als unverantwortlich und gefährlich abgestempelt. Sicherheitsanbetung und Bauingenieure mögen jedoch den altmodischen gesunden Menschenverstand außer Kraft setzen, aber sie können unsere eigene Biologie nicht außer Kraft setzen. Das alte Sprichwort überlebt trotz unserer besten Bemühungen; Im Fall von saisonalen Erkältungs- und Grippeviren macht dich das, was dich nicht umbringt, immer noch stärker.

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Autor

  • Steve Templeton

    Steve Templeton, Senior Scholar am Brownstone Institute, ist außerordentlicher Professor für Mikrobiologie und Immunologie an der Indiana University School of Medicine – Terre Haute. Seine Forschung konzentriert sich auf Immunantworten auf opportunistische Pilzpathogene. Er war auch Mitglied des Public Health Integrity Committee von Gouverneur Ron DeSantis und Mitautor von „Questions for a COVID-19 Commission“, einem Dokument, das Mitgliedern eines Kongressausschusses zur Reaktion auf Pandemien zur Verfügung gestellt wurde.

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