L’épidémie actuelle de maladie à coronavirus 2019 (COVID-19) démontre clairement le fardeau que les maladies infectieuses respiratoires imposent à un monde intimement connecté. Des politiques d’atténuation et de confinement sans précédent ont été mises en œuvre dans le but de limiter la propagation du COVID-19, notamment des restrictions de voyage, le contrôle et les tests des voyageurs, l’isolement et la quarantaine, ainsi que la fermeture des écoles.
L’un des principaux objectifs de ces politiques est de réduire les rencontres entre les individus infectés et les individus sensibles et de ralentir le taux de transmission. Bien que de telles stratégies de distanciation sociale soient essentielles à l’heure actuelle de la pandémie, il peut sembler surprenant que la compréhension actuelle des voies de transmission d’hôte à hôte des maladies infectieuses respiratoires soit basée sur un modèle de transmission de maladies développé dans les années 1990. 1930 qui, selon les normes modernes, semble trop simpliste.
La mise en œuvre de recommandations de santé publique basées sur ces modèles plus anciens peut limiter l’efficacité des interventions proposées.
Comprendre la transmission des maladies infectieuses respiratoires
En 1897, Carl Flügge démontra que les agents pathogènes étaient présents dans des gouttelettes expiratoires suffisamment grosses pour se déposer autour d’un individu infecté. On pensait que la « transmission par gouttelettes » par contact avec la phase liquide expulsée et infectée des gouttelettes était la principale voie de transmission des maladies respiratoires. Ce point de vue a prévalu jusqu’à ce que William F. Wells se concentre sur la transmission de la tuberculose dans les années 1930 et divise les émissions de gouttelettes respiratoires en « grosses » et « petites » gouttelettes .
Selon Wells, des gouttelettes isolées sont émises lors de l’expiration.
- Les grosses gouttelettes se déposent plus rapidement qu’elles ne s’évaporent, contaminant ainsi le voisinage immédiat de la personne infectée.
- En revanche, les petites gouttelettes s’évaporent plus rapidement qu’elles ne se déposent.
Dans ce modèle, lorsque les petites gouttelettes se déplacent des conditions chaudes et humides du système respiratoire vers un environnement extérieur plus froid et plus sec, elles s’évaporent et forment des particules résiduelles constituées du matériau séché des gouttelettes d’origine.
Ces particules résiduelles sont appelées noyaux de gouttelettes ou aérosols.
Ces idées ont abouti à une classification dichotomique entre les grosses gouttelettes et les petites gouttelettes, ou les gouttelettes par rapport aux aérosols, qui peuvent alors servir d’intermédiaires dans la transmission des maladies respiratoires. Des stratégies de contrôle des infections ont été élaborées selon qu’une maladie infectieuse respiratoire est transmise principalement par la voie des grosses ou des petites gouttelettes.
La dichotomie entre grosses et petites gouttelettes reste au cœur des systèmes de classification des voies de transmission des maladies respiratoires adoptés par l’Organisation mondiale de la santé et d’autres agences, telles que les Centers for Disease Control and Prevention. Ces systèmes de classification utilisent plusieurs seuils arbitraires de diamètre de gouttelette, de 5 à 10 μm, pour classer la transmission d’hôte à hôte en gouttelettes ou en voies d’aérosol.1
De telles dichotomies perdurent dans le cadre actuel de la gestion des risques, des recommandations clés et de l’allocation des ressources pour la gestion de la réponse associée au contrôle des infections, y compris pour la COVID-19. Même lorsque des politiques de confinement maximal ont été appliquées, la propagation internationale rapide du COVID-19 suggère que l’utilisation de limites arbitraires de taille des gouttelettes ne reflète peut-être pas avec précision ce qui se passe réellement avec les émissions respiratoires, contribuant ainsi à l’ inefficacité de certaines procédures. utilisé pour limiter la propagation des maladies respiratoires.
Nouveau modèle pour les émissions respiratoires
Des travaux récents ont montré que les expirations, les éternuements et la toux ne sont pas seulement constitués de gouttelettes muqueuses suivant des trajectoires d’émission semi-balistiques à courte portée, mais sont principalement formés par un nuage de gaz turbulent multiphasé (un nuage) qui emprisonne l’air ambiant et transporte un continuum de tailles de gouttelettes. .
L’atmosphère localement humide et chaude au sein du nuage de gaz turbulent permet aux gouttelettes contenues d’échapper à l’évaporation beaucoup plus longtemps que les gouttelettes isolées. Dans ces conditions, la durée de vie d’une gouttelette pourrait être considérablement prolongée d’un facteur allant jusqu’à 1 000, passant d’une fraction de seconde à quelques minutes.
En raison de l’élan du nuage, les gouttelettes transportant des agents pathogènes sont propulsées beaucoup plus loin que si elles étaient émises isolément sans être capturées et transportées vers l’avant par un nuage de nuages turbulents.
Nuage de gaz turbulent multiphasé provenant d’un éternuement humain
Compte tenu des diverses combinaisons de la physiologie d’un patient individuel et des conditions environnementales, telles que l’humidité et la température, le nuage de gaz et sa charge utile de gouttelettes pathogènes de toutes tailles peuvent parcourir de 23 à 27 pieds ( 7 à 8 m). ).3,4 Il est important de noter que la portée de toutes les gouttelettes, grandes et petites, est étendue grâce à leur interaction et à leur piégeage dans le nuage de gaz turbulent, par rapport au modèle de gouttelettes dichotomisées communément accepté qui ne prend pas en compte la possibilité d’un nuage. de gaz chaud et humide. De plus, le long de leur trajectoire, des gouttelettes de toutes tailles se déposent ou s’évaporent à des vitesses qui dépendent non seulement de leur taille, mais également du degré de turbulence et de la vitesse du nuage de gaz , ainsi que des propriétés de l’environnement. (température, humidité) et débit d’air. Les gouttelettes qui se déposent le long du trajet peuvent contaminer les surfaces, tandis que les autres restent piégées et agglutinées dans le nuage en mouvement. Finalement, le nuage et sa charge utile de gouttelettes perdent leur élan et leur cohérence, et les gouttelettes restantes dans le nuage s’évaporent, produisant des débris ou des noyaux de gouttelettes qui peuvent rester en suspension dans l’air pendant des heures, selon des modèles de flux d’air imposés. par des systèmes de ventilation ou de climatisation. L’évaporation de gouttelettes chargées d’agents pathogènes dans des fluides biologiques complexes est mal comprise. Le degré et la vitesse d’évaporation dépendent largement des conditions de température et d’humidité ambiantes, mais également de la dynamique interne du nuage turbulent ainsi que de la composition du liquide expiré par le patient. |
Les nuages de gaz démontrent leur capacité à parcourir de grandes distances
Un rapport de 2020 en provenance de Chine a montré que des particules virales du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SRAS-CoV-2) pouvaient être trouvées dans les systèmes de ventilation des chambres d’hôpital des patients atteints de COVID-19.5.
La découverte de particules virales dans ces systèmes est plus cohérente avec le modèle turbulent, l’ hypothèse du nuage de gaz de transmission de la maladie, qu’avec le modèle dichotomique, car elle explique comment des particules virales viables peuvent parcourir de longues distances depuis les patients. On ne sait pas si ces données ont des implications cliniques concernant le COVID-19.
Implications pour la prévention et la précaution
Bien qu’aucune étude n’ait directement évalué la biophysique de la formation de gouttelettes et de nuages de gaz chez les patients infectés par le virus SARS-CoV-2, plusieurs propriétés du nuage de gaz expiré et de la transmission respiratoire peuvent s’appliquer à cet agent pathogène. Si tel est le cas, cette possibilité pourrait influencer les recommandations actuelles visant à minimiser le risque de transmission de maladies.
Dans les dernières recommandations de l’Organisation mondiale de la santé concernant le COVID-19, il est conseillé au personnel de santé et autre de rester entre 1 m et 6 pieds d’une personne qui présente des symptômes de maladie. , comme la toux et les éternuements. Les Centers for Disease Control and Prevention recommandent une séparation de 6 pieds (2 m) 7,8.
Cependant, ces distances sont basées sur des estimations de distance qui n’ont pas pris en compte la présence possible d’un nuage à forte impulsion transportant les gouttelettes sur de longues distances. Compte tenu du modèle dynamique des nuages turbulents, les recommandations de séparations de 3 à 6 pieds (1 à 2 m) peuvent sous-estimer la distance , l’échelle de temps et la persistance sur lesquelles le nuage et sa charge pathogène se déplacent, générant ainsi une gamme d’exposition potentielle sous-estimée. pour un professionnel de la santé.
| Pour ces raisons et d’autres, le port d’ un équipement de protection individuelle approprié est d’une importance cruciale pour les travailleurs de la santé qui s’occupent de patients susceptibles d’être infectés, même s’ils se trouvent à plus de 2 mètres du patient. |
La dynamique du nuage de gaz turbulent devrait influencer la conception et l’utilisation recommandée des masques chirurgicaux et autres. Ces masques peuvent être utilisés à la fois pour le contrôle à la source (c’est-à-dire réduire la propagation à partir d’une personne infectée) et pour la protection de celui qui les porte (c’est-à-dire empêcher la propagation à une personne non affectée).
L’efficacité protectrice des masques N95 dépend de leur capacité à filtrer l’air entrant des noyaux de gouttelettes aérosolisées. Toutefois, ces masques ne sont conçus que pour un certain nombre de conditions environnementales et locales et pour une durée d’utilisation limitée.9
L’efficacité du masque en tant que contrôle de source dépend de sa capacité à piéger ou à modifier l’émission de nuages de gaz à forte impulsion contenant leurs agents pathogènes. Charge utile. Les vitesses d’expiration maximales peuvent atteindre jusqu’à 33 à 100 pieds par seconde (10 à 30 m/s), créant un nuage qui peut s’étendre sur environ 23 à 27 pieds ( 7 à 8 m ).
Les masques de protection et de contrôle de la source, ainsi que d’autres équipements de protection, doivent avoir la capacité de résister de manière répétée au type de nuage de gaz turbulent multiphasé à forte impulsion qui peut être expulsé lors d’un éternuement ou d’une toux et d’une exposition à ceux-ci. Les masques chirurgicaux et N95 actuellement utilisés ne sont pas testés pour ces caractéristiques potentielles d’émissions respiratoires.
Il est nécessaire de comprendre la biophysique de la transmission d’hôte à hôte des maladies respiratoires qui explique la physiologie, la pathogenèse et la propagation épidémiologique de la maladie chez l’hôte.
La propagation rapide de la COVID-19 souligne la nécessité de mieux comprendre la dynamique de la transmission des maladies respiratoires en caractérisant mieux les voies de transmission, le rôle de la physiologie du patient dans son évolution et les meilleures approches de contrôle à la source pour améliorer potentiellement la protection des travailleurs de première ligne et prévenir les maladies respiratoires. la maladie de se propager aux membres les plus vulnérables de la population.
