Bioaerosol

Opredelitev bioaerosola

Bioaerosol je podkategorija delcev (aerosola), velikosti od 0,001 do 100 μm, sproščenih iz kopenskih in morskih ekosistemov v ozračje, z drugimi besedami aerosol biološkega izvora (bioaerosol, BioPM). Bioaerosol so različne spojine v zraku in/ali mikrofragmenti rastlinskih ali živalskih snovi ter mikroorganizmov, ki lahko vključujejo tudi cele žive ali mrtve patogene in/ali nepatogene mikroorganizme. Ti delci se zaradi svoje velikosti in mase zelo enostavno razširjajo v okolju. Pri ljudeh lahko povzročajo različne zdravstvene težave, od alergij do okužb in zastrupitev.

Viri onesnaženja (notranjega zraka)

Viri onesnaženja z bioaerosolom v notranjih prostorih so zunanji zrak (prehod skozi okna, vrata in prezračevalne sisteme), gradbeni materiali, pohištvo, domače živali, hišne rastline in organski odpadki. Bioaerosol nastaja tudi zaradi običajnih dejavnosti stanovalcev oziroma uporabnikov prostorov, kot so kašljanje, kihanje, umivanje, splakovanje stranišča, govorjenje, hoja, kuhanje in pometanje tal. Raziskave kažejo, da bioaerosol v notranjih prostorih predstavlja od 5 do 34 % onesnaženosti zraka z delci. Na njegov nastanek, obseg  in razpršitev lahko v veliki meri vplivajo okoljski pogoji, kot sta temperatura in vlažnost zraka, ki vplivata na rast in razmnoževanje mikroorganizmov. Posledice izpostavljenosti bioaerosolu je mogoče povezati z boleznimi, kot so pljučnica, gripa, astma, alergije in bolezni prebavil.

Sestava bioearosola

Bioaerosol so posamezne spore, cvetni prah, glive, bakterije in virusi ter njihovi izločki, sestavni deli oziroma stranski produkti bioloških procesov, npr. lahko-hlapne organske spojine, mikromolekule in biološki agregati, ki so lahko adsorbirani tudi na ne-biološke delce.

V nadaljevanju so z vidika vplivov na zdravje opisane nekatere najbolj pogoste in pomembne spojine, ki so predvsem sestavine oziroma izločki bakterij in gliv, kot so endotoksini, β-glukani, mikotoksini in alergeni.

Endotoksini so polisaharidni in lipoproteinski kompleksi, ki jih proizvajajo po Gramu negativne bakterije. So sestavni del zunanje celične stene teh bakterij. Iz celične stene bakterije se sprostijo ob celičnih motnjah oziroma celični smrti. Endotoksini se nahajajo povsod v našem okolju (vključno v našem prebavnem sistemu), pomemben način vstopa v telo pa je vdihovanje bakterijskih mikrofragmentov oziroma toksina, vezanega na delce v zraku. Njihova prisotnost v krvnem obtoku lahko povzroči septične reakcije z različnimi simptomi, kot so vročina, hipotenzija, slabost, drgetanje in šok. Visoke koncentracije lahko povzročijo resne zdravstvene zaplete, npr. endotoksinski šok in sindrom dihalne stiske pri odraslih.  

Beta (β)-glukani so polisaharidi in so sestavni del celične stene mikroorganizmov (npr. bakterij, alg, lišajev, gliv, kvasovk) in rastlin (kot sta npr. oves in ječmen). Uporablja se jih v medicinske namene za krepitev imunskega sistema, uporabljajo se pri zdravljenju visokega holesterola, sladkorne bolezni in raka. Vendar pa nekatere študije kažejo, da lahko izpostavljenost določenim predstavnikom β-glukanov v zraku povzroči vnetni odziv in s tem povezane respiratorne simptome. Verjetno je, da so učinki odvisni od posamezne spojine iz družine β-glukanov in sočasne izpostavljenosti drugim sestavinam bioaerosola.

Mikotoksini so strupeni sekundarni presnovki gliv in plesni. Ista vrsta plesni lahko proizvaja različne vrste mikotoksinov, lahko pa tudi več različnih plesni proizvaja isti mikotoksin. Na podlagi molekulske zgradbe ločimo več vrst mikotoksinov, med njimi so najpomembnejši aflatokisin, ohratoksin A, citrinin, fumonizin, patulin, trihotecen, zearalenon in alkaloid rožička, kot je ergotamin). Učinki mikotoksinov na zdravje ljudi in živali so raznoliki in vključujejo oslabljen imunski sistem, alergije ali draženje sluznic, številne bolezni,  lahko celo smrt. Učinki mikotoksikoze so odvisni od vrste mikotoksina, trajanja izpostavljenosti, ravni koncentracije in stanja izpostavljenega posameznika (npr. starost, zdravje in spol). lzpostavljenost je največja z zaužitjem in vdihavanjem mikotoksinov, prenašajo pa se s sporami in stiku kože s plesnijo na okuženi podlagi.

Alergen je vsaka snov (antigen), ki lahko pri posamezniku ob zaužitju oziroma vdihavanju povzroči patološki imunski odziv ter sproži alergijsko reakcijo. Najpogostejši simptomi alergije so izcedek iz nosu, zamašen nos, praskanje v grlu, srbečica in kihanje. Alergene lahko najdemo v različnih virih, kot so glive (spore in hife), členonožci (pršice in ščurki), rastline (spore praproti, cvetni prah in sojin prah), prhljaj hišnih ljubljenčkov in matični mleček. Sproščanje alergenih snovi v zrak je lahko posledica številnih zunanjih, naravnih dejavnikov (veter, dež), kakor tudi napak oziroma nevzdrževanih prezračevalnih oziroma klimatskih sistemov v notranjih prostorih. Visoka relativna vlažnost notranjega zraka in vlažni oziroma mokri predmeti (npr. preproge, stropovi in stene) omogočajo ugodne pogoje za razširjanje alergenov pršice in plesni.

Učinki na zdravje

Okužbe

Okužbe in nalezljive bolezni so lahko posledica izpostavljenosti biološkim dejavnikom, kot so  bakterije, virusi, glive in paraziti. Razširjajo se po zraku z neposrednim (npr. dotik,) in/ali posrednim stikom (npr. kašljanje ali kihanje) oziroma vektorsko (npr. komarji).

Okužbe z zoonozami (npr. mrzlica Q, bruceloza, antraks in ptičja ali prašičja gripa) se pojavljajo predvsem na farmah, možne so tudi v veterinarskih ordinacijah, pri delavcih v klavnicah in hlevih. Okuženi veterinarji lahko delujejo kot biološki prenašalci za širjenje zoonoznih patogenov v okolico (npr. na člane skupnosti, njihove družine in živali, za katere skrbijo).

Bakterija Chlamydophila psittaci je zelo razširjena pri pticah. Ljudje se večinoma okužijo z vdihavanjem aerosola, okuženega s C. psittaci, in/ali izpostavljenostjo pri dotikanju okužene ptice.

Izpostavljenost bioaerosolu je povezana tudi z legionarsko boleznijo oziroma pontiaško vročico, gripo, ošpicami, kokcidioidomikozo in boleznimi prebavil. Legioneli smo ljudje izpostavljeni z vdihovanjem hlapov, ki vsebujejo bakterije rodu Legionella. Legionarska bolezen se pokaže v različnih oblikah bakterijske pljučnice. Resnost takšne okužbe se lahko zelo razlikuje od blage febrilne bolezni do potencialno smrtne pljučnice.

Tudi bakterija Mycobacterium tuberculosis se prenaša po zraku (aerosol). Ob vdihavanju pride v pljuča in povzroči tuberkulozo. S kašljanjem, kihanjem in  govorjenjem okuženega se kužne kapljice razpršijo v zrak. Veliko tveganje za prenos tuberkuloze predstavljajo  zdravstvene ustanove in druga zbirališča (npr. zapori ter zavetišča za brezdomce in za socialno pomoč), kjer so potencialno prisotni okuženi posamezniki.

Bakterija Bordetella pertussis, poznana kot povzročiteljica oslovskega kašlja (pertusis), se prenaša predvsem kapljično. Posledice okužbe se pokažejo v hitri kolonizaciji sluznic dihalnih poti, kjer pride do razmnoževanja bakterij. Najbolj so izpostavljeni učitelji, zdravstveni delavci in otroci, saj se v skupnostih bolezen zlahka prenaša na druge.

Nalezljiva bolezen, ki jo povzroča bakterija Bacillus anthracis, se širi preko črevesja (zaužitje), pljuč (vdihavanje) ali kože (kožna). Običajna pot okužbe ljudi z antraksom je izpostavljenost okuženim živalim (ali njihovi koži, volni ali mesu).

Ošpice so akutna virusna bolezen, ki jo povzroča virus morbili. Okužbo lahko spremlja pljučnica, slepota, poškodbe možganov ali celo smrt. . Znano je, da se širi kapljično z izločkom iz nosu, grla in ust okuženih oseb, če kašljajo ali kihajo. Okužene kapljice, ki pristanejo na površini, vsebujejo aktiven virus, ki je nalezljiv nekaj ur. Ljudje se lahko okužijo tudi z drgnjenjem oči ali s prenosom virusa z onesnaženih prstov v nos ali usta.

Več kot 200 različnih vrst virusov je povezanih s pojavom prehlada. Med njimi so najpogostejši rinovirusi, človeški koronavirusi, respiratorni sincicijski virus (RSV) in adenovirusi. Razširjajo se po zraku (aerosol), s stikom s kontaminiranimi predmeti (npr. posoda, brisače, tipkovnice, igrače in telefoni) ali z (nosnimi) izločki.

Bakterija Streptococcus pneumoniae lahko povzroči več različnih vrst okužb pljuč, ušes, nosu, krvnega obtoka (bakterijemija) ter hrbtenjače in možganov (meningitis). Bakterije se običajno prenašajo po zraku kot posledica kašljanja in kihanja okuženih posameznikov ali ob stiku z okuženim. Najpogosteje so prizadeti otroci, starejši in drugi bolniki z oslabljenim imunskim sistemom.

Bolezni dihalnih poti

Človeška pljuča so z vsakim dihom potencialno izpostavljena onesnaževalom in dražilnim snovem v zraku. Na splošno so respiratorni simptomi posledica vnetja dihalnih poti zaradi učinkov alergenov oziroma strupenih snovi, ki smo jim izpostavljeni. Te dražijo dihalne poti, poleg tega lahko povzročajo astmo oziroma vnetje pljučnega tkiva. Študije so pokazale, da je bila izpostavljenost specifičnim predstavnikom β-glukanov npr. povezana z novonastalo astmo ali poslabšanjem astme, intenzivnost astme pa tudi s preobčutljivostjo na plesni in izpostavljenostjo cvetnemu prahu.

Bioaerosol in COVID-19

Pandemija COVID-19 je najhujša pandemija, ki jo je povzročil respiratorni virus po pandemiji gripe leta 1918. Kot velja za druge respiratorne viruse, so za ta virus značilni trije načini prenosa: stik (neposredno), ​​velike kapljice in aerosoli. Identificiranje virusov v vzorcih aerosolov, zbranih iz zraka, je mogoče zlahka doseči z molekularnimi metodami. Ugotovili so, da kašljanje in kihanje proizvajata veliko število delcev, porazdeljenih v širokem spektru velikosti. Ugotovljeno je bilo tudi, da dejavnosti, kot so petje, govorjenje ali celo normalno dihanje, proizvajajo veliko število aerosolov, pravzaprav večinoma majhne aerosole. Logično  je, da če bolniki, okuženi s SARS-CoV-2, proizvajajo aerosole, ki vsebujejo viruse, vključno s finimi aerosoli, in če lahko aerosoliziran SARS-CoV-2 ohranja svojo kužnost več ur, potem se SARS-CoV-2 zazna v vzorcih aerosolov, zbranih v zraku. Utemeljitev prenosa aerosolov pri preiskavah izbruhov zahteva, da se pozornost nameni razločevalnim lastnostim aerosolov; na primer, čeprav bi prišlo do prenosa aerosolov na kratke razdalje, ga ni mogoče zlahka ločiti od prenosa z velikimi kapljicami ali neposrednimi stiki. Prenos na velike razdalje, če je dobro vzpostavljen, dokazuje prenos aerosolov; vendar pa pričakujemo, da se bo pojavilo v pomembnih ravneh, ko je prezračevanje slabo ali okvarjeno. Treba je paziti, da se ugotovi, ali je prišlo do okužb bolnikov v izbruhu; to je mogoče storiti na različne načine, na primer, če je do izbruha prišlo v času, ko je bilo prenosa v skupnosti zelo malo, ali ko so bili na primer bolniki zaprti na potniško ladjo, ali če je obstajal genetski marker, edinstven za sev virusa vpleten v izbruh. Obstaja veliko podatkov iz narejenih študij, ki podpirajo trditev, da se virusi v dveh družinah virusov, (Orthomyxoviridae in Coronaviridae), pandemično razširijo, predvsem s  prenašanjem  aerosolov. To ni zadnja pandemija, s katero se bomo morali soočiti, in brez dvoma bodo nekatere od njih vključevale nastajajoče viruse, ki se lahko prenašajo z aerosoli.

Zaključek

Zaradi povsodne izpostavljenosti bioaerosolu lahko pride do različnih bolezni, ki največkrat prizadenejo dihala.  V zaprtih prostorih je lahko koncentracija bioaerosola večkrat celo večja kot zunaj. Razlog so  predvsem različni notranji viri, ki so povezani s človeškimi dejavnostmi. Učinkovito mehansko ali naravno prezračevanje in redno čiščenje ter vzdrževanje prezračevalnih naprav imajo ključno vlogo pri izboljšanju kakovosti zraka v zaprtih prostorih. Pri oceni izpostavljenosti človeka bioaerosolu še vedno obstaja velika negotovost, saj se ustrezna orodja za kvantifikacijo tveganj šele razvijajo. Prav tako so potrebne tudi nadaljnje raziskave na področju učinkov bioaerosola na zdravje.

Pri pripravi dokumenta smo sodelovali (po abecednem vrstnem redu): Bojana Bažec, Matjaž Krošel, Simona Perčič, Majda Pohar, , Agnes Šömen Joksić, Andrej Uršič, Simona Uršič

Viri

Tellier R. COVID-19: the case for aerosol transmission. Interface Focus. 2022 Feb 11;12(2):20210072. doi: 10.1098/rsfs.2021.0072. Erratum in: Interface Focus. 2022 Dec 9;13(1):20220060. doi: 10.1098/rsfs.2022.0060.