Het turbulente leven van een aerosol

Aerosolen

Op het moment dat het net geproduceerde virusdeeltje de longen uit wordt geblazen komt deze waarschijnlijk mee met een waterdruppel. Binnen enkele seconden nadat ze het lichaam hebben verlaten, raken de druppels waarmee virus is meegekomen 90% procent van hun vocht kwijt. Hoe de druppels zich verder gedragen, hangt af van de ruimte waarin de druppel zich bevindt, de temperatuur en de luchtvochtigheid.

We hebben gezien dat virussen zich vaak meebewegen met de seizoenen. Mensen die het seizoenseffect niet onderkennen vergeten dat het niet alleen gaat om de temperatuur, de zonnekracht en de luchtvochtigheid.

Zo goed als alle overdracht van virussen vindt binnen plaats.

Binnen heeft de zon weinig invloed en de temperatuur houden we in onze huizen nagenoeg constant.

De mens creëert zelf ziekmakende omstandigheden.

Door onvoldoende frisse en vaak te droge lucht maken we onszelf eerder ziek.

Na uitademing verliezen druppels een groot deel van het vocht waarmee ze het lichaam zijn verlaten. Virus zal dan hoogstwaarschijnlijk nog in de druppel zitten. Door het langzaam krimpen van de druppels, kristalliseren zouten en maken op die manier de viruswand kapot. Dit gebeurt bij Kamertemperatuur en een Relatieve Luchtvochtigheid (verder RL) tussen de 40 en 60 procent. De druppels zijn redelijk stabiel en vallen op de grond

Onder de 40 procent RL gebeurt het kristallisatieproces zo snel dat virusdeeltjes niet beschadigd raken. Het proces is tot stilstand gekomen en nu zorgen de zouten er juist voor dat virus langer geconserveerd blijft en makkelijk hecht in de longen. Het meeste water is verdampt waardoor we nu eigenlijk niet meer over een druppel kunnen spreken maar van een vaste stof. Virus zal nu eerder aan een waterstofdeeltje blijven plakken zoals Rogier ook liet zien in plaats van in een druppel te zitten. Het virusdeeltje gaat een verbinding aan met verschillende fijne deeltjes die door elektrische ladingen aan elkaar vast blijven hangen of elkaar afstoten.

Dit is de definitie van een aerosol en heeft betrekking op alle door de lucht zwevende deeltjes van kleiner dan 200 micrometer.

Boven de 60 procent RL zien we iets anders gebeuren. Druppels botsen en knallen uit elkaar en het is een gevecht tussen vloeibare deeltjes, gassen, vaste en organische stoffen die lang in de lucht blijven hangen. Buiten zal dit proces eerder ontstaan en hangt samen met een stijging van de luchtvervuiling. Temperatuur, zonnekracht en wind zijn ook van invloed waardoor er bij ons gedurende de winter en vochtige hete zomerdagen meer vervuiling in de lucht hangt.

Luchtvervuiling

We weten dat luchtvervuiling de luchtwegen beschadigt en men daardoor ontvankelijker wordt voor luchtweginfecties. Het is zelfs zo dat de sterfte fors toeneemt in gebieden met een hoog percentage aan fijnstofdeeltjes in de lucht. Dit betreft uiteraard de grote steden zoals New York en Milaan maar het fijnstofniveau kan ook oplopen door de veehouderij zoals we in Brabant en Limburg zien.

Het wordt steeds duidelijker dat vooral de fijnste deeltjes (2,5 micrometer en kleiner) de meeste schade aanrichten en dit ook een direct effect heeft op het aantal besmettingen.

We zien bijvoorbeeld een snelle toename in het fijnstofgehalte door  bosbranden of het verbranden van suikerriet gevolgd door een toename aan besmettingen. Virussen kunnen klaarblijkelijk meeliften op de roetdeeltjes en zo sneller de longen binnendringen. Niet alleen onvolledige verbranding maar alle fijnstof die de lucht in gaat heeft een direct schadelijk effect.

Het zijn ook de kleinste deeltjes die het diepst in de longen kunnen komen, ze irriteren het ademhalingsstelsel en dit maakt dat men ontvankelijker wordt voor luchtweginfecties. Het is daarom evolutionair gezien vanzelfsprekend dat dit voor virussen de beste manier is om zich te verspreiden, omdat het meest kwetsbare punt van het lichaam zich diep in de longen bevindt.

De kleinste deeltjes zijn de boosdoeners

Een aantal onderzoeken, ook van Nederlandse wetenschappers, laat zien dat veruit de meeste virusdeeltjes (85%) zich in de kleinere aerosolen bevinden. Vanuit virologisch oogpunt gezien zijn dit de deeltjes kleiner dan 5 µm (5 micrometer).  Sommige onderzoeken laten zien dat uitgeademde deeltjes vanuit de longen nog kleiner zijn dan dat. Dit zou toch een keer een einde moeten maken aan de grote druppel discussie, zeker omdat het RIVM bij influenza heeft vastgesteld dat er honderd keer meer virus nodig is om iemand te besmetten via een grote druppel in de mond dan wanneer men het inademt. De kans dat je door kleine deeltjes besmet raakt, is daarmee 600 keer groter dan met de grote druppels. We hebben dan nog niet eens meegenomen dat het inademen van kleine deeltjes vele malen waarschijnlijker is dan dat je een grote druppel in je mond krijgt wat de verhoudingen nog verder uit elkaar brengt.

Het hele beleid gebaseerd op afstand houden en handen wassen zou ik dan ook omschrijven als weinig effectief zonder wetenschappelijke basis.

Als klap op de vuurpijl hebben we dit blog geschreven dat het bewijs voor de dominante rol van aerosolen bevestigd. Hier wordt nogmaals zeer duidelijk beschreven dat het overgrote deel van de virusdeeltjes zit in aerosolen kleiner dan 5 micrometer.

De kleinste deeltjes zijn in alle opzichten de grootste ziekmakers. We weten dat ze in welke vorm dan ook wel een dag in de lucht kunnen blijven zweven, maar er zijn verschillende omstandigheden waarin het virus dat meelift sneller inactief wordt gemaakt of eerder de longen in kan worden gebracht.  We kijken nu immers op microniveau en niet meer naar druppels. Als er meerdere virusdeeltjes in een aerosol van 2,5 micrometer kunnen zitten, is het ontbreken van water juist datgene dat de deeltjes gevaarlijk maakt. Voor de duidelijkheid: een virusdeeltje is ongeveer 100 nanometer groot, dat is hetzelfde als 0,1 micrometer. Doordat virus opgesloten zit tussen fijnstof is het mogelijk dat dit bescherming bied tegen het UV lucht uit de zon waardoor de overlevingskansen worden verlengd.

Als kind kan ik me herinneren dat wanneer er vroeger op feesten en partijen nog flink binnen werd gerookt, er letterlijk een laag sigarettenrook in de kamer hing. Als ik dan als kleine jongen bukte en onder de mistlaag door kroop, had ik minder last van de rook. Waarschijnlijk ontstaat dit effect door de uitgeademde CO₂ waar de rook op blijft liggen. CO₂ is namelijk zwaarder dan zuurstof en vult de ruimte van onderaf. Een goede reden om een CO₂ meter op mondhoogte te plaatsen als je zit.

Inmiddels is duidelijk dat met z’n allen binnenshuis staan paffen zonder te ventileren, niet gezond kan zijn. Dat besef heeft ook even geduurd dus er is nog hoop. Iets dat veel mensen misschien niet weten is dat veruit het meeste fijnstof (90%) binnenshuis wordt ingeademd, waarbij slechte afzuiging tijdens het bereiden van eten de grootste boosdoener is.

Ionisatie

Omdat de microdeeltjes overgeleverd zijn aan vele externe invloeden, is het niet gemakkelijk te bepalen welke (combinatie van) factoren de grootste rol spelen. Zijn het gassen, fijnstofdeeltjes, of is het de positieve lading van de botsende deeltjes in de lucht en de statische elektriciteit die daaruit volgt?

De lading van deeltjes in de lucht is te beïnvloeden met ionisatie, het toevoegen van negatieve ionen maakt dat de veelal positief geladen deeltjes kunnen samenklonteren. Hierdoor ontstaan weer grotere deeltjes, die net zoals bij water tussen de 40 en 60 procent RL neerslaan. Negatieve deeltjes zorgen ervoor dat virus inactief wordt gemaakt, niet meer de longen in kan komen of beide. Het is een zeer effectief middel, dat in de veehouderij wordt toegepast. Het rendement is bijna honderd procent. Het is daarom interessant om te onderzoeken wat allemaal nog meer van invloed zou kunnen zijn op het positief of negatief laden van deeltjes.

Het blijkt dat de lading van deeltjes een sterke samenhang met de luchtvochtigheid heeft. Door een hoge of lagere luchtvochtigheid ontstaan ook meer fijnstofdeeltjes die elkaar aantrekken of afstoten. De elektrische lading in de lucht neemt toe door de vermeerdering aan deeltjes.  Dit proces werkt twee kanten op; de opbouw van elektrische geladen deeltjes zorgt voor meer aerosolen.

Een voorbeeld hiervan dat voor meer positief geladen deeltjes alsook voor meer fijnstof zorgt, zijn de kopieermachines en laserprinters. De toner werkt met geladen deeltjes die bij het proces vrijkomen, hierin zit o.a. carbon black, waarvan is aangetoond dat het een direct effect op virusoverdracht heeft. In een aparte ruimte met afzuiging plaatsen dus.

Hoe kunnen we deze kennis toepassen?

Er is nog niet heel veel bekend over het onderwerp maar wel is duidelijk dat de lading van deeltjes invloed heeft op hoe diep deeltjes de longen in kunnen komen. Deze techniek kan worden toegepast op inhalators om zo efficiënt mogelijk een medicijn diep in de longen te kunnen brengen.

Deeltjes met een positieve lading blijken eerder te blijven hangen in de bovenste luchtwegen maar doordat ze daar dan voor een positieve lading zorgen, stoot dit ook weer binnenkomende deeltjes af. Op deze manier is het toch mogelijk om dieper de longen in kunnen komen.

Hoewel lading zeker van belang is, lijkt het er sterk op dat onder normale omstandigheden vooral de hoeveelheid deeltjes en de grootte daarvan het meest van invloed is op luchtwegziektes. Het voorkomen dat deeltjes zich opstapelen door een goede luchtvochtigheid en (daarmee) het ionisatieproces te stimuleren lijkt de meest efficiënte manier naast ventileren.

De blinde vlek met grote gevolgen

Maurice heeft al eens over onweersbuien geschreven. Uiteraard is het zo dat mensen tijdens een regenbui massaal naar binnen gaan en op die manier de besmettingskansen verhogen. Er is echter nog een aspect dat hieraan bijdraagt.

In de dagen na een onweersbui neemt de concentratie (bio)aerosolen aan de grond aan de grond sterk toe. Dit kunnen allerlei verschillende deeltjes zijn zoals fijnstof, pollen, schimmels, virussen enzovoort. Het zijn de ook dagen waarop het RIVM aan kwetsbare groepen adviseert binnen te blijven en het advies geeft om buiten niet intensief te sporten. Hier lijkt het kwartje dus wel te zijn gevallen.

Een hypothese is dat door het onweer negatieve ionen worden toegevoegd aan de positieve deeltjes in de onderste luchtlagen, dit zou ook veroorzaakt kunnen worden door de regen. Het ontladen van de lucht door de onweersbuien lijkt sterk op het proces van ionisatie; waardoor samenklontering van aerosolen kan ontstaan en deeltjes uit de lucht vallen. Zoals we eerder hebben gezien, zorgen meer aerosolen ook voor meer oplading, dit heeft ook invloed op het weer waardoor onweersbuien heftiger en zandstormen groter kunnen worden.

Uiteraard zullen er andere factoren een rol spelen maar het is duidelijk dat er de dagen na de onweersbuien meer mensen worden opgenomen met luchtwegklachten. Dit kan veroorzaakt zijn door virussen die van verre zijn meegekomen, maar zoals dit stuk duidelijk maakt, zijn alle fijnstofdeeltjes van invloed. Een ophoping van schadelijke deeltjes kan het begin zijn van een reeks luchtweginfecties.

Zowel voor de mens als voor de natuur spelen aerosolen, in welke vorm dan ook, een zeer belangrijke rol en het beperken ervan heeft vele voordelen. Ventilatie is een van de meest effectieve manieren om aerosolen waartoe ook virussen behoren binnenshuis te beperken. Door verdunning van de lucht wordt de kans op ophoping van ziekmakende deeltjes en daarmee de mate van ziekte verkleind. Het is dan ook onbegrijpelijk dat het kabinet op de plaatsen waar de meeste besmettingen plaatsvinden de regels voor ventilatie versoepeld.

Als we al het geld dat we aan preventieve maatregelen hebben uitgegeven hadden geïnvesteerd in een goede luchtbehandeling in de binnenruimtes zou dit andere maatregelen voor nu en in de toekomst overbodig hebben gemaakt.

Ook dit soort artikelen zijn van groot belang voor onze gezondheid. Niet alleen m.b.t. Covid19, maar ook t.a.v. andere luchtweginfecties. Help deze site met een (kleine) donatie. Klik dan hier.