なぜ N95 が蔓延を止められないのか

パンデミックが始まって以来、地域社会全体でマスク着用を徹底すれば問題は解決し、SARS-CoV-2の感染拡大を阻止できると保証されてきた。しかし、実際のデータでは、マスクは個人保護のための緩和策としては効果がないことが一貫して示されており、場当たり的な指示を是正するどころか、ますます制限が厳しくなるものの、実質的には緩和効果のないマスク着用を強いられることになった。

しかし、なぜN95マスクは失敗したのか、そしてなぜ失敗し続けているのか？以下では、仮にN95マスクが完璧な捕集能力を持つと仮定した場合でも、SARS-CoV-2の拡散を抑制できない理由について、詳細に解説する。

病気の重症度、特定の個人の免疫反応、病気の経過に基づいて、ウイルスの伝染性と感染物質の排出量をスペクトルとして見ることから始める必要があります。 これらはすべて、SARS-CoV-2 に感染した個人のウイルス負荷に重大な影響を与えることが示されています。 出力数値と感染率、および最小感染量の測定方法について説明します。 

これらはそれぞれ、単独でも病原性緩和において考慮すべき重要な要素ですが、組み合わせると、特定のアプローチが感染の危険を排除する上で望ましい結果をもたらすかどうかを具体的に示すことができます. 呼吸排出量のアウトプット数値は、個人によってどれだけの物質が排出されているか、およびそれらが呼吸器病原体で伝染するかどうかを示しますが、アウトプット数値は、病気の発症、回復期間、および PCR 陰性の場合のより深刻な段階の間で大きく異なります。特定の病原体に対して。

出力を粒子対プラーク形成単位 (PFU) 比と比較することにより、放出された粒子の数が感染を引き起こす可能性のある実行可能なビリオンである割合が与えられます。 これらの感染単位のそれぞれは、PFU と呼ばれます。 潜在的な宿主が受け取る必要のある PFU の数は、最小感染量 (MID) の数値として与えられます。これは、いったん満たされると、感染の開始が予想されるしきい値です。 

粒子と PFU の比率の数値を見て、MID ポテンシャルを計算すると、最終的な結果は、一定期間に感染する可能性のある個人の数になります。 

感染性の可能性に関するこの MID しきい値を使用して、特定の装置の仮想的な完全捕獲能力を適用して、最良のシナリオが、その装置がハザードの MID しきい値を緩和または防止する可能性をもたらすかどうかを確認できます。 

ここでは、SARS-CoV-2 のアウトプット、粒子対 PFU 比、および MID と、N95 の仮想的な完全捕獲能力を比較して、完全な捕獲率 (この場合、装置が捕獲するように承認または設計されているよりもはるかに小さい物質)、捕獲されなかった 5% の割合は、感染を引き起こす感染性物質への十分な潜在的暴露である. 

放出される物質の粒子範囲と対応する挙動

パンデミック対策は、SARS-CoV-2の最小生存粒子サイズである0.06～0.14µmから始めるべきだった。公衆衛生当局はN95マスクの使用を強く推奨しているが、N95マスクは0.3µmより大きい粒子を捕捉することのみを評価・承認している。呼気中の微粒子の90%以上は0.3µm未満であることが示されている。このサイズの粒子は、空間内の換気率にもよるが、数時間、場合によっては数日間も空気中に浮遊し続ける。SARS-CoV-2は、宿主の体外ではエアロゾルとして数時間、表面上では数日間生存することが示されている。

「SARS-CoV-2ウイルス^{はエアロゾル中で}3時間生存可能であることが確認され、感染性ウイルス濃度は空気3.5リットルあたり^10³.2.7から10².50 TCID₅₀に減少_した。」

この研究では、感染性のSARS-CoV-2を含む実験室で生成されたエアロゾルを使用し、放出された物質のさまざまな表面上およびエアロゾルとしての生存率を経時的に観察しました。

次のことを考慮すると、多孔質のマスクとレスピレーターの膜が、ウイルス物質の生存期間を延ばす役割を果たしているかどうかも疑問に思います。

「空気感染するウイルスが表面上で生存する時間は、表面が非多孔質（例：プラスチック、ステンレス鋼、ガラス）か多孔質（例：紙、衣類）かによって異なります。非多孔質の表面は、空気感染するウイルスの生存時間が多孔質の表面よりもはるかに長いことが観察されているため、疾病伝播の主要な要因となっています。」

マスクと人工呼吸器は確かに多孔質表面としてカウントされます. 多くの人工呼吸器も、メルトブローン プラスチックで構成されています。 マスク膜上のウイルスの生存率は十分に研究されていますか? 

エアロゾルの生存率は、感染者がいない密閉空間における感染伝播能力を示すため重要である。感染者が存在してその空間にウイルスを放出する場合、放出量は一定となり、生存可能なウイルス物質は呼吸ごとに大気中の病原体の飽和度を高めることになる。

マスクと人工呼吸器で見過ごされがちですが、重要な問題はシールです。小さな隙間領域があると、これらの装置は着用者にとって効果がありません。 必要な着用条件の下で、これらの器具を正しく着用している人はめったにいないため、すでに緩和されていない器具が誤って着用されていることに遭遇します. 

これらのフィット対漏出の数値によると、3.2% パーセントの漏出は 100% パーセントの非効率性に相当します。 

これらはすべて、特定の危険を緩和できない装置の原因に対処する際に考慮しなければならない要因です。 次に、排出量、最小感染量、プラーク形成単位、およびそれらがどのように関連しているかを調べることで、呼吸保護装置の大量導入ではなく、工学的制御が常に正しい対応であった理由をよりよく理解できます。

「病気」の患者からの呼吸放出 – PCR陽性と陰性のテスト結果:

健康な人と SARS-CoV-2 PCR 陽性の被験者のエアロゾル排出量に関する研究では、PCR 陽性の被験者から放出された微粒子の 90%+% が 0.3 μm 未満であり、放出された物質のカウントが実施され、重症度の異なる個人を比較しました。 PCR陰性の被験者の病気。 

「 SARS-CoV-2 PCR陽性患者における呼気中の粒子数の中央値は、健常対照群（252.0/L [0.0–882.0/L]）と比較して、非常に有意に高かった（1490.5/L [46.0–34,772.0/L]；p < 0.0001）。」

毎分 4.3 ～ 29 リットルの呼吸放出率を使用する場合 (EPA 暴露係数ハンドブックより)、34,772 リットルあたり 29 粒子に毎分 1,008,388 リットルを掛けた最高出力の PCR 陽性範囲は、毎分 XNUMX 粒子の放出に匹敵します。 . 

これらの微粒子のすべてが個々のウイルス粒子、または生存可能なウイルス粒子であると主張しているわけではありませんが、それでもなお、PCR 陽性および陰性の個人によって放出される物質には非常に有意な差があります (中央値 1,490.5 対 252)。 粒子を PFU に変換する比率については、PFU の役割について説明した後に紹介します。

粒子サイズと放出率:

この研究では、SARS-CoV-2 の陽性および陰性の被験者における放射粒子サイズ範囲の測定について以前に説明しました。 

「粒子径分布に関しては、利用可能なサイズチャネル（合計14のサイズチャネル、0.15～5.0μm）を、<0.3μm、0.3～0.5μm、および>0.5～5.0μmの3つのサイズバンドに分けて分析した。両グループとも、エアロゾルの大部分（SARS-CoV-2 PCR陽性グループでは90%以上、陰性グループでは78%以上）は最小サイズ（<0.3μm）に存在していた。特にCOVID-19陽性グループでは、総エアロゾル濃度の増加は、≤0.3μmの粒子の増加が主な要因であった。」

検査対象となった入院患者64名のうち、最も重症度の高い10名が呼気中の粒子数全体の約64.8%を占めていたため、このケースでは、排出量と最小感染量を計算する際に、少なくとも保守的な排出量範囲と感染性の可能性を考慮することが重要である。具体的には、論文には次のように記されている。

「SARS-CoV-2 PCR陽性群では、15.6%（n = 10/64）が高濃度の粒子を示し、群全体の呼気粒子数の64.8%を占めていました。さらに、この15.6%は全患者（n = 10/288）の3.5%に相当し、呼気粒子全体の51.2%を占めていました。」

病気の重症度が最も高い人々を感染率と比較すると、伝染性のある個人による実行可能な粒子出力についてより多くを理解することができます. PCR陰性の被験者と回復中のPCR陽性の被験者による放出物質とビリオンの両方の出力が低いことを考慮すると、ウイルス拡散の主要な要因である無症候性感染の可能性が低いことを物語っていると推測するのは安全かもしれません. 

RNA コピーの存在と生存可能なビリオンの濃度

すべてのRNAコピーやウイルス粒子が、ウイルス複製につながるプラーク形成単位（PFU）を形成できるわけではありません。感染単位の生成数に関するデータは提供されていますが、これは放出率ではありません。これらは、感染期間中の総ウイルス生成量の推定値です。

「ウイルス除去率の逆数の推定値で割ると、典型的な感染症の全経過において、推定される総ウイルス産生量は3× ^10⁹～3× ^10¹²個、すなわち3× ^10⁵～3×10⁸^個の感染単位となる。」

簡単に言うと、これは 3 億から 3 兆のウイルス粒子、または病気の過程で生成される 300,000 万から 300 億の感染ユニットの総生産量です。 

ビリオン出力

ビリオンの出力を確立するにはさまざまな方法があり、並べて表示すると範囲がわずかに異なります。 一部の研究では、次のように、放出された総ビリオンが示されています。

「一部の患者では、ウイルス力価がWölfelらの平均力価を2桁以上上回っており、その結果、発話1分あたりに放出される飛沫中のウイルス粒子数が10万個をはるかに超える。」

他の研究では、総粒子数が得られ、総出力から実行可能なビリオンへの変換係数の使用に依存しています。 確立することが重要なのは、全体的なウイルス粒子の出力が、プラーク形成ユニット (PFU) を作成できるビリオンを意味する、生存可能なビリオンの総数と等しくないということです。 

PFU – 個々のプラーク形成単位 (PFU) を形成するために必要なウイルス粒子を理解する:

放出されたすべてのウイルス RNA およびウイルス粒子は、ウイルス複製および PFU の作成が可能ではありませんが、各 PFU は XNUMX つの実行可能なウイルス粒子によって作成されることが理解されています。 以下の抜粋では、ウイルス感染と発症に対する PFU の影響について説明しています。 

「このアッセイは、単一の感染性ウイルス粒子が増殖することによって各プラークが形成されるように設計されています。したがって、PFU/mlは1ミリリットルあたりの感染単位数（IU/ml）の指標とみなされますが、適用した試料中のプラークと感染性粒子の比率が必ずしも1対1であるとは限らないことに注意が必要です。」

「ほとんどの動物ウイルスでは、感染を引き起こすのに感染性粒子が1つあれば十分である。」

「用量反応曲線が直線的であることは、単一のウイルス粒子でも感染を開始できることを示しています。しかし、多くのウイルスで粒子対pfu比が高いことから、すべてのウイルス粒子が感染に成功するわけではないことがわかります。粒子対pfu比が高いのは、致死的な変異を持つゲノム、あるいは増殖や精製過程で損傷を受けたゲノムを持つ非感染性粒子が存在することが原因となる場合があります。」

「プラークは、単一のウイルス粒子による細胞感染の結果生じると一般的に考えられている。もしそうであれば、プラーク内のウイルスから生成されるウイルスはすべてクローン、つまり遺伝的に同一であるはずである。」

要約すると、XNUMX つの実行可能なウイルス粒子、またはビリオンは、このウイルス粒子が複製する XNUMX つの PFU を作成することができます。 作成された物質の一部は単独で感染を引き起こすことができないウイルス RNA のみであり、作成された物質の一部は複製および感染が可能です。

粒子総排出量とPFU生成量の関係は、粒子対PFU比と呼ばれます。SARS-CoV-2の場合、放出粒子とPFUの比率は1000対1,000,000です。

PFUおよび最小感染量研究

私たちの呼吸数は、年齢や活動レベルによって異なります。 人間の平均呼吸数は、16 分間に 20 ～ 4.3 回です。 この説明では、毎分 29 ～ 53 リットルの呼吸数 (EPA 暴露係数ハンドブックより) を使用します。 この基準では、毎分 XNUMX リットルという高い範囲が示されています。 アウトプットを XNUMX 分あたりのウイルス粒子として、最小感染量を感染のための PFU およびウイルス粒子として調べます。どちらも利用可能な研究で調査されているためです。 

文献からの最小感染量 (MID) データ:

さまざまな呼吸器ウイルスの比較研究と SARS-CoV-2 の動物研究が、多くの MID 推定に貢献するために使用されてきましたが、この論文は可能な限り人間の研究のみに焦点を当てています。 

「ヒトにおけるSARS-CoV-2の最小検出可能量（MID）についてはさらなる研究が必要ですが、約100個のウイルス粒子と推定されています。コロナウイルスに関するヒトを対象とした唯一の研究はHCoV-229Eについて報告されており、そのMIDは9 PFUです。さらに、エアロゾル感染が主な感染経路であれば、MIDはさらに低くなるでしょう。」

「実際、エアロゾル感染は、飛沫感染に比べて必要な感染量が少なく、例えば約100分の1で済む。」

「評価された横断研究および症例シリーズ研究において、ヒトにおけるCOVID-19を引き起こすSARS-CoV-2の最小感染量は低かった。SARS-CoV-2陽性患者15人から採取した273検体の感染量を調査した症例シリーズ研究では、COVID-19-RdRp/Helアッセイにおいて、検出された最小感染量はin vitroで1.26 PFUであった。1別の研究では、COVID-19患者の248の口腔・鼻咽頭検体が評価され、感染量は364 PFUと報告された。」

「 10歳以下の小児97名、11～17歳の小児78名、成人130名を対象とした症例シリーズ研究では、11～17歳の小児における感染量は他の2つのグループ（125 PFU）よりも低かった。小児は成人と比較して生ウイルス増殖が少なく、サイクル閾値が高く、ウイルス濃度も低かったため、小児は感染の主な媒介者ではない。10歳以下の小児は他の年齢層よりも無症状である可能性が高かった。」

「最もよく議論されている研究の一つは、Basuらによる研究で、その主な目的は感染を引き起こす可能性が高い飛沫の大きさを評価することでした。しかし、この発見に加えて、彼らは感染を引き起こす可能性のあるウイルス量に関するいくつかの点も指摘しました。彼らは、2.5時間の間に、近接した個人の鼻咽頭に到達するウイルス粒子の数は、（11/5）ウイルス粒子/分 × 60分 × 2.5時間 = 330 に近似することを発見しました。」

他のコロナウイルスを含む比較研究では、呼吸器系ウイルスの PFU が非常に低いことが示されています。 

「 SARS-CoV-1の推定感染力は、ヒトに軽度の風邪を引き起こすHCoV-229Eを含む他のコロナウイルスと同程度であった。実験研究では、SARS-CoV-1のID10とID50はそれぞれ43 PFUと280 PFU（400 TCID50）と報告されている。」

「ヒトに軽度の風邪を引き起こす季節性コロナウイルス亜型229EのヒトID50は13 TCID50であると報告され_ている_。」

SARS-CoV-2 に関する提供された研究で議論された数値は、伝染について 1.26、100、125、330、および 363 PFU であり、これもまた広範囲の感受性を示しています。 

実行可能なウイルス粒子の出力と最小感染量の閾値の可能性

これらの利用可能な数値を使用することで、アウトプットの寄与、放出されたウイルス物質の感染力の可能性、PFU の範囲を調べることで、N95 が感染性エアロゾルから意味のある保護価値を提供するという主張に取り組むことができます。物質の 95% を捕獲するのに対して、残りの 95% を捕獲できません。 繰り返しますが、N5 は <95 μm を捕捉するように設計も承認もされていないことに注意してください。ここでは、実行可能な最小粒子サイズが 0.3 ～ 0.06 μm の病原体について説明しています。

感染性のある個体からの呼吸器からの排出物は、1分間に10万個以上のウイルス粒子に達することが示されていますが、排出されたウイルス粒子すべてが感染性を持つとは限りません。追加の研究論文では、1分間に75万個ものウイルス粒子が排出されると主張していますが（ただし、そのような主張を裏付けるデータは不足しています）。また、もちろん、私たちは個人の呼気すべてを吸い込むわけではありませんが、感染性のある個体との距離、排出速度、その空間内での滞在時間、およびその空間内の換気状況はすべて、感染の可能性に影響を与える要因であり、線形的または予測可能な形で表現することはできません。

上記で検討した研究では、PCR陽性粒子の最高出力範囲は1リットルあたり34,772粒子であり、最高出力範囲を放出する粒子が放出される全物質の64％を占めていた。

まず、これらの各範囲について1時間ごとの出力を作成し、次に1,000から1,000,000までの各範囲に対して粒子対PFU比を適用します。

出力範囲A

100,000分間に6のビリオンを放出する閉鎖空間内の伝染性個体の100,000時間は、60万のビリオン(8×48分)の出力になります。 密閉された空間での 100,000 時間は、480 万のビリオンが放出されることに相当します (1,000 × 1,000,000 分)。 粒子と PFU の比率が 6,000 から 48,000 の場合、8 時間で XNUMX、XNUMX 時間で XNUMX の実行可能なビリオンが得られます。 

与えられた議論された研究からの PFU 数値は、最小感染用量として必要な 1.26、100、125、330、および 363 PFU でした。 実行可能なウイルス粒子の各量を各 PFU 数値で割って、MID しきい値の各可能性をリストしました。 

出力範囲B

PCR 陽性の粒子収集研究では、34,772 リットルあたり 64 個の粒子が収集された最高範囲であり、SARS-CoV-10 の感染によって最も悪影響を受けた 2 の発生源から放出され、カウントされた粒子の合計の約 34,772% でした。 . 29 個の粒子に毎分 1,008,388 リットルの放出量を掛けると、出力範囲は毎分 XNUMX 個の粒子が放出されます。 

EPA 暴露ハンドブックには、毎分 53 リットルの範囲が記載されているため、毎分 29 リットルという数字を使用することは、可能な最大出力範囲ではありません。 毎分 7 リットルと 29 リットルの出力範囲が使用されます。これは、座りっぱなしから中等度の活動レベル範囲に入る出力範囲であるためです。 

29 分あたり 34,772 リットルで、1,008,388 リットルあたり 60 粒子 (60,503,280 粒子) を掛けると、1,008,388 分間の出力で、60 時間あたり 484,026,240 (8×1,008,388) 粒子、480 時間あたり XNUMX (XNUMX×XNUMX) 粒子になります。分）。

COVID の粒子対 PFU の比率が 1,000 から 1,000,000 の場合、60,503 時間あたり 484,026 の生存可能なビリオンが放出され、8 時間あたり XNUMX の生存可能なビリオンが放出されます。 

これらの計算は、放出されるウイルス粒子の数だけでなく、使用される PFU 数値に基づいて、特定の数の人々に感染するために MID しきい値に達する可能性に関して、伝染性個体の出力可能性を示します。 

SARS-CoV-2 で実証された PFU の範囲は非常に広いですが、個人の健康状態と免疫反応に基づいて、さまざまな感染力を予測する必要があります。 1.26 PFU はかなり低いように見えますが、SARS-Cov-1 の PFU は 13 PFU と低く、感染開始の MID しきい値を満たすことが示されています。

毎分 7 リットルというより低い排出量を使用したとしても、毎分 243,404 粒子 (34,772 x 7))、14,694,240 時間あたり 234,404 粒子 (60 x 116,833,920)、243,404 時間あたり 480 (8 x 1,000) 粒子の割合が得られます。 - 時間。 1,000,000 から 1 の粒子対 PFU 比を適用すると、14,604 時間で 116,833 の生存可能なビリオンが生成され、8 時間で XNUMX が生成されます。 

座りっぱなしから中程度の強度のこれらの出力範囲では、多くの場合、確立されたすべての PFU 数値で MID しきい値が満たされます。 

N95 が失敗した/失敗している/失敗する理由 

N95 定格のレスピレーターは、95µm を超える非油性物質の 0.3% を捕捉するように設計および承認されています。 SARS-CoV-2 の実行可能な最小粒子サイズは 0.06 ～ 0.14 μm であり、より大きな物質に結合している場合でも 0.3 μm のしきい値をはるかに下回っているため、これは、これらの装置が設計されていない、または設計されていない粒子範囲の完全な捕捉能力の仮説です。キャプチャすることが承認されておらず、95% またはそれに近いパフォーマンスを示すアプリケーション データもありません。

仮説上の完全な捕獲能力の演習のために、95% の完全な捕獲率の仮定を彼らに与えます。 で示した MID 数値の 5% をアウトプット範囲 A および B で示したものに適用すると、実行可能なウイルス粒子の感染性と、仮説上の 5% パーセントの完全率がキャプチャが満たされます。

出力範囲A

出力範囲B

毎分29リットル

毎分7リットル 

これらの装置が捕捉するように設計されていない、または捕捉することが承認されていない粒子サイズ範囲の N95 物質の仮想的な完全な捕捉能力を仮定し、捕捉されなかった残りの 5% パーセントを適用すると、MID を満たすために必要な PFU に対する出力の範囲の大部分閾値は、確立された出力の範囲ごとに 1 時間および 8 時間の期間で、多くの個人の潜在的な感染の MID 閾値の何倍もの曝露を依然として許容します。

製品概要

SARS-CoV-2 の発生時には、この病原体は圧倒的多数の人々にとって致命的ではなく、生存率が約 99.8% であるため、緩和基準が緩くなりました。 ハザード固有の反応へのこの軽快さは、より致命的な病原体や暴露要素に適用されると非常に危険です.

仮想的な最良のシナリオを調べることで、特定の対策が特定されたハザードを緩和する効果があるかどうかをより正確に予測できます。 N95s 対出力、粒子対 PFU 比、および SARS-CoV-2 の MID については、これらの装置が捕獲するように設計も承認もされていない物質の仮想的な完全な捕獲の最良のシナリオは、それらがまだ軽減されていないことを示しています。この危険性、およびそれらの使用に関する推奨事項は、直ちに再検討する必要があります。 

追加のリソース：

サンプルからの平均ウイルス量について議論しています: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2196-x。

最小感染量

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7090536/ (SARS-CoV-2に特化したものではなく、MID全般に関するものです)。

用語解説

エアロゾルとは、空気またはガス中に分散した粒子で、大きさが5ミクロン未満と定義される。

無症状感染（拡散） –病原体の既知の症状を一切示さずに、病原体を他人に感染させるという理論上の概念。

大気飽和度 ―密閉された空間内で大気中に残存する生存可能な物質の量。

排出物 ―呼気中の呼吸器物質。

層流状態 –流体粒子が層状に滑らかな経路をたどる流れ。

最小感染量 ―病気の発症が予測されるために、人が曝露されなければならない危険物質の最小量。

N95 –油分を捕捉しない粒子状物質ろ過式呼吸器で、0.3 µm以上の物質を最大95%遮断できる。

発症 –最小感染量閾値に達した後に病気が発症し始めること。

排出量 ―感染性のある個体によって特定の環境に放出される排出量。

出力は定数として表される –密閉空間内の個人が、感染性粒子を含む呼吸エアロゾルを所定の大気中に放出し、呼吸するたびに所定の大気を感染性物質でより飽和させる。

粒子対PFU比 –病原性物質排出量の計算において、放出された粒子の総数と、感染力のある粒子の数を比較する比率。

PCR陰性 –特定の病原体に対するPCR検査で、被験者が陽性反応を示さないこと。PCRとは、ポリメラーゼ連鎖反応法の略です。

PCR陽性 –特定の病原体に対するポリメラーゼ連鎖反応法を用いて検査を行った結果、被験者が陽性反応を示した場合。

完全捕集能力 –製品が想定する最高の捕集率と一致する有効率で有害物質を捕集すること。

プラーク形成単位（PFU）とは、ウイルス粒子が宿主細胞に感染し、そこでウイルス複製が始まることで形成される単位のことです。発症には一定数のPFUが必要であり、これを最小感染量と呼びます。

RNAコピーとは、細胞内でタンパク質のコピーを作成するために必要な遺伝物質である。RNAコピーは、複製可能な生存可能なウイルス粒子とは同義ではない。

TCID50とは、組織培養感染量（tissue culture infectious dose）の略で、培養アッセイにおいて細胞の50%に感染させるのに必要なウイルスの希釈率を表す。

ウイルス量 ―特定の物質、排出物、または感染性のある個体の体内に存在するウイルス粒子の量。

ウイルスの生存能力 –細胞に感染してプラーク形成単位（PFU）を形成できるウイルス粒子。

ビリオンまたは生存可能なビリオンとは、完全な感染性ウイルス粒子のことである。