Eficácia das máscaras faciais na Covid-19

As infecções por vírus respiratórios causam um amplo e sobreposto espectro de sintomas, coletivamente denominados doenças agudas por vírus respiratórios (IRA) ou, mais comumente, o ‘resfriado comum’. Embora em sua maioria leves, esses IRAs às vezes podem causar doenças graves e morte ¹ . Esses vírus se espalham entre os seres humanos por contato direto ou indireto, gotículas respiratórias (incluindo gotículas maiores que caem rapidamente perto da fonte, bem como aerossóis grossos com diâmetro aerodinâmico> 5 µm) e aerossóis de partículas finas (gotículas e núcleos de gotículas com diâmetro aerodinâmico ≤5 µm) ^2 , 3. Embora a higiene das mãos e o uso de máscaras faciais, principalmente direcionadas ao contato e à transmissão de gotículas respiratórias, tenham sido sugeridas como importantes estratégias de mitigação contra a transmissão do vírus influenza ⁴ , pouco se sabe sobre a importância relativa desses modos na transmissão de outros vírus respiratórios comuns ^{2 , 3 , 5} . Incertezas se aplicam de maneira semelhante aos modos de transmissão do COVID-19 (refs. ^6 , 7 ).

Algumas autoridades de saúde recomendam que máscaras sejam usadas por indivíduos doentes para impedir a transmissão subsequente (controle de fonte) ^4 , 8 . As máscaras cirúrgicas foram originalmente introduzidas para proteger os pacientes de infecções de feridas e contaminação dos cirurgiões (o usuário) durante os procedimentos cirúrgicos e foram posteriormente adotadas para proteger os profissionais de saúde contra a infecção por seus pacientes. No entanto, a maioria das evidências existentes sobre a eficácia da filtragem de máscaras faciais e respiradores vem de experimentos in vitro com partículas não biológicas ^9 , 10, que pode não ser generalizável para gotículas infecciosas de vírus respiratórios. Há pouca informação sobre a eficácia das máscaras faciais na filtragem de vírus respiratórios e na redução da liberação viral de um indivíduo com infecções respiratórias ⁸ , e a maioria das pesquisas se concentrou na influenza ^11 , 12 .

Neste artigo, objetivamos explorar a importância das rotas respiratórias de transmissão de gotículas e aerossóis, com um foco específico nos coronavírus, vírus influenza e rinovírus, quantificando a quantidade de vírus respiratório na respiração exalada dos participantes com IRA atendidos clinicamente e determinando a eficácia potencial da cirurgia. máscaras para impedir a transmissão do vírus respiratório.

Triagem de 3.363 indivíduos em duas fases de estudo, envolvendo 246 indivíduos que forneceram amostras de ar expirado (Dados Estaduais Fig. 1 ). Entre esses 246 participantes, 122 (50%) participantes foram randomizados para não usar máscara facial durante a primeira coleta de respiração exalada e 124 (50%) participantes foram randomizados para usar máscara facial. No geral, 49 (20%) forneceram voluntariamente uma segunda coleção de respiração exalada do tipo alternativo.

As infecções por pelo menos um vírus respiratório foram confirmadas por PCR de transcrição reversa (RT – PCR) em 123 de 246 (50%) participantes. Desses 123 participantes, 111 (90%) foram infectados por coronavírus humano (sazonal) ( n  = 17), vírus influenza ( n  = 43) ou rinovírus ( n  = 54) (Dados estendidos Figs. 1 e 2 ), incluindo um participante co-infectado pelo coronavírus e vírus influenza e outros dois participantes co-infectados pelo vírus rinovírus e influenza. Esses 111 participantes foram o foco de nossas análises.

Houve algumas pequenas diferenças nas características dos 111 participantes com os diferentes vírus (Tabela 1a ). No geral, 24% dos participantes apresentaram febre medida ≥37,8 ° C, com pacientes com influenza duas vezes mais propensos do que pacientes infectados com coronavírus e rinovírus a apresentar febre medida Os participantes infectados com coronavírus tossiram mais com uma média de 17 (dp = 30) tosse durante os 30 minutos de coleta expirada de ar expirado. Os perfis dos participantes randomizados para grupos com e sem máscara foram semelhantes (Tabela 1 ).

Testamos o derramamento viral (em termos de cópias virais por amostra) em zaragatoas nasais, zaragatoas, amostras de gotículas respiratórias e amostras de aerossóis e comparamos os dois últimos entre amostras coletadas com ou sem máscara facial (fig. 1 ). Em média, o derramamento viral foi maior nos esfregaços nasais do que nos esfregões na garganta para cada um dos coronavírus (mediana 8,1 log ₁₀ cópias de vírus por amostra versus 3,9), vírus influenza (6,7 versus 4,0) e rinovírus (6,8 versus 3,3), respectivamente. O RNA viral foi identificado a partir de gotículas respiratórias e aerossóis para todos os três vírus, incluindo 30%, 26% e 28% das gotículas respiratórias e 40%, 35% e 56% dos aerossóis coletados sem usar máscara facial do coronavírus, vírus influenza e infectados por rinovírus, respectivamente (Tabela 1b) Em particular para o coronavírus, identificamos OC43 e HKU1 de gotículas respiratórias e aerossóis, mas apenas identificamos NL63 de aerossóis e não de gotículas respiratórias (Tabela Suplementar 2 e Dados Estendidos Fig. 3 ).

a – c , cópias de vírus por amostra coletada em zaragatoa nasal (vermelha), zaragatoa (azul) e gotículas respiratórias coletadas por 30 minutos enquanto não estiver usando (verde escuro) ou (verde claro) uma máscara cirúrgica e aerossóis coletados por 30 min enquanto não usava (marrom) ou (laranja) uma máscara facial, coletada de indivíduos com sintomas respiratórios agudos positivos para coronavírus ( a ), vírus influenza ( b ) e rinovírus ( c ), conforme determinado por RT-PCR em qualquer amostras. Valores de p para a intervenção da máscara como preditor de log ₁₀são mostradas cópias de vírus por amostra em um modelo de regressão Tobit univariado não ajustado que permitiu a censura no limite inferior de detecção do ensaio RT-PCR, com diferenças significativas em negrito. Para swabs nasais e swabs de garganta, todos os indivíduos infectados foram incluídos (coronavírus, n = 17; vírus da influenza, n = 43; rinovírus, n = 54). Para gotículas respiratórias e aerossóis, o número de indivíduos infectados que forneceram amostras de ar expirado enquanto não usavam ou usavam máscara cirúrgica, respectivamente: coronavírus ( n = 10 e 11), vírus influenza ( n = 23 e 28) e rinovírus ( n= 36 e 32). Um subconjunto de participantes forneceu amostras de respiração exalada para as duas intervenções da máscara (coronavírus, n = 4; vírus da influenza, n = 8; rinovírus, n = 14). Os gráficos das caixas indicam a mediana com o intervalo interquartil (dobradiça inferior e superior) e ± 1,5 × intervalo interquartil do primeiro e terceiro quartil (bigodes inferiores e superiores).

Imagem em tamanho real

Detectamos coronavírus em gotículas respiratórias e aerossóis em 3 de 10 (30%) e 4 de 10 (40%) das amostras coletadas sem máscaras faciais, respectivamente, mas não detectamos nenhum vírus em gotículas respiratórias ou aerossóis coletados de participantes usando o rosto máscaras, essa diferença foi significativa nos aerossóis e mostrou uma tendência à redução na detecção de gotículas respiratórias (Tabela 1b ). Para o vírus influenza, detectamos vírus em 6 de 23 (26%) e 8 de 23 (35%) das amostras de gotículas respiratórias e aerossóis coletadas sem máscaras, respectivamente. Houve uma redução significativa usando máscaras faciais para 1 de 27 (4%) na detecção do vírus influenza em gotículas respiratórias, mas nenhuma redução significativa na detecção em aerossóis (Tabela 1b) Além disso, entre os oito participantes que tiveram o vírus influenza detectado por RT-PCR a partir de aerossóis sem máscara, cinco foram testados por cultura viral e quatro foram positivos para a cultura. Entre os seis participantes que tiveram o vírus influenza detectado por RT-PCR a partir de aerossóis com máscara, quatro foram testados por cultura viral e dois foram positivos para a cultura. Para o rinovírus, não houve diferenças significativas entre a detecção de vírus com ou sem máscaras faciais, tanto em gotículas respiratórias quanto em aerossóis (Tabela 1b ). As conclusões foram semelhantes nas comparações de derramamento viral (Tabela 1b ). Além disso, encontramos uma redução significativa no derramamento viral (Tabela Suplementar 2 ) em gotículas respiratórias para OC43 (Dados Estaduais Fig. 4) e vírus influenza B (Extended Data Fig. 5 ) e em aerossóis para NL63 (Extended Data Fig. 4 ).

Identificamos correlações entre cargas virais em diferentes amostras (Extended Data Figs. 6 – 8 ) e algumas evidências de declínio no derramamento viral pelo tempo desde o início do vírus influenza, mas não de coronavírus ou rinovírus (Extended Data Fig. 9 ). Em análises univariáveis ​​de fatores associados à detecção de vírus respiratórios em vários tipos de amostras, não identificamos associação significativa no derramamento viral com dias desde o início dos sintomas (Tabela Suplementar 3 ) para gotículas respiratórias ou aerossóis (Tabelas Suplementares 4 – 6 ).

Um subconjunto de participantes (72 de 246, 29%) não tossiu durante pelo menos uma coleção de respiração exalada, incluindo 37 de 147 (25%) durante a sem máscara e 42 de 148 (28%) durante a coleção de máscara de respiração. No subconjunto de coronavírus ( n  = 4), não detectamos vírus em gotículas respiratórias ou aerossóis de nenhum participante. No subconjunto do vírus influenza ( n  = 9), detectamos vírus em aerossóis, mas não gotículas respiratórias de um participante. No subconjunto de rinovírus ( n  = 17), detectamos vírus em gotículas respiratórias de três participantes e vírus em aerossóis em cinco participantes.

Nossos resultados indicam que a transmissão de aerossóis é um modo potencial de transmissão de coronavírus, bem como de vírus influenza e rinovírus. Estudos publicados detectaram vírus respiratórios ^13 , 14 como influenza ^12 , 15 e rinovírus ¹⁶ da respiração exalada e a detecção de SARS-CoV ¹⁷ e MERS-CoV ¹⁸ de amostras de ar (sem fracionamento de tamanho) coletadas em hospitais que tratam pacientes com doença aguda grave. síndrome respiratória e síndrome respiratória do Oriente Médio, mas a nossa demonstra a detecção de coronavírus sazonais humanos na respiração exalada, incluindo a detecção de OC43 e HKU1 de gotículas respiratórias e NL63, OC43 e HKU1 de aerossóis.

Nossos achados indicam que as máscaras cirúrgicas podem reduzir eficazmente a emissão de partículas do vírus influenza no ambiente em gotículas respiratórias, mas não em aerossóis ¹² . Tanto o estudo anterior como o atual usaram um dispositivo coletor de bioaerosol, o Gesundheit-II (G-II) ^{12 , 15 , 19}, para capturar partículas expiradas do ar expirado e diferenciá-las em duas frações de tamanho, onde partículas grossas do ar expirado> 5 μm (gotículas respiratórias) foram coletadas por impactação com um impactador inercial de Teflon com fenda de 5 μm e as partículas finas restantes ≤5 μm (aerossóis) foram coletados por condensação em tampão. Também demonstramos a eficácia das máscaras cirúrgicas para reduzir a detecção de coronavírus e cópias virais em gotículas respiratórias grandes e em aerossóis (Tabela 1b ). Isso tem implicações importantes para o controle do COVID-19, sugerindo que máscaras cirúrgicas podem ser usadas por pessoas doentes para reduzir a transmissão subsequente.

Entre as amostras coletadas sem máscara facial, descobrimos que a maioria dos participantes com infecção pelo vírus influenza e coronavírus não eliminou vírus detectável em gotículas respiratórias ou aerossóis, enquanto que para o rinovírus detectamos vírus em aerossóis em 19 dos 34 (56%) participantes (em comparação com 4 de 10 (40%) para influenza e 8 de 23 (35%) para coronavírus). Para aqueles que lançaram vírus em gotículas respiratórias e aerossóis, a carga viral em ambos tendeu a ser baixa (Fig. 1 ). Dada a alta eficiência de coleta do G-II (ref. ¹⁹ ) e considerando que cada coleta de respiração exalada foi realizada por 30 minutos, isso pode implicar que seria necessário um contato próximo e prolongado para que a transmissão ocorresse, mesmo se a transmissão fosse principalmente via aerossóis , como foi descrito para resfriados por rinovírus²⁰ . Nossos resultados também indicam que pode haver considerável heterogeneidade na contagiosidade de indivíduos com infecções por coronavírus e vírus influenza.

A principal limitação do nosso estudo foi a grande proporção de participantes com derramamento viral indetectável na respiração exalada para cada um dos vírus estudados. Poderíamos ter aumentado a duração da amostragem além de 30 minutos para aumentar o derramamento viral sendo capturado, com o custo de aceitabilidade em alguns participantes. Uma abordagem alternativa seria convidar os participantes a realizar tosses forçadas durante a coleta da respiração exalada ¹². No entanto, o objetivo do presente estudo foi focar na recuperação do vírus respiratório na respiração exalada em uma situação da vida real e esperávamos que alguns indivíduos durante uma doença respiratória aguda não tossissem muito ou nada. De fato, identificamos o RNA viral em um pequeno número de participantes que não tossiram durante a coleta expiratória expirada de 30 minutos, o que sugere que as rotas de transmissão de gotículas e aerossóis são possíveis em indivíduos sem sinais ou sintomas óbvios. Outra limitação é que não confirmamos a infectividade do coronavírus ou rinovírus detectado na respiração exalada. Enquanto o G-II foi projetado para preservar a viabilidade de vírus em aerossóis, e no presente estudo fomos capazes de identificar o vírus influenza infeccioso em aerossóis,

Design de estudo

Os participantes foram recrutados durante todo o ano, de março de 2013 a maio de 2016, em um ambulatório geral de um hospital privado em Hong Kong. Como prática rotineira, a equipe da clínica examinou todos os indivíduos que compareciam às clínicas quanto a sintomas respiratórios e outros, independentemente do objetivo da visita na triagem. A equipe do estudo abordou imediatamente aqueles que relataram pelo menos um dos seguintes sintomas de IRA para triagem adicional: febre ≥37,8 ° C, tosse, dor de garganta, coriza, dor de cabeça, mialgia e fleuma. Indivíduos que relataram ≥2 sintomas de IRA, dentro de 3 dias após o início da doença e ≥ 11 anos de idade foram elegíveis para participar. Após explicar o estudo e obter o consentimento informado dos participantes, um teste rápido de diagnóstico da gripe, o Analisador de Imunoensaio Fluorescente Sofia Influenza A + B (cat. Nº 20218, Quidel), foi utilizado para identificar a infecção pelo vírus influenza A ou B como incentivo à participação. Todos os participantes forneceram uma zaragatoa nasal para o teste rápido e uma zaragatoa nasal adicional e uma zaragatoa na garganta para posterior confirmação virológica no laboratório. Todos os participantes também preencheram um questionário para registrar informações básicas, incluindo idade, sexo, gravidade dos sintomas, medicamentos, condições médicas e histórico de tabagismo. Na primeira fase do estudo, de março de 2013 a fevereiro de 2014 (‘Estudo da Influenza’), o resultado do teste rápido foi usado para determinar a elegibilidade para uma maior participação no estudo e a coleta da respiração expirada, enquanto na segunda fase do estudo de março de 2014 a maio de 2016 (‘Estudo sobre vírus respiratórios’), o teste rápido não afetou a elegibilidade.

Antes da coleta da respiração expirada, cada participante foi alocado aleatoriamente na proporção de 1: 1 para usar uma máscara cirúrgica (cat. 62356, Kimberly-Clark) ou não durante a coleta. Para imitar a situação da vida real, sob observação da equipe do estudo, os participantes foram solicitados a prender a máscara cirúrgica, mas foram dadas instruções sobre como usar a máscara adequadamente quando o participante usava a máscara incorretamente. Os participantes foram instruídos a respirar normalmente durante a coleta, mas a tosse (natural) foi permitida e o número de tosses foi registrado pela equipe do estudo. Os participantes foram convidados a fornecer uma segunda amostra de respiração exalada do tipo alternativo (por exemplo, se o participante foi designado para usar uma máscara pela primeira vez, eles forneceriam uma segunda amostra sem máscara), mas a maioria dos participantes não concordou em ficar para uma segunda medição devido a restrições de tempo. Os participantes foram compensados ​​por cada coleta de respiração expirada de 30 minutos com um cupom de supermercado no valor de aproximadamente US $ 30 e todos os participantes receberam um termômetro timpânico no valor de aproximadamente US $ 20.

Aprovação ética

O consentimento informado por escrito foi obtido de todos os participantes com idade igual ou superior a 18 anos e o consentimento informado por escrito foi obtido dos pais ou responsáveis ​​legais dos participantes de 11 a 17 anos, além do consentimento informado por escrito. O protocolo do estudo foi aprovado pelo Conselho de Revisão Institucional da Universidade de Hong Kong e pelo Comitê de Ética Clínica e de Pesquisa do Hospital Batista de Hong Kong.

Coleta de zaragatoas e partículas de hálito expirado

Os swabs nasais e os swabs de garganta foram coletados separadamente, colocados em meio de transporte de vírus, armazenados e transportados para o laboratório a 2-8 ° C e o meio de transporte de vírus foi dividido em alíquotas e armazenado a -70 ° C até análise posterior. As partículas da respiração exalada foram capturadas e diferenciadas em duas frações de tamanho, a fração grossa contendo partículas com diâmetro aerodinâmico> 5 μm (referido aqui como ‘gotículas respiratórias’), que incluíam gotículas de até aproximadamente 100 µm de diâmetro e a fração fina com partículas ≤5 μm (referido aqui como ‘aerossóis’) pelo dispositivo de coleta de bioaerosol G-II ^{12 , 15 , 19}. No dispositivo G-II, partículas grossas da respiração exalada> 5 μm foram coletadas por um impactador de Teflon inercial com fenda de 5 μm e as partículas finas restantes ≤5 μm foram condensadas e coletadas em aproximadamente 170 ml de BSA / PBS a 0,1%. Tanto o pêndulo quanto o condensado foram armazenados e transportados para o laboratório entre 2 e 8 ° C. O vírus no pêndulo foi recuperado em 1 ml e o condensado foi concentrado em 2 ml de BSA / PBS a 0,1%, aliquotado e armazenado a -70 ° C até análises posteriores. Em um estudo de validação, o G-II foi capaz de recuperar mais de 85% de partículas finas> 0,05 µm de tamanho e teve eficiência de coleta comparável do vírus influenza como o SKC BioSampler ¹⁹ .

Testando em laboratório “ou” Teste experimental

As amostras coletadas dos dois estudos foram testadas ao mesmo tempo. As amostras de swab nasal foram testadas primeiro por um painel viral de uso em diagnóstico, o Painel Viral Respiratório xTAG (Abbott Molecular) para detectar qualitativamente 12 vírus e subtipos respiratórios comuns, incluindo coronavírus (NL63, OC43, 229E e HKU1), influenza A (inespecífica, H1 e H3) e vírus B, vírus sincicial respiratório, vírus parainfluenza (tipos 1 a 4), adenovírus, metapneumovírus humano e enterovírus / rinovírus. Depois que um ou mais vírus candidatos respiratórios foram detectados pelo painel viral a partir do swab nasal, todas as amostras do mesmo participante (swab nasal, swab na garganta, gotículas respiratórias e aerossóis) foram testadas com RT – PCR específico para o candidato vírus (s) para determinação da concentração de vírus nas amostras.²¹ , enquanto que a cultura viral não foi realizada para coronavírus e rinovírus.

análise estatística

O desfecho primário do estudo foi a taxa de geração de vírus na respiração das marés dos participantes infectados por diferentes vírus respiratórios e a eficácia das máscaras faciais na prevenção da disseminação do vírus na respiração exalada, considerando separadamente as gotículas respiratórias e os aerossóis. Os resultados secundários foram correlação entre derramamento viral em esfregaços no nariz, esfregaços na garganta, gotículas respiratórias e aerossóis e fatores que afetam a derramamento viral em gotículas respiratórias e aerossóis.

Identificamos três grupos de vírus respiratórios com a maior frequência de infecção, conforme identificado pela RT-PCR, a saber, coronavírus (incluindo NL63, OC43, HKU1 e 229E), vírus influenza e rinovírus, para análises estatísticas adicionais. Definimos derramamento viral como log ₁₀cópias de vírus por amostra e derramamento viral plotado em cada amostra (esfregaço nasal, esfregaço de garganta, gotículas respiratórias e aerossóis); os dois últimos foram estratificados por intervenção com máscara. Como proxy da eficácia das máscaras faciais na prevenção da transmissão de vírus respiratórios por meio de gotículas respiratórias e rotas de aerossóis, comparamos o derramamento viral do vírus respiratório em amostras de gotículas e aerossóis respiratórios entre participantes usando máscaras faciais ou não, comparando a frequência de detecção com teste exato de Fisher nos dois lados e comparando a carga viral (definida como log ₁₀cópias de vírus por amostra) por um modelo de regressão Tobit univariado não ajustado, que permitiu a censura no limite inferior de detecção do ensaio RT-PCR. Também usamos a regressão Tobit univariada não ajustada para investigar fatores que afetam o derramamento viral em gotículas respiratórias e aerossóis sem uso de máscara, por exemplo, idade, dias desde o início dos sintomas, vacinação prévia contra influenza, medicação atual e número de tosses durante a coleta da respiração expirada. Investigamos correlações entre derramamento viral em swab nasal, swab de garganta, gotículas respiratórias e aerossóis com gráficos de dispersão e calculamos o coeficiente de correlação de Spearman entre dois tipos de amostras. Imputamos 0,3 log ₁₀ cópias de vírus ml ^-1 para valores indetectáveis ​​antes da transformação para log₁₀ cópias de vírus por amostra. Todas as análises foram realizadas com o R v.3.6.0 (ref. ²² ) e o pacote VGAM v.1.1.1 (ref. ²³ ).

Fonte: Nature Medicine  –  3/4/2020.

Disponível em: https://www.nature.com/articles/s41591-020-0843-2