Balai Besar Laboratorium Kesehatan Masyarakat Surabaya

TRANSMISI VIRUS SARS-CoV-2

19 Januari 2021 / By Administrator,

TRANSMISI VIRUS SARS-CoV-2 VIA DROPLET DAN AEROSOL

AEROSOL YANG MASIH MENJADI TANDA TANYA ?

Oleh dr. Titiek Sulistyowati, MKK, Sp. MK

Penyakit virus corona (baca: COVID 19) pertama kali dilaporkan di Wuhan, China pada bulan Desember 2019¹. Penyakit tersebut disebabkan oleh virus Severe Acute Respiratory Syndrome Corona virus 2 (SARS-CoV-2)² dan ditularkan dari manusia ke manusia melalui droplet, aerosol, dan fomite³. Agen infeksi dapat menyebar dari reservoir alami ke inang/host/manusia yang rentan melalui jalur berbeda. Berbagai klasifikasi dilaporkan dalam literatur tentang cara penularan agen infeksius yang berbeda. Morawska (2006) memaparkan klasifikasi untuk penularan virus, termasuk penularan manusia ke manusia, penularan melalui udara, dan cara penularan lain seperti infeksi endogen, common vehicle, penularan vektor⁴. Namun, sebagian besar virus pernapasan dapat menularkan melalui berbagai rute, melalui droplet dan aerosol menjadi yang terpenting, tetapi signifikansi dalam menularkan penyakit ini masih belum jelas⁵.

Secara umum, orang yang terinfeksi menyebarkan partikel virus setiap kali mereka berbicara, bernapas, batuk, atau bersin. Partikel virus semacam ini terbungkus dalam gumpalan lendir, air liur, dan air. Gumpalan tersebut di lingkungan akan seperti apa, tergantung pada ukuran gumpalan. Gumpalan dengan ukuran lebih besar akan jatuh lebih cepat daripada menguap, sehingga mereka jatuh di dekatnya dalam bentuk droplet⁶. Gumpalan kecil menguap lebih cepat dalam bentuk aerosol, dan berlama-lama di udara, serta melayang lebih jauh daripada droplet. Partikel pernapasan sering dibedakan menjadi droplet atau aerosol berdasarkan ukuran partikel dan khususnya dalam hal diameter aerodinamik⁷. Orang banyak berpendapat bahwa aerosol akan beresiko besar menyebarkan penyakit di antara inang rentan dibandingkan droplet. Tapi kenyataannya, banyak pembuktian yang menyatakan bahwa wabah penyakit virus yang aerosol tidak separah yang dibayangkan karena adanya faktor dilusi atau pengenceran dan inaktivasi virus yang lama berada di udara⁸. Belum ada bukti nyata tentang jumlah infeksi virus minimum (viral load) pandemi COVID-19, tetapi banyak peneliti beranggapan bahwa beberapa ratus virus SARS-CoV-2 cukup untuk menyebabkan penyakit pada inang rentan⁹.

Banyak perbedaan pendapat tentang ukuran partikel rata-rata droplet dan aerosol⁸. Organisasi Kesehatan Dunia (WHO) dan Pusat Pengendalian dan Pencegahan Penyakit (CDC) mengungkapkan bahwa partikel > 5 μm merupakan droplet, dan partikel < 5 μm sebagai aerosol atau droplet nuclei¹⁰. Akan tetapi, ada postulat lain yang kontroversi, menunjukkan bahwa diameter aerodinamik 20 μm atau 10 μm atau kurang dari ukuran tersebut harus diperhitungkan sebagai aerosol, berdasarkan pada kemampuan berlama-lama di udara dalam jangka waktu lama, dan kemampuan mencapai fraksi yang dapat dihirup dari paru (alveolar)^11,12,13. Aerosol dengan ukuran lebih lecil akan rentan dihirup jauh ke dalam paru, yang dapat menyebabkan infeksi pada jaringan alveolar saluran pernapasan bawah, sementara droplet besar terperangkap di saluran udara bagian atas¹⁴. Untuk mempermudah pengertian, maka aerosol didefinisikan sebagai suspensi partikel padat atau cair di udara, yang dapat dihasilkan oleh fenomena alam atau antropogenik^13,15.

Jarak sosial yang dihimbaukan dengan menjaga jarak minimum diharapkan dapat mencegah transmisi atau penyebaran COVID 19, tetapi kenyataan dan bukti ilmiah berkata lain. Ada bukti yang menunjukkan bahwa bukan hanya droplet, tetapi aerosol juga memainkan peran utama dalam menularkan penyakit. Transmisi SARS-CoV-2 sering dikatakan melalui droplet yang dihasilkan ketika orang batuk, bersin, berbicara, atau menghembuskan napas¹⁶. Beberapa droplet ini terlalu berat untuk tetap berada di udara, dan jatuh di lantai atau permukaan terdekat. Fomite menyatukan droplet yang terkontaminasi SARS-CoV-2 dan inang rentan yang menyentuh permukaan akan terinfeksi. Namun, beberapa droplet, ketika dikeluarkan dari orang terinfeksi, dikonversi menjadi partikel aerosol (=bioaerosol) dengan diameter aerodinamik relatif lebih kecil dan, akibatnya, menjadi mengudara⁴. Partikel aerosol yang sarat virus tersebut mampu menginfeksi orang yang menghirup partikel tersebut, sehingga menyebarkan penyakit. Duguid (1945) mengamati bahwa 95% partikel berukuran < 100 μm, dan mayoritas 4 - 8 μm. Temuan menyatakan bahwa bernapas dan ekshalasi dari hidung akan mengeluarkan ratusan droplet yang di antaranya adalah aerosol. Sebaliknya, berbicara, batuk, dan bersin menghasilkan lebih banyak aerosol daripada droplet¹⁷.

Proses fisikokimia yang mempengaruhi aerosol di udara antara lain penguapan, interaksi dengan jenis partikel lain, transportasi, dan pemindahan dari udara dengan pengendapan pada permukaan padat⁴. Partikel di udara sering mengalami gerakan Brown, gravitasi, gaya elektrostatik, gradien termal, radiasi elektromagnetik, difusi turbulen, dan gaya inersia. Difusi adalah mekanisme kunci penularan virus dengan partikel dalam kisaran sub-mikrometer yang lebih rendah, bersama dengan partikel aerosol lain¹⁸. Droplet ukuran > 1 μm, gaya gravitasi menjadi signifikan dibandingkan gerak Brown dalam menentukan nasib partikel tersebut¹⁹. Di bawah kondisi atmosfer standar, droplet < 100 μm sering menguap sebelum mencapai tanah, dan residu droplet akan lama di udara⁴. Ketika droplet mengandung bioaerosol menular, seperti virus, bioaerosol akan tetap berada di udara, bahkan setelah konten cairnya menguap. Namun, interval waktu virus bertahan di udara bervariasi dari satu jenis bioaerosol ke jenis lain. Droplet 0,5-20 μm di udara lebih mungkin bertahan dalam saluran pernapasan dan menghasilkan infeksi. Namun, droplet tampak tidak ada di udara untuk waktu lama, maka penguapan terjadi, mengubah droplet menjadi residu bioaerosol, yang dapat bertahan lama di udara⁴. Virus SARS-CoV-2 ditemukan bertahan dalam aerosol selama 3 jam, sementara itu, dalam bentuk droplet, lebih stabil pada plastik dan stainless steel (72 jam), tembaga (4 jam), kardus (24 jam), dan kaca (84 jam). Perkiraan median dari paruh hidup virus SARS-CoV-2 di udara adalah sekitar 1,1-1,2 jam²⁰.

Faktor lingkungan paling penting yang mempengaruhi kelangsungan hidup mikroorganisme di udara adalah suhu, kelembaban, radiasi (sinar matahari), dan udara terbuka (ventilasi)²¹. Virus dalam aerosol akan kehilangan atau memperoleh viabilitas dan infektivitas karena tekanan lingkungan yang disebabkan oleh suhu, kelembaban relatif, dan sinar matahari sebelum mereka mencapai inang rentan. Toleransi lingkungan dari aerosol yang sarat virus tergantung pada fenotipe spesifik, komposisi bioaerosol yang mengandung virus dan muatannya, dan karakteristik fisik di lingkungan sekitar²². Karena faktor lingkungan memainkan peran utama dalam mentransmisikan muatan virus SARS-CoV-2 di lokasi geografis berbeda, baik di lingkungan luar maupun dalam ruangan, maka manusia perlu mengeksplorasi efek dari faktor lingkungan terhadap transmisi virus SARS-CoV-2²³.

Transmisi droplet dan aerosol memiliki implikasi signifikan pada petugas layanan kesehatan dan pengasuh yang merawat pasien terinfeksi COVID-19, sehingga penyediaan alat pelindung diri (APD) yang tepat menjadi sangat penting. Masker wajah memainkan peran utama dalam mencegah penularan penyakit melalui droplet dan aerosol dari orang terinfeksi ke inang.  Masker wajah menjadi populer dalam pengendalian dan pencegahan transmisi virus, terutama pneyakit sindrom pernafasan seperti SARS-CoV, MERS-CoV, dan SARS-CoV-2, karena tidak ada vaksinasi atau pengobatan anti-infeksi spesifik²⁴. Masker bedah, respirator N95, dan respirator elastomer telah populer di banyak negara dengan tingkat keberhasilan yang berbeda terhadap virus COVID-19. Selain itu, permintaan masker menjadi sangat besar di banyak negara sebagai APD terhadap virus SARS-CoV-2.  Masker bedah diyakini tidak dapat mencegah transmisi aerosol, sedangkan respirator N95 diyakini dapat mencegah transmisi droplet dan aerosol²⁵. Suatu penelitian menunjukkan bahwa masker bedah dapat mengurangi pajanan terhadap virus influenza yang menular melalui aerosol (rata-rata 6 kali lipat), tergantung pada desain masker²⁶. Studi lain juga menunjukkan bahwa tidak ada perbedaan yang signifikan antara kinerja respirator N95 dan masker bedah untuk kasus influenza yang terkonfirmasi oleh laboratorium pada petugas kesehatan rawat jalan²⁷. Long dkk (2020) telah menguatkan bahwa penggunaan respirator N95 dibandingkan dengan masker bedah tidak berkaitan dengan risiko lebih rendah dari kasus influenza²⁴. Studi ini menyatakan bahwa respirator N95 tidak diperlukan untuk masyarakat umum, staf medis yang tidak berisiko tinggi, mereka yang tidak berhubungan erat dengan pasien influenza atau pasien yang dicurigai²⁴. Dikotomi yang tidak terselesaikan pada transmisi oleh droplet dan aerosol virus, maka penggunaan respirator N95 bagi petugas kesehatan terhadap SARS lebih disarankan daripada masker bedah konvensional yang tidak efektif terhadap aerosol^28,29.

Kesimpulan, para peneliti berspekulasi bahwa droplet dan aerosol yang dihasilkan dari ekspirasi orang yang terinfeksi SARS-CoV-2 mungkin bertanggung jawab atas penularan penyakit COVID-19 melalui udara. Namun, penelitian lebih lanjut harus dilakukan untuk memahami droplet dan aerosol virus dalam pengaturan lingkungan yang berbeda, terutama ruang terbatas sehingga transmisi pandemi COVID-19 di lingkungan dapat sepenuhnya dipastikan. Studi kasus yang ditemukan di seluruh dunia menunjukkan bahwa perilaku virus SARS-CoV-2 memiliki keunikan yang belum pernah terjadi sebelumnya dengan tingkat kelangsungan hidup yang lebih tinggi di udara dan diyakini akan bertahan di udara untuk waktu lama. Tantangan utama lain adalah para petugas kesehatan dalam memerangi penyakit yang menjadi tugas yang berat sehingga APD harus lebih diperhatikan³⁰.

REFERENSI :

1. Chen, C., Zhao, B., 2020. Makeshift hospitals for COVID-19 patients: where health-care workers and patients need sufficient ventilation for more protection. J. Hosp. Infect. https://doi.org/10.1016/j.jhin.2020.03.008.

2. Gorbalenya, A.E., 2020. Severe acute respiratory syndrome-related coronavirus–the species and its viruses, a statement of the coronavirus study group. BioRxiv 1–15. https://doi.org/10.1101/2020.02.07.937862.

3. Wang, J., Du, G., 2020. COVID-19 may transmit through aerosol. Ir. J. Med. Sci. 1–2. https://doi.org/10.1007/s11845-020-02218-2. (1971–).

4. Morawska, L., 2006. Droplet fate in indoor environments, or can we prevent the spread of infection? Indoor Air 16, 335–347. https://doi.org/10.1111/j.1600-0668.2006. 00432.x.

5. Morawska, L., Cao, J., 2020. Airborne transmission of SARS-CoV-2: the world should face the reality. Environ. Int. 105730. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105730.

6. Liu, L., Wei, J., Li, Y., Ooi, A., 2016. Evaporation and dispersion of respiratory droplets from coughing. Indoor Air 27, 179–190. https://doi.org/10.1111/ina.12297.

7. Hinds, W.C., 1999. Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Air Borne Particles, second ed. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, USA.

8. Shiu, E.Y.C., Leung, N.H.L., Cowling, B.J., 2019. Controversy around airborne versus droplet transmission of respiratory viruses: implication for infection prevention. Curr. Opin. Infect. Dis. 32, 372–379. https://doi.org/10.1097/QCO.0000000000000563.

9. Beggs, C.B., 2020. Is there an airborne component to the transmission of COVID-19?: a quantitative analysis study. medRxiv. https://doi.org/10.1101/2020.05.22. 20109991

10. World Health Organization (WHO), 2014. Infection Prevention and Control of Epidemic and Pandemic Prone Acute Respiratory Infections in Healthcare – WHO Guidelines. https://www.who.int/csr/bioriskreduction/infection_control/publication/en/, Accessed date: 17 March 2020

11. Gralton, J., Tovey, E., McLaws, M.L., Rawlinson, W.D., 2011. The role of particle size in aerosolised pathogen transmission: a review. J. Infect. 62, 1–13. https://doi.org/10. 1016/j.jinf.2010.11.010.

12. Nicas, M., Nazaroff, W.W., Hubbard, A., 2005. Toward understanding the risk of secondary airborne infection: emission of respirable pathogens. J. Occup. Environ. Hyg. 2, 143–154. https://doi.org/10.1080/15459620590918466.

13. Tellier, R., 2009. Aerosol transmission of influenza A virus: a review of new studies. J. R. M. Jayaweera, et al. Environmental Research 188 (2020) 109819 17 Soc. Interface 6, S783–S790. https://doi.org/10.1098/rsif.2009.0302.focus.

14. Thomas, R.J., 2013. Particle size and pathogenicity in the respiratory tract. Virulence 4, 847–858. https://doi.org/10.4161/viru.27172.

15. Judson, S.D., Munster, V.J., 2019. Nosocomial transmission of emerging viruses via aerosol-generating medical procedures. Viruses 11, 940. https://doi.org/10.3390/ v11100940.

16. Morawska, L., Cao, J., 2020. Airborne transmission of SARS-CoV-2: the world should face the reality. Environ. Int. 105730. https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.105730.

17. Duguid, J.P., 1945. The numbers and the sites of origin of the droplets expelled during expiratory activities. Edinb. Med. J. 52, 385–401.

18. Baron, P.A., Willeke, K., 2001. Aerosol Measurement: Principles, Techniques, and Applications, second ed. van Nostrand Reinhold, New York.

19. Cox, C.S., 1995. Physical aspects of bioaerosols particles. In: Cox, C.S., Wathes, C.M. (Eds.), Bioaerosols Handbook. Lewis Publishers, Boca Raton, FL, USA, pp. 15–25.

20. van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D.H., Holbrook, M.G., Gamble, A., Williamson, B.N., Tamin, A., Harcourt, J.L., Thornburg, N.J., Gerber, S.I., LloydSmith, J.O., 2020. Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV. N. Engl. J. Med. 382, 1564–1567. https://doi.org/10.1056/ NEJMc2004973.

21. Marthi, B., 1994. Resuscitation of microbial bioaerosols. In: Lighthart, B., Mohr, A.J. (Eds.), Atmospheric Microbial Aerosols. Springer, Boston, MA, pp. 192–225. https:// doi.org/10.1007/978-1-4684-6438-2_7.

22. Schuit, M., Gardner, S., Wood, S., Bower, K., Williams, G., Freeburger, D., Dabisch, P., 2020. The influence of simulated sunlight on the inactivation of influenza virus in aerosols. J. Infect. Dis. 221, 372–378. https://doi.org/10.1093/infdis/jiz582.

23. Zhu, Y., Xie, J., 2020. Association between ambient temperature and COVID-19 infection in 122 cities from China. Sci. Total Environ. 724, 138201. https://doi.org/10.1016/j. scitotenv.2020.138201.

24. Long, Y., Hu, T., Liu, L., Chen, R., Guo, Q., Yang, L., Cheng, Y., Huang, J., Du, L., 2020. Effectiveness of N95 respirators versus surgical masks against influenza

https://doi.org/10.1111/jebm.12381.

25. Leung, N.H., Chu, D.K., Shiu, E.Y., Chan, K.H., McDevitt, J.J., Hau, B.J., Yen, H.L., Li, Y., Ip, D.K., Peiris, J.M., Seto, W.H., 2020. Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks. Nat. Med. 1–5. https://doi.org/10.1038/s41591-020- 0843-2.

26. Booth, C.M., Clayton, M., Crook, B., Gawn, J.M., 2013. Effectiveness of surgical masks against influenza bioaerosols. J. Hosp. Infect. 84, 22–26. https://doi.org/10.1016/j. jhin.2013.02.007

27. Radonovich, L.J., Simberkoff, M.S., Bessesen, M.T., Brown, A.C., Cummings, D.A., Gaydos, C.A., Los, J.G., Krosche, A.E., Gibert, C.L., Gorse, G.J., Nyquist, A.C., 2019. N95 respirators vs medical masks for preventing influenza among health care personnel: a randomized clinical trial. Jama 322, 824–833. https://doi.org/10.1001/ jama.2019.11645.

28. Garner, J.S., Hospital Infection Control Practices Advisory Committee, 1996. Guideline for isolation precautions in hospitals. Infect. Control Hosp. Epidemiol. 17, 53–80. https://doi.org/10.2307/30142367.

29. Wenzel, R.P., Edmond, M.B., 2003. Managing SARS amidst uncertainty. N. Engl. J. Med. 348, 1947–1948. https://doi.org/10.1056/NEJMp030072.

30. Jayaweera M, Perera H, Gunawardana B, Manatunge J. Transmission of COVID-19 virus by droplets and aerosols: A critical review on the unresolved dichotomy [published online ahead of print, 2020 Jun 13]. Environ Res. 2020;188:109819. doi:10.1016/j.envres.2020.109819