Aerosol, Damlacık ve Hava Yoluyla Bulaşma: Hangi Kavram, Ne Anlama Geliyor?

COVID-19 salgınının tüm Dünya'ya yayılmasıyla birlikte, hastalıkların farklı bulaşım yolları da tartışılmaya başlandı. Hatta bir süre boyunca genel halkın maske takıp takmaması gerektiğine yönelik tartışmalar da bu bulaşma mekanizmaları konusundaki anlaşmazlık ve belirsizliklerden kaynaklanmaktaydı.

Sosyal medyada "aerosol yoluyla bulaşma", "damlacık yoluyla bulaşma", "hava yoluyla bulaşma" gibi terimleri duymuş ve aralarındaki farkları anlayamamış olabilirsiniz. Bu yazımızda, bunlara yönelik detayları netleştirecek ve konunun neden karmaşık ama önemli olduğunu anlamanızı sağlamaya çalışacağız.

Öncelikle şunu anlamanız gerekiyor: Burada bunların sözlük tanımını yapıp geçemiyoruz veya bu konular hakkında akademide halen tartışmalar bulunuyor; çünkü bu terimlerin çok net ve katı bir şekilde belirlenmiş sınırları bulunmuyor. Akademik literatürü boydan boya tarayacak olsanız bile nihai ve kesin cevaplara ulaşamayacağınızı fark edeceksiniz. Çünkü farklı makalelerde terimlerin farklı şekillerde kullanıldığını, terminolojinin çatıştığını ve uzmanların bu konuda halen tartışmalar yürüttüklerini görebilirsiniz.

Bu nedenle bu yazıda okuyacaklarınız, bir başka yazıda okuyacaklarınız ile uyumsuz olabilir. Benzer şekilde, bir makalede buradaki tanımlardan farklı şekillerde tanımlanmış terimler görebilirsiniz. Bizim amacımız, bu konuda tartışmaya son noktayı koymak değil - zaten böyle bir yetkimiz de yok. Amacımız, bilimseverlere bu konuda genel bir çerçeve çizebilmek ve başlangıç noktası sunabilmek.

Aerosol Nedir?

Sözlük tanımıyla aerosol, çok ince ve ufak katı parçacıklarının hava veya diğer gazlar içinde süspense olması (asılı kalması) ile oluşan bir çeşit karışımdır. Aerosol, aero-solüsyon sözcüklerinin kısaltılmışıdır; yani "hava karışımı".

Bu temel terim çok basit gibi gözükse de, detaylara girdiğiniz anda işler karışmaya başlamaktadır. Daha yüzeysel tartışmalarda, aerosol içindeki parçacıkların büyüklüğü gibi detaylarda anlaşmakta zorluğa düşüldüğünü görebilirsiniz. Daha teknik tartışmalarda ise kuruma (desikasyon) oranları ve türbülanslı akış gibi konularda ve matematiksel denklemlerde anlaşmazlıklar olduğunu görebilirsiniz.

Ancak özünde aerosol dediğimizde kastettiğimiz şey, hava içinde çözünmüş katı veya sıvı parçacıklardır (örneğin "sıvı" karışımların aerosol olup olamayacağı bile bir tartışma konusudur). Sisli bir hava veya koyu bir duman gibi kimi aerosol gözle görülebilirdir; ancak toz veya polenler gibi birçok aerosol gözle görülebilir değildir.

Hapşırdığınızda, ağzınızdan ve burnunuzdan çok karmaşık bir sıvı-katı kokteyli fışkırır. Bu kokteyl içerisinde aerosol ve damlacıklar bulunur. Bu konuyla ilgili detayları buradaki yazımızda işlemiştik. Aşağıdan, hapşırma sırasında ağız ve burundan çıkan parçaları izleyebilirsiniz.

Aerosoller içinde küçük veya büyük parçalar olabilir; ancak genelde "aerosol" dendiğinde kastedilen, küçük olan parçacıklardır. Daha iri olan parçacıklar, kütleleri dolayısıyla daha kurumadan yere düşerler ve bu nedenle, eğer bir hastalıktan söz ediyorsak, kontaminasyona neden olurlar. İşte bu hızlı düşen parçacıklar dolayısıyla olan bulaşıma damlacık (veya temas) yoluyla bulaş denmektedir. Yani bulaşma, doğrudan patojeni aldığınız için değil, patojen bulaşmış bir yüzeye dokunduğunuz için gerçekleşmektedir. Tabii bu konuda bir tartışma, hapşırık veya öksürük yoluyla doğrudan suratınıza püsküren damlacıkların da "damlacık yoluyla bulaş" olup olmadığıdır; ancak genellikle bu yöntem de (daha nadiren bulaşmaya sebep olsa da - sonuçta insanlar genelde suratınıza hapşırıp öksürmezler) damlacık yoluyla bulaş olarak kabul görmektedir.

Öte yandan aerosol denen daha ufak parçacıklar öyle hafiftirler ki, havanın kaldırma kuvveti, kütleçekimini yenebilir ve böylece bu ufak parçacıklar havada süzülmeye devam eder. Bunların bir kısmı o kadar uzun süreler boyunca havada asılı kalabilirler ki, daha yere veya bir yüzeye ulaşamadan buharlaşırlar. Ancak bunun tehlikesi, gittikleri yerlere virüs veya bakteri gibi patojenleri de taşıyabiliyor ve buharlaşmaları sonrası bunları o ortamlara bırakabiliyor olmalarıdır. Bu tür aerosol yoluyla taşınan patojenlere (ve diğer katı parçalara) damlacık çekirdeği adı verilir. İşte hava yoluyla bulaş dendiğinde kastedilen de budur.

Solunum aerosolleri, bir sıvı yüzey üzerinden hava geçtiğinde üretilirler. Bu süreci etkileyen çok sayıda faktör bulunur; ancak sıvının akışkanlık direnci (vizkozitesi) aerosol üretiminin en önemli parçalarından birisidir. Sıvının sürfaktan özellikleri arttıkça, aerosol ve damlacık oluşumu da artar ve daha ufak damlacıklar üretilebilir (ve bunlar daha uzaklara ulaşabilir). Öte yandan, nebülize edilmiş (spreyleştirilmiş) tuzlu suyun, üretilen biyoaerosol miktarını azalttığı ve dolayısıyla potansiyel olarak bir enfeksiyon kontrol stratejisi olabileceği üzerinde durulmaktadır; ancak bu hipotez henüz bilimsel olarak doğrulanmış değildir.

Rosie Redfield

En Büyük Kavga: Parçacık Büyüklüğü

Bu alandaki kavgaların en büyüğü, "büyük" ve "küçük" parçaların ne kadar büyük ve küçük olması gerektiği ile ilgilidir. Bazı kaynaklar bu sınırı 2 mikrometreye, bazıları 5 mikrometreye, bazıları 10, 20 ve hatta 100 mikrometreye kadar çekmektedir! Ne var ki bu sınırı nereye çektiğimiz aşırı kritiktir; çünkü hava yoluyla bulaş ile damlacık yoluyla bulaş olasılıklarına karşı uyguladığımız yöntemler farklı farklıdır.

Bu alandaki tartışmalar öylesine çözülmemiş bir noktadadır ki, bazı akademik makalelerin iddiaları eğer doğruysa, sayısız diğer makaledeki bulgular otomatik olarak yanlışlanmış olacaktır. Örneğin Morawska'nınnın 2006 yılında yayımladığı bir makalede, 100 mikrometre altındaki tüm parçacıkların yüzeye ulaşmadan önce buharlaşacakları iddia edilmektedir. 100 mikrometre sınırı doğruysa, sahadaki makalelerin neredeyse hepsinde hava yoluyla bulaş olduğu kabul edilmek zorunda olacaktır. Öte yandan başka makalelerde bu buharlaşma sınırı 5 mikrometre olarak belirlenmektedir. Bunlardan hangisini doğru alacağınıza göre, patojenlerin bulaşma mekanizmalarına yönelik kavrayışınız köklü bir şekilde değişecektir.

Tahmin edebileceğiniz üzere, bir parçacığın aerosol mü yoksa damlacık mı gibi davranacağının kesin bir sınırı yoktur. Yani belli bir bölgede bazı parçacıklar aerosol, bazıları damlacık gibi davranacaktır. Hatta belirli aralıklarda aynı parçacık hem aerosol, hem damlacık gibi davranabilecektir. Ortam şartları da bu özellikleri köklü bir şekilde etkileyecektir. İşte bu nedenle sahada kesin bir kabule erişmek çok zor gözükmektedir. Bu da bizi ikinci ana kavga konusuna getiriyor.

İkinci Büyük Kavga: Damlacık, Aerosole Dönüşür mü?

Bazı kaynaklara göre ağızdan çıkan büyük damlacıklar, zaman içinde buharlaşıp küçülerek, henüz yere ulaşmadan aerosole dönüşebilmektedir. Dolayısıyla damlacık yoluyla bulaş olan her yerde aerosol yoluyla da bulaş üzerinde durulmalıdır. Ancak bazı diğer kaynaklar, bu ayrımın siyah-beyaz olduğunda ısrarcıdır. Yani bir parçacık ya damlacıktır ya da aerosol; biri diğerine dönüşemez.

Bu, çok kritik bir ayrım; çünkü hastalıkların bulaşma mekanizmalarını tespit ederken ve önlemler üzerinde çalışırken bu ihtimali göze almamız gerekiyor. Ancak hangi hastalıkta, ne düzeyde göze alacağız? Her damlacık yoluyla bulaş olan durumda aerosol etki de olduğunu varsayacak olursak, en ufak salgınlarda bile çok katı bir tepki göstermemiz gerekebilir; çünkü aerosol yoluyla bulaş en tehlikeli bulaş yöntemlerinden birisidir. Fakat bunları siyah-beyaz olarak görürsek ve bir hastalığın damlacık yoluyla bulaştığına kanaat getirirsek ama aslında aerosol yoluyla da bulaşıyorsa, bu defa da salgınların önünü açabiliriz.

Daha da büyük bir sorun, çoğu epidemiyolojik makalede belirli bir hastalığın ancak "yakın temas" ile bulaştığı söylense de, bu araştırmaların birçoğunda kısa mesafede aerosol yoluyla bulaş (yani mesela siz hapşırdınız ve biz, 1-2 saniye içinde o hapşırık içerisinden yürüyerek geçtik) ile temas yoluyla bulaş (mesela siz bir kapı koluna doğru hapşırdınız ve biz ona dokunduk, sonra ağzımıza/burnumuza değdik) arasındaki farkı yakalayamayacaktır; çünkü buna yönelik veri toplamak aşırı zordur. Bu nedenle birçok akademik çalışmada, eğer ki hasta bir kişiyle yakın mesafede bulunduysanız, aerosol yoluyla bulaş yerine temas yoluyla bulaş olduğu varsayılacaktır; bu da, akademik literatürün temas yoluyla bulaşa yönelik bir önyargıya sahip olmasına neden olmaktadır.

Aerosol Nasıl Üretilir?

Aerosol, tıbbi müdahaleler yoluyla üretilebileceği gibi, bireylerin kendi normal faaliyetleri sırasında da üretilebilmektedir. Yani nefes alıp verirken, öksürürken, hapşırırken ve konuşurken durmaksızın etrafınıza aerosol saçarsınız.

Tıbbi bir ortamda (örneğin bir hastanede) yapılan müdahaleler sırasında aerosol üretimi artabilir. Hatta cerrahi bir operasyon sırasında kandaki veya dokulardaki patojenler de aerosol yoluyla havaya karışabilir (örneğin cerrahi müdahalelerde kullanılan elektrikli aletlerin faaliyeti sırasında HIV isimli virüsün aerosol olabildiği keşfedilmiştir). Fakat çoğu durumda aerosol üretimi, solunum faaliyetleriyle olur ve bu faaliyetleri değiştiren her tıbbi müdahale, aerosol üretimini arttırıp azaltabilir.

Burada önemli olan, üretilen aerosol parçacıkların büyüklüğü, yoğunluğu, sıklığı ve kullanılan kişisel korunma ekipmanlarıdır. Örneğin bir öksürük sırasında, sıradan bir nefes alıp vermeye göre çok daha fazla sayıda ve büyüklükte damlacık üretilse de, nefes alıp verme davranışı öksürüğe göre çok daha sık yapılır ve dolayısıyla belirli bir sürede üretilen damlacıklardan ve aerosolden daha fazla miktarda sorumlu olabilir. Benzer şekilde, bir öksürük sırasında üretilen damlacıkların büyük bir kısmı çok ufak olsa da, bu ufak boyutları nedeniyle bu parçacıkların taşıyabileceği virüs sayısı da daha az olacaktır; dolayısıyla hastalığa aslen sebep olan damlacıklar, öksürük sırasında daha az sayıda üretilen büyük damlacıklar olabilecektir. Buna rağmen, daha ufak damlacıklarda gerçekten de daha az sayıda patojen olup olmadığı (en azından bu farkın anlamlı olup olmadığı) tartışmalıdır.

Akademik literatüre baktığınızda, daha eski yıllarda yayımlanan araştırmaların, insanların sıklıkla daha iri damlacıklar ürettiğini keşfettiğini görürsünüz; çünkü bu eski zamanlarda kullanılan ekipmanların hassasiyeti, ufak aerosolleri tespit edebilecek düzeyde değildir. Daha yakın tarihlerde yapılan araştırmalarda ise, insanların nefes vermesi sırasında üretilen parçacıkların %80-90 arasının 1 mikrometreden daha küçük parçacıklar olduğu tespit edilmiştir. Her ne kadar bu boyut konusu tartışmalı olsa da, araştırmalar genel olarak öksürme, konuşma ve hapşırma sırasında üretilen damlacıkların havada asılı kalabilecek (aerosol olabilecek) düzeyde ufak olduğu konusunda hemfikir gibi gözükmektedir.

Tabii bu konuda bir diğer büyük problem, üretilen biyoaerosollerin kişiden kişiye çok ciddi farklar gösteriyor olmasıdır. Benzer hastalıkları benzer semptomlarla geçiren ve hastalığın benzer evrelerinde olan insanlardan bazıları çok az aerosol üretirken, bazıları çok fazla aerosol üretebilmektedir. Bu ikinci gruba süper üreticiler adı verilmektedir. Bu durum, SARS ve COVID-19 salgınlarında görülen süper bulaştırıcıların neden bu kadar fazla bulaştırıcılığa sahip olduğunun açıklamalarından birisi olabilir. Süper bulaştırıcılar, bir hastalığın ortalama temel bulaşıcılık sayısından çok daha fazla kişiye hastalığı bulaştırabilen kişilere verilen bir isimdir. Fiegel'in 2006 yılında yayınladığı makalesinde şöyle deniyor:

Görünen o ki, saçılan biyoaerosollerin büyük bir kısmı, popülasyonun ufak bir kısmı tarafından üretilmektedir.

Drug Discovery Today

Benzer şekilde, kimi zaman göz ardı edilen biyolojik fonksiyonlar sırasında da ciddi miktarda aerosol üretilebilmektedir. Bunların başında kusma davranışı gelmektedir. Bir kusma işlemi sırasında, kusmuğun her bir mililitresi içinde 1 milyona kadar ulaşan sayılarda virüs bulunabildiği tespit edilmiştir. Örneğin Hong Kong'da kusan bir SARS hastasının, hastane içindeki bulaşmaların bir kısmından sorumlu olduğu keşfedilmiştir (ancak tam mekanizması çözülememiştir). Benzer şekilde, dışkı içerisinde de gram başına yüz milyonlarca virüs parçası bulunabilmektedir. Özellikle de sifon çekme işlemi sırasında dışkının önemli bir bölümü aerosol olarak havaya karışmaktadır. Hong Kong'daki Amoy Garden evlerinde yaşanan bir bulaşmanın bu şekilde dışkının aerosolleşmesi yoluyla olduğu düşünülmektedir.

Tabii burada da tartışmalar yoğundur. Örneğin bu tarz aerosollerin hastalığa sebep olma oranları akademide son derece tartışmalı bir konudur; çünkü bu yöntemlerle aerosolleşen parçacıkların yoğunluğu, mikrobun virülansı, çevresel faktörler (örneğin aerosolleşen dışkının içindeki parçacıkların varlığını bulaşa neden olana kadar sürdürüp sürdüremeyeceği), konağın sağlık durumu gibi çok sayıda unsur, sonucu doğrudan etkileyebilmektedir. Yani aerosollerin sıklıkla üretildiği konusunda bir soru işareti bulunmasa da, bu aerosollerin ne kadar bulaşıcılığa sahip olduğu konusu büyük bir soru işareti ve ateşli tartışmaların konusudur.

Berlin Technical University

Aerosoller Nereye Gidiyor?

Aerosollerle ilgili çalışmaların bir sorunu, aerosol dediğimiz çok küçük parçacıklara yönelik analizlerin, damlacıklar (yani büyük parçacıklar) için geliştirilmiş matematiksel modellerden yola çıkarak yapılıyor olmasıdır. Henüz aerosol yayılımına yönelik çok kapsamlı matematiksel modeller yoktur; bu nedenle de sıklıkla bilgisayar-destekli simülasyonlara başvurulmakta ve farklı parametrelerin sonucu nasıl değiştirdiğine bakılmaktadır.

Ancak genel olarak söyleyebileceğimiz şey, bir aerosolün nereye gideceği konusuyla ilgili olarak, parçacık büyüklüğünün en önemli faktör olduğudur. Örneğin 1000 mikrometrelik (1 milimetrelik) bir damlacık, her 0.3 saniyede 1 metre yere düşecektir. Buna karşılık 100 mikrometrelik bir parçacığın 1 metre düşmesi 3 saniye kadar sürmektedir. 10 mikrometrelik bir parçacık için bu süre 300 saniyeyi bulmaktadır. 1 mikrometrelik bir parçacığın 1 metre yere düşmesi içinse 30.000 saniye (8 saat!) geçmesi gerekir. Bu süreler önemlidir; çünkü bu süre ne kadar uzunsa, parçacık da o kadar uzağa gidebilir.

Tabii bir cismin havada ne kadar yol alacağını belirleyen önemli bir faktör, havanın kendi hareket dinamikleridir. Açık havada ve kapalı ortamlarda aerosollerin takip ettikleri yollar farklı olacaktır. Benzer şekilde, kapalı ortamlarda havalandırma olması halinde (veya havalandırma yoksa bile havanın hareket etmesini sağlayan unsurların bulunması halinde) hiç beklenmedik durumlar oluşabilecektir. Yapılan bir çalışmada, 0.1 ila 200 mikrometrelik parçacıkların dağılımını belirleyen ana unsurun, kütleçekiminden ziyade havalandırma dinamikleri ve ilk hızları olduğu tespit edilmiştir. Bir diğer deyişle, bu parçacıklar hastanın 1-2 metre civarına düşüp kalmamaktadır.

Ne var ki bir parçacığın havada ne kadar süreyle asılı kalacağını belirleyen çok sayıda faktör vardır. Az önce sözünü ettiğimiz havalandırma örüntülerinin yanı sıra nem, sıcaklık, ilk hız, insan vücudunun boyutları ve damlacık çekirdeği büyüklüğü ve derişimi gibi faktörler bunu doğrudan etkilemektedir. Daha önemlisi, bu faktörlerin birçoğu dinamiktir, statik değil. Yani örneğin damlacık büyüklüğü, buharlaştıkça azalır veya ateşli bir hastadan uzaklaştıkça havanın sıcaklığı azalacaktır. Bu durum, basit hesaplamaları yapmayı aşırı zorlaştırmaktadır.

Üstelik literatürdeki bazı araştırmalar düpedüz hatalıdır. Örneğin erken dönem araştırmalarından bazıları, işleri kolaylaştırmak adına damlacıkların ilk hızı olmaksızın üretildiklerini varsaymaktadır. Fakat bu, matematiksel olarak işleri bir miktar kolaylaştırabilse de, öksüren veya hapşıran hastalar için berbat bir varsayımdır. Bir diğer sorunlu varsayım, birçok analizde hastanın ağzını ve burnunu farklı şekillerde kapatma ihtimalini (ve bu kapatmanın ne düzeyde bir başarıyla yapıldığını) hesaba katamıyor olmasıdır. Sonuçta birçok hasta içgüdüsel veya kültürel nedenlerle hapşırma ve öksürme sırasında ağzını ve burnunu kapatır; en azından buna yeltenir. Bu durum, damlacıkların izleyeceği yolu köklü bir şekilde değiştirmektedir.

Örneğin meşhur 2-metre kuralı, yani salgınlarda hasta kişilerden veya diğer insanlardan en az 2 metre uzakta durmayı öneren kural, normal konuşma ve nefes alma sırasında üretilen damlacıkların ezici çoğunluğunun 2 metreden kısa bir mesafe içinde yere ulaşacağı varsayımına dayanmaktadır. Bunu gösteren bazı akademik çalışmalar da vardır; ancak o araştırmalara bakacak olursanız, bunların birçoğunda öksürme ve hapşırma halinde bu mesafenin dikkate değer miktarda arttığı gösterilmektedir. Eğer bunu da dikkate alacak olursak, 2-metre kuralının 7-8 metre kuralına dönüştürülmesi gerekmektedir. Ne var ki bu, açık alanlarda ve sıkı denetimin olmadığı durumlarda pek pratik değildir ve bu nedenle sosyal mesafelendirme, salgınları önleme konusunda en önemli yöntem olarak karşımıza çıkmaktadır.

Sonuç

Uzun lafın kısası, bu konu basit bir konu değil ve bu nedenle basit cevaplardan kaçınmak zorundayız. Bir salgınla yüzleşirken, hele ki o salgının 1 yıl içinde milyonlarca insanı öldürme potansiyeli varken, bütün detaylara kulak vermeli ve her bilgiyi bilimsel bir gözlükle sorgulamalıyız. Bunu yaparken de büyük iddialardan ve nihai cevaplara ulaştığımız yanılgısından ihtiyatla kaçınmalıyız.