О переносе вирусов аэрозолями

А. Р. Каримов, М. А. Соломатин, А. Н. Бочаров

Аннотация


Рассмотрен механизм захвата вирионов заряженными аэрозольными частицами с образованием оболочки из полярных молекул, содержащей потенциально инфекционно значимое число вирионов. Реализация данного механизма предполагает наличие свободных заряженных частиц в среде, содержащей полярные молекулы и биочастицы. Поэтому в диффузном приближении была проведена оценка заряда больших атмосферных ионов, приобретающих заряд в нормальных атмосферных условиях вследствие различий в подвижности электронов и лёгких ионов, что позволило найти распределение заряженных аэрозолей в зависимости от их заряда и характерного размера в приземном слое. Также обсуждается механизм образования заряженных аэрозолей в дыхательных путях в результате развития неустойчивости Кельвина-Гельмгольца в слое слизи, покрывающей поверхность биологических тканей. Проведены грубые оценки образования необходимых ионов в биохимических реакциях на границе раздела биологической ткани и слоя жидкости. Адсорбция полярных молекул к таким ионам рассмотрена в диффузном приближении при учете только собственного электрического поля ионов, что позволило найти распределение полярных молекул вокруг заряженных аэрозолей


Ключевые слова


Заряженные аэрозоли; электростатическое взаимодействие; вирионы

Полный текст:

PDF

Как процитировать материал

Литература


Список русскоязычной литературы

  1. Давыдов АС. Биология и квантовая механика. Киев: Наукова думка; 1979.
  2. Жуков ВА. Уравнение инфекционности и его использование для прогнозирования восприимчивости хозяина к вирусным инфекциям и в других задачах. В кн.: Нетрадиционные природные ресурсы, инновационные технологии и продукты: сборник научных трудов. Вып. 17. М.: РАЕН; 2007. С. 159-167.
  3. Жуков ВА, Сафатов АС, Пьянков ОВ, Топорков ВС, Сергеев АА, Киселев СА, Яшин ВА, Беляев НМ, Рябчикова ЕИ, Жуков АВ, Шишкина ЛН, Медведев АА, Петрищенко ВА, Сергеев АН, Воробьев АА. Новый комплекс для получения и изучения монодисперсных микробиологических аэрозолей в медико-биологических исследованиях. Вестник РАМН. 2004;(3):11-5.
  4. Жуков ВА, Шишкина ЛН, Сергеев АА, Фанкин ИВ, Сметанникова МА, Пьянков ОВ, Петрищенко ВА, Сергеев АН, Воробьев АА. Изучение возможности прогнозирования чувствительности к гриппу различных отделов респираторного тракта хозяина. Вестник РАМН. 2007;(5):32-37.
  5. Каримов АР, Соломатин МА, Валиуллин РА, Шарафутдинов РФ. Влияние скорости передачи инфекции на формирование эндемического равновесия в расширенной SEIR модели. Вестник Башкирского университета. 2024;29(4):202-12.
  6. Каримов АР, Соломатин МА. Влияние социальных контактов на формирование эндемического равновесия в SEIS модели. Вестник НИЯУ МИФИ. 2025;14(3):225-239. doi:10.26583/vestnik.2025.3.5.
  7. Кощеев ВА, Полуэктов ПП. Электрическая зарядка аэрозольных частиц под действием внешнего электрического поля в электронейтральной атмосфере. Журн техн физ. 1991;61(8):51-6.
  8. Ландау ЛД, Лифшиц ЕМ. Электродинамика сплошных сред. М.: Наука; 1992.
  9. Пискунов ВН. Динамика аэрозолей. М.: Физматлит; 2010.
  10. Смирнов БМ. Аэрозоли в газе и плазме. М.: Институт высоких температур; 1990.
  11. Смирнов БМ. Электрический цикл в земной атмосфере. Усп физ наук. 2014;184(11):1153-76. doi:10.3367/UFNr.0184.201411a.1153.
  12. Соломатин МА, Каримов АР, Малашин МВ, Валиуллин РА, Шарафутдинов РФ. Непрерывный мониторинг мелкодисперсных аэрозолей в техногенных условиях. Вестник Башкирского университета. 2025;30(4).

Общий список литературы / Reference List

  1. Davydov AS. Biologiya i Kvantovaya Mekhanika. Kiev: Naukova Dumka; 1979. (In Russ.)
  2. Zhukov VA. [The infectivity equation and its use for predicting host susceptibility to viral infections and in other problems]. In: Netraditsionnye Prirodnye Resursy, Innovatsionnye Tekhnologii i Produkty: Sbornik Nauchnykh Trudov. Issue 17. Moscow: RAEN; 2007. P. 159-67. (In Russ.)
  3. Zhukov VA, Safatov AS, P'yankov OV, Toporkov VS, Sergeyev AA, Kiselev SA, Yashin VA, Beliayev NM, Ryabchikova EI, Zhukov AV, Shishkina LN, Medvedev AA, Petrishchenko VA, Sergeyev AN, Vorobyev AA. [A new installation for producing and studying monodisperse microbiological aerosols in biomedical research]. Vestnik Rossiiskoy Akademii Meditsynskikh Nauk. 2004;(3):11-5. (In Russ.)
  4. Zhukov VA, Shishkina LN, Sergeyev AA, Fankin IV, Smetannikova MA, P'yankov OV, Petrishchenko VA, Sergeyev AN, Vorob'ev AA. [Study of the possibility of predicting susceptibility to influenza in different parts of the host respiratory tract]. Vestnik Rossiiskoy Akademii Meditsynskikh Nauk. 2007;(5):32-7. (In Russ.)
  5. Karimov AR, Solomatin MA, Valiullin RA, Sharafutdinov RF. [Influence of infection transmission rate on the formation of endemic equilibrium in the extended SEIR model]. Vestnik Bashkirskogo Universiteta. 2024;29(4):202-12. (In Russ.)
  6. Karimov AR, Solomatin MA. [Influence of social contacts on the formation of endemic equilibrium in the SEIS model]. Vestnik NIYaU MIFI. 2025;14(3):225-239. doi:10.26583/vestnik.2025.3.5. (In Russ.)
  7. Koshcheyev VA, Poluektov PP. [Electric charging of aerosol particles under the action of an external electric field in an electroneutral atmosphere]. Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 1991;61(8):51-6. (In Russ.)
  8. Landau LD, Lifshits EM. Elektrodinamika Sploshnykh Sred. Moscow: Nauka; 1992. (In Russ.)
  9. Piskunov VN. Dinamika Aerozoley. Moscow: Fizmatlit; 2010. (In Russ.)
  10. Smirnov BM. Aerozoli v Gaze i Plazme. Moscow: Institut Vysokikh Temperatur; 1990. (In Russ.)
  11. Smirnov BM. [The electric cycle in the Earth's atmosphere]. Uspekhi Fizicheskikh Nauk. 2014;184(11):1153-76. doi:10.3367/UFNr.0184.201411a.1153. (In Russ.)
  12. Solomatin MA, Karimov AR, Malashin MV, Valiullin RA, Sharafutdinov RF. [Continuous monitoring of fine aerosols under technogenic conditions]. Vestnik Bashkirskogo Universiteta. 2025;30(4). (In Russ.)
  13. Agranovski I. Aerosols: Science and Technology. Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons; 2011. doi:10.1002/9783527630134.
  14. Atanasova KR, Reznikov LR. Strategies for measuring airway mucus and mucins. Respir Res. 2019;20(1):261. doi:10.1186/s12931-019-1239-z.
  15. Bourouiba L, Dehandschoewercker E, Bush JWM. Violent expiratory events: On coughing and sneezing. J Fluid Mech. 2014;745:537-63. doi:10.1017/jfm.2014.88.
  16. Bourouiba L. Turbulent gas clouds and respiratory pathogen emissions: Potential implications for reducing transmission of COVID-19. JAMA. 2020;324(12):1197-98. doi:10.1001/jama.2020.4756.
  17. Cabane M, D'Angelo A, Baudin C, et al. Mobility spectra of ions created in gases under atmos-pheric pressure. J Colloid Interface Sci. 1976;57(2):289-300. doi:10.1016/0021-9797(76)90204-6.
  18. Rycroft MJ, Harrison RG, Nicoll KA, Mareev EA. An overview of Earth's global electric circuit and atmospheric conductivity. Space Sci Rev. 2008;137:83-105. doi:10.1007/s11214-008-9368-6.
  19. Chen Y-T, Lu C-L, Lu S-J, et al. Electrostatic precipitator design optimization for the removal of aerosol and airborne viruses. Sustainability. 2023;15(11):8432. doi:10.3390/su15108432.
  20. Chin AWH, Chu JTS, Perera MRA, et al. Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions. Lancet Microbe. 2020;1(1):e10. doi:10.1016/S2666-5247(20)30003-3.
  21. Clegg SL, Brimblecombe P. The kinetics of ion clustering and charge transfer in atmospheric aerosols. Atmos Environ. 2001;35(3):475-85. doi:10.1016/S1352-2310(00)00290-6.
  22. Fahy JV, Dickey BF. Airway mucus function and dysfunction. N Engl J Med. 2010;363(23):2233-2247. doi:10.1056/NEJMra0910061.
  23. Lushnikov, A.A. Introduction to aerosols. In: Agranovski I, ed. Aerosols: Science and Technology. Weinheim: Wiley-VCH; 2010 P. 1–41. doi:10.1002/9783527630134.ch1.
  24. Garmann RF, Comas-Garcia M, Knobler CM, et al. Physical principles in the self-assembly of a simple spherical virus. Acc Chem Res. 2016;49(1):48-55. doi:10.1021/acs.accounts.5b00350.
  25. Haas CN. Conditional dose-response relationships for microorganisms: development and application. Risk Anal. 2002;22(3):455-63. doi:10.1111/0272-4332.00035. doi:10.1111/0272-4332.00035.
  26. Harrison RG, Carslaw KS. Ion-aerosol-cloud processes in the lower atmosphere. Rev Geophys. 2003;41(4):1012. doi:10.1029/2002RG000114.
  27. Harrison RG, Nicoll KA. Atmospheric electricity: The global circuit and its role in cloud micro-physics. Rev Geophys. 2019;57(4):1123-67.
  28. Heyder J, Gebhart J, Rudolf G, et al. Deposition of particles in the human respiratory tract in the size range 0.005-15 μm. J Aerosol Sci. 1986;17(6):811-25. doi:10.1016/0021-8502(86)90035-2.
  29. Hocking GC, Drazin PG. Kelvin-Helmholtz instability in a thin film flowing over a solid surface. J Fluid Mech. 1987;177:251-68.
  30. Ivlev LS. Atmospheric aerosols. In: Agranovski I, ed. Aerosols: Science and Technology. Wein-heim: Wiley-VCH; 2010. p. 345-380.
  31. Joris L, Dab I, Quinton PM. Elemental composition of human airway surface fluid in healthy and diseased airways. Am Rev Respir Dis. 1993;148(6):1633-7. doi:10.1164/ajrccm/148.6_Pt_1.1633.
  32. Karimov AR, Solomatin MA, Bocharov AN. Influence of transfer epidemiological processes on the formation of endemic equilibria in the extended SEIS model. Mathematics. 2024;12:3585. doi:10.3390/math12223585.
  33. Lee PC. Dose-Response and Viral Kinetics Analysis of SARS-CoV-1 in Non-Human Primates. PhD Theses. Los Angeles: University of California;; 2023.
  34. Li X, Lester D, Rosengarten G, Aboltins C, Patel M, Cole I. A spatiotemporally resolved infection risk model for airborne transmission of COVID-19 variants in indoor spaces. Sci Total Environ. 2022;812:152592. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.152592.
  35. Lowen AC, Mubareka S, Steel J, Palese P. Influenza virus transmission is dependent on relative humidity and temperature. PLoS Pathol. 2007;3(10):e151. doi:10.1371/journal.ppat.0030151.
  36. Mohnen VA. Formation, nature and mobility of ions of atmospheric importance. In: Steinkopff D, ed. Electrical Processes in Atmospheres. Darmstadt: Steinkopff Verlag; 1977. P. 1-17.
  37. Osserman R. The isoperimetric inequality. Bull Am Math Soc. 1978;84(6):1182-238. doi:10.1090/S0002-9904-1978-14553-4.
  38. Papineni RS, Rosenthal FS. The size distribution of droplets in the exhaled breath of healthy human subjects. J Aerosol Med. 1997;10(2):105-16. doi:10.1089/jam.1997.10.105.
  39. Rycroft MJ, Israelsson S, Price C. The global atmospheric electrical circuit, solar activity and climate change. Surv Geophys. 2000;21(1):41-54. doi:10.1016/S1364-6826(00)00112-7.
  40. Williams OW, Hoegh P, Sjöberg B, et al. Airway mucus: from production to secretion. Am J Respir Cell Mol Biol. 2006;34(5):527-36. doi:10.1165/rcmb.2005-0436SF.
  41. Winkler H, Schmid H, Zdansky K, et al. Mobility and diffusion coefficients of small atmospheric ions. J Aerosol Sci. 1987;18(3):295-304.
  42. Yang W, Elankumaran S, Marr LC. Concentrations and size distributions of airborne influenza A viruses measured indoors at a health centre, a day-care centre and on aeroplanes. J R Soc Interface. 2011;8(61):1176-84. doi:10.1098/rsif.2010.0686.




DOI: http://dx.doi.org/10.24855/biosfera.v18i2.1062

EDN: https://www.elibrary.ru/item.asp?edn=ILCYRI

© ФОНД НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ "XXI ВЕК"