dr. s. taylor md

virus overleeft in droge lucht
Foto Stephanie Taylor

Dr. Stephanie H Taylor, MD, is een vooraanstaand figuur en pionier in het domein van gezondheidsgerelateerde architectuur. Als oprichter van Building for Health en een erkend ASHRAE Distinguished Lecturer, heeft ze een indrukwekkende academische achtergrond, met een medische graad van de Harvard Medical School en een Master in Architectuur van Norwich University.

Dr. Stephanie H Taylor was een van de eerste wetenschappers die actief betrokken raakte bij het bestuderen van de invloed van de omgeving op infectieziekten. Haar type onderzoek laat zien dat het binnenklimaat, vooral de relatieve vochtigheid binnenshuis, de belangrijkste factor is voor uitbraken met SARS-CoV-2. Ze pleit voor een goede luchtvochtigheid in huis en het gebruik van luchtbevochtigers, en ze startte het initiatief 40to60rh.com. De onderstaande tekst komt uit een presentatie voor de American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) in december 2019.

Het werk van Dr. Taylor sluit aan bij de groeiende erkenning van het belang van het ontwerpen van ruimtes die een positieve bijdrage leveren aan de menselijke gezondheid, vooral in gezondheidszorgomgevingen waar de gebouwde omgeving een cruciale rol kan spelen in de uitkomsten van patiënten en het algehele welzijn.

Taylor: Ik geef u vandaag inzicht over het snijvlak van gezondheid en het managen van de luchtkwaliteit binnenshuis. Met de nieuwste kennis van dit onderwerp komen pandeigenaren, architecten, ingenieurs en bouwers, in een positie om de menselijke gezondheid te beschermen op een manier die we nooit eerder begrepen. Toen ik nog aan Harvard studeerde ging ik naar Papoea-Nieuw-Guinea en werkte daar in de ziekenhuizen. Ongeveer vier maanden werkte ik onder slechte omstandigheden. En toch waren er in dit land dat op de evenaar lag heel weinig of helemaal geen postoperatieve wondinfecties. Dus ik dacht, nou ja, misschien bestond er in de jaren tachtig niet zoiets als een zorg gerelateerde infectie. En toch, toen ik de gegevens uit 1858 van de Krimoorlog van Florence Nightingale zag, bleken er tal van infecties te zijn waar mensen aan stierven.

Harvard Medical School

In de volgende winter moest ik weer terug naar de medische school. Ik was geïntrigeerd door mijn mentor, die hoofd chirurgie was in het kinderziekenhuis. Hij maakte zelf zijn operatiekamer schoon en hij vertelde me als geneeskundestudent dat je het belang van de omgeving en omstandigheden nooit mag onderschatten voor de resultaten van de patiënt. Dat maakte indruk op mij.

Als de relatieve luchtvochtigheid boven de 40% komt dan neemt die besmettelijkheid snel af.
Een jonge familie zit in de lente in hun tuinhuis waar ze van de eerste warme dag van het jaar genieten

In de vroege jaren 2000, toen ik pediatrische oncologie beoefende, maakte ik me zorgen over de rol van het ziekenhuisgebouw op mijn patiëntresultaten. Ik had kinderen die hun kanker en chemotherapie overleefden, om vervolgens te bezwijken aan een infectie die volgens mij een verband had met het ziekenhuisgebouw. Toen ik echter probeerde te praten met gebouwbeheerders over infecties lukte dat niet. Ik wist niet hoe ik met hen moest communiceren. Praten met gebouwbeheerders over HVAC-systemen kon ik niet. Dus uiteindelijk heb ik mezelf bij elkaar geraapt en ben weer naar school gegaan. En heb ik mijn master in architectuur gehaald. Daarna werkte ik aan het ontwerpen van ziekenhuisgebouwen. Ik werkte samen met ingenieurs. Nu begrijp ik veel meer van het snijvlak tussen de gezondheid en het managen van de luchtkwaliteit binnenshuis.

Dr Stephanie Taylor talks role of relative humidity in #pathogen dispersal @NortecHumidity pic.twitter.com/1AqqIjFj5r

— Kevin Van Den Wymelenberg (@Wymelenberg) May 10, 2018

Aanvankelijk werkte ik in ziekenhuizen en mijn onderzoek had betrekking op ziekenhuizen, maar wat ik leerde, is dat de trends die we in ziekenhuizen zien, ook gelden voor buiten het ziekenhuis. Mijn kennis is toepasbaar op alle gebouwen.

Naar een ziekenhuis gaan in 2019 is gevaarlijk. Er overlijden meer mensen aan infecties in de ziekenhuisomgeving dan aan auto-ongelukken en hart- en vaatziekten samen. Ziekenhuisopname is de op twee na belangrijkste doodsoorzaak in de Verenigde Staten. Dat patroon zie je over de hele wereld terug. We maken ons zorgen over infecties en besmettelijke organismen die we dachten onder controle te hebben zoals tuberculose, cholera, en zoönose. We zien meer ontstekingsziekten en een toename van auto-immuunziekten. De microben worden steeds virulenter.

Worden de virussen steeds besmettelijker?

Het is een feit dat microben steeds virulenter worden. Maar wat ook speelt is dat de moderne mens binnenshuis leeft. We zijn "Homo indoorus" geworden. Wij leven 90% van onze tijd in afgesloten gebouwen. Eeuwen geleden leefden we in schuilplaatsen, die schuilplaatsen hadden veel contact met de buitenlucht, het plantenleven en de grond in de bodem. En dus hadden we toen interactie met micro-organismen uit de omgeving op een wijze die we nu met een leven binnenshuis missen.

Olie-embargo

Taylor: In de jaren zeventig hadden we een olie-embargo. Je kon enkel om de dag benzine kopen afhankelijk van je kenteken. Sinds die energiecrisis hebben we onze gebouwen afgesloten van de buitenlucht. We recirculeren de lucht en filteren deze. Wij hebben veel minder uitwisseling van lucht met de buitenlucht, althans in commerciële gebouwen. Is er dus een verband tussen het binnenmilieu en veranderende gezondheidsstatistieken? Dokter Dickerman, een architect die tot voor kort ziekenhuizen ontwierp zegt daarover: "Wij bouwen onze gebouwen en dan vermoorden ze ons." Dat is alarmerend. Gelukkig hebben we in 2019 gloednieuwe tools die we 5 jaar geleden nog niet hadden, waarmee we de menselijke gezondheid binnenshuis beter leren begrijpen. Dus wat zijn deze nieuwe tools? Laten we het hebben over de tools en enkele onderzoeken die onze ogen hebben geopend voor de kracht en het belang van het binnenmilieu.

Voor 2005 gebruikten we weefselkweektechnieken om te kijken naar de bacteriën, virussen en schimmelorganismen, zowel in ons lichaam, op ons lichaam als in gebouwen. Dus als je keelpijn hebt ga Je naar je dokter en ze zullen je keel schoonvegen met een wattenstaafje, het op een schaal uitspreiden, incuberen en onder een microscoop bekijken. Dat heet dus weefselkweek en weefselkweektechnieken, heel waardevol. Ze laten echter alleen de organismen zien die we zoeken.

Het binnenklimaat is de belangrijkste aanjager van uitbraken.
Een Dealing Room van een bank met drukte kabaal en zonder natuurlijke luchtverversing

We hebben geleerd dat er veel meer microben zijn dan we dachten en dat ze een onderdeel zijn van ons lichaam en een belangrijke rol spelen om onze gezondheid te ondersteunen. Maar wanneer we deze gemeenschappen van microben beginnen te verstoren, zien we ziekte. We zien ontstekingen, we zien verhoogde allergieën, auto-immuunziekten en infecties. Als mensen binnenshuis zijn is het een kwestie van minuten voordat ze een microbiële handtekening hebben achtergelaten. Een patiënt in een ziekenhuis heeft invloed op zijn kamergenoot door microben te verspreiden. Mensen worden beïnvloed door de microben van mensen die in een binnenruimte aanwezig waren. Als jij een huis zou beroven moet je dat binnen 5 minuten doen anders zou een forensisch microbioloog je kunnen identificeren aan de hand van de microben die hebt uitgestoten.

Taylor: Microben zie je niet rondzweven in de lucht. Als je ze zou incuberen zie je onder de microscoop waarschijnlijk tientallen tot honderden organismen. Als je de nieuwste tools gebruikt, zie je echter miljoenen organismen door het gebouw rondzweven. Dus terwijl ik hier met je sta te praten en adem komen er kleine druppeltjes uit mijn luchtwegen die bacteriën en virussen bevatten. Door te ademen verlaten de organismen mijn luchtwegen en komen in de lucht terecht. Huidschilfers verlaten mijn lichaam in een verbazingwekkend tempo. Deze huidschilfers bevatten bacteriën. Organismen in mijn spijsverteringsstelsel communiceren ook met de lucht. Er is dus een actieve uitwisseling tussen mensen en de lucht om hen heen. Deeltjes uit de lucht vestigen zich vervolgens op oppervlakten, dus als je je handen wast en zelfs als je niets aanraakt, komen deeltjes uit de lucht op je handen terecht. Als die deeltjes een ziekteverwekker bevatten dan zijn je handen besmet.

De luchtomgeving is dus heel, heel belangrijk voor reinheid, voor hygiëne en voor onze gezondheid. Onderzoek van de Universiteit van Oregon laat zien dat de wijze waarop een gebouw is ontworpen, hoe de ruimtes zijn ontworpen, hoe ze worden gebruikt en hoe ze worden geventileerd bepalen welke microben overleven. Het is het concept van “survival of the fittest”. Het binnenmilieu is nu de krachtigste ecologische evolutionaire motor van overlevende microben. Er is dus een sterke relatie tussen de gezondheid en ziekte van de mensen en de lucht binnenshuis. De lucht van mechanisch geventileerde gesloten gebouw is veel minder divers en bevatten meer ziekteverwekkers dan de buitenomgeving. Dit betekent dat we iets in gebouwen doen, wat de microben die ziekten veroorzaken de ruimte geeft.

Ziekenhuisgebouw

Een geweldige plek om dat te bestuderen is een ziekenhuis. Niet alleen omdat ziekenhuizen gecompliceerde gebouwen zijn met veel microben, maar ook omdat er van bewoners van het ziekenhuis veel data wordt bijgehouden. Mensen zijn uiteraard kwetsbaarder als ze in het ziekenhuis zijn en het ziekenhuis kan een virulente omgeving zijn. Maar de trends die we in ziekenhuizen zien, zien we ook in andere gebouwen. Er valt dus veel te leren van het bestuderen van patiënten in ziekenhuizen. In 2014 hoorde ik over een onderzoek dat gaande was in een gloednieuw ziekenhuis met ongeveer 300 bedden, 24 operatiekamers en een groen dak. Alle kamers waren single met een hal en eigen badkamer. Een microbiologiegroep bekeek de beweging van micro-organismen door het hele gebouw. Ze konden dat onderzoek al beginnen nog voordat het ziekenhuis bezet was met patiënten. Ze monitorde 10 patiëntenkamers met parameters zoals koolstof, kooldioxide, verlichting, luchtverversing en drukregeling. Naleving van de handhygiëne en klinisch en bezoekersverkeer. Ze verzamelde data over deze omgevingsparameters en over de beweging van micro-organismen door het gebouw. Ik hoorde over deze studie en ik zei, dat ik graag naar de patiëntuitkomsten wilde kijken. Een groep microbiologen keek naar de beweging van bacteriën, virussen en schimmelorganismen in het ziekenhuis, en ze vergeleken die gegevens met de gegevens van de omgevingsparameters.

Als je de nieuwste tools gebruikt, zie je miljoenen organismen door het gebouw rondzweven.
Een jonge man kijkt via een sterrenkijker naar de Melkweg waarmee miljoenen micro-organismen worden geïllustreerd

We verzamelden ongeveer 8000 datapunten van het ziekenhuis en lieten een statisticus kijken naar een mogelijke correlatie met zo’n 400 datapunten van patiëntuitkomsten. De uitkomsten waren schokkend. Onze statisticus vertelde ons dat “droge lucht in de patiëntenkamer” het meest correleerde met meer infecties. Dus we dachten dat dit absoluut verkeerd was. We dachten dat een hogere relatieve luchtvochtigheid geassocieerd zou worden met meer groei van ziekmakende organismen. Maar eigenlijk, wat ons werd verteld was het tegenovergestelde. Dat geloofden we niet. We hebben toen een andere statisticus gevraagd het werk nog eens over te doen. Die kwam met dezelfde uitkomsten.

We ontdekten ook uit de microbiologische onderzoeken dat naarmate de relatieve luchtvochtigheid 42% naderde, de diversiteit van de micro-organismen in de patiëntkamers omhoogging. We zagen dus een correlatie tussen de relatieve luchtvochtigheid van boven 40% met een grotere diversiteit aan micro-organismen in de kamer. Meer diversiteit is gunstig, meer diversiteit is een teken van een gezonder ecosysteem. En we zagen correlatie met betere resultaten voor de patiënt. Omgekeerd, wanneer de relatieve luchtvochtigheid laag was, rond 30% zagen we meer besmettingen en minder diversiteit van de micro-organismen.

Ik was toen nog steeds sceptisch, dus deden we nog een studie in een gebouw voor langdurige zorg en we vonden dezelfde uitkomsten. Bij een relatieve luchtvochtigheid tussen de 40% en 60% waren er minder luchtweginfecties en longontstekingen. Bovendien waren er minder huidinfecties en was er een betere genezing van doorligwonden.

Een interessant onderzoek vond plaats op een kleuterschool in Minnesota. Ze gingen bij dit onderzoek nog een stap verder met dit experiment. Ze bevochtigden de lucht van de helft van de school en de andere helft niet. De omstandigheden in Minnesota zijn ideaal voor dit experiment omdat als de koude droge lucht van buiten naar binnen stroomt deze een relatieve luchtvochtigheid heeft van slechts 20% bij kamertemperatuur. In het droge gedeelte van de school waren er meer infectieuze deeltjes in de lucht. De virusdeeltjes waren virulenter. En het ziekteverzuim was ongeveer drie keer zo hoog als in het andere deel van de school. Het deel van de school dat was bevochtigd tot 45% relatieve luchtvochtigheid, had schonere lucht en minder afwezige kinderen.

Hoe overleven virussen in droge lucht?

Als iemand uitademt verlaten druppeltjes hun luchtwegen, hun mond, hun neus. Als ze hoesten zelfs met 130 kilometer per uur. En als de lucht droog is, verdampen die druppels snel. Het water van de druppel wordt opgenomen in de droge lucht als waterdamp. Dus bij een relatieve luchtvochtigheid van 20% krimpt een ademhalingsdruppel met een diameter van 100 micrometer (µm) snel tot een diameter van ongeveer 0,5 micrometer (µm). Nu is de ademhalingsdruppel een ademhalingsaerosol geworden. We weten sinds kort dat aerosolen zweven. Ze zijn erg ligt en reizen door het HVAC-systeem en kunnen niet alleen dagen of weken, maar zelfs jaren later in de omgeving actief blijven. Voordat metagenomische hulpmiddelen werden gebruikt, dachten we altijd dat deze aerosolen niet besmettelijk waren omdat ze erg moeilijk te kweken zijn in weefselkweek. Maar we weten nu dat veel van hen in feite zelfs nog virulenter zijn dan grotere ademhalingsdruppels. Ze kunnen veel dieper in de luchtwegen doordringen en zo een longontsteking veroorzaken.

Oplossing
Een studie met cavia's en influenza liet zien dat virale deeltjes die zich in druppeltjes bevinden zeer besmettelijk zijn bij een lage relatieve luchtvochtigheid. Maar wanneer de relatieve luchtvochtigheid boven de 40% komt dan neemt die besmettelijkheid snel af. Binnen 15 minuten is onder omstandigheden van boven de 40% relatieve luchtvochtigheid zo’n 80% van de virale deeltjes niet langer besmettelijk. Voor veel organismen gaat die besmettelijkheid weer omhoog bij een relatieve luchtvochtigheid hoger dan 60%. Maar er bestaat een dus optimale relatieve luchtvochtigheid tussen 40% en 60% bij kamertemperatuur die invloed van virussen en bacteriën tot een minimum beperkt. Kom in actie en ga samen met mij de strijd aan tegen besmettelijke aerosolen. Een relatieve luchtvochtigheid tussen 40% en 60% in gebouwen zal luchtweginfecties verminderen en levens redden.

Logo Roadmap Ventilation WHO