L'ionisation un effet déterminant dur la lutte contre les virus notamment chez les poulets

J. Hyg., Camb. (197 9), 83, 59 - Printed in Great Britain 59

L'effet de l'ionisation dE L'air sur la transmission aérienne d'infections expérimentales PAR LE virus de la maladie de Newcastle chez les poulets

Par TIMO ESTOLA State Veterinary Medical Institute, Helsinki

PAAVO MÄKELÄ Helsinki University Central Hospital, Helsinki

et TAPANI HOVI Department of Virology, University of Helsinki, Helsinki, Finland

(Received 31 July 1978)

0022-1724/7.9/8 0096-1978 $01-00 1979 Cambridge university Press

RESUME

L'effet de l'ionisation artificielle de l'air sur la transmission aérienne de l'infection par le virus de la maladie de Newcastle (NDV) chez les poulets a été étudié dans un système d'isolement composé de deux cages placées côte à côte, munies de parois pleines et d'un "toit" de fils de gaze .

Pendant une période de trois semaines d'observation plus de 90 % des poulets témoins non inoculés, placés dans une des cages, ont contracté le virus NDV transmis à l'air par les oiseaux inoculés et malades de la cage voisine . Cette transmission aérienne de NDV a été complètement empêchée en assurant l'injection d'ions négatifs dans la cage d'essai témoin par une décharge corona négative constante au-dessus du toit de fil de gaze. D'autre part, la propagation de l'infection dans un groupe de poulets logés dans une seule cage simple n'a pas été affectée par ionisation de l'air .

Ces résultats et d'autres suggèrent que l'ionisation artificielle de l'air puisse protéger des animaux contre certaines infections aéroportées interférant avec la formation microbienne d'aérosol et/ou en facilitant la décroissance (précipitation) des particules en suspension dans l'air .

INTRODUCTION

Les particules en suspension dans l'air (aérosols) sont connues pour être ionisées, portant une charge nette négative ou positive. Le modèle de l'ionisation d'un aérosol peut être artificiellement modifié en produisant, par exemple à l'aide d'une décharge corona, un grand nombre de petits ions unipolaires dans l'air (Lehtimäki et Graeffe, 1976). Les particules ionisées d'aérosol ont une tendance à se déplacer vers la charge opposée et par conséquent, dans un espace fermé comme une salle, peuvent s'évacuer de l'air par capture sur les murs ou d'autres surfaces chargées . Le taux d'affaiblissement de l'aérosol dépend de plusieurs facteurs, y compris la charge nette et la taille des particules. Les études sur l'effet de l'ionisation sur des aérosols de particules biologiquement inertes ont indiqué une relation non linéaire entre la taille de la particule et le taux d'assainissement d'un espace fermé (Lchtimäki et Graeffe, 1976). Beaucoup de virus

pathogènes par voie de transmission aéroportée, prouvée ou suspectée, ont des diamètres voisins de la dimension particulaire la plus critique à cet égard (0,1 - 0,01 millimètres).

Bien qu'il soit peu probable que les aérosols de virus infectieux se composent principalement de particules simples de virus, il est possible que le degré d'ionisation d'air puisse influencer le taux d'affaiblissement des aérosols de virus plus encore que celui des aérosols bactériens(Mäkelä et al. 1979).

Se rendant compte des effets " antimicrobiens " rapportés de l'ionisation d'air, et du manque d'informations sur les mécanismes possibles de ces effets (Krueger et Reed, 1976), nous avons réalisé les présentes études afin de découvrir si la transmission aérienne des infections expérimentales de virus pourrait être empêchée par l'ionisation de l'air. L'infection par le virus de la maladie de Newcastle (NDV) chez le poulet a ainsi été employée comme le système modèle expérimental.

MATERIELS ET METHODES

Dispositifs d'essais

L'étude a été réalisée dans une unité intérieure d'isolement se composant d'un petit local pour les vêtements et les bottes de protection et d'une salle animale de 10 m2 de surface couverte . La température de la salle a été gardée entre 15 et 20°C et, pendant les expériences III-V, l'humidité relative a été ajusté sur 75-80 %. Les les poulets ont été maintenus dans deux cages placées côte à côte, toutes deux ayant un plancher de 100 x 80 centimètres. Les murs des cages avaient 36 centimètres de hauteur et étaient comme le plancher, faits d'un matériau compact . Un "plafond" de fils de gaze, avec une maille de 2 x 2 centimètres, a été employé sur les plafonds des deux cages. Dans les expériences III-V un ventilateur électrique a été employé pour produire une circulation d'air constante au-dessus des cages. Un soin particulier a été pris pour éviter la contamination croisée accidentelle entre les cages et les procédures d'entretien des animaux ont été réduites au minimum pendant les expériences. Après chaque expérience simple la salle animale et les cages ont été complètement désinfectés chimiquement par une

solution de lessive à 2%.

Poulets

Des poulets sains âgés de 1 à 5 semaines, de race leghorn, ont été choisis à partir de deux lots de volaille exemptes d'histoire récente de maladies infectieuses sérieuses. Dans chaque expérience particulière, tous les poulets étaient du même âge et du même lot. La nourriture et l'eau ont été distribués à volonté .

Virus

Dans les expériences nous avons employé une souche virulente de virus de la maladie de Newcastle, isolée en Finlande (ESTOLA, 1974) et l'avons plus tard passée de 11 à13 fois dans des embryons de poulet. La concentration de virus dans les suspensions de liquide allantoïque était 10⁸ à 10^8-7 EID50/ml ou 10⁸ TCID50/ml, ainsi qu'elle était titrée dans des embryons de poulet ou dans les cultures des cellules de rein d'embryon de poulet, respectivement. Les poulets inoculés avec ce virus ont développé des symptômes de la maladie (dyspnée, fatigue) généralement dans les 2 ou 3 jours, et dans ces expériences tous sauf 1 sur 80 sont morts pendant les 48 h suivantes.

Expériences de transmission

Au début de chaque expérience, un groupe de poulets (le groupe A) était inoculé en intratrachéale, avec 0,3 ml d'une solution contenant le NDV et placé dans l'une des deux cages côte à côte. Le reste des poulets (le groupe B) n'ont pas été inoculés mais ont servi de population témoin de la transmission du virus. Le groupe B a été placé

dans la cage voisine (expériences de transmission aérienne) ou dans la même cage que les animaux inoculés (expériences de propagation).

Les poulets ont été observés pendant 21 jours et la mort des poulets témoins a été prise comme critère pour la transmission du virus. La transmission a été encore démontrée en isolant le virus des carcasses dans des embryons de poulet. Tous les animaux survivants pour toute la période d'observation ont été tués et examinés pour déterminer la présence d'anticorps circulatoires anti-NDV. La technique d'inhibition d'hémoagglutination (HI) a été employée comme décrit précédemment (Estola, 1974).

Des essais ont été également faits pour démontrer que les poulets inoculés répandaient les virus pendant la transmission réussie de NDV du groupe A à B. Des échantillons de 100 1 d'air ont été prélevés pendant 2 h de au-dessus de la cage A au travers de filtres millipore, de type AAWP03700. Les filtres ont été enlevés aseptiquement des supports et immergés dans une solution saline phosphatée tampon stérile. Des parties aliquotes de l'éluat ont été inoculés à des embryons de poussin. Aucune croissance de NDV n'a été détectée, suggérant que la sensibilité du procédé n'ait pas été suffisante pour détecter des aérosols de NDV.

Ionisation de l'air

L'ionisation artificielle de l'air a été provoquée par un appareil composé d'un ensemble de quatre aiguilles libres à effet corona, - portées chacune à -5 kV (Ilmasti Oy, Helsinki), accrochées au-dessus du plafond de fil de gaze de la cage du groupe A. Les extrémités des aiguille ont été amenées à l'extérieur pour couvrir la cage, et étaient chacune à une distance de 56

centimètres du plancher de celle-ci . Pour son utilisation, l'appareil a été mis sous tension à l'heure de l'inoculation du groupe A et conservé ainsi pendant toute la période d'observation . Une aiguille de corona de ce type, à -5 kV, a montré qu'elle produisait un courant d'ions de 1 à 5 pA dans un espace fermé. Ceci s'est avéré avoir comme conséquence des taux d'affaiblissement d'aérosol avec une demi vie de 7, 117 et 180 minutes pour des particules d'un diamètre de 0,01, 0,1 et 1mm respectivement (Lehtimäki et Graeffe, 1976).

RÉSULTATS

Transmission aérienne

Les poulets inoculés avec des NDV répandaient des aérosols infectieux dans l'air comme démontré par la transmission réussie du virus aux poulets témoins dans l'expérience I. six sur huit poulets de groupe B ont contracté la maladie et sont morts pendant la période d'observation (Tableau 1). en revanche, aucune transmission de virus du groupe A au groupe B dans l'expérience II où l'appareillage de décharge corona a été gardé en fonctionnement afin de maintenir la concentration en ions de l'air (tableau 1). la période de survie des poulets inoculés (le grou- pe A) était également légèrement prolongée par comparaison aux durées de l'expérience I.

Ceci n'a cependant pas été vu dans des expériences postérieures, suggérant que l'ionisation de l'air, dans les conditions utilisées, n'avait pas modifié la pathogénie de NDV inoculé en intratrachéale.

Les poulets survivants des expériences I et II ont été examinés pour la présence des anticorps HI anti-NDV. Tous les sérums étaient négatifs à une dilution de 1/5.

Dans notre deuxième paire d'expériences (non sous forme de tableaux) tous les poulets dans le groupe B ont survécu même sans ionisation malgré la mort rapide normale des poulets inoculés. L'absence des anticorps HI mesurables dans les sérums des poulets du groupe B

Tableau 1. Inhibition par ionisation d'air de transmission aérienne

de virus de la maladie de Newcastle dans des groupes de poulet

Les décès par jours consécutifs après inoculation

Jour... 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Totaux....

Un groupe de poulets était inoculé en intratrachéale avec 0,3 108.7

ElD50 de virus de la maladie de Newcastle tandis que l'autre groupe de

poulets dans la cage voisine était laissé non inoculé (groupe

témoin). La propagation du virus du groupe A à B a été

marquée en enregistrant la date de la mort des poulets témoins.

Après la première expérience en condition normale (1) la

salle et les cages étaient décontaminées, et une expérience

semblable de transmission a été exécutée avec l'appareil

générateur d'ions actif (II, voir méthodes).

Aucun décès enregistré. 0

a suggéré que ni l'immunité ni l'infection subclinique n'avaient été susceptibles d'être la raison de la survie.

Deux possibilités ont été considérées et, dans des expériences postérieures, des mesures ont été prises afin d'éliminer les raisons supposées d'une faible transmission. D'abord, la dose élevée de NDV inoculé aux poulets du groupe A pouvait avoir tué les animaux trop rapidement . les dilutions périodiques (10^-2 à 10^-6) du virus ont été employées dans des expériences suivantes afin de prolonger le temps de dilution du virus dans l'air. Cependant, la dilution du virus

tableau 2 La propagation du virus expérimental de la maladie de

Newcastle inoculé à des poulets d'une population témoin

logée dans la même cage, permettant les contacts physiques

Les décès par jours consécutifs après inoculation.

Pour les détails expérimentaux voir le Tableau I.

inoculé n'a pas prolongé de manière significative la période de survie du groupe A (données non montrées). Deuxièmement, le changement du "climat" vers une humidité relative inférieure était intervenu à l'heure de la paire d'expériences "échouées". Ainsi, plus tard, l'humidité relative de la salle d'essai était commandée et conservée entre 75-80%, et un ventilateur a été utilisé pour maintenir une circulation d'air au-dessus des cages dans la direction des groupes A à B. La transmission du virus du groupe A au groupe B dans le voisinage des cages était très efficace dans l'expérience de contrôle suivante (III et V dans fig. 1),probablement en raison des deux dernières mesures. Ces mesures n'ont pas changé l'effet protecteur de l'ionisation de l'air comme dans l'expérience IV, où le générateur d'ions a été utilisé, et aucune transmission

de l'infection n'a pu être documentée (fig. 1)

Quand chacun des cinq expériences de transmission aérienne sont combinées, nous pouvons voir que chacun des 16 poulets témoins (100 %), qui ont été exposés à l'infection aéroportée de NDV sous l'ionisation artificielle, a survécu (groupes B dans Exp. II et IV), tandis qu'en l'absence de l'ionisation 25 sur 27 poulets contractaient l'infection et mouraient (groupes B en Exp. I, III et V) et seulement 2 (7 %) ont survécu.

Pour les détails expérimentaux voir le Tableau I.

Propagation de l'infection à l'intérieur des cages

Quand les poulets inoculés (groupe A) et les animaux témoins (le groupe B) ont été placés dans une seule cage simple, permettant le contact physique direct entre les deux populations, tous les poulets témoins ont contracté la maladie et sont morts, que le générateur d'ions, placé au-dessus de la cage, soit arrêté ou en marche (tableau 2).

DISCUSSION

Beaucoup de maladies infectieuses importantes de l'homme et des animaux sont transmises de l'un à l'autre par les aérosols viraux, bactériens ou fongiques. La formation des aérosols contagieux est influencée par plusieurs facteurs tels que l'emplacement de l'infection, qui, entre autres, peut fournir aux microbes des particules porteuses telles que les gouttelettes liquides dérivées du mucus de la région respiratoire ou des débris d'épiderme (Noble et Somerville, 1974). Le taux d'affaiblissement des aérosols infectieux est déterminé alternativement par deux groupes de facteurs : ceux qui affectent la stabilité physique des aérosols et ceux qui influencent le taux d'inactivation biologique des microbes.

Des mesures actuellement disponibles pour contrôler la propagation des infections aéroportées telles que les systèmes (filtres) laminaires de circulation d'air sont aisément applicables à de

petites unités d'isolement mais sont inefficaces ou beaucoup trop chers et compliqués pour être employés sur une grande échelle en dehors du laboratoire. Une approche alternative pour réduire la concentration des particules infectieuses d'aérosol pourrait être de produire dans

l'air de grandes quantités de petits ions libres qui chargeraient plus tard les particules d'aérosol et faciliteraient ainsi leur élimination .

Les études cliniques récentes faites par notre groupe ont montré que l' injection de bactéries (staphylocoque doré) dans l'air à partir des brûlures infectées ouvertes de la peau est efficacement empêchée par une décharge corona continue dans la salle de soins (Mäkelä El Al. 1979). Les résultats actuels prolongent et confirment ces résultats et suggèrent que la transmission de certaines infections aéroportées de virus pourraient également être limitées à l'aide des générateurs d'ions.

En dépit de la grande quantité d'infections normales de virus qui est transmise par l'air, il n'y a pas beaucoup de modèles expérimentaux fiables pour étudier la transmission aérienne. Notre

plan original était d'employer, au lieu de NDV, le virus infectieux aviaire de la bronchite comme modèle, mais les expériences préliminaires ont indiqué que l'infection était non transmise par l'air dans les conditions employées. Par conséquent, nous avons trouvé justifié d'infecter les poulets avec le virus fortement virulent de la maladie de Newcastle. Mais même avec ce virus fortement contagieux les conditions de transmission à respecter obligeaient à des arrangements spéciaux d'essai comme décrit ci-dessus.

Deux sur 8 poulets du groupe témoin (B) de l'exp.I ont survécu pendant toute la période d'observation. Ils n'avaient pas d'anticorps HI anti-NDV, suggérant que l'immunité spécifique n'a pas servi de base à la survie (la Finlande a depuis 1973 été totalement exempte de maladie de Newcastle et les vaccinations contre elle sont pas permises). L'explication la plus plausible

pour certains cas d'absence d'infection est que la transmission aérienne du virus des poulets inoculés a réussi seulement avec certains des animaux témoins, et que la propagation ultérieure de l'infection dans le groupe B était trop lente pour tuer tous les poulets pendant a période d'observation.

Bien qu'il soit relativement facile de mesurer quantitativement les effets de l'ionisation artificielle de l'air sur l'affaiblissement des aérosols dans un espace clos (Lehtimäki et Graeffe, 1976), nos tentatives de doser l'influence de la décharge corona sur la concentration d'ions d'air dans notre unité d'isolement ont échoué, probablement en raison du contenu total fortement variable de particules dans l'air. Cependant, il n'y a aucun doute que le générateur d'ion employé dans ces études a efficacement produit de grandes quantités d'ions négatifs dans cet air (Lehtimäki et Graeffe, 1976).

Nous supposons que l'ionisation de l'air dans notre système expérimental a réduit la concentration des aérosols contagieux de NDV, dans la salle d'essai. De fait, l'évidence pour soutenir cette idée n'a pas pu être obtenue, probablement en raison de la faible sensibilité du système de prélèvement utilisé. Ceci reste, cependant, l'explication la plus plausible pour la protection observée contre l'infection aéroportée de NDV car la dissémination du virus infectieux par les poulets inoculés n'était pas, au moins pas rigoureusement, affectée par ionisation de l'air (Tableau 2). En outre, aucune évidence n'a été obtenue pour suggérer que l'ionisation de l'air pourrait avoir augmenté la résistance des poulets à NDV. La dernière alternative ne peut pas, cependant, être complètement exclue par ces études en tant que possibilité théorique, parce que des inoculums relativement forts du virus ont été employés et, deuxièmement, parce que la gaze de fils utilisée sur les cages est susceptible de modifier les effets d'un générateur externe d'ion à l'intérieur des cages. L'effet de modification de la gaze de fils devrait également être pris en compte pour interpréter nos résultats négatifs sur la propagation de NDV dans une cage simple (Tableau 2)

Notre système expérimental n'a pas été conçu pour distinguer les effets de l'ionisation sur la formation des aérosols contagieux et ceux sur la stabilité des aérosols. Si le courant d'ions produit par décharge corona, peut atteindre l'emplacement de la formation d'aérosol, il est possible que les particules soient rapidement chargées et emprisonnées à proximité immédiate de l'emplacement de la formation (Mäkelä et autres. 1979), i.e. dans notre cas sur le mucus respiratoire des poulets inoculés.

Alternativement la charge du virus déjà en suspension en air faciliterait le piégeage des aérosols sur les murs et le plancher des cages. Lesquelles de ces solutions de rechange sont plus importantes dans ce modèle expérimental, les spéculations restent ouvertes . Les infections aéroportées de virus posent des problèmes médicaux, vétérinaires et économiques graves partout dans le monde. Nous avons décrit plus haut que l'augmentation de la concentration en ions de l'air par une décharge corona protège efficacement des poulets contre la transmission aérienne de l'infection mortelle de virus de la maladie de Newcastle. Bien que nos conditions expérimentales soient fortement différentes des conditions à l'hôpital, dans des salles ou par exemple des fermes de volaille, ces résultats appellent des essais en conditions réelles permettant de tester leur applica bilité dans le contrôle pratique des infections aéroportées.

Les générateurs d'ions utilisés dans cette étude ont été aimablement fournis

par Ilmasti Oy, Helsinki.

REFERENCES

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thermostability. Avian diseases 18, 274-7.

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MÄKELÄ P., OJAJÄRVI J., LEHTIMÄKI M. & GRAEFFE G. (1979). Studies on the effects of ionization on bacterial aerosols in & burns-and-plastic-surgery unit. Journal of Hygiene 83,199.

NOBLE W.C. SOMMERVILLE D. A. (1974). Microbiology of Human Skin. London: Saunders.