作 者：Respiratory Sciences, University of Leicester
J.W. Tang. et al
翻 译：西安秦皇医院 桑 烨编 辑：高少卉
导读：随着新冠大流行的肆虐，关于气溶胶暴露产生的传播，而不是通过飞沫和污染物直接或间接传播的争论也在不断。
这一场古老的辩论，被又一个呼吸道病毒大流行的出现再次点燃。在相关术语的定义和应用方面存在严重混淆，如飞沫、飞沫核、气溶胶和颗粒（表1）。显然，如果专业人员在定义这些术语存在差异，在理解科学方面会有问题。最终，很难、也许不可能达成共识。
全世界相关各方对证据的解释和应用方式不同。构成支持气溶胶传播的充分证据的基线定义是多种多样的。如果不能达成一致，辩论将继续拖延下去、混淆这一问题，并使越来越多的人面临风险，因为控制病毒所需的实际预防干预措施得不到足够的支持。
几乎没有任何直接证据表明新冠通过任何特定途径传播，对于任何呼吸道病毒的感染，通过大飞沫传播从未被直接证明。引出这些传播途径所需的证据应包括基因组测序和源目标病原体的匹配(例如在污染物上或手上)与在受体中引起随后疾病的原因，以及在研究之前或期间排除病原体菌株的任何其他来源的充分证据。然而，追踪单一病毒的基因组研究非常困难和昂贵，而且可能失败。
表1 临床医生，气溶胶科学家和一般公众理解空气传播术语的差异
术语
临床医生
气溶胶专家
一般公众
空气传播
远距离传播，如麻疹；需要N95/FFP2/FFP3呼吸器（或同等）进行感染控制
空气中的任何东西
空气中的任何东西
气溶胶
颗粒<5μm，介导空气传播；在气溶胶生成过程中产生，也需要N95呼吸器
悬浮在气体中的任何大小的固体或液体颗粒的集合
头发喷雾和其他个人清洁产品
飞沫
颗粒>5μm，迅速下降到地面距离源1-2米；需要一个外科口罩，以控制感染
液体微粒
从滴管里出来的东西
飞沫核
蒸发到<5μm的飞沫的残留物；与“气溶胶”同义
一个相关的术语，“云凝聚核”，指的是水凝结形成云滴的小颗粒
从没听说过！
颗粒
病毒颗粒
空气中微小的固体或液体“膨胀
像烟灰或灰烬
为了达成对空气传播的理解和共识，该综述提出了一系列与气溶胶中病毒的科学有关的共同“神话。在下文中使用的“神话”一词意味着一种普遍接受的关于病毒传播的说法，值得重新和公正的考虑。每个神话都源于历史研究，值得基于证据的审查，以重新评估当今的观点。通过回顾支撑这些神话背后的科学，希望这篇文章将促进理解为什么共同的观点已经过时，以及为什么当前的证据指向不同的方向。
神话1：“气溶胶是直径为小于或等于5μm的飞沫”
这个神话起源于一个历史上不正确的定义，最近被世界卫生组织报道为“直径小于5μm的飞沫被称为飞沫核或气溶胶”。
由呼吸道分泌物和唾液形成的呼吸道飞沫是通过说话，咳嗽，打喷嚏甚至呼吸发散出来的。它们的直径跨度从小于1μm到大于100μm。较小的飞沫迅速干燥到其原始直径的20-40%，留下的残留物称为“飞沫核”，大多数临床医生认为等同于“气溶胶”。
直径范围广泛的呼吸道飞沫可以在空气中保持悬浮，被认为是空气传播。呼出的颗粒覆盖了一个连续体（图1）。人们不能明确地提出空气中颗粒传播直径的界限，因为颗粒保持悬浮的能力除了其大小以外，还取决于许多因素，包括它们被驱逐的动力，以及周围气流的特点（速度、湍流、方向、温度和相对湿度）。
图1。呼吸颗粒的范围和潜在的传播距离。蓝色颗粒代表飞沫，通常直径>100μm，在重力作用下落在源头的2米内。红色颗粒代表气溶胶，通常直径<100μm，悬浮时间更长，但如果空气静止时间足够长最终会落到地面上（至少30分钟)。
根据这个长期以来的定义（直径>5μm），许多以前被归类为“大”的颗粒可以比所谓的“神话”1-2米距离走得更远，在这个距离内，这些颗粒被声称会掉到地面上。考虑到这一点，即使是大颗粒也可以表现得像传统的“气溶胶”。“气溶胶”和“飞沫”都应该被认为是尺寸范围的极端，它们的空气传播模式将根据当地的环境条件而有所不同。
神话2：“所有大于5μm的颗粒都落在源头的1-2米以内”
这是一个经常重复但在科学上错误的说法。直径5-10μm的呼出性颗粒在静止的室内空气中受重力的影响缓慢地落到地面。从1.5米的高度需要8-30分钟。然而，大多数房间通常的空气流速为0.1-0.2m/s，这意味着这些颗粒太小，无法在源头的1-2m内沉降在地面上。飞沫必须大于50-100μm，才能在室内源头发出的1-2m内有很高的概率着陆。局部湍流气流可以延长这种悬浮时间甚至更长。众所周知，大于50-100μm的飞沫可以在喷射的气体中被携带超过1-2米，特别是在喷嚏或咳嗽期间。
在静止空气中，不同尺寸的颗粒具有不同的沉降时间，可以通过物理定律准确地预测。（也就是斯托克斯定律)。基于此，计算表明，即使直径约为50μm的颗粒也需要20秒左右才能从1.5米的高度沉降至地面，并且应该被认为是气溶胶。在人员较多的医院病房和门诊，湍流的空气运动的影响可能导致这种大小的颗粒在空中停留更长的时间，并能够移动至>2米的距离。
空气中悬浮颗粒的临床相关时间段取决于通风，医院通风系统提供清洁的空气，将房间的空气和其中包含的所有颗粒排出房间。当然，有些医院没有机械通风系统，在没有打开的窗户或门的情况下，空气中的悬浮颗粒可能需要几个小时才能在地面上。后者将对工作人员和病人都构成风险，特别是在离源头较近或未受面罩保护的情况下。
神话3：“如果它是短距离的，它就不可能是空气传播的’
为了讨论这个误区，接近1-2m的社会距离被定义为区分“近距离”和“远距离”的标尺。人们普遍认为远距离的传播是空气传播的证据，但不可检测的远距离传播并不排除空气传播。尤其是，短距离或近距离的空气暴露和气溶胶吸入(即超过交谈距离)对于新冠的传播来说仍然是重要的，甚至是主要的，即使远距离传播尚未得到证实。
通过吸入方式输送病原体可能发生在任何距离，但更有可能发生在近距离，因为气溶胶更集中在离源头更近的地方。这方面一个直观的例子，可以通过观察烟雾是如何从吸烟者与香烟之间的距离中消散的。从嗅觉可以感受到类似的现象。例如，如果你站得离午餐吃过大蒜或喝过酒的人足够近，当你吸气时，你可能会发现这一点，但当你走的越来越远时，气味就会消失。然而，如果你确实在呼出的气体中闻到了午餐时的气味，你也可能吸入了呼出气体中的任何病毒。这种遭遇通常发生在交谈距离（大约1米或更小）。
流感研究表明，呼气和谈话可以在交谈距离内携带活病毒，可以被附近的易感人群吸入。这些实验表明，在1米内，受感染者在短对话距离内产生存在空气中的不同大小的颗粒病毒。
虽然到目前为止，还没有基因型证据表明吸入病毒会导致人类冠状病毒疾病(COVID-19)，但除了吸入气溶胶的新冠外，许多暴发很难解释。
气溶胶存在于接近传染源（<1米）的范围内，显然，浓度高于较远的范围。
较长范围（>2米)传播的风险与近距离(<1米）感染的风险相比可能更小，但它仍然可能发生，而且意义重大。
不幸的是，当病原体在社区中已经广泛存在时，多个来源能够在不同的距离内传播病毒，病原体的长距离传播事件很难证明。
神话4：'如果基本传染数R0不像麻疹那么大，那么它就不能通过空气传播
基本传播数（R0）通常定义为在均匀分布但完全易感的人群中，由于出现一个单一感染“指数”病例而引起的继发病例的平均数。这个声明的关键问题是R0与是否通过气溶胶吸入传播疾病无直接关系。R0表示在与一个感染者接触后有多少人受到感染，但与传播机制无关。
各种微生物可以通过空气传播，但不一定是人与人之间的传播。例如，引起汉坦病毒肺综合征的汉坦病毒和引起炭疽的炭疽杆菌都有动物宿主，通过吸入获得，但它们不通过人与人传播。他们的R0=0,仍被认为是空气传播的疾病。
由于许多的COVID-19病例是无症状的，R0更难评估。
当患者出现“流感样疾病”、轻微症状或根本没有症状时，继发病例的数量更难确定。人们不一定会知道自己已经暴露或意识到自己有能力将感染传染给他人。它们不会自我隔离，也不会被算作潜在的继发病例。这使得不可能联系和跟踪每一个参与特定暴露事件的人，除非记录全面的细节。此外，不能排除在他们日常生活中来自不同来源的可能导致相同感染的其他接触。即使在单一爆发事件可能与传染源有关的情况下，同一来源也可能已经传播了无法轻易追踪和统计的其他次要病例。COVID-19可能会发生大量的症状前传播，而且与SARS-CoV-1相似，并非所有的受感染的患者都具有同等的传染性。
现在有充分的证据表明，其他呼吸道病毒，如流感、SARS-Co-V-1、中东呼吸道综合征冠状病毒和呼吸道合胞病毒，通过空气传播，因此这种“打破神话”的基本原理的类似应用也适用于这些病毒的传播。
神话5a：'如果是空气传播，外科口罩（或布面罩）将不起作用
这个说法是错误的，因为它本质上是作为一个过于简化的二进制设想[即口罩（完全)起作用或不起作用(根本）对抗呼吸道颗粒中的病毒]。一些实验室研究已经表明，外科和自制的口罩在限制呼出的颗粒和保护佩戴者免受他人吸入颗粒物方面有一些（但不完全）的效果。手术口罩可以包含，并因此减少，由受感染的佩戴者脱落的病毒的传播高达3-4倍(即 约67%-75%)，就季节性冠状病毒而言甚至是100%。当有感染者戴口罩或面罩时，呼出的气流的大小也会减小，这也有助于附近的人减少暴露的风险。
外科口罩还能保护佩戴者，使来自感染者的飞沫和气溶胶的暴露减少平均6倍。外科口罩在微米大小范围内的过滤能力往往是相当大的，尽管它在品牌之间有所不同。众所周知N95/FFP2的过滤能力更好，如果他们已经进行了适当的拟合测试去避免呼吸器侧面的气溶胶泄露到呼吸区。即使是自制的布面罩(由茶巾或棉质t恤制成)也能减少进入粒子的暴露量2-4倍(即约50%-75%)。
这主要取决于面具是如何制作的，它是由什么材料制成的，层数，以及暴露的呼吸道分泌物的特征。基于支持COVID-19的空气传播的证据，应建议一线医疗保健人员使用N95/FFP2/FFP3呼吸器。对于那些不能忍受长期佩戴这些口罩的人来说，限制较少的外科手术口罩仍然能提供一些保护，但需要承认的是，这些口罩不会很有效。
神话5b：“病毒的大小只有100nm(0.1μm)，所以过滤器和口罩不会起作用
这个神话与神话5a有关。对于这个神话，有两个层面的误解需要深思熟虑。
首先，人们对高效微粒空气过滤器(HEPA)和其他过滤器实际上是如何工作的缺乏了解。它们不起简单的“筛子”的作用，而是通过撞击和拦截（通过直接碰撞或掠击，更快的移动粒子撞击并粘附在口罩纤维上)、扩散(较慢移动的粒子接触并粘在口罩纤维上和静电力(带电相反的粒子和口罩纤维相互粘附)从气流中去除颗粒。它们共同创造了一个“动态碰撞陷阱”，因为粒子以不同的速度通过纤维之间的空气通道网络。
最小过滤效率通常发生在直径约0.3毫米的颗粒。比这个“最具穿透性的粒径”更小的颗粒会被更有效率地捕获，因为它们的布朗运动（允许在原子水平上扩散）导致它们以较高的速度与过滤器中的纤维碰撞。大于这个极限直径的颗粒可以通过撞击和拦截被有效地去除。
其次，参与传播感染的病毒通常不是“裸体的”的。它们以含有水、盐、蛋白质和其他呼吸道分泌物成分的飞沫形势被排出人体。唾液和粘液飞沫比病毒大得多，而总体尺寸决定飞沫和气溶胶如何移动并被口罩和过滤纤维捕获。
HEPA（或“阻聚”）过滤器可以捕获99.97%或更多的直径为0.3μm(300nm)的粒子。
呼出的唾液/粘液飞沫从大约0.5毫米的大小开始，并完全通过HEPA过滤器去除。事实上，除医疗保健外，大多数商业建筑的通风系统不严格需要HEPA过滤，手术室、洁净室、实验室和隔离室等专门区域从颗粒的单程捕获中受益。独立的“便携式”空气净化器，通过内置的HEPA过滤器过滤房间空气，对于办公室和教室等非专业领域来说是一种选择，尽管它们的性能可能受到不完全的混合、噪音和通风效果的限制。
神话6：“除非它生长在组织培养中，否则它是不具传染性的
病毒培养异常的困难，这也是为什么细胞培养中的病毒分离与分子方法检测相比不那么敏感的一个原因。这在一定程度上是因为在细胞培养中成功引发感染需要一种以上的病毒。
例如，利用流感病毒，Fabian等人发现了TCID50(即感染50%体外细胞单分子层所需的病毒量）代表约为300个基因组拷贝数；这与Van Elden等人先前估计的100-350个拷贝数相似。但小于魏等人报道的650个拷贝数。
目前可用的空气采样技术进一步加剧了灵敏度的差异。大多数研究使用高速“撞击器”，将空气中的任何空气传播病毒吸入起泡的液体病毒培养基中。然而，这些空气取样装置在空气-液体界面产生高剪切力和剧烈混合，这可能会损坏病毒表面蛋白并阻止它们在培养基中生长。相反，人自然的呼气和吸气流速要慢得多，这使得它们不太可能对病毒造成剪切压力损伤。显然，空气采样技术没有准确地复制通过吸入导致人类呼吸道感染的机制。
因此，未能在空气样本中检测到活病毒并不一定能证明在用分子方法检测病毒RNA的样本中没有活的病毒。根据预防原则，在空气样本中发现病毒RNA应被解释为更有可能表明往往存在活病毒，而预防原则应始终加强有效的感染控制。
对于新冠，两个不同的研究小组最近证明了在病房的气溶胶样本中存在传染性新冠病毒。由于上述原因，这些研究很可能低估了可供其他人吸入的活的空气传播病毒的数量。
结论
这篇综述试图澄清和消除一些关于科学支撑病毒在空气中传播的共同神话。
当考虑到如何产生和传播呼吸气溶胶的物理、流行病学和病毒学原则时，如何能(或不能）容易地识别继发感染病例；以及适当的感染控制措施如何能够和确实影响传播风险时，所提出的神话很容易被打破。有越来越多的证据支持新冠的存在和传播通过吸入空气中的病毒。
暴露于空气中的小颗粒物同样，甚至更可能导致新冠感染，因为更广泛的公认的是通过较大的呼吸液滴和/或直接接触受感染的人或受污染的表面传播。
对于新冠传播的一些解释和理由可以应用于其他呼吸道病毒，但这些解释和理由应该考虑这些特定病毒的研究数量和类型。
这对医疗中的医务人员以及公众意味着什么？除了PPE的明显好处外，现有的证据足以证明针对空气传播的工程控制是限制室内感染风险的总体战略的一部分。这些措施包括充分有效的通风，可能通过颗粒过滤和空气消毒来加强；避免使用再循环或混合空气的系统。
打开窗户，在热舒适和安全的情况下，不仅仅是一种减少残留病毒颗粒感染风险的动作。控制过度拥挤的医疗服务和社区有限的室内环境、包括公共交通的措施，也是相关的。有一系列低成本高效益的措施，旨在稀释家庭和医院中的具有传染性的空气颗粒，这些措施很容易实施，而不需要重大的翻新或支出。这些措施将服务于保护每个人，因为在未来几个月和几年里，人们正在寻求进一步降低新冠疫情的风险所需要的证据。
参考文献：
J.W. Tang et al. / Journal of Hospital Infection 110 (2021) 89e96
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