武汉研究首揭新冠流行高峰气溶胶动力学 或证实空气传播

4月27日,来自武汉大学、香港科技大学、复旦大学等多家机构联合在《自然》(nature)在线发表了题为“Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals”(武汉两所医院的新冠病毒气溶胶动力学分析)的研究文章。研究通过对环境气溶胶病毒载量数据进行分析,首次揭示了武汉新冠肺炎流行爆发高峰期气溶胶动力学特征,研究结果表明,在当时严格防疫下,两所医院和公共环境总体是安全的,但仍然存在潜在的气溶胶传播风险。
Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y. et al. Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2271-3
新冠肺炎爆发已在全球范围内迅速蔓延,截至4月28日,确诊感染人数已超300万,并导致21.1万人死亡。迄今为止,已有多项研究显示新冠病毒是通过与感染者密切接触,接触受污染的表面或吸入感染者的呼吸道飞沫传播的。但尚不清楚SARS-CoV-2是否有进一步在空气中传播的潜力。
不同气溶胶空间中SARS-CoV-2 RNA的浓度,Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y. et al. Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2271-3
这项研究采用可靠的基于微滴式数字PCR(ddPCR)检测方式测量2020年2月到3月新冠肺炎爆发期间武汉两家医院(一家是指定用于治疗严重病例的武汉人民医院,而另一家是用于治疗轻症患者的武昌方舱医院)共30个地点区域气溶胶中病毒RNA的含量其气溶胶沉积。
这些区域主要是医院的患者区域、医务人员区域和公共区域收集样本。又分为三种类型的样本,没有大小上限的总悬浮颗粒的气溶胶样品,可定量检测气溶胶中SARS-CoV-2的RNA浓度;空气动力学尺寸隔离的气溶胶样品,用于确定尺寸分布;气溶胶沉积样品以确定沉积速率。
武汉两所医院,不同地点SARS-CoV-2的RNA浓度,Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y. et al. Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2271-3
研究结果发现,隔离病房和通风良好的病房病毒RNA浓度非常低或无法检测到,这归因于有效的隔离和高频空气交换。但在方舱医院移动洗手间(约1平方米,无通风)发现了患者区域中SARS-CoV-2的最高浓度,患者大小便冲水过程可能是病毒气溶胶的一个重要来源。
在大多数公共区域中都无法检测到SARS-CoV-2 RNA。但是,没有通风或与走廊隔离,包括其中一所医院附近的室外区域,SARS-CoV-2 RNA的浓度较高。
值得注意的是,一些医务人员区域初期具有高浓度的病毒RNA,作者指出,在防护服去除室中观察到特别高的SARS-CoV-2 RNA浓度。这可能是当医务人员移开防护装备时,载有病毒的气溶胶可能会重新悬浮在空气中,但后期在执行严格的消毒程序后,这些水平降低至无法检测的水平。
该研究团队认为,目前尚未确定在这些医院区域中检测到的病毒的传染性,但仍然认为SARS-CoV-2可能具有通过气溶胶传播的潜力。该研究强调了在高风险地区进行消毒对于控制疾病传播的重要性。在流行期间,应当注重室内通风与消毒、对防护服进行消毒以及对医院的高风险区域诸如厕所区域、医务人员区域进行仔细的消毒与通风,可以有效地限制空气中SARS-CoV-2 RNA的浓度,确保个人防护措施,例如戴口罩和避开人群,以减少空气传播病毒的风险。
需要指出的是,所检测到的遗传物质也可能来自“死的或退化的”病毒,而不仅仅是感染性活病毒。
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尽管该研究的样本量很小,但研究人员表示,这些发现支持以下观点:注重仔细的消毒,良好的通风和避免人群拥挤可以减少空气中病毒暴露的风险。
近期有较多研究提示SARS-CoV-2也可能气溶胶传播(aerosol transmission)。更常用的叫法称为空气传播(airborne transmission),该传播途径还包括结核,麻疹和天花等其他几种呼吸系统疾病,对2003年严重急性呼吸系统综合症(SARS)流行病的回顾性研究表明,疾病的空气传播在传播中起重要作用。然而,关于SARS-CoV-2在气溶胶中的空气动力学特性和传播途径的了解甚少,这可能是由于采样困难和低浓度定量的原因。
空气传播不同于飞沫传播,空气传播指的是飞沫核内存在微生物,这些微生物通常被认为是直径小于5微米的颗粒,可在空气中停留很长一段时间,并跨越1米以上的距离传播给其他人。
据《科学》报道,SARS-CoV-2可能通过空气传播表示可能需要修改有关在公共场所戴口罩的建议。
澳大利亚昆士兰科技大学的气溶胶科学家莉迪亚·莫洛斯卡(Lidia Morawska)在《自然》文章指出:“毫无疑问,这种病毒会在空气中传播,这很容易。”
Leung, N.H.L., Chu, D.K.W., Shiu, E.Y.C. et al. Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks. Nat Med (2020). https://doi.org/10.1038/s41591-020-0843-2
香港大学发表在《自然-医学》的研究称,在呼吸道飞沫和气溶胶中检出了鼻病毒,流感和人类冠状病毒(不包括SARS-CoV-2),外科口罩显著减少了呼吸道飞沫中的流感病毒RNA和气溶胶中的冠状病毒RNA的含量,并有减少呼吸道飞沫中的冠状病毒RNA的趋势,结果表明,外科口罩可以防止有症状的人传人类冠状病毒和流感病毒。
加利福尼亚大学圣地亚哥分校的气溶胶化学家金伯利·普拉瑟(Kimberly Prather)在对《科学》的评论中说:“看到气溶胶被接受,我感到很欣慰。” “增加的空气传播途径有助于解释为什么病毒传播如此之快。”
SARS-CoV-1和SARS-CoV-2在气溶胶和各种材质表面上的活力。N Engl J Med 2020; 382:1564-1567,DOI: 10.1056/NEJMc2004973
3月17日《新英格兰医学》发表的一篇文章评估了新冠病毒的持久性。研究结果表明,SARS-CoV-2的气溶胶传播是合理的,病毒可以悬浮在小于5微米的飞沫中(即所谓的气溶胶)时,它可以悬浮大约半小时,并且可以掉在物体表明长达数天仍保持感染力(取决于病毒量),这些发现与SARS-CoV-1的发现相呼应,其中这些传播形式与医院内传播和超级传播事件相关。
但世卫组织认为,在这项实验性研究中,使用三喷嘴科利森喷雾器产生气溶胶,并在受控的实验室条件下将其送入戈德堡鼓(Goldberg drum,即通过模拟感染者咳嗽、打喷嚏先将病毒颗粒雾化,再让病毒颗粒在环境中停留一段时间后,测量其活性)。这是一台大功率机器,不能反映正常的人类咳嗽情况。此外,在存在时间长达3小时的气溶胶微粒中发现新冠病毒并不反映执行产生气溶胶的程序的临床环境,也就是说,这是一种实验诱导的气溶胶产生程序。
世卫组织于3月29日发布的《科学简报》阐述新冠病毒的传播模式称,呼吸道感染可以通过不同大小的飞沫传播:当飞沫颗粒的直径大于5-10微米时,它们被称为呼吸道飞沫,当直径小于5微米时,它们被称为飞沫核。根据目前的证据,新冠病毒主要通过呼吸道飞沫和接触途径在人与人之间传播,世卫提及对中国75465例新冠肺炎病例的分析中没有关于空气传播的报告。
https://www.nap.edu/read/25769/chapter/1
美国国家学院于4月1日发布的白宫科学技术政策办公室报告指出,根据目前的研究,SARS-CoV-2可能通过气溶胶传播。这封信引用了内布拉斯加大学医学中心的一项最新研究,该研究发现“在空气和地面样本中,SARS-CoV-2患者正在接受隔离的隔离室中病毒RNA的广泛证据”。甚至距离患者六英尺远的空气收集器也能检测到RNA,这使人们质疑当前的社交疏离措施是否足以预防疾病的传播。
世卫组织则指出,就新冠病毒而言,在实施产生气溶胶的程序或支持性治疗(即气管插管、支气管镜检查、开放式抽吸、雾化治疗、插管前手动通气、将患者转向俯卧位、将患者与呼吸机断开、无创正压通气、气管造口术和心肺复苏)的特定情况下和环境中,空气传播有可能发生。
世卫组织此前提及类似武汉大学团队的研究,即评估空气样本中新冠病毒RNA的研究,世卫组织认为,基于聚合酶链反应检测的环境样本中RNA的发现并不表明存在可传播的活病毒。需要进一步的研究来确定是否有可能从并非正在实施产生气溶胶的程序或支持性治疗的病房的空气样本中检测到新冠病毒。随着证据的出现,重要的是要知道是否发现了活病毒,以及它在传播中可能扮演的角色。
当前世卫组织继续为医务人员推荐飞沫和接触预防措施。根据风险评估,世卫组织继续为实施产生气溶胶的程序和支持性治疗的情况和环境推荐空气传播预防措施。
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