SARS-CoV-2氣溶膠傳播擴散研究進展

詹永有， 林 養(yǎng)， 楊康土， 李春鴻

（湛江市第四人民醫(yī)院檢驗科，廣東 湛江 524008）

自20世紀40年代美國實施“氣溶膠感染計劃”以來，就陸續(xù)有通過生物氣溶膠而感染疾病的報道[1]。病毒氣溶膠主要成分為生物顆粒物，其直徑很小，僅0.015～0.045 μm，可以在空氣中懸浮很長時間[2]。生物顆粒物可以被吸入肺的深部，對人體的危害極大，當有足夠劑量的傳染性微生物進入呼吸道時，就可以感染人群。

美國政府工業(yè)衛(wèi)生協(xié)會（American Conference of Governmental Industrial Hygienists，ACGIH）對微生物氣溶膠的定義是：由懸浮于空氣中的微生物所形成的膠體體系，包括病毒、細菌、真菌及其代謝產物。病毒是最小的微生物，在沒有宿主細胞的條件下仍可附著在呼吸道分泌物等液滴上，形成病毒氣溶膠，并通過空氣傳播。嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）在呼吸道甚至肺部中阻留或沉降，血管緊張素酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）是SARS-CoV-2的宿主細胞受體，ACE2在肺部毛細血管廣泛存在，可介導SARS-CoV-2侵犯人類肺泡細胞[3-4]。2003年，由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒感染誘發(fā)的非典型性肺炎疫情暴發(fā)后，我國學者開始對病毒氣溶膠的傳播方式、傳播途徑進行系統(tǒng)性的研究[5]。氣溶膠不需要人與人直接接觸，借助空氣流動即能夠長距離感染人類。攜帶病毒的患者在呼吸過程中，通過打噴嚏等方式，將病毒從口、鼻隨飛沫釋放出來。本文對病毒氣溶膠的基本特性及擴散傳播機制進行綜述。

1 病毒氣溶膠基本特性

1.1 病毒氣溶膠的物理性質

氣溶膠大小、空氣溫濕度等是病毒感染的重要因素。病毒通過黏附于空氣中的不同大小的液滴在空氣中流通。環(huán)境中氣溶膠的大小是影響人與人傳播的主要因素之一。不同直徑的氣溶膠有不同的沉降系數(shù)，直徑1～3 μm的氣溶膠能夠長時間懸浮于空氣中；直徑10～20 μm的氣溶膠沉降時間約4 min；直徑＞100 μm的顆粒僅10 s便會落到地面[6]?？諝獾臏貪穸鹊葘Σ《練馊苣z（液滴）的蒸發(fā)速率有很大的影響，直徑為50～100 μm的飛沫2.0～7.2 s可被完全蒸發(fā)，150～200 μm的飛沫14.7～23.6 s可被完全蒸發(fā)，在此過程中，形成的飛沫核的下落速度不再取決于初始大小，而取決于最終形成的氣溶膠的大小[7]。有研究發(fā)現(xiàn)，非典型性肺炎患者肺泡中存在大量小粒徑的氣溶膠病毒，在與空氣交換的過程中，一般的醫(yī)用外科口罩或普通紗布口罩過濾效率低，微細顆粒物容易穿透，普通的一級防護對粒徑極小的氣溶膠病毒來說作用及其有限[8]。不同大小的氣溶膠顆粒會沉積在人體的不同器官，2～5 μm的氣溶膠約有10%沉積在人體的氣管底部，而更大一些的氣溶膠粒子則分布在鼻咽部?；颊咴诳人浴⒑魵膺^程中，攜帶病毒的飛沫從口腔或肺深部不同的位置，以一定的速度被噴射出來，在空氣中形成氣溶膠。氣溶膠的大小是傳播病毒的基礎。

1.2 病毒氣溶膠的分布

氣溶膠因大小、質量、空氣溫濕度等固有特性的不同，在密閉空間有不同的分布規(guī)律。攜帶病毒的氣溶膠通過室內通風系統(tǒng)改變位置，使病毒依附在人體不同位置而導致感染[9]。趙煒等[10]發(fā)現(xiàn)，醫(yī)院不同區(qū)域微生物濃度和粒徑存在差異，呼吸科病房與其他區(qū)域比較，風險評估值更高。羅塏煒等[11]在一起公交系統(tǒng)氣溶膠感染的調查報告中表明，SARS-CoV-2傳播距離比一般流感病毒、諾如病毒等形成的氣溶膠更遠。有學者[12]發(fā)現(xiàn)，病毒通過氣溶膠在環(huán)境中的生存時間越長，傳播疾病的風險就越大；病毒氣溶膠特性變量越多，氣溶膠傳播的變量就越多。但目前尚缺乏相對統(tǒng)一的研究標準，大多數(shù)報道都是從氣溶膠的物理特性方面進行研究。

2 病毒氣溶膠的檢測

2.1 細胞培養(yǎng)法

細胞培養(yǎng)在病毒學研究領域的應用最為廣泛，除用作病毒的分離外，還用于研究病毒的繁殖過程及其對細胞的敏感性和傳染性。SARSCoV-2對非洲綠猴腎細胞系（Vero-E6 ）敏感，可用于其分離培養(yǎng)[13]。該方法的缺點是細胞培養(yǎng)時間超過24 h，且只能人工操作。

2.2 核酸檢測

目前，采用實時熒光定量聚合酶鏈反應進行病毒特異性核酸檢測是最理想的檢測空氣中低濃度呼吸道病毒的方法[14]，但此方法不易提取病毒，且無法說明空氣中病毒活性程度。夏舒等[15]利用FTA卡可與核酸結合，維持樣品DNA完整性的優(yōu)點，實現(xiàn)了氣溶膠病原體采樣與核酸提取一體化操作，簡化了檢測過程。有學者在基因芯片技術的基礎上，針對特定細胞分別設計引物探針進行熒光定量聚合酶鏈反應擴增，比一般基因芯片法更具穩(wěn)定性，且靈敏度較高，是一種新的生物氣溶膠檢測方法[16]。

2.3 質譜技術

生物氣溶膠質譜技術是一種實時的單細胞分析技術，具有特異性高、靈敏度高，可單一分析的方法。在此基礎上，TOBIAS等[17]利用一種改進的單顆粒質譜儀對H37Ra結核分枝桿菌粒子粒徑、密度進行分析，評估了質譜儀用于單細胞生物監(jiān)測的可行性。曾真等[18]把單顆粒氣溶膠質譜技術應用在大氣生物氣溶膠監(jiān)控領域，發(fā)現(xiàn)活性生物氣溶膠通過人的呼吸系統(tǒng)進入人體內的氣溶膠種類有較大差異。質譜技術雖然分析項目單一，儀器維護成本高昂，對技術人員要求高，但其在臨床實驗室應用的發(fā)展?jié)摿艽蟆?/p>

3 實驗室和病區(qū)如何防范病毒氣溶膠的產生與擴散

飛沫在空氣中的流動形成氣溶膠（液滴）是多種病毒致呼吸系統(tǒng)感染的主要因素。病毒氣溶膠感染一般發(fā)生在濃度高的密閉空間，主要是交通工具、醫(yī)學實驗室和醫(yī)院病區(qū)內。防范病毒氣溶膠傳播主要應采取以下措施：（1）阻斷傳染源，及時發(fā)現(xiàn)和隔離SARS-CoV-2感染者，包括疑似感染者，阻斷病毒氣溶膠的產生；（2）個人防護，醫(yī)務人員做好個人防護，尤其是佩戴口罩和護鏡等進行自我防護，發(fā)熱門診的醫(yī)護人員和直接從事SARS-CoV-2相關檢查的檢驗人員應采?、蠹壏雷o措施，除佩戴口罩、帽子、手套外，還需穿戴防護服、護目鏡和鞋套；（3）宣貫和培訓，對醫(yī)務人員進行氣溶膠感染途徑及防護的培訓；（4）減少病毒氣溶膠的產生，采集患者鼻咽拭子、纖維支氣管鏡檢查、吸痰等過程中需按標準操作，減少對患者鼻咽部的刺激，減少患者打噴嚏、咳嗽等產生氣溶膠的可能；在檢測過程中，試管開蓋、離心等可能產生氣溶膠的環(huán)節(jié)，均需在生物安全柜內完成；（5）醫(yī)療廢棄物處理，所有醫(yī)療廢棄物，包括使用過的防護服、口罩、帽子等以及檢測后的臨床樣本均應按要求處理。

4 展望

公眾對氣溶膠的關注大多始于霧霾顆粒對呼吸道致病的危害性，空間大氣攜帶氣溶膠顆粒的特性及分布規(guī)律自然成了熱點之一。而對人類健康更具威脅的病毒氣溶膠分子擴散機制、運動模式和檢測儀器開發(fā)等方面的研究甚少，尤其是臨床實驗室對病毒氣溶膠監(jiān)測設備的投入更少。

目前，對病毒氣溶膠的研究尚處于初始的理論與實驗室計算機的模擬階段，由于環(huán)境生物安全、倫理等約束，以及氣溶膠感染案例較少，室外氣溶膠研究僅從實驗室模擬數(shù)據(jù)、設置不同因素變量得出理論。對病毒氣溶膠檢測方法尚缺乏整體、快速、準確的標準鑒定系統(tǒng)，目前尚無法進行病毒氣溶膠在線監(jiān)測。病毒的變異速度可能愈來愈快，傳播途徑會更加多樣化，臨床實驗室、呼吸科病區(qū)等傳染高風險區(qū)域的工作人員，需要可實時監(jiān)控氣溶膠濃度、大小等變化的方法。有必要集成大流量空氣濃縮、微流控、生物傳感以及電學元件等技術方案，對生物氣溶膠的實時特異性識別展開研究[19]。

隨著SARS-CoV-2感染在全球范圍內暴發(fā)流行，越來越多的醫(yī)學研究者們更加關注SARSCoV-2病毒氣溶膠對人類健康的影響，包括病毒氣溶膠的產生、傳播途徑和方式、影響因素以及致病機制等，以便更加有效地預防和阻斷其傳播，減少疫情的播散。