環(huán)境因素對(duì)新型冠狀病毒傳播影響的研究現(xiàn)狀#

賈思凱 潘明 張衛(wèi)華 羅濤 鄺玉 李婉宜 周琳琳△ 李明遠(yuǎn)

（1. 四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院病原生物學(xué)系，四川 成都 610041；2. 四川省疾病預(yù)防控制中心，四川 成都 610041；3. 四川大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)工程系，四川 成都 610065）

2019年12月，在中國(guó)武漢出現(xiàn)了一系列不明原因的病毒性肺炎病例，研究表明其是一種新型冠狀病毒引起的病毒性肺炎[1]。2020年2月11日，世界衛(wèi)生組織將該病毒引起的疾病正式命名為2019冠狀病毒?。–orona Virus Disease 2019，COVID-19）。同時(shí)，國(guó)際病毒分類委員會(huì)將這種病毒命名為新型冠狀病毒（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARS-CoV-2）。由于SARS-CoV-2的傳播性非常強(qiáng)[2]并在全球各個(gè)國(guó)家和地區(qū)迅速傳播開來(lái)，2020年3月11日，世界衛(wèi)生組織宣布COVID-19已在全球大流行。截至2021年1月22日，COVID-19全球累積確診病例數(shù)已達(dá)95612831例，死亡病例數(shù)已達(dá)2066176例[3]。COVID-19大流行給全球各國(guó)的公共衛(wèi)生安全和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。目前，SARS-CoV-2是否會(huì)像流感病毒，大流行之后在人群中穩(wěn)定傳播，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谌蚍秶鷥?nèi)季節(jié)性流行仍未可知。

因此，我們需要了解影響新型冠狀病毒傳播的各種因素及作用，為預(yù)測(cè)COVID-19的流行趨勢(shì)提供科學(xué)依據(jù)，為減緩甚至遏制COVID-19的全球傳播提供參考。

氣候因素會(huì)影響一些呼吸道病毒傳播[4]。例如，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下和人群水平的研究都已證明溫度和濕度是影響流感病毒傳播的重要因素[5-8]；另外，許多研究結(jié)果顯示，一些空氣污染物，如PM2.5、PM10和SO2等會(huì)增加呼吸道疾病的感染風(fēng)險(xiǎn)并影響其預(yù)后[9]?；谝陨辖Y(jié)論，在COVID-19暴發(fā)后，各國(guó)學(xué)者深入研究了可能影響SARS-CoV-2SARS-COV-2傳播的氣候因子和空氣污染物。

本文總結(jié)了可能影響SARS-CoV-2SARS-COV-2傳播的氣候因子、空氣污染物和其他因素，如人口密度和人口遷移情況等因素的相關(guān)研究進(jìn)展和成果，并指出了一些尚待研究的方面，為今后的相關(guān)研究提供參考，為COVID-19的疾病防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 氣候因子對(duì)SARS-CoV-2傳播的影響

雖然不同研究所涉及的氣候因子、統(tǒng)計(jì)模型等方面各有不同，但大部分研究結(jié)果表明，溫度、濕度、降水量和風(fēng)速都可能與SARS-CoV-2的傳播顯著相關(guān)。

1.1 國(guó)內(nèi)相關(guān)研究

2020年1月至3月，COVID-19主要在中國(guó)暴發(fā)和流行。對(duì)這一時(shí)期病毒流行病學(xué)數(shù)據(jù)的研究表明，SARS-COV-2的傳播主要受環(huán)境溫度和濕度的影響，但結(jié)果有一定差異。大部分研究結(jié)果顯示溫度與SARS-COV-2傳播顯著相關(guān)，但一些研究顯示溫度與SARS-COV-2的傳播呈正相關(guān)，而另一些顯示為呈負(fù)相關(guān)。如Xie等人發(fā)現(xiàn)當(dāng)平均溫度低于3℃時(shí)，平均溫度與COVID-19確診病例數(shù)呈正線性關(guān)系[10]。

Oliveiros等人的研究結(jié)果也表明當(dāng)溫度升高時(shí)，SARS-COV-2的傳播也會(huì)變強(qiáng)[11]。而Guo等人對(duì)北京、上海、廣州、成都這四個(gè)城市的研究顯示平均溫度與SARS-COV-2的傳播呈負(fù)相關(guān)，即溫度升高將會(huì)延緩SARS-COV-2的傳播[12]。此外，Shi等人對(duì)中國(guó)31個(gè)省份的平均溫度與COVID-19確診病例數(shù)之間的關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)SARS-COV-2傳播的最佳溫度介于8-10℃之間[13]。除了溫度，相對(duì)濕度也是影響SARSCOV-2傳播的一個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)因素。大量研究結(jié)果顯示相對(duì)濕度的降低有利于SARS-COV-2傳播，如Guo和Oliveiros的研究均指出相對(duì)濕度與SARS-COV-2傳播呈負(fù)相關(guān)[11,12]。而Yang等人發(fā)現(xiàn)雖然溫度和相對(duì)濕度對(duì)SARS-COV-2傳播均有影響，但季節(jié)和地理位置不同，其影響也會(huì)不同[14]。Qi等人研究了平均溫度和相對(duì)濕度之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)當(dāng)相對(duì)濕度在67%至85.5%之間時(shí)，平均溫度升高1℃會(huì)使COVID-19病例的日發(fā)生率降低36%至57%。同樣，當(dāng)日平均溫度在5.04℃和8.2℃之間時(shí)，相對(duì)濕度每升高1℃，每天COVID-19病例減少11%至22%[15]。由于中國(guó)南北方緯度跨度較大，導(dǎo)致南北方氣候差異較大，但各種研究顯示，SARS-COV-2的傳播在南北方都與當(dāng)?shù)氐臏囟群蜐穸认嚓P(guān)。另外，氣候因子在影響SARS-COV-2傳播時(shí)，還存在時(shí)間滯后效應(yīng)[16,17]，例如，Shi等人的研究顯示，溫度對(duì)SARSCOV-2傳播的影響存在約兩天的時(shí)間滯后效應(yīng)[16]。此外，環(huán)境溫濕度不僅可能影響SARS-COV-2的傳播，還有可能影響COVID-19的死亡率。例如，Ma等人就氣候因子與COVID-19死亡率之間的關(guān)系進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)平均溫度和相對(duì)濕度升高會(huì)降低COVID-19的死亡率[17]。

1.2 歐洲地區(qū)相關(guān)研究

自2020年2月末，COVID-19逐漸向全球蔓延，歐洲受到了十分嚴(yán)重的影響。一些學(xué)者對(duì)歐洲的疫情進(jìn)行了分析，但研究結(jié)果存在一定差異。大多數(shù)分析結(jié)果顯示溫度和濕度可在一定程度上影響SARS-COV-2的傳播，但仍有一部分學(xué)者認(rèn)為證據(jù)不充分。多數(shù)研究結(jié)果顯示溫度與SARSCOV-2的傳播顯著相關(guān)，但是溫度與COVID-19之間或呈正相關(guān)或呈負(fù)相關(guān)。例如Menebo對(duì)挪威的研究[18]和Zoran等人對(duì)米蘭的研究[19]顯示溫度與SARS-COV-2傳播呈顯著正相關(guān)，而Cacho等人對(duì)西班牙的研究[20]與Fu等人對(duì)歐洲幾個(gè)國(guó)家和地區(qū)的研究[21]卻顯示溫度與SARS-COV-2傳播呈顯著負(fù)相關(guān)。但是，有部分研究顯示溫度對(duì)SARS-COV-2傳播影響較為局限，如Briz-Redón等人和Jahangiri等人的研究結(jié)果顯示溫度與SARS-COV-2傳播之間的相關(guān)性并不顯著[22,23]。另一方面，與對(duì)中國(guó)疫情的研究結(jié)果相似，對(duì)歐洲疫情的很多研究結(jié)果表明，更低的濕度也有利于SARS-COV-2的傳播[19,21,24]。對(duì)歐洲疫情的研究也發(fā)現(xiàn)，溫濕度對(duì)SARS-COV-2傳播的影響有著4-8天的時(shí)間滯后效應(yīng)[21,24,25]。此外，雖然大部分研究顯示降水量和風(fēng)速并不是影響SARSCOV-2傳播的重要因素，但是也有部分研究顯示降水量和風(fēng)速對(duì)SARS-COV-2傳播的影響是顯著的。例如Menebo認(rèn)為降水量與COVID-19新增病例數(shù)之間呈顯著負(fù)相關(guān)[18]，?ahin的研究表明較高的平均風(fēng)速有利于SARS-COV-2的傳播[24]。

1.3 美洲地區(qū)相關(guān)研究

在2020年3月末4月初，美洲開始成為COVID-19疫情的重災(zāi)區(qū)。與在中國(guó)和歐洲的研究結(jié)果相似，對(duì)美洲疫情的研究結(jié)果顯示，即使影響程度可能不同，但溫度與SARS-COV-2傳播顯著相關(guān)。例如，Prata等人的對(duì)巴西的研究表明在低于25.8℃時(shí)，每升高1℃，COVID-19新增病例數(shù)將減少4.895%[26]。Bashir等人對(duì)美國(guó)的研究和Auler等人對(duì)巴西的研究均顯示溫度與SARSCOV-2傳播呈顯著正相關(guān)[27,28]。當(dāng)然，也有小部分研究結(jié)果顯示溫度對(duì)COVID-19影響較小，如To等人的研究結(jié)果顯示雖然溫度與SARS-COV-2傳播呈正相關(guān)，但不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[29]。另外，有學(xué)者通過(guò)對(duì)人冠狀病毒HKU1（HCoV-HKU1）和人冠狀病毒OC43（HCoV-OC43）兩種流行的β-冠狀病毒以及流感病毒與比濕度之間的關(guān)系進(jìn)行分析，從而預(yù)測(cè)比濕度和SARS-COV-2傳播之間的關(guān)系。該研究指出，在不同氣候帶，SARSCOV-2的傳播可能受到不同氣候因子的影響：在較高緯度的溫帶地區(qū)，冬季傳播可能增加；而在低緯度的熱帶地區(qū)，高降水量可能會(huì)影響其傳播[30]。此外，Gupta等人認(rèn)為可以通過(guò)平均溫度和絕對(duì)濕度預(yù)測(cè)COVID-19在美國(guó)傳播的趨勢(shì)[31]。

1.4 其他相關(guān)研究

3月開始，COVID-19的疫情逐漸向全球其他地區(qū)擴(kuò)散，除中國(guó)以外的亞洲其他地區(qū)也相繼暴發(fā)疫情，對(duì)這些地區(qū)的研究也表明溫度是影響SARS-COV-2傳播的一個(gè)重要因素。例如Azuma等人對(duì)日本的研究[32],He等人對(duì)韓國(guó)和伊朗的研究[33]，Tosepu等人對(duì)印度尼西亞的研究[34]，Hassan等人對(duì)孟加拉的研究[35]，Sasikumar等人對(duì)印度的研究[36]均顯示溫度與SARS-COV-2的傳播顯著相關(guān)。其中，Hassan等人的研究還表明降水量和風(fēng)速也可能對(duì)SARS-COV-2的傳播產(chǎn)生影響[35]。另外，3月中下旬，疫情開始在大洋洲暴發(fā)，根據(jù)P Ward等人對(duì)澳大利亞的兩項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，澳大利亞的COVID-19疫情與溫度相關(guān)性并不高，而相對(duì)濕度每降低1%，確診病例會(huì)增加7%-8%[37,38]。另外，在4月底5月初時(shí)，疫情蔓延至非洲，Adekunle等人的研究發(fā)現(xiàn)平均溫度和平均風(fēng)速與SARS-COV-2傳播呈顯著負(fù)相關(guān)，而濕度與SARS-COV-2傳播的相關(guān)性并不顯著[39]。

此外，在疫情擴(kuò)散至全球后，由于氣候各不相同的各個(gè)國(guó)家陸續(xù)出現(xiàn)COVID-19疫情，因此許多研究的對(duì)象從單個(gè)國(guó)家或地區(qū)拓大到了覆蓋全球多個(gè)地區(qū)。結(jié)果顯示溫度和濕度是影響SARS-COV-2傳播的重要驅(qū)動(dòng)因素。如Sajadi等人將全球多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的COVID-19確診病例數(shù)同溫度和濕度進(jìn)行了分析，他們發(fā)現(xiàn)平均溫度在5℃-11℃間，絕對(duì)濕度在4-7g·m-3的地區(qū)疫情嚴(yán)重[40]。隨后Nicola Scafetta將全球國(guó)家和地區(qū)分為寒帶、溫帶和熱帶進(jìn)行分析，結(jié)果顯示天氣溫度介于4℃-12℃之間，相對(duì)濕度介于60%-80%之間以及低風(fēng)速（約10 km·h-1）的條件可能有利于SARS-COV-2傳播[41]。此外，Bukhari指出，炎熱潮濕的天氣可能會(huì)導(dǎo)致SARS-COV-2的傳播速度減慢，但不會(huì)終止傳播[42]。Huang等人也認(rèn)為人口密度較高的中緯度地區(qū)存在于秋季再次暴發(fā)COVID-19的可能性[43]。

總而言之，目前絕大部分研究認(rèn)為氣候因子，尤其是溫度和濕度會(huì)影響SARS-COV-2的傳播，但也有部分研究顯示氣候因子對(duì)SARS-COV-2的傳播并不顯著。

2 空氣污染物對(duì)SARS-COV-2傳播的影響

近些年來(lái)，很多學(xué)者通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)空氣污染物，如PM2.5、PM10、NO2、O3和CO等會(huì)影響人類的呼吸系統(tǒng)，使一些呼吸道病毒更易傳播或加重其感染后的嚴(yán)重程度[9]。目前與COVID-19相關(guān)的研究中涉及最多的是PM2.5和NO2。此外，還有研究指出，若長(zhǎng)期暴露于高濃度空氣污染物中會(huì)導(dǎo)致血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2的過(guò)度表達(dá)，從而增加病毒感染患者的可能性，而血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2的大量消耗又會(huì)引起患者的免疫能力下降，導(dǎo)致患者的預(yù)后更差[44]。研究發(fā)現(xiàn)，空氣污染物可能影響SARS-COV-2的傳播，但更多的是影響COVID-19的死亡率。

2.1 空氣污染物對(duì)SARS-CoV-2傳播的影響

Setti通過(guò)RNA提取和擴(kuò)增分析發(fā)現(xiàn)顆粒物上有SARS-CoV-2的RNA存在，指出病毒可能存在于顆粒物表面[45]，這表明SARS-CoV-2可能以顆粒物為載體傳播。而暴露于高濃度的顆粒物中，可能會(huì)提高COVID-19的感染率。Li等人研究了疫情暴發(fā)初期，武漢市和孝感市的COVID-19發(fā)病率與PM2.5和NO2的濃度之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)PM2.5和NO2濃度的升高會(huì)使COVID-19發(fā)病率升高[46]。隨后Zhu等人又對(duì)中國(guó)120個(gè)城市的每日新增確診病例數(shù)與六種空氣污染物進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)PM2.5和NO2濃度每增加10μg·m-3每日新增確診病例數(shù)分別增加2.24%和6.94%，說(shuō)明SARS-COV-2的傳播與PM2.5和NO2的濃度成正比[47]。Hassan等人對(duì)孟加拉的研究也得到了相似的結(jié)果[35]，均顯示SARS-COV-2的傳播確實(shí)可能與PM2.5和NO2相關(guān)。

2.2 空氣污染物對(duì)SARS-CoV-2死亡率的影響

Bashir等人對(duì)紐約的疫情進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量不僅對(duì)COVID-19的新增病例數(shù)和總病例數(shù)有影響，還與死亡病例數(shù)呈顯著相關(guān)[27]。Ogen等人研究了NO2濃度與COVID-19死亡率之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)死亡病例的83%發(fā)生在最大NO2濃度高于100 μmol·m-2的地區(qū)，指出長(zhǎng)期暴露于高濃度NO2與COVID-19的死亡率呈顯著正相關(guān)[48]。另外，F(xiàn)rontera等人對(duì)意大利北部的調(diào)查指出PM2.5的濃度與COVID-19患者的ICU率和死亡率顯著相關(guān)[49]。Wu等人評(píng)估了長(zhǎng)期暴露于PM2.5中是否與COVID-19死亡風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，該研究幾乎覆蓋全美國(guó)（占總?cè)丝诘?8%），據(jù)分析，PM2.5的僅僅升高1μg·m-3，COVID-19死亡率就增加了8%，結(jié)果在統(tǒng)計(jì)學(xué)上顯著，說(shuō)明長(zhǎng)期暴露于高濃度的PM2.5中會(huì)增加COVID-19的死亡率[50]。Konstantinoudis等人分析了英國(guó)截至6月底的死亡病例數(shù)與PM2.5和NO2之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期暴露于NO2中的人，NO2濃度每增加1μg·m-3，死亡率增加0.5%，長(zhǎng)期暴露于PM2.5中的人，PM2.5濃度每增加1μg·m-3，死亡率增加1.4%[51]。但Liang等人認(rèn)為，雖然NO2與COVID-19死亡率呈正相關(guān)，但PM2.5的濃度與COVID-19死亡率不相關(guān)[52]。

目前的研究結(jié)果顯示，空氣污染物可能是影響SARS-COV-2傳播速率的一項(xiàng)重要因素，而且對(duì)COVID-19死亡率的影響更大。長(zhǎng)期暴露于高濃度的空氣污染物中，可能會(huì)導(dǎo)致COVID-19患者的預(yù)后更差。

3 影響SARS-COV-2傳播的其他可能因素

如上文所述，一些氣候因素，如溫度和濕度會(huì)影響SARS-COV-2的傳播，其次空氣污染物也有可能會(huì)影響其傳播，如病毒可能附著于PM2.5上從而傳播。而另一方面，人類活動(dòng)也是傳染病傳播的重要驅(qū)動(dòng)力，在這個(gè)全球化的時(shí)代，人們的出行更加多樣且便利，人與人之間的交流更加頻繁[53]。因此SARS-COV-2的傳播可能還與一些人類活動(dòng)因素有關(guān)，例如人口密度和城市化，人口流動(dòng)和遷移，另外還有一些經(jīng)濟(jì)方面如人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（人均GDP）等的因素也有可能與SARS-COV-2的傳播有關(guān)。

目前的研究對(duì)人口密度與SARS-COV-2傳播之間的關(guān)系有不同的分析結(jié)果，如Rockl?v等人[54]、Bhadra等人[55]、Kadi等人[56]和Wu等人[57]的研究結(jié)果顯示人口密度與SARS-COV-2傳播呈正相關(guān)，而Sun[58]等人和Nicola Scafetta[41]的研究結(jié)果卻顯示人口密度與SARS-COV-2傳播的相關(guān)性并不顯著。

另外，Skórka等人[59]的研究和Duhon等人[60]的研究均顯示城市人口和COVID-19病例數(shù)的增長(zhǎng)率呈顯著負(fù)相關(guān)。人口流動(dòng)和遷移方面，研究結(jié)果顯示人口遷移數(shù)的增加有利于SARS-COV-2的傳播[57,59,61]，而Wu等人對(duì)武漢封城前后疫情情況的分析表明，中國(guó)迅速實(shí)施的封城政策可以有效減緩SARS-COV-2的傳播速度[57]。值得注意的是，人均GDP較高的城市或國(guó)家，SARS-COV-2傳播速度越快，例如Skórka等人[59]，Wu等人[57]和Qiu等人[62]的研究結(jié)果均顯示人均GDP與SARS-COV-2傳播呈正相關(guān)，Qiu等人指出其原因可能是隨著經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加，社會(huì)活動(dòng)也同時(shí)增加，人與人接觸增加導(dǎo)致的SARS-COV-2傳播更快[62]。

4 討論與展望

目前，疫情仍在全球很多國(guó)家和地區(qū)肆虐，COVID-19全球大流行仍未停止，發(fā)現(xiàn)并了解影響SARS-COV-2傳播和COVID-19死亡率的重要因素對(duì)于掌握COVID-19的流行規(guī)律，預(yù)測(cè)其未來(lái)的流行趨勢(shì)，以及制定有效的防控措施都具有十分重要的意義。

目前研究表明，一些氣候因子如溫度和濕度對(duì)SARS-COV-2的傳播有著顯著影響，較低的溫度更有利于SARS-CoV2的傳播，因此，在冬春季節(jié)出現(xiàn)流行高峰的可能性比較大。一些人冠狀病毒如HCoV-HKU1和HCoV-OC43等有顯著的季節(jié)性，主要在秋冬季流行。SARS-COV-2是否在大流行后轉(zhuǎn)變?yōu)榧竟?jié)性流行仍有待進(jìn)一步的觀察和研究。另外，大部分研究結(jié)果顯示，長(zhǎng)期暴露于高濃度的如NO2和PM2.5等空氣污染物中，可能會(huì)提高COVID-19患者的數(shù)量并增加患者的死亡率。除這些因素之外，不同國(guó)家的人口密度、人口遷徙情況、個(gè)人防護(hù)程度、醫(yī)療水平和相關(guān)抗疫政策及其執(zhí)行度等也是影響SARS-COV-2傳播不可忽視的因素。Wu等人的研究表明自然因素和人為因素共同影響著SARS-COV-2的傳播，武漢封城前后的差異對(duì)比可以說(shuō)明國(guó)家檢疫和國(guó)家介入的交通管制對(duì)SARS-COV-2傳播的阻滯確實(shí)起到了作用[55]。因此需要根據(jù)不同國(guó)家和地區(qū)的具體情況采取不同的干預(yù)措施，如采取措施減少人口流動(dòng)，加強(qiáng)個(gè)人防護(hù)等，才能最大程度的遏制SARS-COV-2的傳播。

雖然目前的研究讓我們對(duì)影響SARS-COV-2傳播的因素有了比較深入認(rèn)識(shí)，但是一些方面仍有待進(jìn)一步研究。首先，不同因素間的相互作用對(duì)SARS-COV-2傳播的影響仍有待綜合分析，例如在分析氣候相關(guān)因素時(shí)，不同的氣候因子之間可能存在相互作用，如溫度與濕度之間可能相互作用，濕度與降水量之間也可能相互作用，從而改變對(duì)SARS-COV-2傳播的影響作用，僅分析單一因素有所局限。其次，由于一些氣候因子如溫度、濕度等并不是患者感染的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此，在未來(lái)的研究中，應(yīng)充分考慮SARS-COV-2傳播的時(shí)間滯后效應(yīng)。另外，年齡、性別和患病史等患者個(gè)人因素也可能會(huì)對(duì)SARS-COV-2的傳播有影響，在分析時(shí)，也需要考慮這些因素的影響。此外，因?yàn)椴煌瑖?guó)家和地區(qū)的政策和風(fēng)俗不同，在未來(lái)的研究里可考慮將不同國(guó)家的醫(yī)療條件和經(jīng)濟(jì)水平也包括在內(nèi)，對(duì)不同國(guó)家和地區(qū)分別進(jìn)行分析，研究對(duì)象可更具代表性。

值得注意的是，目前納入研究的樣本多為大流行早期數(shù)據(jù)，大多從2019年底疫情暴發(fā)開始，截止到2020年6月或2020年7月，而2020?2021年冬季，COVID-19的流行情況是否與現(xiàn)有結(jié)論相似，還有待進(jìn)一步研究和總結(jié)。此外還有部分國(guó)家地區(qū)，如非洲的相關(guān)研究較少，有待進(jìn)一步 的研究。