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xiaomifeng 2020-5-1
切断病毒的传播途径是新冠肺炎关键的防控措施之一。目前，飞沫和接触传播已被证实是新冠病毒（SARS-CoV-2）的主要传播途径，而目前对其气溶胶传播途径还所知甚少。
当地时间4月27日，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）以“加快评审文章”(Accelerated Article Preview)形式在线发表了来自武汉大学、香港科技大学、上海环境监测中心、复旦大学、香港中文大学合作团队的一项研究“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》）。
在武汉地区疫情的高峰时期，研究团队深入武汉大学人民医院东院重症及普通病房、武昌方舱医院病区及厕所、居民小区和超市等具有代表性的医院及公共环境等采样点，进行气溶胶样品的采集，并利用团队前期研发的新冠病毒数字PCR检测等技术，定量分析了各采样点样品的新冠病毒气溶胶载量及其空气动力学特征。
研究结果表明，在当时严格防控的条件下，两所医院和公共环境总体是安全的。但在患者使用的厕所中气溶胶病毒载量较高，提示患者大小便冲水过程可能是病毒气溶胶的一个重要来源；在人流聚集的超市附近和医院楼栋通道等可检出一定的气溶胶病毒载量，说明人员聚集时病毒携带者与周围人群存在潜在的气溶胶传播风险。
此外，研究团队通过分析病房落尘样品和医护人员脱防护服区域的病毒气溶胶载量和粒径分布，首次揭示了新冠病毒气溶胶的空气动力学特征，提出了病毒气溶胶“沉降（衣物/地面）—人员携带—空中扬起”的传播模型。
该研究通讯作者为武汉大学病毒学国家重点实验室主任、医学研究院副院长、生命科学学院蓝柯教授，香港中文大学何建辉（Kin-fai Ho）教授，复旦大学、上海市大气颗粒物污染防治重点实验室阚海东教授，上海市环境监测中心伏晴艳高工（教授级），香港科技大学环境环境与可持续发展学部副教授宁治，武汉大学生命科学学院、病毒学国家重点实验室陈宇副教授。武汉大学病毒学国家重点实验室刘元、陈宇、郭铭和香港科技大学宁治为共同第一作者。
值得一提的是，经过对上述武汉疫情高峰时期第一手环境气溶胶病毒载量数据进行分析总结，研究团队已于2020年2月28日及时撰写研究报告并提交湖北省疫情防控指挥部科技攻关组和相关医院，作为政府的决策参考和医院制定防控消杀策略的科学依据。
武汉大学人民医院、武昌方舱医院采样
论文中提到，目前已报道的SARS-CoV-2传人模式为：第一，吸入带有病毒的液体飞沫；第二，和确诊患者接触；第三，接触被SARS-CoV-2污染的表面。此外，从对密闭空间的临床观察来看，气溶胶传播已被认为是另一个重要的途径。
实际上，很多呼吸道疾病都会通过空气传播，例如肺结核、麻疹和水痘。2003年，在SARS疫情之后，香港的一项回顾性队列研究表明，空气传播可能在该疾病的传播中发挥了重要作用。
然而，关于SARS-CoV-2在气溶胶中的空气动力特性和传播途径的研究甚少，部分原因是由于在现实世界中采样含有病毒气溶胶的困难和在低浓度下定量的挑战。
在这项研究中，研究团队在武汉的两家定点医院和公共区域的30个位点采样了SARS-CoV-2及其气溶胶沉积，然后使用实验室早期研发的高灵敏度微滴数字PCR检测方法（ddPCR）定量分析了个采样点气溶胶样品的SARS-CoV-2病毒载量和动力学特征。
这两家医院在疫情暴发期间专门收治COVID-19患者。其中武汉大学人民医院代表接收重症患者的三甲医院；另一家为在武昌方舱医院，代表接收隔离轻症患者的场所。
根据不同组别的可及性，将采样地点分为三大类：第一、患者区（PAA），即COVID-19患者存在的区域。其中包括重症监护病房（ICU）、冠心病监护病房（CCU）、人民医院内的病房、方舱医院厕所和工作人员工作区域；第二、医务人员区域（MSA)、两家医院内与病人有直接接触的医务人员专用的工作区域；第三、公共区域（PUA）、向公众开放的场所。
2月17日至3月2日期间，研究团队在武汉大学人民医院、武汉方舱医院以及室外公共区域分两批次采集了3种类型的气溶胶样本：第一、总悬浮颗粒数（TSP）的气溶胶样本30个，没有上限以量化气溶胶中SARS-CoV-2的RNA浓度；第二、分粒径采集气溶胶样品3个，以确定空气传播SARS-CoV-2的尺寸分布；第三、气溶胶沉积样品2个，以测定空气传播SARS-CoV-2的沉积速率。
方舱医院厕所和医护人员防护服解脱室一度被忽视
研究团队通过对气溶胶样品中SARS-CoV-2遗传物质RNA进行定量分析，确定其是否存在。
结果显示，武汉大学人民医院大部分患者区PPA空气中SARS-CoV-2浓度普遍很低或检测不到，说明武汉大学人民医院ICU、CCU和病房内负压隔离和高空气交换率对限制SARS-CoV-2的空气传播非常有效。
患者区PAA浓度最高的是方舱医院病人的移动卫生间（19拷贝/立方米），该卫生间面积约为1平方米，为临时单卫生间，没有通风。研究团队认为，卫生间内空气传播的SARS-CoV-2可能来自患者呼吸，也可能来自患者在使用期间的粪便或尿液中携带病毒的气溶胶的雾化。
论文中提到，虽然本研究中病毒的传染性还不清楚，但其结果也与此前一项发现相关，即SARS-CoV-2患者使用的卫生间表面擦拭样本的检测结果呈阳性。
在医务人员区域MSA，武汉大学人民医院的两个采样点浓度较低，为6拷贝/立方米，而方舱医院采样点的浓度总体较高。特别是方舱医院内三个不同区域的防护装置解脱室（PARRs），在第一批采样中，它们的浓度空气传播SARS-CoV-2浓度的上限值，介于16-42拷贝/立方米。
在医院外公共区域PUA，大部分位点SARS-CoV-2气溶胶浓度非常低（低于3拷贝/立方米）或检测不到。有两个采集位点例外，一个距离一家百货商场入口约1米的人群聚集处，顾客经常经过；另一个位点在人民医院旁边，包括门诊病人在内的公众都会经过。
研究团队认为，虽然这两个位点都在医院外，但有可能是人群中感染了SARS-CoV-2的携带者在采样期间造成了携带病毒的气溶胶。
医院外采集位点的结果表明，在通风良好或开放的公共场所中，总体风险较低。但也确实强调了应避免拥挤聚集，另外早识别、早诊断病毒感染者并对他们实施隔离和治疗，也非常重要。
在SARS-CoV-2沉积速率研究方面，武汉大学人民医院的重症监护病房（ICU）内，2个气溶胶沉积样品检测呈阳性，估计沉积速率分别为31拷贝/平方米小时和113拷贝/平方米小时。
其中，沉积速率高（113拷贝/平方米小时）的样品放置在距离病床3米处的无障碍角落，较低（31拷贝/平方米小时）的另一个样品放置在另一个角落，距离病床约2米的医疗设备下面，这些设备可能阻断了病毒气溶胶沉积物的路径。
研究团队认为，虽然样本较小，但的确表明携带病毒的气溶胶沉积可能污染表面，随后被易感人群接触从而导致感染。
研究还提到，SARS-CoV-2气溶胶粒径分布主要为两个尺寸范围，一个在亚微米范围（0.25-1.0微米）和超微米范围（大于2.5微米）。方舱医院B区和C区的防护装置解脱室PARR内为亚微米范围。而在方舱医院C区观察到超微米范围。方舱医院医务人员办公室携带病毒的气溶胶多为超微米级，但与其他气溶胶相比，气溶胶的大小分布较为平坦。
他们推测，亚微米峰气溶胶的来源是医护人员防护服表面携带病毒的气溶胶在被防护服解脱时的再悬浮。亚微米气溶胶可能最初来自病人呼吸道飞沫的直接沉积，或空气中SARS-CoV-2沉积到防护服。在这项研究中发现的亚微米SARS-CoV-2气溶胶具有相对较长的停留时间，这表明它们在传播过程中可能仍具有传染性。
总体而言，在COVID-19暴发高峰期的第一批采样中，两家医院的医务人员区域MSAs中SARS-CoV-2气溶胶的浓度都高于患者区域PAAs。
另外，对于人民医院采样点，医务人员区域MSA中的空气流通被设计成与病房的空气流通相隔离。而在方舱医院，由于SARS-CoV-2气溶胶浓度普遍较低，因此隔离了不通风的临时防护装置解脱室PARR。而在方舱医院医务人员区域MSAs的第二批TSP采样中，彼时患者数量减少了一半，并进行了更加严格和全面的卫生处理措施。第二批样本显示所有均已检测不到，证实了消毒对减少高危地区空气传播SARS-CoV-2的重要性。
值得注意的是，这项研究同样存在一些限制性。研究并没有研究中调查的SARS-CoV-2 RNA是否可能具有传染性，而且疫情高峰时期医院进出受限，限制了可取的样本数量。
尽管如此，这项研究支持通过彻底消杀潜在的含病毒气溶胶热点区域、保持医院通风良好、避免聚集以降低感染风险的做法。
科学网 2020.04.28
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