SARS-CoV-2气溶胶传播扩散研究进展

詹永有， 林 养， 杨康土， 李春鸿

（湛江市第四人民医院检验科，广东 湛江 524008）

自20世纪40年代美国实施“气溶胶感染计划”以来，就陆续有通过生物气溶胶而感染疾病的报道[1]。病毒气溶胶主要成分为生物颗粒物，其直径很小，仅0.015～0.045 μm，可以在空气中悬浮很长时间[2]。生物颗粒物可以被吸入肺的深部，对人体的危害极大，当有足够剂量的传染性微生物进入呼吸道时，就可以感染人群。

美国政府工业卫生协会（American Conference of Governmental Industrial Hygienists，ACGIH）对微生物气溶胶的定义是：由悬浮于空气中的微生物所形成的胶体体系，包括病毒、细菌、真菌及其代谢产物。病毒是最小的微生物，在没有宿主细胞的条件下仍可附着在呼吸道分泌物等液滴上，形成病毒气溶胶，并通过空气传播。严重急性呼吸综合征冠状病毒2（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2，SARS-CoV-2）在呼吸道甚至肺部中阻留或沉降，血管紧张素酶2（angiotensinconverting enzyme 2，ACE2）是SARS-CoV-2的宿主细胞受体，ACE2在肺部毛细血管广泛存在，可介导SARS-CoV-2侵犯人类肺泡细胞[3-4]。2003年，由严重急性呼吸综合征冠状病毒感染诱发的非典型性肺炎疫情暴发后，我国学者开始对病毒气溶胶的传播方式、传播途径进行系统性的研究[5]。气溶胶不需要人与人直接接触，借助空气流动即能够长距离感染人类。携带病毒的患者在呼吸过程中，通过打喷嚏等方式，将病毒从口、鼻随飞沫释放出来。本文对病毒气溶胶的基本特性及扩散传播机制进行综述。

1 病毒气溶胶基本特性

1.1 病毒气溶胶的物理性质

气溶胶大小、空气温湿度等是病毒感染的重要因素。病毒通过黏附于空气中的不同大小的液滴在空气中流通。环境中气溶胶的大小是影响人与人传播的主要因素之一。不同直径的气溶胶有不同的沉降系数，直径1～3 μm的气溶胶能够长时间悬浮于空气中；直径10～20 μm的气溶胶沉降时间约4 min；直径＞100 μm的颗粒仅10 s便会落到地面[6]。空气的温湿度等对病毒气溶胶（液滴）的蒸发速率有很大的影响，直径为50～100 μm的飞沫2.0～7.2 s可被完全蒸发，150～200 μm的飞沫14.7～23.6 s可被完全蒸发，在此过程中，形成的飞沫核的下落速度不再取决于初始大小，而取决于最终形成的气溶胶的大小[7]。有研究发现，非典型性肺炎患者肺泡中存在大量小粒径的气溶胶病毒，在与空气交换的过程中，一般的医用外科口罩或普通纱布口罩过滤效率低，微细颗粒物容易穿透，普通的一级防护对粒径极小的气溶胶病毒来说作用及其有限[8]。不同大小的气溶胶颗粒会沉积在人体的不同器官，2～5 μm的气溶胶约有10%沉积在人体的气管底部，而更大一些的气溶胶粒子则分布在鼻咽部。患者在咳嗽、呼气过程中，携带病毒的飞沫从口腔或肺深部不同的位置，以一定的速度被喷射出来，在空气中形成气溶胶。气溶胶的大小是传播病毒的基础。

1.2 病毒气溶胶的分布

气溶胶因大小、质量、空气温湿度等固有特性的不同，在密闭空间有不同的分布规律。携带病毒的气溶胶通过室内通风系统改变位置，使病毒依附在人体不同位置而导致感染[9]。赵炜等[10]发现，医院不同区域微生物浓度和粒径存在差异，呼吸科病房与其他区域比较，风险评估值更高。罗垲炜等[11]在一起公交系统气溶胶感染的调查报告中表明，SARS-CoV-2传播距离比一般流感病毒、诺如病毒等形成的气溶胶更远。有学者[12]发现，病毒通过气溶胶在环境中的生存时间越长，传播疾病的风险就越大；病毒气溶胶特性变量越多，气溶胶传播的变量就越多。但目前尚缺乏相对统一的研究标准，大多数报道都是从气溶胶的物理特性方面进行研究。

2 病毒气溶胶的检测

2.1 细胞培养法

细胞培养在病毒学研究领域的应用最为广泛，除用作病毒的分离外，还用于研究病毒的繁殖过程及其对细胞的敏感性和传染性。SARSCoV-2对非洲绿猴肾细胞系（Vero-E6 ）敏感，可用于其分离培养[13]。该方法的缺点是细胞培养时间超过24 h，且只能人工操作。

2.2 核酸检测

目前，采用实时荧光定量聚合酶链反应进行病毒特异性核酸检测是最理想的检测空气中低浓度呼吸道病毒的方法[14]，但此方法不易提取病毒，且无法说明空气中病毒活性程度。夏舒等[15]利用FTA卡可与核酸结合，维持样品DNA完整性的优点，实现了气溶胶病原体采样与核酸提取一体化操作，简化了检测过程。有学者在基因芯片技术的基础上，针对特定细胞分别设计引物探针进行荧光定量聚合酶链反应扩增，比一般基因芯片法更具稳定性，且灵敏度较高，是一种新的生物气溶胶检测方法[16]。

2.3 质谱技术

生物气溶胶质谱技术是一种实时的单细胞分析技术，具有特异性高、灵敏度高，可单一分析的方法。在此基础上，TOBIAS等[17]利用一种改进的单颗粒质谱仪对H37Ra结核分枝杆菌粒子粒径、密度进行分析，评估了质谱仪用于单细胞生物监测的可行性。曾真等[18]把单颗粒气溶胶质谱技术应用在大气生物气溶胶监控领域，发现活性生物气溶胶通过人的呼吸系统进入人体内的气溶胶种类有较大差异。质谱技术虽然分析项目单一，仪器维护成本高昂，对技术人员要求高，但其在临床实验室应用的发展潜力很大。

3 实验室和病区如何防范病毒气溶胶的产生与扩散

飞沫在空气中的流动形成气溶胶（液滴）是多种病毒致呼吸系统感染的主要因素。病毒气溶胶感染一般发生在浓度高的密闭空间，主要是交通工具、医学实验室和医院病区内。防范病毒气溶胶传播主要应采取以下措施：（1）阻断传染源，及时发现和隔离SARS-CoV-2感染者，包括疑似感染者，阻断病毒气溶胶的产生；（2）个人防护，医务人员做好个人防护，尤其是佩戴口罩和护镜等进行自我防护，发热门诊的医护人员和直接从事SARS-CoV-2相关检查的检验人员应采取Ⅲ级防护措施，除佩戴口罩、帽子、手套外，还需穿戴防护服、护目镜和鞋套；（3）宣贯和培训，对医务人员进行气溶胶感染途径及防护的培训；（4）减少病毒气溶胶的产生，采集患者鼻咽拭子、纤维支气管镜检查、吸痰等过程中需按标准操作，减少对患者鼻咽部的刺激，减少患者打喷嚏、咳嗽等产生气溶胶的可能；在检测过程中，试管开盖、离心等可能产生气溶胶的环节，均需在生物安全柜内完成；（5）医疗废弃物处理，所有医疗废弃物，包括使用过的防护服、口罩、帽子等以及检测后的临床样本均应按要求处理。

4 展望

公众对气溶胶的关注大多始于雾霾颗粒对呼吸道致病的危害性，空间大气携带气溶胶颗粒的特性及分布规律自然成了热点之一。而对人类健康更具威胁的病毒气溶胶分子扩散机制、运动模式和检测仪器开发等方面的研究甚少，尤其是临床实验室对病毒气溶胶监测设备的投入更少。

目前，对病毒气溶胶的研究尚处于初始的理论与实验室计算机的模拟阶段，由于环境生物安全、伦理等约束，以及气溶胶感染案例较少，室外气溶胶研究仅从实验室模拟数据、设置不同因素变量得出理论。对病毒气溶胶检测方法尚缺乏整体、快速、准确的标准鉴定系统，目前尚无法进行病毒气溶胶在线监测。病毒的变异速度可能愈来愈快，传播途径会更加多样化，临床实验室、呼吸科病区等传染高风险区域的工作人员，需要可实时监控气溶胶浓度、大小等变化的方法。有必要集成大流量空气浓缩、微流控、生物传感以及电学元件等技术方案，对生物气溶胶的实时特异性识别展开研究[19]。

随着SARS-CoV-2感染在全球范围内暴发流行，越来越多的医学研究者们更加关注SARSCoV-2病毒气溶胶对人类健康的影响，包括病毒气溶胶的产生、传播途径和方式、影响因素以及致病机制等，以便更加有效地预防和阻断其传播，减少疫情的播散。