原創 柳葉刀 柳葉刀TheLancet 來自專輯柳葉刀COVID-19精選文章
《柳葉刀-呼吸病學》（The Lancet Respiratory Medicine）近日發表評論，文章通過測量飛沫的粒徑分布、傳播距離和速度以及不同通風水平的空氣傳播時間，對咳嗽和講話產生的飛沫進行了分析，研究證實改善公共空間的通風條件可以稀釋並清除潛在的傳染性氣溶膠。
全球的醫療衛生機構都在尋找有效措施，防止嚴重急性呼吸症候群冠狀病毒2（SARS-CoV-2）的社區傳播。雖然關於社區傳播影響因素的數據不多，但普遍認為SARS-CoV-2的主要傳播途徑是感染者的呼吸飛沫。[1]已經證實，講話和咳嗽時產生的微小飛沫（直徑從亞微米級到接近10微米）含有病毒顆粒，[2]而且病毒可以在氣溶膠裡存活3小時並保持感染性。[3]飛沫可以通過空氣（氣溶膠）進入氣道而直接傳播，[4]也可以通過被汙染的手部接觸而間接傳播。傳播方式可能會對感染始發於上呼吸道還是下呼吸道產生影響，從而影響疾病進展的嚴重程度。[5]需要注意的是，SARS-CoV-2傳播的劑量-反應關係仍不明確，尤其是在病毒的氣溶膠傳播方面。但是，在通風不良的空間內，再加上低溼度和高溫因素，[6]含有少量病毒的氣溶膠可能會逐步達到傳播劑量。
為了更好地了解呼吸道飛沫傳播並探索可能的預防措施，我們通過測量飛沫的粒徑分布、傳播距離和速度以及不同通風水平的空氣傳播時間，對咳嗽和講話產生的飛沫進行了分析。
我們使用噴霧飛沫測量系統（英國Malvern公司的Malvern Spraytec）進行了雷射衍射測量，以確定單次咳嗽和講話產生的呼吸飛沫粒徑分布。在一名健康志願者的單次咳嗽中，我們發現了兩種不同類型的飛沫，分別是直徑100-1000微米的大飛沫和直徑1-10微米的小飛沫，其中小飛沫更為普遍（Figure 1）。在講話過程中，我們只發現了小飛沫（Figure 1）。雖然既往研究已發現大飛沫與咳嗽有特別的聯繫，[4]但在本研究中，我們觀察到兩種大小的飛沫都可以在咳嗽中產生。
Figure1: appendix p 1
然後，我們使用SprayScan（美國伊利諾州Glendale Heights公司的噴霧系統）雷射片追蹤飛沫，通過拍攝飛沫對雷射的散射[7]來確定飛沫的速度和軌跡。觀察結果顯示，大飛沫迅速落到地面（Figure 2）。我們發現，雖然咳嗽開始時飛沫的速度為2-7米/秒不等，但肉眼可見的大飛沫（直徑通常為500微米左右）不會傳播太遠，在重力的作用下，它們的運動軌跡呈向下彎曲狀，並在1秒內迅速落到地面。這一觀察結果可以用重力（F=mg；F是力，m是質量，g是加速度）和空氣阻力（F=6πηRU；η是空氣粘度，R是飛沫半徑，U是下落速度）的相互作用來解釋，同理也可以得出，當飛沫產生於距地面160釐米的高度時（即講話或咳嗽的平均高度），半徑通常為5微米的小飛沫需要9分鐘才能到達地面。這些小飛沫尤其令人感興趣，因為它們與SARS-CoV-2的氣溶膠傳播有關。[8]我們還研究了鼻腔產生的飛沫，發現在正常的鼻呼吸時產生的飛沫水平（2.6個飛沫，標準差為1.7）與背景噪聲無差異（2.3個飛沫，標準差為1.5）。我們發現，噴嚏產生的飛沫同時來源於口腔和鼻腔，且大部分非常大，不能持久存在。
Figure 2: appendix p 2
同樣的雷射片用於研究咳嗽產生的小飛沫在空氣中漂浮的時間。我們使用Medspray（荷蘭恩斯赫德的一家公司）特別設計的噴嘴，將一定數量的小飛沫分散到空氣中，模擬咳嗽產生的效果。通過噴嘴均勻分散平均直徑為5微米的飛沫後，我們使用一種能檢測飛沫產生光照的算法，分析了通過懸浮在實驗裝置中央的固定雷射片的飛沫數量。我們在三個通風水平不同的房間裡重複實驗，分別是：無通風，只有機械通風，機械通風並打開一個入口門和一扇小窗戶（Figure 3）。在通風狀況最好的房間，30秒後的飛沫數量減半；而在無通風的房間，飛沫減半的時間大約需要5分鐘。這一結果與空氣阻力計算結果一致，即在咳嗽或講話的平均高度產生的5微米飛沫到達地面的時間為9分鐘。在通風不良的房間，飛沫數量減半的時間為1.4分鐘。
Figure 3: appendix p 3
雖然我們只研究了健康志願者，沒有直接研究COVID-19感染者或會產生含病毒氣溶膠飛沫的患者，但本研究發現的飛沫粒徑分布以及持久性數據，確實對於戴口罩預防病毒傳播的要求有提示作用。本研究中的小飛沫氣溶膠傳播只有使用高性能的口罩才能防止；傳統的外科口罩只能阻擋30%的吸入性氣溶膠小飛沫；[9]但對呼出氣體的阻擋效果更好。[10]
另外，我們發現氣溶膠在空氣中懸浮的時間很長，這一結果會影響通過智慧型手機接觸者追蹤程序所監測到的個體時間和空間接觸數據的可靠性。在這類應用程式的開發和落地中，需要考慮這些研究發現。
本研究表明，良好通風可以極大降低呼吸飛沫在空氣中的懸浮時間。這一發現有重要意義，因為儘管採取了物理隔離的預防措施，諸如公共運輸工具和療養院等通風不良且人員密集的場所仍存在病毒傳播的案例。在這類通風不良的空間中，小呼吸飛沫的持續存在可能會導致SARS-CoV-2的傳播。我們的發現證實，改善公共空間的通風條件可以稀釋並清除潛在的傳染性氣溶膠。為了抑制SARS-CoV-2的傳播，我們認為醫療衛生機構應該考慮儘量避免公共空間通風不良。這一啟示對於醫院環境也很重要，因為在醫院中，由於咳嗽和醫學治療產生氣溶膠以及與COVID-19患者密切接觸都很常見。END
G Aernout Somsen, Cees van Rijn, Stefan Kooij, Reinout A Bem, *Daniel Bonn
d.bonn@uva.nl
Cardiology Centers of the Netherlands, Amsterdam, Netherlands (GAS); Van der Waals-Zeeman Institute, Institute of Physics, University of Amsterdam, Amsterdam, 1098XH, Netherlands (CvR, SK, DB); and Department of Pediatric Intensive Care, Emma Children’s Hospital, Amsterdam University Medical Centers, location AMC, Amsterdam, Netherlands (RAB)
RAB’s institution has previously received minor funding for invited lectures from AbbVie. All other authors declare no competing interests.
參考文獻（上下滑動查看）
1 Lai CC, Shih TP, Ko WC, Tang HJ, Hsueh PR. Severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) and coronavirus disease-2019 (COVID-19): the epidemic and the challenges. Int J Antimicrob Agents 2020; 55: 105924.
2 Santarpia JL, Rivera DN, Herrera V, et al. Transmission potential of
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3 van Doremalen N, Bushmaker T, Morris DH, et al. Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. N Engl J Med 2020; 382: 1564–67.
4 Johnson GR, Morawska L, Ristovski ZD, et al. Modality of human expired aerosol size distributions. J Aerosol Sci 2011; 42: 839–51.
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6 Lowen AC, Mubareka S, Steel J, Palese P. Influenza virus transmission is dependent on relative humidity and temperature. PLoS Pathog 2007; 3: 1470–76.
7 Anfinrud P, Stadnytskyi V, Bax CE, Bax A. Visualizing speech-generated oral fluid droplets with laser light scattering. N Engl J Med 2020; published online April 15. DOI:10.1056/NEJMc2007800.
8 Lewis D. Is the coronavirus airborne? Experts can’t agree. Nature 2020; 580: 175.
9 Bowen LE. Does that face mask really protect you? Appl Biosaf 2010; 15: 67–71.
10 Leung NHL, Chu DKW, Shiu EYC, et al. Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks. Nat Med 2020; 26: 676–80.
*中文翻譯僅供參考，所有內容以英文原文為準。
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