研究:包裹呼吸道飞沫的粘液使冠状病毒颗粒比以前认为的更具传染性

2022年05月03日 09:25 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

一项建模研究提出了关于呼吸道飞沫在变得无害之前可以传播多远的问题,例如那些传播导致COVID-19的病毒的飞沫。携带病毒的空气传播颗粒是否有可能在超过 200 英尺或超过曲棍球场的长度内保持传染性?

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可以追溯到20世纪30年代的实验表明,呼吸道飞沫,如打喷嚏或咳嗽产生的飞沫,有两种途径。要么它们又大又重,翻滚着落到地上,几乎不可能感染另一个人。或者它们又小又轻,几乎立即干涸,使它们能够保持在空气中传播,但迅速变得无害。这种干燥可以防止冠状病毒等“包膜”病毒的传播。

然而,美国能源部西北太平洋国家实验室(PNNL)的科学家最近的一项研究提供了第三种可能性:微小的呼吸道颗粒可能保持潮湿并在空气中传播更长的时间,并且比以前想象的更远。

该研究的通讯作者Leonard Pease说:“有报告称,人们在感染者的下风处或在感染者离开房间数分钟后感染了冠状病毒。”该研究结果发表在2月份的《国际传热与传质》杂志上。

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“包膜病毒可能保持良好的水合状态,从而在相当长的距离内具有完全的感染性,这一观点与现实世界的观察结果一致。”Pease补充说:“也许传染性呼吸道飞沫的持续时间比我们意识到的要长。”

PNNL团队对包裹着人们从肺部喷出的呼吸道飞沫的粘液进行了长时间的观察。科学家们知道,粘液使许多病毒能够比其他方式走得更远,使它们能够从一个人走到另一个人。

传统的观点认为,非常小的、只有几微米的气溶胶飞沫,就像在肺部产生的那些,在空气中几乎瞬间就会变干,变得无害。但是PNNL团队发现,粘液改变了这个方程式。

研究小组发现,环绕呼吸道飞沫的粘液壳可能降低了蒸发率,增加了飞沫中病毒颗粒保持湿润的时间。由于像SARS-CoV-2这样的包膜病毒有一层脂肪涂层,必须保持湿润才能使病毒具有感染性,所以较慢的蒸发速度使病毒颗粒具有更长时间的感染性。

该小组估计,被粘液包裹的飞沫可以保持湿润达30分钟,并可传播约200英尺。

Pease说:“虽然有许多因素被提议作为COVID传播方式的变量,但 粘液在很大程度上仍然被忽视。”

该论文的作者包括Pease和Nora Wang Esram、Gourihar Kulkarni、Julia Flaherty和Carolyn Burns。

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对粘液的关注有助于解决另一个问题:病毒如何在多房间的办公大楼中移动。

在呼吸道飞沫中“搭便车”是病毒成为空气传播者并感染吸入者的第一步。化学家Carolyn Burns的任务是制造人工的、类似呼吸器的液滴,以研究颗粒如何在房间之间移动。

最终,Burns确定了两种物质来携带人工病毒样颗粒。一种是牛的粘液;另一种是海藻酸钠,一种从褐色海藻中提取的化合物。这种化合物通常被用作冰淇淋和奶酪等食品的增稠剂。

该团队使用喷气机在一个多房间实验楼的一个房间里散布液滴。液滴和气枪一起模拟了一个人的咳嗽,在一个源室中释放了大约一分钟的颗粒。由Alex Vlachokostas和Burns领导的团队在两个相邻的房间测量了飞沫水平,并控制了建筑通风。

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该团队的实验结果于2022年1月19日发表在《室内空气》杂志上,与去年发表在《建筑与环境》杂志上的其先前建模研究结果相呼应。

科学家们发现,低水平和高水平的过滤都能有效降低所有房间的呼吸道飞沫水平。过滤迅速降低了相邻房间的飞沫水平--在大约三个小时内,达到了没有过滤时的三分之一或更少。

研究小组还发现,增加通风量能迅速降低源房间的颗粒物水平。但是其他相邻房间的颗粒物水平立即跃升;20至45分钟后,随着大力换气,颗粒物水平激增。最终,在最初的飙升之后,所有房间的液滴水平在有过滤的情况下3小时后逐渐下降,在没有过滤的情况下5小时后逐渐下降。

科学家们说,增加拥挤空间的空气交换在某些情况下可能是有益的,比如大型会议或学校集会,但在正常的工作和学校条件下,它实际上可能会增加整个建筑的所有房间的传播率。

Pease说:“如果你在一个下游的房间里,而且你不是病毒的来源,你可能不会因为更多的通风而变得更好。”

室内空气论文的作者包括Burns, Vlachokostas和Pease以及Timothy Salsbury, Richard C. Daniel, Daniel P. James, Julia E. Flaherty, Nora Wang Esram, Ronald M. Underhill和Gourihar Kulkarni。

这两个项目都是通过国家虚拟生物技术实验室资助的,该实验室是美国能源部所有17个国家实验室的联合体,专注于应对COVID-19,资金由《新冠病毒援助、救济和经济保障法案》(CARES Act)提供。这些项目是PNNL的几项研究之一,旨在了解更多关于SARS-CoV-2病毒和COVID-19的信息。

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