新冠病毒的气溶胶传播及其预防
2020-02-09 14:00:17
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最近,上海卫生防疫专家宣布,目前可以确定的新冠肺炎传播途径主要为:直接传播、接触传播和气溶胶传播

直接传播,指患者喷嚏、咳嗽、说话的飞沫,呼出的气体近距离直接吸入导致的感染;接触传播,指飞沫沉积在物品表面,接触污染手后,再接触口腔、鼻腔、眼睛等粘膜,导致感染;气溶胶传播,指飞沫混合在空气中,形成气溶胶,吸入后导致感染。

这里,对公众来说,气溶胶传播是个新名词。

我们首先要弄清什么是气溶胶(aerosol)?上网查询可知,气溶胶就是空气中凝聚成团的微米级的悬浮粒子,其分散相为固体或液体小质点,其大小为0.001~100μm。

气溶胶分为烟、雾和灰尘,可自然产生或人工形成。用物理或化学凝结法获得的小于10μm固体微粒构成的气溶胶称为烟。在蒸气凝结或液体分散过程液体微粒构成的气溶胶称为雾。固体物质分散时由大于10μm固体微粒构成的气溶胶叫做灰尘。液体气溶胶通常称为雾,固体气溶胶通常称为雾烟。之所以翻译为 “胶”,大约就是取颗粒与媒介之间黏黏糊糊、难分难舍之意。

天空中的云、雾、尘埃,工业上和运输业上用的锅炉和各种发动机里未燃尽的燃料所形成的烟,采矿、采石场磨材和粮食加工时所形成的固体粉尘,人造的掩蔽烟幕和毒烟等都是气溶胶的具体实例。气溶胶的消除,主要靠大气的降水、小粒子间的碰并、凝聚、聚合和沉降过程。

气溶胶个头小小,如漆似胶,能飞会飘。可能大家都有过这种经历:走在楼道里甚至路上,明明周围几十米之内都没有人,但仍然可以闻到烟味。我们闻到的就是烟草燃烧后形成的几百纳米左右的颗粒。

越小的颗粒,空气的粘性作用就越明显。微米级的颗粒在空气中像是芝麻撒在蜂蜜里,几乎不下沉。定量来说,静止空气中同一高度的小颗粒停留时间跟其表面积成反比。对于1微米的颗粒,在静止空气中沉降时间为1小时以上。而环境中总有风吹草动,于是这些颗粒几乎永远不会沉降,始终停留在空气中。这也是为什么抽烟的人可能早已经消失不见,但余味还久久不散。含有新冠病毒的飞沫核尺寸就在亚微米到微米的范围,与烟草燃烧后的颗粒尺度类似。

人体打喷嚏或咳嗽是产生气溶胶的一种典型方法。打喷嚏(咳嗽),是由于呼吸道中有刺激,是一种对这种刺激的自然反应,是一种下意识的人体动作,平常一般不会去想其细节。首先,我们吸气到足够大的程度,积攒足够的气压之后,然后瞬间使气流从体内排出,带出刺激我们的体液来。之后这些气流与体液在空中的运动都取决于这一瞬间所发生的一切。每次咳嗽产生的气溶胶大小不等,气溶胶包含一些液体成分,在排出后由于蒸发直径会变小。

日常生活中很多习以为常的事情往往隐含着很多奥秘。打喷嚏这样平时毫不在意的事,背后也有复杂的流体力学过程。体液从体内排出的瞬间,在气压的作用下,会迅速分解成许多大小不同的颗粒,经用高速摄像机测试,颗粒的大小一般在2微米到1毫米之间不等,大部分在10到25微米之间,最多的在15微米,当然这些尺寸分布和打喷嚏的人的力气大小有关,力气大会使颗粒趋向更细小,比较柔弱的,颗粒趋向大的一些。飞沫核在空气中可以悬浮很久,并且在空气中湍流的推波助澜下漂移到远方。

气溶胶粒子漂浮在空中,有两种主要的力影响它们的运动,一个是重力,一个是浮力。大于15微米的颗粒,重力影响大,会呈平抛的运动轨迹落地,散布在打喷嚏人前方大约0。75米的范围内。所以一般隔离距离定为2米。小的颗粒,空气支持它们的浮力大于重力,就会悬浮在空气中向四周弥漫,这种运动一般称为布朗运动或热运动。有人计算与试验过,在飞机机舱里,只需要15秒到30秒就会弥漫整个机舱。如果在办公室,家庭室内,视空间大小而相应可以推知。如果在室外或开窗或通风,这些汽溶胶颗粒会随风飘走与风干。

带病毒的人体由咳嗽或喷嚏产生的飞沫出口之后,悬浮蔓延在空气中形成气溶胶,其内层是病毒颗粒,外层被体液包裹着。如果人体接近这种气溶胶,病原粒子就有可能被吸入或粘在人体的黏膜上。

病毒有个重要特性,必须外面有包围的体液才能寄生存活。如果外面体液没了,就会死掉。所以如果空气干燥,湿度不高(例如不超过30%),即使在室温下,这么小的颗粒,外面包围的体液会很快就蒸发掉,剩下的病毒就会死掉 (病毒怕干不怕湿)。

过滤器与过滤装置,一般用其能过滤掉的最小颗粒尺寸来表征其过滤能力。医用口罩,例如N95,过滤能力要求在0.5微米。就是因为汽溶胶的最小尺寸在2微米的原因。

气溶胶的传播距离之远可能超过我们的想象。一个相关的研究证据是澳大利亚昆士兰地区涉及437个马场的马流感传播事件。这些马场间距平均距离约为1公里,最远达13公里。马流感开始时,隔离政策的宣传和执行都很到位,没有马与马的近距离直接接触,但仍发现很多马被感染。原来,感染区域与风向也密切相关!这些证据说明马流感病毒的气溶胶在固定风向的作用下可能具备公里级的超长距离的传播能力。中国城市人口密度极高,有的大城市达到每平方公里1万人以上,因此具有长距离传播能力的气溶胶不容忽视。

关于预防新冠病毒的气溶胶感染问题

根据专家介绍,新冠病毒散播在空气中可能形成气溶胶,但要感染人并不容易。由于一般气溶胶颗粒比较大,通常大于 10 微米、50 微米以上的最多,一般的医用口罩就可以阻挡。特别小的气溶胶微粒(半径小于 0.1 微米),重量轻,主要分布在高空(来自土壤的靠近地面),它们会随风飘走,被人呼吸到的可能性不大。另外,气溶胶质点比表面能很大,又有电荷,病毒很容易被破坏,存活度不高。

对于非医务人员的普通人,在实际生活中,只有达到极高数量级的阈值,部分病毒才能由黏膜进入人体。而通过气溶胶形式悬停在衣物、皮肤的病毒,只有极微小的比例能通过手部触摸进入眼口鼻。这样的病毒量,引发疾病的可能性不高。

气溶胶存在于空气里还能开窗通风吗?

对于一般小区的居民,能开窗通风。要减少悬浮的气溶胶的影响,适当的通风措施是必要的。例如在建设医疗设施时,往往采用上进下出方式,替换房间内的污染空气。但需要注意,气溶胶是有可能随空气流动的,由于气流方向不当,可导致污染气溶胶流向干净的区域。

如果有居家隔离者,必须单间隔离,或处在全屋出风的位置,公共区域或其它房间自然通风时必须关闭患者所在屋子门窗。同时注意不要用风扇等高流速设备通风,以免引起湍流,让本已沉降的微粒重新悬浮。

如果在不通风的环境,尤其要当心气溶胶。不通风的环境中,包含病毒的气溶胶会在空气中停留很久。

比如,患者乘坐电梯后,电梯中就会有病毒的气溶胶,而由于空气流通较差,如果健康的人随后进入电梯,传染风险会增加。所以,进入电梯的人都建议佩戴口罩,不能因为电梯里面只有一个人就不戴。

此外,含病毒的气溶胶可能沿中央空调系统、下水道系统等相对封闭的循环系统进入房间。需要特别注意的是全空气系统的中央空调,不同房间内空气会交叉流动,容易造成交叉污染。这类中央空调一般用于商场、机场、体育馆、礼堂、影剧院等场所,所以在疫情期间要停用。

为防止下水道的气溶胶传播,需及时给地漏加水,形成有效的堵塞,以免气溶胶逆行进入室内。防臭地漏可有效避免气溶胶逆行。

气溶胶是大气中极其重要的组成部分,它不仅直接影响人类的健康,还能增加大气的化学反应,降低能见度,增加降水、成云和成雾的可能性,影响大气辐射收支,导致环境温度和植物生长速率的改变以及沾污材料。对气溶胶的研究,无论对于大气化学、云和降水物理学、大气光学、大气电学、大气辐射学、气候学、环境医学或者生态学等学科来说,都有重要意义。但气溶胶化学组成的研究仅是开始,还有待于今后的发展。

 
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