【研究成果】中山大學研究:氣膠傳播為呼吸道感染疾病的主要傳染途徑

by Yang-Kuang Chao
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撰稿  /  黃愷翊 (科學推展中心特約編輯)


圖1. 氣膠大部份來自肺部深處,所攜帶的病毒量高。相對於5秒鐘內就因為重力影響而落地的飛沫(大於100微米), 氣膠 (小於100微米, 其中絕大部分為5微米以下) 可以在空氣中懸浮數小時並傳播超過1公尺以上的距離 1

飛沫傳播(droplet transmission)及接觸傳播(fomite transmission)長期以來被視作呼吸道感染疾病的主要傳染途徑。然而這項論點隨著學者近期對於新冠肺炎(COVID-19)傳播途徑的深入研究而受到了挑戰。根據國立中山大學氣膠科學研究中心主任王家蓁與跨國合作團隊針對COVID-19的最新研究證據以及其他呼吸道病毒的相關研究進行深入分析探究指出,比起飛沫與接觸傳播,氣膠傳播(aerosol transmission),或稱空氣傳播(airborne transmission)所造成的染病風險更高。而這項研究成果日前也已經獲刊登於國際權威期刊《科學》(Science)上。

氣膠是懸浮於空中的微細物質,平時香菸燃燒後產生的煙霧、工廠或交通工具排放的PM2.5或是各種呼氣動作(包括講話、唱歌、呼吸等)產生的呼氣氣膠,都是典型的氣膠例子。氣膠以極細微的懸浮微粒或液滴形式於空氣中散佈。透過分析發生於各國之渡輪、唱詩班及肉類加工廠等室內場所的多起COVID-19超級傳播感染事件,以及分析室內與室外感染比例(有超過95%的感染發生在室內環境),皆指向氣膠傳播為主要傳播途徑。病毒假如只是透過飛沫或接觸傳染,室內及室外空間的染病率不會有如此懸殊的差異。唯有藉由空氣傳播,病毒才有可能在有限時間內使龐大的人數染病。綜合以上研究,輔以大量的流行病學統計、氣動力學模擬以及動物實驗,種種最新證據皆一致指向氣膠傳播才是新冠肺炎的主要傳染途徑。

氣膠主要經由呼吸或講話產生,比起有症狀感染者咳嗽或打噴嚏生成的飛沫,更容易讓人掉以輕心。不像飛沫傳播必須與眼睛、鼻子或嘴巴的黏膜有直接接觸,對方只需吸入感染者所呼出仍保有傳染力的病毒氣膠,即會對肺部造成感染。不只COVID-19,一般流行性感冒及其他呼吸道病毒疾病都有相當高比例的無症狀傳染。已有研究證實,COVID-19無症狀感染者的病毒量實際上與有症狀者相當。另外,回顧多項研究也發現呼氣氣膠大部份來自肺部深處,顆粒雖小所攜帶的病毒量實際上卻更高。相對於大於100微米飛沫往往會在數秒內因為受重力主導而降落到地表或表面,直徑小至5微米以下的氣膠可以在空氣中懸浮數十分鐘甚至數小時之久,且在本身或週邊氣流的影響下往往可傳播超過1公尺以上的距離。一旦被吸進入人體內,這些小顆粒的氣膠有更高機率越過上呼吸道而到達下呼吸道的細微支氣管以及肺泡區域並避過鼻咽篩的檢測。整體來說,與感染者長時間正常對話,比起短暫接觸到對方咳嗽時產生的飛沫危險更大。

王家蓁主任亦指出,傳統認知上往往誤以為氣膠傳播只發生在長程傳輸,實際上氣膠傳播在近距離更容易發生,因為離感染者距離愈近時,其呼出之病毒氣膠的粒子濃度更高。現行的2公尺社交距離準則由於是根據飛沫及接觸傳播所設計的,並無法有效防範氣膠傳播。要能有效阻止氣膠傳播,除了原本避免群聚、注意物體表面清潔及配戴口罩之防疫準則之外,加強配戴口罩時的密合程度、強化室內空氣的通風、過濾及空氣消毒,以及注意氣流流動方向更是事關重要。除此之外,加裝配備有可過濾氣膠微粒的高效能(HEPA)濾網之空氣清淨機及使用能破壞病毒結構,抑制病毒活性的紫外光燈(UVC)消毒,都可以更進一步降低病菌透過氣膠的傳播。唯需注意紫外線裝置應避免照射皮膚或眼睛,以免造成傷害。

世界衛生組織(WHO)已經於2021年4月將新冠肺炎的主要傳播途徑更改為氣膠傳播(含長程及短程),而傳統上使用的基本傳染數(R0)也被證實無法精確地反映病毒的傳染能力。王家蓁說,由於過往測量氣膠的設備及技術不夠成熟,使得後來人們對於氣膠傳播的認識及警覺性普遍不足,氣膠傳播途徑長期以來受到忽視。新冠肺炎的爆發,使我們不得不開始重視氣膠傳播的風險。不單是新冠肺炎,許多以往被認為藉由飛沫傳播的呼吸道感染疾病,如中東呼吸症候群(MERS-CoV)、流行性感冒病毒、鼻病毒和呼吸道合胞病毒等等,實際上都有氣膠傳播的研究證據,應該被審慎地重新檢視。我們必須盡早制定出對於氣膠傳播的預防措施,才可以有效地控制新冠肺炎的傳播,及早脫離現在的全球大流行,並防止未來類似的傳染病再次發生。王家蓁最後亦提醒,食物、空氣、水是賴以維生的三要素,雖然全球各國公共衛生體系對於食物(foodborne)與水源(waterborne)所可能導致的疾病都已建立起完善的防治規範,但對於空氣傳播(airborne)所可能導致的疾病卻相對地大大忽視了。經過新冠肺炎全球大流行,病原體以氣膠形式於空氣中傳播的重要性開始受到各國重視,如何改善目前防護力不足的空氣品質規範,以確保未來潔淨空氣品質,將是全球各國應共同努力的功課。


參考文獻

[1] Chia C. Wang, Kimberly A. Prather, Josué Sznitman, Jose L. Jimenez, Seema S. Lakdawala,  Zeynep Tufekci, Linsey C. Marr, Airborne transmission of respiratory viruses. Science 373, eabd9149(2021). 

[2] 王家蓁,謝百淇(2021)。科普漫畫:病毒飄之延燒攻略。國立中山大學氣膠科學研究中心。http://aerosol.nsysu.edu.tw/scopes/108

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