雷蒙德·泰利尔等关于气溶胶传播的区分
摘要
尽管对于大多数呼吸道传染源而言，短距离大液滴传播是可能的，但也有通过空气传播同一介质对所需的感染控制干预措施的类型（和成本）具有潜在的巨大影响。
讨论了气溶胶的概念和定义，以及大液滴传输和空气传播的概念，大多数作者将其与气溶胶传输同义，尽管有些人使用该术语表示大液滴或气溶胶传输。
但是，在讨论针对个别病原体的特定感染控制干预措施时，这些术语经常被混淆使用，这些病原体通常被认为是通过空气传播（气溶胶）途径传播的（例如肺结核、麻疹和水痘）。因此，重要的是要弄清这种术语，在这种情况下，应将某种特定的干预措施（例如要使用的个人防护设备的类型）视为足以干预这种潜在的传播方式，即在N95而非手术口罩级别的要求下。
考虑到这一点，本综述考虑了公认的可通过空中传播途径传播的某些传染源，通常使用“气溶胶传播”这一术语。它还讨论了其他因素，例如流感病毒，其中空气传播的潜力更多地取决于各种宿主、病毒和环境因素，并且其气雾传播的潜力可能被低估了。
背景
将传染源分类为空气传播的，因此是“可传播的”，这对医护人员如何管理感染了这种介质的患者以及他们需要佩戴哪种个人防护设备PPE具有重大影响。由于气雾剂的两个关键特性，这种防护设备的空气传播剂（即可透过气雾剂）通常比仅通过大液滴或直接接触传播的PPE更为昂贵：
a）它们遵循气流的倾向，需要紧密密封气道周围的个人防护设备，以及
b）尺寸较小的生物气溶胶，需要增强的过滤能力。
最近的几项制品和指导，根据临床和流行病学数据，都强调用于气溶胶传输对中东呼吸综合征相关的冠状病毒（MERS冠状病毒）[ 1，2 ]和埃博拉病毒[ 3，4 ]。对后者的一些回应试图将这些理论风险放在更实际的角度[ 4]，这很好地说明了如何将这种新兴或再出现的病原体分类为大液滴（短距离）与空中传播（短距离，甚至是远程）传播类别的困惑。但是，这种划分不是黑白的，因为两种类别的病原体都有可能通过气溶胶在近距离（即1 米以内）之间在人与人之间传播。
定义
严格来说，“气溶胶”是指悬浮在气体中的颗粒，例如空气中的小液滴。已经有许多出版物多年来使用粒径液滴进行分类[5，6，7，8，9，10]。例如，普遍认为：
i）空气动力学直径<5-10μm的小颗粒遵循气流流线，有可能短程和长程传输；<5μm的颗粒容易穿透气道直至肺泡腔，而<10μm的颗粒则容易穿透声门下方（7）
ii）直径大于20μm的大液滴是指遵循弹道的液滴（即主要在重力作用下掉落），其中的液滴太大而无法跟随吸入气流流线。例如，对于这些粒径，手术口罩将是有效的，因为它们将充当直接物理屏障，以防这种尺寸的液滴过大而无法吸入到面具侧面（不紧密的侧面）周围的呼吸道中-配件）;
“气溶胶”也包括“飞沫”这是小的颗粒具有10微米或更小，典型地通过呼出呼吸飞沫[快速干燥的过程中产生的空气动力学 5，6 ]。但是，在某些情况下，例如在周围空气流通很强的情况下，较大的液滴会像气溶胶一样表现，并有可能通过此途径传播感染（请参见下一节）。
由此可以推断出几种特性，例如直径大于10μm的下呼吸道的穿透，声门下方的穿透迅速减少，以及在该部位引发感染的任何可能性。同样，在直径大于20μm的液滴上，这样的潜在沉积和引发下呼吸道感染的可能性较小，因为这样的大颗粒可能会撞击呼吸道上皮粘膜表面或在到达下呼吸道之前被纤毛捕获[ 6 ]。
美国传染病学会提出了一种基本等效的方案[ 7 ]，将“可吸入颗粒”定义为直径为10μm或更小。直径在10微米至100微米之间的“可吸入颗粒”，几乎全部沉积在上呼吸道中。一些作者提出了由5μm或更小的颗粒组成的“精细气溶胶”一词，但这部分是受测量仪器的限制[ 8 ]。有几位作者将大液滴或气溶胶大小的颗粒传播汇总为“空中传播” [ 9 ]，或使用“气溶胶传播”来描述可通过任何大小的可吸入颗粒引起疾病的病原体[ 10 ]。
但是，我们认为，重要的是要区分小于10μm的颗粒和较大的颗粒，这是因为它们的质量差异很大，包括悬浮时间，气道不同区域的渗透以及对不同PPE的要求。在此评论中，我们使用“空中传播”的通用约定表示通过小于10μm的气溶胶大小的颗粒进行传播。
如果被感染的患者通过呼吸、咳嗽或打喷嚏产生大小不等的感染性飞沫，则取决于与患者的距离，短距离大飞沫和空气传播的小飞沫核都可能在个体之间传播。图1举例说明了短程和远程空中传播的这些潜在途径，以及这些液滴向下游（表面）的沉降。根据此类病原体在这些表面上的存活特征和易感性（相关性），可能会用手将它们从这些气体中触摸并运输，以自我接种到粘膜（例如在眼睛、鼻子和嘴中）引起感染。暴露于这些病原体感染的不同暴露组织的可用相容的细胞受体。
感染者和易感者之间呼吸道感染的各种可能传播途径的说明。此处显示了近距离（即对话式）空气传输路径和更长距离（几米以上）的传输路径。橙色的头部代表源，白色的头部代表潜在的接收者（右下角的面板表示两个头都是通过从受污染的表面污染物来源进行接触而成为潜在的接收者）。这里的“呼气”还包括正常的呼吸、咳嗽或打喷嚏的气流。然后，空气中的飞沫会沉积在表面（烟气）上，从那里可以触摸并携带在手上，从而导致进一步感染途径。
例如，当生物体的传染剂量（引起疾病所需的传染剂数量）低时，并且在拥挤且通风不良的条件下（在医院候诊室，演讲厅中）产生大量载有病原体的飞沫（例如在公共交通等上），即使对于空气传播能力存有争议的病原体，例如流感病毒在接地平面上的传播，在没有任何通风的情况下观察到多发继发病例的情况下，爆炸性爆发仍然可能发生[ 11 ]。
更加机械化的方法（例如在没有任何生物相互作用的情况下，从小到大的颗粒和小滴大小，从更基本的物理和动态行为出发）对可能通过空气传播途径传播的病原体进行了分类。这些年[ 12，13，14，15，16，17 ]，但也可以具有与流行病学和环境数据组合被认为做出关于任何特定试剂的空气传输的令人信服的证据和数量，可能的潜在暴露场景实际上是无限的。
环境气流和气溶胶的重要性
应该注意的是，“气雾剂”本质上是相对的而不是绝对的术语。如果周围的气流可以使这种悬浮液保持更长的悬浮时间，则较大的液滴可以在空气中保持更长的时间，例如在某些强横流或自然通风的环境中，在这种情况下，通风诱导的气流可以有效地传播悬浮的病原体，从而在远离细菌的相当长的距离内引起感染来源。
一个标准规则（斯托克定律）在工程计算来估计液滴在重力作用下落入与空气阻力的悬浮液倍施加，推导假设几个条件包括环境空气仍然是[ 13，14，15，16，17]。因此，在有大量人流的情况下，实际的悬浮时间将大大增加，这在医疗保健环境中通常是，例如打开门，床和设备移动以及人们不断来回走动时。相反，即使液滴核较小，悬浮时间也会大大减少（如果它们遇到明显的下降气流）（例如它们穿过天花板供气口下方）。另外，对于不同的粒径，气道穿透的程度也取决于流速。
在使用高功率电动工具的牙科和整形外科领域，即使血液传播的病毒（如艾滋病毒HIV，乙型肝炎和乙型肝炎病毒）被包含在这些仪器中[ 18，19 ]。但是，它们是否可以通过此路径进行有效传输还有待讨论。这说明了另一点，尽管某些病原体在某些情况下可以传播，但不一定通过这种途径传播感染并引起疾病。
大纲
随着时间的流逝，对于具有真正主要的空中传播途径的病原体，已发表研究将证明其最终足够数量的真实性质[ 13 ]。在多项研究中（例如流感病毒）如果持续存在矛盾的发现，则各种传播途径（直接/间接接触，短距离飞沫，长距离甚至短距离的空中飞沫核）的可能性更大。占主导地位在不同的设置[ 16，20 ]，使得空气途径用于该特定病原体更多机会性途径，即非常态[ 21 ]。有几个例子可以使这一点更加清楚。
下面总结的选定病原体和支持文献仅用于说明目的，目的是证明特定研究如何影响我们认为此类传染源（如潜在的空气传播和“气溶胶可传播”）的方式。它并不是要进行系统的审查，而是要说明我们对每种病原体的进一步研究可能会改变我们的思维方式，以及不同病原体对“气溶胶传播”的接受并不总是遵循一致的方法。
结果和讨论
水痘
水痘是由水痘带状疱疹病毒（VZV），脂质包裹的双链DNA病毒和疱疹病毒科的成员引起的高热，水疱疹病。
对于水痘，证据似乎主要是流行病学和临床证据，尽管这似乎足以将水痘带状疱疹病毒（VZV）归类为空气传播。对VZV的研究表明，该病毒显然能够传播很长的距离（即距离最远几十米，可以在隔离室和通过走廊连接的其他病房区域之间或在家庭内部传播）引起继发感染。并在环境/或定居在别处[ 22，23，24 ]。此外[ 25 ]研究表明，空气VZV可能泄漏出隔离室，而隔离室是由诱导的环境气流运输而感染易感的HCW的，最有可能是通过直接吸入途径感染的。
麻疹
麻疹（也称为风疹）是由麻疹病毒，脂质包裹的单链负义RNA病毒和副粘病毒科成员引起的发热性皮疹疾病。
对于麻疹，有几项研究检查了更机械的气流动力学解释（即基于空气中颗粒物的基本物理学和行为），以解释涉及几起麻疹暴发的主要传播途径[ 26 ]，包括使用感染量[ 27 ]。后来，在门诊其他两次爆发包括回顾性气流动力学分析，通过空气途径给麻疹的传递提供了更多证据 [28，29 ]。
结核
结核是一种局部或全身性疾病，但最常见的是由结核分枝杆菌复合体的分枝杆菌引起的呼吸道细菌性疾病。
结核病（TB），是必要的和足够的引起疾病的一系列豚鼠实验[被提供空气传播的明确的实验证据30，31 ]，它已在一个稍微不同的临床背景下进行了重复[ 32 ] 。许多其它的爆发的报告已经证实通过空气途径[TB的传递率33，34，35 ]，和干预特异性靶向空气传播路线已被证明有效地减少传输TB [ 36 ]。
天花
天花是一种复杂的双链DNA正痘病毒（Poxviridae家族），现已根除，发热，水疱疹和弥漫性疾病，在临床上可呈现两种形式，即大天花或小天花。
对于天花，Milton最近对文献进行的全面，回顾性分析表明，空中传播途径对此种感染具有重要贡献[ 37 ]。尽管还对各种空气采样和动物传播研究进行了回顾，但弥尔顿还强调了临床流行病学研究，其中仅非空气传播途径无法解决所有观察到的天花病例。
至少有一次有据可查的医院爆发，涉及17例天花，只能通过假设索引病例中病毒在几个楼层上的气溶胶传播来解释。回顾性烟雾示踪剂实验进一步证明，空气里病毒可以通过打开窗户，连接走廊和楼梯间的方式轻松复制到不同楼层的患者身上，从而大致复制病例的位置[ 38 ]。
新冠状病毒：SARS和MERS
冠状病毒是脂质包裹的单链正向RNA病毒，属于冠状病毒属，包括几种相对良性的季节性流感病毒（229E，OC43，NL63，HKU-1）。它们还包括两种新的更具毒性的冠状病毒：严重急性呼吸综合征冠状病毒（SARS-CoV），2003年在人群中出现；和中东呼吸综合征冠状病毒（MERS-CoV），2012年在人类中出现。
对SARS-CoV的，几个流行病学研究包括追溯气流示踪剂调查是用空气传播路线[的假设是一致的39，40，41 ]。空气采样研究还证明了SARS-CoV核酸（RNA）在空气中的存在，尽管它们没有使用病毒培养来测试生存力[ 42 ]。
虽然一些研究比较，并从临床和流行病学角度对比SARS和MERS [ 43，44，45 ]，主要的传输模式没有详细地讨论所有情况。在比较潜在的感染途径时，其他几项研究的确提到了空气传播的可能性，但主要涉及超传播事件或“雾化程序”（例如支气管肺泡灌洗）或考虑到预防感染控制措施[ 46，47，48]。但是，从各种已发表的研究中，对于MERS和SARS而言，尽管在不同情况下（例如取决于宿主和环境因素）可能会有所不同，但有一部分传播途径是通过空气传输途径发生的。无症状病例的资料也不确定[ 49 ]。
对于这两种SARS和MERS，下呼吸道样本提供最佳的诊断率，经常在上呼吸道样品不存在任何可检测的病毒 [ 50，51，52 ]。此外，受感染的有症状患者倾向于发展严重的下呼吸道感染，而不是上呼吸道疾病。这两个方面都表明，这是一种空气传播方式，必须直接渗透到下呼吸道中以在引起疾病之前优先复制到下呼吸道中。
特别是对于MERS-CoV，最近的一项研究表明在人体上呼吸道细胞中不存在二肽基肽酶4（DPP4）的表达，DPP4是病毒使用的鉴定受体。寻找替代受体的结果为阴性[ 53 ]。因此，人类上呼吸道似乎很少或不允许MERS-CoV复制，这表明成功的感染只能通过直接吸入适当大小的“液滴核”样颗粒进入下呼吸道来实现。这使得任何导致MERS疾病的MERS-CoV传播都取决于含有病毒的小滴的存在，这些小滴应足够小以吸入到下呼吸道中，在其中病毒可以复制。
流感
流感是季节性的，通常是高热的呼吸道疾病，由几种流感病毒引起。这些是属于正粘病毒科的脂质包裹的单链负义分段RNA病毒。当前，流感是唯一可获得许可的抗病毒药物和疫苗的常见季节性呼吸道病毒。
用于人流感病毒，空气中与大液滴传输的问题或许是最有争议的[ 54，55，56，57 ]。在对人类志愿者进行的实验性感染实验中，雾化的流感病毒的传染性远低于滴鼻剂[ 58 ]。可能的答案是，这两条路径是可能的，每条路线的重要性和意义将在不同的情况下变化 [16，20，21 ]。
例如，更严格的环境控制可以通过以下方法减少或防止空气传播：
1）在单床负压隔离室中隔离传染病患者[ 25 ]；
2）控制环境相对湿度，以减少空气中流感的存活[ 59 ]；
3）使用个人防护设备（戴口罩）对患者（以减少源排放）或医护人员（以减少接受者），通过咳嗽，打喷嚏或呼吸来减少患者咳嗽，打喷嚏或呼吸产生的气溶胶的暴露量[ 60 ];
4）仅允许在指定的封闭区域或房间内使用呼吸辅助设备（高流量氧气面罩，雾化器），以谨慎控制其使用和接触[ 61]。从氧气面罩和雾化器侧面通风孔排出的气流将包含患者呼出的空气（可能携带空气传播的病原体）和进入的高流量氧气或携带雾化药物的空气的混合物。这些排出的气流然后可能成为空气传播病原体的潜在来源。
许多研究已经从天然流感感染的人类受试者的呼出气中所示流感RNA的传出[ 62，63，64，65，66 ]，并已检测到的环境空气中流感RNA [ 67，68，69 ]。最近，一些研究已经显示缺乏[70]的空气样品具有高流感RNA水平在存活的病毒（如由PCR测试），或显著数量减少 [66，71，72]。目前检测到的传染性颗粒数量很少，因为培养方法不如分子生物学方法（如PCR）敏感，而空气采样本身的实际操作（通过与剪切应力相关的病毒体破坏）也会导致下降。收集样品中的传染性。这可能导致低估了这些环境气溶胶中活病毒的数量。
需要考虑的另一个变量是，一些动物研究报告说，不同株的流感病毒在气溶胶传播能力上可能差异很大[ 73 ]。
在一些前面的文章讨论该流感病毒传输的主要模式 [74，75，76，77，78 ]，这些相同的问题是用混合的结论寻址。描述来支持其观点的大多数证据更多是临床和流行病学，包括一些动物和人类志愿者研究，而不是物理和机械研究。然而，这种在不同情况下传播的混杂情况可能是最现实的。
值得注意的是，目前被接受为空气传播的几种感染（如麻疹、水痘或结核病）以其经典形式存在，这是明确无误的病理学临床表现。相比之下，流感病毒感染的临床表现与其他呼吸道病毒有很大的重叠，并且已经记录了混合爆发[ 79]]。因此，在该领域中普遍存在的误解是将“呼吸道病毒”作为一个整体进行研究。但是，鉴于这些病毒属于不同的属和科，具有不同的化学和物理特性以及不同的病毒特性，因此假设关于一种病毒的任何结论都可以应用于另一种病毒是不明智和不准确的，例如，在Cochrane综述59中关于减少呼吸道病毒传播的干预措施的已发表的研究，实际上只有两项专门针对流感病毒的研究[ 80 ]。正如作者自己指出的那样，不可能有针对流感病毒的特定结论。
尽管许多空气传播感染具有高度传染性，但严格来讲，这并不是定义的一部分。即便如此，与麻疹相比，流感的传染性较低，也被认为是对空中传播的重大贡献的论据。但是，应该指出的是，流感病毒感染的特征是潜伏期（通常为1-2天）比其持续时间短得多。这允许易感人群在暴发期间被暴露于暴发中属于一个以上世代的几种不同的感染病例。世代相传的多次曝光和伸缩可能会低估流感病毒的传播能力，因为将较少的继发病例分配给已知的索引病例，实际上每个索引的次要案例数可能更高。众所周知，在某些情况下，单个索引病例会感染大量人，例如在阿拉斯加航空公司的一次航班爆发中38人[11].
埃博拉病毒
埃博拉病毒是病毒性出血热，由埃博拉病毒引起，死亡率很高。这些是包膜的单链负义RNA病毒，包含Filoviridae家族中的5种。埃博拉病毒中有四种与人类疾病有关。最广泛的爆发（也是最近一次）是由2013-2016年西非的埃博拉扎伊尔造成的。埃博拉病毒的传播已被Osterholm等人深入研究。（4）。这些作者指出了大量生物组织特性，以及疾病期间达到的高病毒载量和低感染剂量，由此看来，不可避免地存在多种传播途径。
关于气溶胶传输，关注由在动物之间实验室设置埃博拉扎伊尔的传输的几个记录实例，而不直接接触引起[ 81，82 ]（ 4 ]）。使用气雾剂感染埃博拉扎伊尔猕猴的实验性感染已被证明是非常有效的[ 83，84 ]，并将该实验程序实际上已经被用作埃博拉感染攻击疫苗研究[85，86]。受气雾剂感染的恒河猴可靠地发展成弥散性的致命性感染，其本质上类似于由肠胃外感染引起的，加上呼吸道的感染。尸体解剖表明未在肠胃外感染的动物中发现在由气雾剂途径感染的动物的呼吸道和呼吸淋巴系统的病理结果 [83，84 ]。
在埃博拉病例的尸检中尚未报告此类呼吸道病理损害，但正如Osterholm等人所指出的那样[ 4 ]，人类对埃博拉病例的尸体解剖很少，可以说很少有人能自信地排除通过气溶胶途径获得疾病的任何可能性。因此，预防原则将要求对感染患者进行气雾预防，尤其是考虑到在此类患者中呼吸道感染对产生气溶胶危害不是必需的：埃博拉病毒在血液或其他疾病中期间体液的滴度很高[87，88 ]和血液或其他流体雾化将创建一个显著空气传播的危险。
结论
总而言之，尽管就哪些生物可能通过空气传播并因此可以通过气溶胶传播的机制进行了各种讨论，但最终，主要的决定因素似乎是有多少研究使用了不同的方法：经验（临床，流行病学）或实验性（例如使用动物模型）或机械方法（使用气流示踪剂和空气采样）得出相同的共识。随着时间的流逝，即使结论是混合传播途径中的一种，根据特定情况的不同，科学界最终也会对该特定主体的主要传播途径产生结论。流感病毒就是这种情况，并且可能是最现实的情况。
具有传输的一个以上的模式中的某些细菌和病毒感染也是各向异性，如炭疽，鼠疫，土拉菌病和天花：所述疾病的严重程度取决于传输的模式[ 37，89 ]。志愿者实验感染实验表明，这是流感的情况下，通过气溶胶传输是与更严重的疾病有关[ 14，90 ]，以及一些更近期的实地观察与这个概念是一致的[ 57]。对于各向异性病原体，即使传播方式（例如气溶胶）仅占少数情况，但如果导致最严重的情况，则可能需要中断该传播途径。
Recognition of aerosol transmission of infectious agents: a commentary
Raymond Tellier, Yuguo Li, Benjamin J. Cowling & Julian W. Tang
https://bmcinfectdis.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12879-019-3707-y