
2020年10月6日韓國首爾,何散穿戴個人防護(hù)裝備的播冠消毒工人在清理一條街,以預(yù)防冠狀病毒傳播。有人韓國的超級傳播新型冠狀病毒病例已經(jīng)連續(xù)第六天維持在100例以下,但該國正在為秋夕假期之后可能發(fā)生的身狀病疫情復(fù)熾做準(zhǔn)備,因為據(jù)報導(dǎo)當(dāng)時有大量人群聚。體又 PHOTOGRAPH BY CHUNG SUN-JUN,何散 GETTY IMAGES
(神秘的地球uux.cn報道)據(jù)美國國家地理(撰文:FEDOR KOSSAKOVSKI 編譯:涂瑋瑛):2003年,嚴(yán)重急性呼吸道癥候群(SARS)已經(jīng)感染數(shù)千人,播冠殺死數(shù)百人,有人并導(dǎo)致全球恐慌,超級傳播當(dāng)時莉迪亞.莫羅斯卡(Lidia Morawska)正在研究吸入污染的身狀病細(xì)微粒子所造成的影響。但接著世界衛(wèi)生組織請莫羅斯卡──她是昆士蘭科技大學(xué)的物理學(xué)家──加入一個在香港的團(tuán)隊,該團(tuán)隊試圖了解造成SARS的冠狀病毒是如何散播的。
莫羅斯卡決定采取一種不同尋常的方式。她沒有檢視人們?nèi)绾挝雭碜运说膫魅拘晕镔|(zhì),而是廣州同城外圍約炮外圍上門外圍女(電話微信156-8194-*7106)一二線城市上門真實可靠快速安排30分鐘到達(dá)研究反向的過程:呼出。
「我發(fā)現(xiàn)只有三篇論文調(diào)查了與人類呼吸活動中的粒子呼出有關(guān)的事情,基本上等于沒有研究。」她說:「這讓我很驚訝,因為這是非常重要、非常關(guān)鍵的領(lǐng)域。」
將近20年后,新出現(xiàn)的SARS-CoV-2病毒迅速傳播,使大家重新有興趣研究人類的肺如何將感染性物質(zhì)發(fā)射進(jìn)空氣里,也就是最微小的飛沫,稱為氣膠(aerosol) 。了解氣膠如何在體內(nèi)形成是非常重要的,有助于探討為什么這種病毒如此迅速地傳播,以及是什么因素在助長所謂的超級傳播事件──即少數(shù)疾病帶原者最后感染了許多個體。這類事件正是COVID-19的特征。
自從莫羅斯卡開始她的研究,科學(xué)家已經(jīng)得知許多關(guān)于空氣傳播性呼吸道液體的知識,尤其是可能使人成為超級傳播者或超級噴射者的因素。某些特質(zhì)如人的體型,以及某些行為如大聲說話或急促呼吸,似乎都在這種疾病的傳播上發(fā)揮了重要作用。
「他們沒有打噴嚏,他們沒有咳嗽。他們只是呼吸和說話而已。」馬里蘭大學(xué)的氣膠傳播專家唐納.密爾頓(Donald Milton)說:「他們可能在叫喊,他們可能在唱歌。卡拉OK酒吧一直是超級傳播事件的一大源頭。我們在安大略省哈密爾頓的一間飛輪車俱樂部見到一個案例,那里的人都在用力呼吸。」
然而,事實證明,要找出誰是氣膠的最大生產(chǎn)者是很困難的──許多影響氣膠生成的生物和物理因素都難以解析或什至檢測。
說出來,不要噴出來
對于像莫羅斯卡這樣更專注于物理學(xué)的氣膠科學(xué)家而言,氣膠是任何干或濕的粒子,可以懸浮在空中數(shù)分鐘到數(shù)小時。氣膠的尺寸通常小于100微米,或大約是一根人類毛發(fā)的寬度。人類呼吸道會產(chǎn)生各式各樣的氣膠,從直徑只有幾微米的細(xì)微小滴,到大約100微米的小球體,甚至是比氣膠大的團(tuán)塊──它們?nèi)庋劭梢姡1环Q為飛沫。
莫羅斯卡說:「最小的氣膠是在呼吸道較深的部位產(chǎn)生的。」這些氣膠對于疾病傳播特別重要,因為它們能比快速墜落的大團(tuán)塊懸浮更久,也傳播更遠(yuǎn)。
這些最小的氣膠是在細(xì)支氣管內(nèi)產(chǎn)生的,而細(xì)支氣管就是細(xì)小樹狀的呼吸道,深藏在我們的肺里。透過仔細(xì)檢測人們以不同方式呼吸時所產(chǎn)生的氣膠,莫羅斯卡與同事格雷姆.理查.強森(Graham Richard Johnson)在一篇2009年的研討會論文中認(rèn)為,細(xì)支氣管內(nèi)的呼吸道液體會產(chǎn)生薄膜,當(dāng)細(xì)支氣管收縮及擴張時,這些薄膜就會如肥皂泡般破裂。如今這種現(xiàn)象被認(rèn)為是肺臟深處產(chǎn)生氣膠的主要機制。
類似現(xiàn)象也發(fā)生在呼吸道較上方的部位,即發(fā)聲的喉部。
威廉.里斯坦帕特(William Ristenpart)說:「聲帶褶張開及閉合的速度很快,肉眼根本無法觀察到。」他是加州大學(xué)戴維斯分校的化學(xué)工程學(xué)家,研究疾病傳播。聲帶褶跟細(xì)支氣管很像,它們在說話和唱歌時會相互碰撞,將呼吸道液體拉開,產(chǎn)生細(xì)微的飛沫。想像一下,如果你洗手的動作很用力,肥皂膜就會在你將它們拉開時破裂。
這種過程發(fā)生得很快,一秒能發(fā)生一百次左右,它產(chǎn)生的飛沫會搭上呼出氣體的便車──因而進(jìn)入口腔。呼吸道最大的飛沫是在嘴巴內(nèi)產(chǎn)生的,還伴隨著上下開闔的嘴唇及說話時滿載唾液的動作,而這些飛沫大概是你最熟悉的飛沫種類。
「有時你可以感覺到有細(xì)小的飛沫飛出來,特別是在說話的時候。」里斯坦帕特說:「這就是『說出來,不要噴出來』的由來。」
雖然鼻子也是散播氣膠的路徑之一,但主要路徑是透過嘴巴。所有氣膠及飛沫都被困在一團(tuán)爆射出去的氣體中,而這團(tuán)氣體會在最初的數(shù)秒內(nèi)控制氣膠及飛沫的移動與傳播。
麻省理工學(xué)院的流體動力學(xué)家莉迪亞.布魯巴(Lydia Bourouiba)說:「事實上,這團(tuán)氣體云會讓噴射出去的飛沫在房間里向前移動時保持集中,它會帶著飛沫移動。」
更多飛沫,馬上來!
雖然產(chǎn)生呼吸道氣膠的一般機制在所有人身上都是相同的,但個體實際產(chǎn)生的飛沫量卻存在大量差異。如果在寒冷天氣時觀察站在公車站旁的人群,你會注意到每個人呼出的霧氣量看起來并不一樣。
考量到呼吸道的復(fù)雜性,這個現(xiàn)象其實不令人意外。莫羅斯卡利用香水瓶比較一致的噴霧量當(dāng)作類比:「跟只有一根管子的香水瓶不同的是,呼吸道內(nèi)有許多不同管道──不同寬度與不同長度的管道。」
如果要量化這種復(fù)雜性,即使是在單一一個人身上進(jìn)行量化都會非常繁瑣,不過科學(xué)家依然找到了那些容易產(chǎn)生氣膠的人。里斯坦帕特與他的同事在2019年的一項研究中顯示,人說話愈大聲,噴出的氣膠就愈多。然而,這些科學(xué)家也發(fā)現(xiàn),研究中的某些受試者產(chǎn)生的氣膠比其他人多了一個數(shù)量級──即使他們以相同音量說話也是如此。這些人就成了所謂的超級噴射者(superemmiter)。
里斯坦帕特說:「很顯然,一定有某種潛在生理因素導(dǎo)致以大約相同音量與音調(diào)說話的人噴出差異極大的粒子數(shù)量。」他說,其中一項因素可能是液體的濃稠度與其對變形的反應(yīng)方式會因人而異。先前研究已經(jīng)顯示,吸入比充滿黏液的呼吸道液體較不黏稠的鹽水噴霧,整體而言會讓個體產(chǎn)生較少的氣膠粒子。反過來說,呼吸道液體黏性通常較高的人則可能會產(chǎn)生較多氣膠。
復(fù)雜的是,呼吸道感染可能導(dǎo)致呼吸道液體出現(xiàn)變化。舉例來說,發(fā)生支氣管感染如細(xì)菌性肺炎及嚴(yán)重流行性感冒的時候,因為水分流失和細(xì)胞蛋白產(chǎn)量提高,呼吸道內(nèi)襯的黏性會增加。過敏及囊狀纖維化等慢性疾病也可能使液體變得濃稠。
探索個體性
因為氣膠本身的特性,所以要解答目前仍存在的許多問題并不容易。舉例來說,粒子對環(huán)境狀況很敏感,而且愈大且伴隨愈多液體的粒子會迅速干燥,只剩大多數(shù)細(xì)小且更加集中的粒子擾亂數(shù)值。科學(xué)儀器內(nèi)的溫度、濕度與氣流也可能改變我們想要檢測的氣膠。
這些細(xì)微變化令人想起量子力學(xué)的特點,也就是對次原子粒子進(jìn)行檢測會影響結(jié)果。雖然這些氣膠比次原子粒子大得多,但檢測它們轉(zhuǎn)瞬即逝的特質(zhì)也同樣具挑戰(zhàn)性。
莫羅斯卡輕笑著承認(rèn)了這種挑戰(zhàn)。她說:「要進(jìn)行檢測,并給出一個能代表實際狀況的答案,是非常困難的事。」
數(shù)十年來,這些困難有一部分不斷阻礙著氣膠傳播疾病的研究。里斯坦帕特說:「即使到了2020年的今天,流行性感冒的傳播方式依然具有爭議性。」他最近發(fā)表的一項研究顯示,流感病毒可能會搭灰塵粒子的便車。
不過,由于COVID-19,這個科學(xué)領(lǐng)域目前頗受人們關(guān)注。氣膠已協(xié)助揭露了為什么SARS-CoV-2冠狀病毒比2003年的SARS更加容易透過空氣傳播。現(xiàn)在許多專家都同意,較佳的室內(nèi)環(huán)境通風(fēng)與配戴口罩能有助于抑制這種氣膠傳播的疾病。這就是為什么莫羅斯卡、密爾頓與他們在氣膠科學(xué)界的許多同事在7月時呼吁,人們應(yīng)該更關(guān)注SARS-CoV-2透過氣膠所進(jìn)行的空氣傳播,而美國疾病管制與預(yù)防中心和世界衛(wèi)生組織如今也開始重視這個領(lǐng)域。
盡管超級傳播在將近一世紀(jì)之前的傷寒瑪麗(Typhoid Mary)時代就獲得了科學(xué)界及大眾的關(guān)注,但持續(xù)重視這個研究領(lǐng)域又是另一回事了。正如莫羅斯卡一般,布魯巴也在2003年SARS疫情爆發(fā)之后,將她的流體動力學(xué)研究重心轉(zhuǎn)移到流行病學(xué)。她發(fā)現(xiàn),SARS、中東呼吸癥候群冠狀病毒感染癥(MERS)、H1N1流感病毒等呼吸道疾病疫情爆發(fā)時,大家對氣膠研究的興趣會迅速攀升,但接著又減退了。她說,改變這種狀況是當(dāng)務(wù)之急。
「如果決策者與資助者的行動模式依然這么短視,」布魯巴說:「那我們將會永遠(yuǎn)只有臨時補救的方法來應(yīng)對這些問題。」