病毒如何在室内传播以及如何应对

人类是室内生物;他们的大部分时间（大约 90%）都在室内度过，尤其是当冬季带来刺骨的寒冷温度时。但是，当人们聚集在建筑物中时，他们共享的不仅仅是空间，他们还共享微生物，其中一些会导致疾病。

在过去的几年里，病原体（尤其是病毒）在室内空间（从学校和办公室到家庭和医院）的传播方式已成为控制 COVID-19 等传染病传播的重要拼图。了解建筑物内病毒传播的来龙去脉可以了解如何设计和管理这些结构以保持居住者的健康。

病毒如何在室内传播？

病毒传播取决于环境因素（温度、湿度、空间的使用方式）、占用空间的人及其活动（冲马桶、说话、吃饭、吸尘）和病毒本身的特性（表面电荷、与其他微生物的相互作用、病毒包膜的存在等）。“这不是一个简单的问题，而实际上是病毒如何在环境中生存的复杂生态学，”亚利桑那大学水与能源可持续技术中心的病毒学教授Charles Gerba博士说。

虽然所有这些因素为每个室内空间创造了独特的传播情况，但病原体传播有几个主要途径。

受污染的表面

病原体传播的一种方式是通过受污染的表面（污染物），如门把手、桌面、键盘、电灯开关和饮水机等。病毒直接沉积在表面上（例如，被病毒感染的人触摸）或从空气中沉积在表面上。如果有人触摸含有传染性病毒的表面，然后触摸他们的脸（成人根据情况每 3-5 分钟进行一次，儿童每小时大约进行 80 次，具体取决于年龄），他们可能被感染。

污染物传播的重要性和持续时间取决于病毒（例如，它是否有包膜，这使得它对环境压力源（如消毒剂）更敏感）以及病毒的含量。例如，诺如病毒是一种感染肠道的非包膜病毒，可以在表面上持续存在长达 2 周，而污染物是传播不可或缺的一部分。SARS-CoV-2 是一种包膜病毒，可以在表面存活数天，污染物传播是可能的，并且可能涉及病毒传播。然而，SARS-CoV-2 的传播是高度多模式的，气溶胶和呼吸道飞沫起着关键作用。

气溶胶

为此，气溶胶（病毒可以搭便车的空气中的微小颗粒）是病毒在建筑物中传播的另一种途径。携带微生物的气溶胶的来源包括人类（例如呼吸）、宠物等。吸入含有 SARS-CoV-2、流感和呼吸道合胞病毒 （RSV） 等病毒的气溶胶可能会导致疾病。

虽然呼吸道飞沫（比气溶胶大）更重，更有可能在蒸发之前从空气中掉落，而气溶胶可以在空气中停留几分钟到几小时，从而在较长时间内构成潜在风险。这种风险与空气如何流经空间（例如，有多少通风）和建筑物的用途有关。例如，学校有可能在空气中产生更多假定的病原体，因为很多人长时间聚集在一个空间内，人员流动率很高。

“我们很快了解到的一件事是，病毒在室内环境中的传播取决于你所处的情况和途径——无论你是在酒店房间还是在医院，情况都会产生很大的不同，”Gerba 说。

来自水源（如水槽和马桶）的气溶胶也可以传播病原体，而水系统/受污染的水是微生物穿过建筑物的另一条途径。“当你在浴室里冲马桶时，你会看到一股雾化，”Gerba 实验室的研究科学家 Stephanie Boone 博士说，“我们测量了 [羽流] 离马桶表面 [高] 3 英尺，最远达到马桶表面外 2.5 英尺。如果你感染了 [SARS-CoV-2] 或流感或诺如病毒，这些病毒 [都包含] 在那个羽流中。这些与羽流相关的病原体会污染环境表面，如果不进行净化，可能会在数天内造成潜在的感染风险。

Gerba 强调，所有传播方式都是相互关联的。“这是一个相当动态的过程，我认为我们面临的挑战之一是 [研究] 这种情况的动态以及如何描述 [它们]。我们必须更好地了解所有这些因素以及它们在环境中如何相互作用。

病毒再悬浮：传播的关键角色？

考虑到这一点，还有另一种经常被忽视的传播方式，它可以弥合表面污染和气溶胶传播：病毒再悬浮。当空气中的颗粒沉积在表面上，然后通过行走或开门等活动被卷回空气中时，就会发生再悬浮。病毒从空气到表面，然后再返回，会导致感染吗？

布恩一直在探索这个问题。她使用噬菌体（一种只感染细菌的病毒）来代表感染人类的病毒如何在室内空间传播。在最近的实验中，Boone 和她的同事将噬菌体应用于地毯、木地板、窗帘和其他表面。他们量化了在完成破坏性活动（例如吸尘）后 1 小时沉积在散布在整个空间的琼脂平板上的噬菌体量。

科学家们发现，吸尘、走动和拉开窗帘等活动会导致病毒远离最初的污染地点。例如，当有人在不通风的房间的地毯上原地行走 5 次时，在距离行走部位 7 英尺多的地方发现了噬菌体，离地面近 6 英尺（对于木地板，悬架不那么引人注目）。“我们惊呆了，”布恩说，并指出如果噬菌体是活的呼吸道病毒，它就会被悬浮在占据该空间的儿童和成人的呼吸范围内，尤其是在有灰尘的情况下。

事实上，在所有情况下，灰尘在病毒传播的距离和高度方面都起着关键作用。这种现象也已证明用于感染人类的病毒——“雾化污染物”（即环境灰尘）导致了甲型流感在豚鼠模型中的传播。Boone 强调，颗粒物还会增加小鼠肺组织中 ACE2（SARS-CoV-2 受体）的表达，这可能会促进对感染的易感性。然而，需要更多的研究来了解灰尘是否以及如何影响感染动态。

病毒再悬浮是否对人类构成广泛感染风险也尚不清楚。一项研究表明，表面的颗粒重悬是医院病房空气中 SARS-CoV-2 RNA 的重要来源，尽管科学家们没有研究传染性病毒。另一份报告发现，实验室模拟的甲型流感重悬确实将病毒送入空气中，但浓度比通过模拟直接呼吸道排放产生的浓度低 2 个数量级。

“我们已经证明我们可以将病毒从表面重新雾化到吸入范围内——[但]真的有风险吗？空气中产生的病毒是否足以造成风险？清洁和消毒污染物会降低气溶胶再悬浮的风险吗？Gerba 问道。“这些都是我们还没有回答的问题。”

建筑解决方案

围绕病毒在建筑物中的移动的知识是如何设计和管理室内空间以最大限度地减少病原体传播的关键考虑因素。此类解决方案可以从头开始，包括设计建筑物以最大限度地减少居住者之间的密切互动并控制人流和交通。Boone 指出，采取行动可以很简单，只需在家中选择硬地板而不是地毯，以减少重新悬浮和灰尘积聚的可能性。

消毒

对表面进行消毒还可以最大限度地减少表面污染，并可以降低病毒再悬的风险。Boone 建议注意“高频接触”区域，如冰箱把手、门把手和电灯开关，这些区域在日常清洁过程中经常被忽视。她还建议避免使用海绵等含有微生物的清洁工具，而是选择纸巾或可以定期清洗的物品。科学家们还在开发自消毒材料和/或带有杀病毒涂层的材料，这些材料可以最大限度地降低污染风险，同时避免化学清洁剂对环境和健康的潜在负面影响。

然而，如果没有人与它们互动，即使是污染最严重的表面，问题也很小。Gerba 强调需要进行风险评估研究，以确定感染风险是什么以及在哪里，以及是否有办法优化能源和资源以有针对性地进行消毒。他说，在 COVID-19 大流行开始时，“在 SARS-CoV-2 消毒方面投入了大量精力”。“我们对 SARS-CoV-2 做得过头了吗？我们是否可以更好地分配资源？这就是为什么了解病毒在室内环境中的传播很重要的原因。

空气过滤和通风

 

在气溶胶传播方面，支持足够的空气流通并避免空气停滞可能性（如封闭式走廊）的架构是理想的选择。此外，室内空气系统对于控制空气传播病毒的传播至关重要。选择适合空间规划用途（例如，医疗保健设施与学校或家庭）的供暖、通风和空调 （HVAC） 系统，提高设备和能源成本效率，同时有效去除空气中的污染物，对于创建和维护考虑到微生物的建筑物是不可或缺的。

便携式过滤器还可以去除空气中的传染性病毒，包括 SARS-CoV-2。人们甚至可以用 4 个 MERV-13 过滤器和一个箱式风扇（称为 Corsi-Rosenthal Box）制作自己的过滤器。美国环境保护署 （EPA） 对噬菌体进行了一项研究，结果表明，运行这些 DIY 过滤器之一 60 分钟可以将空气中病毒的存在减少 99%。用于捕获气溶胶的新兴技术，或检测并快速提醒房间居住者空气中存在病毒的技术，可能会进一步为防止室内传播的行动提供信息。

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本文的研究是在 2023 年 6 月 15 日至 19 日在休斯顿举行的美国微生物学会年会 ASM Microbe 上发表的。

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