备受争议的气溶胶:从医学问题到环境问题 - 中外对话
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备受争议的气溶胶:从医学问题到环境问题

中国和海外都经历了有关新冠是否经由空气传播的争论,越来越多的研究正在指向肯定的答案。然而,气溶胶的问题不止于此。
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图片来源:Alamy
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7月初,来自32个国家的200余名科学家联名呼吁医学界和相关国内和国际机构重视新冠肺炎的空气传播。他们在公开信中指出,研究显示, 呼气、说话和咳嗽都“毫无疑问”会排出能够悬浮在空气中的微小液滴,这些液滴所携带的病毒有可能感染数米之外的他人,因此他们要求采取措施来阻断这种途径的空气传播。公开信同时表示,在各国纷纷解禁之际,政府和公共卫生机构对新冠空气传播的认识不足将造成严重后果。

随后,世界卫生组织首次承认新冠病毒通过空气传播的可能性,表示它正在重新审视相关证据,并计划更新预防指南。

这里的“空气传播”指的就是中国之前被广泛讨论的“气溶胶传播”,北京大学环境科学与工程学院生物气溶胶实验室负责人要茂盛在向媒体谈及这封公开信时表示

气溶胶(aerosol)是指空气中长时间悬浮的、直径一般在100微米以下的微小颗粒物组成的系统。雾和霾都属于气溶胶。组分中包含病毒、细菌、真菌、花粉、动植物源性蛋白等微生物或来自生物的物质的气溶胶,则被称为“生物气溶胶”。直径约为0.1微米的新冠病毒,可以附着在尘埃、飞沫、飞沫核上以气溶胶的形式进行“空气传播”。而生物气溶胶的成分和潜在危害都极为多样,既是一个流行病学问题,也是个环境问题。

新冠空气传播之争

3月,欧美社会关于疫情期间出门是否要戴口罩爆发了广泛的争论,也让新冠肺炎的气溶胶传播问题成为热点。世界卫生组织美国疾控中心英国政府都曾告诉民众除非身体不适,否则没有戴口罩的必要。但很快,无症状感染者问题和潜伏期病毒传染性问题受到关注,新的研究也指向在通风较差的环境下病毒借助气溶胶长距离、长时间传播的可能性。这些都为支持戴口罩一方提供了重要论据,各公共卫生当局的态度也逐步转向建议民众预防性使用口罩或布质面部遮盖物。

在中国,这个问题在疫情初期得到了重视。在1月末由中国疾病预防控制中心编写的《新型冠状病毒感染的肺炎公众防护指南》中,气溶胶传播就和直接传播(患者的飞沫和呼出气被近距离直接吸入造成感染)、接触传播(飞沫沉积在物体表面,经手接触口鼻眼等部位的粘膜导致感染)并列为新冠病毒传播的三大途径。但此后这个问题又经过反复争论,反对者认为气溶胶传播尚无“明确证据”,支持者认为应当“宁可信其有”。无论如何,在此后官方的“新冠肺炎诊疗方案”中,气溶胶传播仅为一种可能性。

在此期间,2003年SARS时期香港住宅楼“淘大花园E座”的异常集中感染事件再次受到关注,引发人们对气溶胶传播的警惕。调查认为,该事件可能是经由患者的排泄物进入污水管道,附着在组成气溶胶的微小液滴和颗粒物上,最终经由干涸的地漏U形聚水器和破损的污水排气管进入室内感染人。这一传播路径虽然至今都没有“明确证据”,但却是合理的、值得重视的怀疑。

2月8日,在上海市的疫情防控发布会上,一位市民政局副局长宣布:目前可以确定新冠肺炎传播途径包括气溶胶传播。尽管依然没有给出依据,但这个官方论断让舆论广泛认为“新冠病毒空气传播已得到确认”。尽管继续有专家指出目前“尚无证据”显示新冠病毒可以通过气溶胶传播,但是在更多人看来,在迅速扩散的疫情面前,“宁可信其有”已经比追求证据确凿更加重要。此后口罩产量的快速增加也让争论变得不那么重要,出门戴口罩已然是全民生活常规。

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事实上,中国研究者也试图找到新冠病毒气溶胶传播的明确证据。6月初,要茂盛及其团队发布在预印本平台(未经同行评议和正式发表的版本)medRxiv 的一项研究发现,除了喷嚏和咳嗽,正常呼吸也是重要的新冠病毒排放与传播的方式,新冠患者1小时内能呼出数百万个新冠病毒。而且,这些通过正常呼气进入空气的是普遍小于2.5微米的细小气溶胶,比通过咳嗽和喷嚏进入空气的尺寸更大的液滴能在空中停留长得多的时间。他们认为,这也解释了通常不打喷嚏或咳嗽的无症状患者是如何将病毒传给他人的。论文写道:“我们研究的证据显示:呼出气很可能是最重要的病毒散播(shedding)机制,可能导致了已知的聚集性感染和仍在持续的大流行。”

作为环境问题的生物气溶胶

尽管气溶胶因为新冠疫情而受到格外关注,但事实上,生物气溶胶议题在几年前就曾借由雾霾问题而进入中国人的视野,成为空气污染问题的一部分。只不过“气溶胶”这个概念在当时未被广泛使用。

2014年,清华大学的一个研究组发现北京的雾霾中藏有1300种微生物,“大多数无害,极少数可能致病”; 2016年,国际期刊《微生物》(Microbiome)发表的一项研究发现,北京雾霾中含有抗生素耐药性基因,引起公众强烈关注,也引发了专家们的一系列澄清。专家们表示,发现细菌耐药基因不等于发现活的细菌,而就算是活的细菌,其耐药性也不意味着致病性,因此无需恐慌。

空气中耐药基因的传播速度太快,研发新药的速度跟不上细菌被污染成为耐药菌的速度。
要茂盛,北京大学生物气溶胶实验室负责人

恐慌或许尚无必要,但是要茂盛等人在2018年发表的一篇研究综述提到:动物养殖场、废水处理厂、医院都有可能排放耐药基因到空气里,而不同地区的生物气溶胶颗粒混合在一起,可能还会互相传递耐药基因,使一些致病菌产生耐药性,给人们带来潜在健康风险。要茂盛告诉中外对话,目前他们正在研究将来可能会面临的因为耐药基因而产生的问题。 “空气中耐药基因的传播速度太快,研发新药的速度跟不上细菌被污染成为耐药菌的速度” ,要茂盛说。

此外,他还在2018年告诉《科技日报》,生物气溶胶不但比化学物质更容易被吸入人体更深处,而且在一定条件下还能自我繁殖,这让某些生物气溶胶对人体造成危害没有阈值(最低门槛值)。同时,有研究表明,空气中常见的青霉菌属、曲霉菌属、孢子菌属等真菌都可以分泌过敏原,引发过敏性呼吸系统疾病,生物气溶胶暴露还能促进健康人的血压显著升高,导致不可逆的慢性肺功能减退。此外,研究还发现,雾霾天时空气中生物气溶胶的浓度水平显著高于非雾霾天,加重了空气污染的健康风险。

有时生物气溶胶污染的健康后果会来得直接得多。去年11月,甘肃兽医研究所近百人聚集性感染布鲁氏菌,原因不明。但据后来的调查,感染缘于兽研所上风处一家疫苗厂排放的带菌气溶胶随风进入该机构并被人员吸入。

研究显示,肉类和家禽业工人在控制吸烟的情况下,肺癌风险仍会增高,可能是由于他们长期暴露于养殖场内高浓度的生物气溶胶中。还有研究显示,生物气溶胶中的微生物也可以影响大气颗粒物,改变过敏原的特性,使得更多人向过敏性体质倾斜。

以上种种,都意味着生物气溶胶既是一个公共卫生问题,也是一个环境问题,使对生物气溶胶的快速监测预警成为一个重要课题。

环境监测难题

而疫情当前,公众及学界的关注重点还是聚焦在生物气溶胶的监测与防控上。

2月8日,面临推迟到来的节后返城高峰,中国NGO“无毒先锋”曾联合自然田、中国绿发会等多个环保组织发起紧急呼吁,要求监测并公开人口密集场所空气中的新冠病毒含量,防止出现气溶胶感染。然而,据中外对话了解,呼吁之后国内有部分医院病房和海关大厅设置了气溶胶监测仪器,但从主要交通枢纽来看,仅有深圳市疾病预防控制中心在对当地的车站进行空气中的新冠病毒监测。据“无毒先锋”创始人毛达了解,在他们发出呼吁后,仅有秦皇岛的一位市政协委员就新冠病毒的监测和结果公开做了内部建议,尚未得到其他响应。

此外,要茂盛还指出,医院、养殖场、垃圾填埋场、污水处理厂等地都是生物气溶胶的重要来源地,但在这些场所,生物气溶胶中的致病菌、过敏源的常规监测也未开展。

这个领域的交叉性比较强, 但是做电子的不懂微生物,做生物传感器的对环境问题不清楚,研究大气的也可能从来没接触过病毒。
要茂盛

这与监测的难度有关,要茂盛告诉中外对话,微生物不像化学物质,它种类繁多,甚至还有人类尚未发现的品种,监测也相对比较难做,像法国等在做监测的国家,也只对空气中的过敏源进行监测。

中国目前也还缺少理想的气溶胶监测手段。在深圳对空气中新冠病毒的监测中,当地疾控中心使用传统的先采样、后分析的检测方法——先拿缓冲液吸附空气中的病毒进行采样,后将样品运回实验室开展分析——这种检测方法遭到了网友的质疑,称其为“马后炮”。而要茂盛团队研发的设备虽然已经能够实时监测H3N2、H1N1、H5N1流感病毒,但对于其他病毒,还得再为它们“量身定制”监测所需的部件。

至于生物气溶胶中另一大主要成分——细菌,目前最常见的监测方法是荧光监测法。要茂盛告诉中外对话,这种方法较为便宜,但容易出现假阳性,把化学颗粒错认成生物颗粒,也无法鉴别具体的微生物物种,还容易受到来自环境背景信号的干扰。而他所在的实验室正在研究的另一种监测方法,虽然能避免监测不准的问题,但所需的试剂成本较高,且需要专人维护。他认为,生物气溶胶监测亟需快速的、既能广谱检测又能物种甄别的、快速且高灵敏度的技术。

被忽视的基础学科

然而,推进生物气溶胶研究依然面对诸多挑战。要茂盛告诉中外对话,生物气溶胶这个领域的交叉性比较强,想要出成果,要懂很多跨学科的东西。“但是一般来说,做电子的不懂微生物,做生物传感器的对环境问题不清楚,研究大气的也可能从来没接触过病毒。”他说。

除却学科门槛,背后还有学界过于追求影响因子、国家对部分学科的重视程度不足等问题。

南方科技大学力学与航空航天工程系教授邓巍巍2月在公众号“知识分子”上发表的文章中感叹了作为基础学科的气溶胶研究被冷落的现状。原因在于,学界展示影响力最“公平”且无脑的方式就是看文章的影响因子,而作为基础学科的气溶胶研究的专门期刊,其影响因子往往比不上一些应用学科的。“但是基础空心化之后迎来的很可能是大厦将倾。”邓巍巍写道。 要茂盛说自己不太看重影响因子。他认为发在国际顶级期刊上的文章未必比发在专业气溶胶期刊上的更有用,“只要是真正对社会有贡献的研究,哪怕是发个朋友圈别人都会看到。”