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2021-06-15研究顯示COVID-19會通過空氣傳播 應納入相關防疫措施 474 期

Author 作者 蔣維倫/泛科學PanSci專欄作家、故事專欄作家、udn鳴人堂專欄作家、前國衛院衛生福利政策研究學者。喜歡虎斑、橘子、白底虎斑和三花貓。
去年疫情爆發之初,世界衛生組織(World Health Organization, WHO)不認同COVID-19會透過空氣傳播(airborne),甚至在社群媒體上駁斥此為假訊息,因此各國亦遵從其指引,向民眾主要宣導的防疫措施為「口罩」、「洗手」和「社交距離」──全部都是抵禦接觸和飛沫傳染,忽略了空氣傳播。

然而,越來越多的資料顯示事情並非如此,COVID-19的確能透過空氣傳播

 
2020 年初,世界衛生組織認為COVID-19 不會透過空氣傳播,遂在社群平台上駁斥。(WHO)
 

呼吸道疾病常見的傳播方式

呼吸道傳染病的病原體,通常透過患者咳嗽、噴嚏,所濺出的帶病毒口水傳染他人。其傳播途徑有:

接觸:帶病毒的體液沾汙物品,健康人用手觸摸物體表面,再觸摸自身的口鼻,病毒接觸黏膜感染。

飛沫:感染者將帶病毒的口水噴濺至空中,黏附在近距離的他人之臉、口、鼻,經過揉眼睛、抹嘴唇等動作,接觸到黏膜而感染。

空氣:帶有病原體的口水乾燥、霧化變成小顆粒漂浮在空中。健康人呼吸時、吸進其顆粒而感染。

前兩者都專注於大顆粒、飛行距離不長(距離小於2公尺內)的口水。而如前所述,COVID-19爆發初期,各國僅宣導「口罩」、「洗手」和「社交距離」:口罩可防止感染者的口水噴濺到自己的臉上;洗手可除去不經意沾染的唾液;而大顆粒的飛沫通常在近距離內,就因重力而沉降至地面,因此和他人相距2公尺「社交距離」,可防止飛沫傳染。

換言之, 當時各國都不認為COVID-19能透過空氣傳染。

肺結核、麻疹是人類較熟悉、具備空氣傳染力的疾病。若病毒能透過空氣傳播,其危險性將大增。因為在通風不良的空間,被病毒汙染的空氣會累積在該空間中;即使和感染者距離很遠,甚至感染者已離開該空間,健康人都可能會因吸入被病毒汙染的空氣而被感染。因此在面對擁有空氣傳染力的疾病,策略上會更加強調「通風」和「空氣過濾/消毒」。

那麼,為什麼去年面對COVID-19時,多數國家都特別強調2公尺的社交距離呢?難道口水就不會噴出2公尺以外嗎?

 

對微米級氣溶膠的新認識

2公尺社交距離的根據,可能是來自於一篇很古老的研究。

「口水可以噴多遠?」的研究,源起於19世紀,科學家架設不同距離的板子,請呼吸道疾病患者講話、打噴嚏,透過目視噴濺出的唾液,搭配細菌培養,借此評估患者的口水能噴多遠、且感染健康人。借此方法,在1897年,科學家提出了1∼2公尺的安全社交距離概念。而攝影技術進步後,透過對48名自願者拍攝相片,科學家發現多數人的口水都噴不遠,僅少於10%的人,才能噴到1.7公尺的距離。

這些上世紀的實驗結果,讓呼吸道傳染病的「2公尺社交距離」概念逐漸深植人心、甚至延用到現今COVID-19的防疫。

受限於當時的觀測技術, 無法量測、研究微米等級的氣溶膠(aerosol),也不知道室內環境、通風系統對氣溶膠的影響。因此在19世紀著眼於大顆粒飛沫的研究,設定出「2公尺社交距離」,參考近期的研究,就會發現可能存在有危險的疏漏。

現在已知,人類呼吸時所產生的口水液滴,直徑範圍約介於0.1至1000 μm之間。而在大聲高叫、唱歌、運動呼氣時,會噴出更多、更細碎的口水顆粒到空氣中。

而液滴的大小會影響其散播能力,在無空氣流動的環境下,同樣處於約2.4公尺左右的高,直徑100 μm的液滴約花4.6秒的時間可墜落到地面,但1 μm的氣溶膠液滴,需耗12.4小時才會墜落地面。而在室內環境條件裡、成人的高度(1.5公尺)進行實驗,直徑5 μm的液滴,可以飛行數十米才落地,這個距離,足以跨越多數的室內空間。

換言之,極小的口水形成氣溶膠後,在空中可漂浮很久。因此在真實世界的室內裡,有病毒的氣溶膠有機會隨著自然氣流跨過整個大廳,感染遠方的人。甚至染病者已離開該空間,後續進入空間的健康人,都可能吸入被汙染的空氣。而現代化的通風系統,更可能讓帶病毒的氣溶膠隨空調氣流,吹向遠方、隔壁房間,甚至其他樓層。

 

COVID-19空氣傳染的證據

在2003年,從廣東爆發的初代SARS,就曾出現疑似病毒汙染了社區管線,並透過空氣傳播,爆發社區大傳染。因此COVID-19疫情爆發後,許多科學家進行COVID-19在氣溶膠形態中感染力的研究。而這些實驗室裡發現的證據,越來越令人感到不安。

2020年4月,《新英格蘭醫學期刊》(New England Journal of Medicine)發布的研究結果,測試冠狀病毒在氣溶膠狀態、受控制的環境下的存活性。科學家將含病毒的液體霧化成直徑小於5 μm的顆粒,發現病毒半衰期約為1.09小時。換言之,當染病者進入某空間,吐出帶病毒的唾液氣溶膠後,若沒有良好通風的情況下,即使過了一小時,仍有半數的活病毒會存在空氣中。而2020年8月發表研究則發現,COVID-19的早期患者,光是呼吸、每小時就能釋放數百萬顆病毒到空氣裡。各項間接的數字,令人感到不安。

然而,不只是單純的量測數據逐漸出現,實際案例中也顯示有人是遠距離被感染。

2020年1月,中國廣州的一家餐廳有分屬三個家庭的10個人在一小時的簡單用餐後全數確診COVID-19。其中一個家庭剛從當時的疫區返回廣東。透過監視器錄影帶發現,三個家庭間彼此不曾交談互動、不曾觸摸彼此餐具桌椅,最遠距離超過4公尺以上。加上對餐廳通風系統的分析,得到最有可能的解釋,就是病毒透過空氣、通風系統,導致這三個家庭的群聚感染。

2020年3月,美國華盛頓州一個合唱團班進行2.5小時練習時,其中一名成員是COVID-19的感染者。據推測帶病毒的空氣瀰漫了整個練習空間,即使和染病者距離甚遠的成員,也不幸感染。該次練習造成32名合唱團夥伴染病,後續並感染20名他們的親友,其中二人死亡。

2020年7月,澳洲教堂爆發大型群聚感染。一名唱詩班成員被測出COVID-19陽性後,追蹤他的團員和現場聆聽表演的民眾,發現12名被感染者。在此案例中,有些被感染者距離指標案例很遠,甚至超過15公尺以上。推測歌唱產生大量的帶病毒氣溶膠,而通風不佳的室內,更讓整個封閉空間散布了被汙染的空氣,因此導致此起澳洲教堂大感染。

而紐西蘭更出現了在隔離旅館中,居住在相鄰的房間就被感染的案例。而在臺灣,事實上也出現了無法用接觸、飛沫傳染解釋的案例,如2021年1月的案908和案889在診所候診區的空間裡,共處了15分鐘即被感染。監視器錄影帶中發現,兩人完全沒有互動,口罩亦正確配戴;此現象僅能用有病毒的氣溶膠透過空氣傳染解釋。而2021年5月爆發的宜蘭遊藝場裡多名客人染疫,以及臺中夜唱團裡,在隔壁包廂唱歌也被感染的事件,在在都顯示此疾病並非僅有接觸和飛沫傳染,唯有空氣傳染才能說明上述本土案例。

而在美國針對喬治亞州內學校(幼兒園至國小五年級)的一項研究,更展現阻止COVID-19空氣傳染的效力與必要性。調查發現,不進行任何通風、空氣消毒/過濾的學校,每500名學生,將有4.19人被感染;若僅開窗加強通風,感染比例降至2.94人。若使用高效率空氣
過濾器(High-Efficiency Particulate Air, HEPA)但不開窗,感染也能降至2.46人。若開窗和過濾空氣合併使用,感染比例更降至2.22名學生。如此資料亦顯示,針對空氣傳染的防疫措施有其成效。

美國疾病控制與預防中心(Centers for Disease Control and Prevention, CDC)於2021年5月更新了建議,認同病毒可能存留於空氣,在通風不良的空間裡會提高感染的風險;英國和日本也開始宣傳防治空氣傳染的策略。

但部分國家,如澳洲和臺灣,似乎尚不重視空氣傳染的危險性,並未修改官方資訊。截至今(2021)年5月中旬,疫情指揮中心仍然未將空氣傳染視為重點,因而忽略了室內通風和通氣消毒的重要性。

國外研究已顯示,在可能會唱歌、大聲說話、喘氣的室內場所,如:健身房、室內運動場、KTV、運動酒吧裡,人群在室內唱歌、大口呼吸、叫喊,都會產生溫暖、潮濕、速度快的口水氣體雲霧,並且由於口水霧帶有速度,能在數秒鐘內飛行7∼8公尺,輕鬆穿越整個室內、汙染整個室內空氣。

 

而帶病毒的氣溶膠,除了更容易傳染之外,更有證據顯示會加重疾病。過往研究已發現,帶有流感病毒、小於1 μm的氣溶膠,更容易產生重症;氣溶膠的微小尺寸,讓病毒容易深入肺臟深處的肺泡,可能導致更難控制的重症。
 

空氣傳染該如何預防?

氣溶膠的相關研究顯示,病毒的唾液,會形成極細小的顆粒漂浮在空氣中、猶如香菸的煙霧般,久久不因重力而沉降,長時間、長距離地散溢在室內空間,隨著空氣循環系統造成的氣流、散溢室內各處。

室內空間的複雜度、人群活動的劇烈程度,都影響著空氣傳染的風險高低。通風不良、人群的活動、群聚與否等,都是影響空氣傳染危險性的因子(可詳見表格)。

 

臺灣目前的三級警戒下,雖然已關閉所有的娛樂場所,但仍有部分職業,其員工和民眾必須要群聚在室內辦公、交談(如:銀行、郵
局等)、甚至長時間待在同一空間(如:醫院候診、宗教祭祀、室內裝潢等)。此時防止飛沫傳染的2公尺社交距離、隔板等措施,已經不足以保護我們。考慮到科學證據,也應重視空氣傳染的危險,強制室內需開窗、提高和室外交換新鮮空氣的頻率,甚至增添空氣消毒器械如帶UV紫外光或高效能過濾器的空氣清淨機等,以保護員工和民眾的安全。

許多實證顯示,在室內活動裡,預防空氣傳染的措施是必要的,而這僅僅只需要開窗戶、加強通風,就能壓低病毒感染危險性。而在難以開窗的環境下如醫院,利用高效率空氣過濾器或紫外光等設施過濾或者消毒空氣,亦是可選擇的保護措施。

減少COVID-19空氣傳播風險,我們可以採取的措施包括:

‧提供足夠和有效的通風,如通風設備優先設定提供潔淨的室外空氣,儘量減少室內再循環空氣。尤其如公共設施、工作場所、學校、醫院和養老院。
‧清除空氣中可能的病原體,如:使用高效率空氣過濾器,或紫外光消毒。
‧避免空間內人群擁擠,特別是大眾運輸或公共設施。
‧正確地配戴口罩,確定完全和臉頰密合,以免有任何縫隙讓被汙染的空氣侵入。

降低空氣傳染風險的措施,簡言之就是「保持通風」。不僅可行、有效,而且非常簡單。所以現在,開窗救自己一命吧!

 

保持冷靜,繼續前進。
Keep Calm and Carry On.


延伸閱讀
1. Chris Baraniuk, Covid-19: What do we know about airborne transmission of SARS-CoV-2? the BMJ, 2021.
2. Nicholas R Jones et al., Two metres or one: what is the evidence for physical distancing in covid-19?, the BMJ, 2020.
3. Kimberly A. Prather et al., Reducing transmission of SARS-CoV-2. Science, 2020.