新冠「物传人」概率有多大?

缺少空气传播可能性的情形下,物体表面传播新冠病毒的情况「极其罕见」

一直以来,人们对新冠病毒「物传人」的风险存在担忧:一方面担心阳性感染者接触过的物品、生活居住的场所,会残留可以感染易感人群的病毒;另一方面,万一被病毒污染的物品历经物流快递途径到达终端和消费者手中,病毒活性是否还会存留,导致隐秘传播?

近日,就有江苏徐州睢宁县对阳性病例和无症状感染者住所进行终末消毒,其消毒目标是,「确保终末消毒后的场所及其中的各种物品不再有病原体的存在」。而此前,广东、北京等地确曾报告疑似因国际邮件暴露感染引起的疫情传播,随后多地出台针对国际邮件消杀、暂停收发或人员核酸检测等举措。比如,2 月 9 日深圳市出台《境外输入物品疫情防控工作指引》,要求在全市范围内加强入境邮件快件疫情防控工作,严防新冠病毒「物传人」。

一些专家则认为,病毒没有自我生存的能力,只能寄生于宿主才能存活。由于新冠病毒并不能在环境中长久具有生物活性,因此入户消杀对消灭病毒基本不起作用。即便新冠病毒可以依附于物体表面存活,也只是数小时和几天,不用消杀就会自动灭活。

在科学界,对于新冠病毒能在物体表面「存活」多久,以及病毒「物传人」的概率有多大,已经有多项实证研究可供参考。

最新的一项研究来自美国密歇根大学团队于 2022 年 4 月 27 日发表的论文,他们称,针对大学校内采集的真实环境样本做出的模拟分析表明,新冠病毒通过物体表面传播的概率是通过气溶胶等空气传播方式的千分之一以下;而接触新冠病毒阳性物体表面后感染的概率,每 10 万次接触仅会有 1 次感染。气溶胶是指空气中稳定分散悬浮的液滴或固体小颗粒。

在环境中,病毒聚在一起以病毒颗粒或病毒粒子的形式存在,维持着潜在感染能力,可能遇到下一个宿主并恢复自己的「生命力」。但随着时间推移,环境中接触不到活体细胞的病毒会逐渐失去活性,且在自然条件下无法恢复感染能力。多项研究发现,环境及物体表面的病毒样本在短时间内即会失去感染能力。

多名专家表示,物体表面传播新冠病毒的可能,更多时候伴随飞沫及气溶胶传播,在这种情况下,难以分离出单独从物体表面传播的概率;但在缺少空气传播可能性的情形下,物体表面传播新冠病毒的情况「极其罕见」。

新冠病毒的传播方式

病毒只有寄生在活细胞中,才能长时间存活并不断自我复制。新冠病毒需经由鼻腔、口腔、眼部黏膜等途径,与受体细胞结合,从而感染人。根据世界卫生组织(WHO)最新的说法,目前的证据表明,新冠病毒主要在密切接触的人际间传播,例如在 1 米以内,当患者咳嗽、打喷嚏、说话或呼吸时,病毒会以微小的液体颗粒从其口腔或鼻腔传播出,这些有传染性的液体颗粒物会被短距离内的未感染者吸入,造成传染。这种传播方式被称为短距离气溶胶(short-range aerosol)或短距离空气(short-range airborne)传播。如果这些传染性颗粒物与被感染者的眼睛、鼻子或嘴巴直接接触,则被称为「飞沫传播」。

飞沫传播中,飞沫的溅射距离有限,当距离超过 1–2 米时,大的飞沫滴液会落地。但小的液态颗粒可以相对稳定地悬浮在空气中形成气溶胶,并停滞较长时间。在新冠疫情防控中被提倡的「保持 1 米以上间隔」,正是预防飞沫传播和短距离气溶胶传播相对安全的距离。

气溶胶能悬浮在空气中或飘浮至 1 米以外,在通风不良或拥挤的室内传播。国际学术期刊《病理学杂志》2013 年一篇研究给出的界定是,飞沫传播指大颗粒液滴(>5 微米)扩散至较近范围,空气传播则被定义为气溶胶(≤5 微米)传播或扩散距离大于 1 米。

病毒也会在通风不良或拥挤的室内环境中传播。在这类环境中,气溶胶往往可以在空气中停留较长时间,甚至飘浮至 1 米以外的远距离。这种传播被称为远距离气溶胶(long-range aerosol)传播。

飞沫和气溶胶也可以附着在环境中,比如感染者咳嗽的时候正好对着手边的书,书页上就会附着带病毒颗粒的飞沫,这本书也就成了「污染物」。学界将这种可能性称为「污染物传播」(fomite transmission)。但这一名称并未出现在 WHO 认定的新冠传播方式中。WHO 仅提示,人们还有可能因触摸被病毒污染的物体表面后,不洗手就触摸自己的眼、鼻或口部而受到感染。国内通常所说的「物传人」,即是指这种情况。

需要指出的是,并非只要有含病毒的气溶胶或污染物存在,就一定会触发病毒感染。后者还取决于病毒滴度(即单位体积内存活的病毒数量)等指标。而对一次接触多少新冠病毒才会触发感染,目前学界研究较少,鲜见对这一数据的定论。

一项 2020 年发表在期刊《科学-转化医学》上的研究,对 39 起现实生活中发生的新冠传播事件进行分析后发现,一次大约需要接触 1000 个新冠病毒 RNA(核糖核酸)才会触发感染。这一数字与流感病毒相当。深圳市第三人民医院院长卢洪洲于 2022 年 4 月上旬在一次讲座中介绍,埃博拉病毒一次感染 1 个病毒就可能发病,艾滋病病毒一次感染 100 个病毒会发病,流感病毒则一次要吸入 1000 个病毒才会感染。

相关病毒传播的研究中,一般假设感染者说话时喷出的飞沫单滴直径约为 10 微米,而一滴飞沫中包含的病毒颗粒通常就可以超过 1000 个。在通风不良的室内条件下,气溶胶可以轻易聚集累积,从而使得人们在这种环境下极易接触到足以引起感染数量的病毒。因此,WHO 将「保持环境通风」也列为重要的新冠预防措施。

关于以空气为介质的飞沫传播和气溶胶传播,与污染物表面传播,其效率对比如何,密歇根大学研究团队 4 月 27 日在《自然》子刊《暴露科学与环境流行病学杂志》上发表的论文称,对从校园周围的空气和物体表面采集的样本进行测试后发现,人们从呼吸的空气中感染新冠病毒的可能性是从接触物体表面感染的 1000 倍。

2020 年 8 月至 2021 年 4 月,密歇根大学环境健康科学和全球公共卫生教授理查德・奈泽尔及同事在封闭校园内的不同地点多次采集环境样本,包括由特殊仪器过滤出的气溶胶和物体表面拭子。这期间,密歇根大学几乎每天都报告新增新冠病例。研究人员共收集了 250 多个空气样本,其中 1.6% 的样本新冠病毒检测结果呈阳性。而在 500 多个物体表面样本中,1.4% 呈阳性。

通过分析样本的病毒载量、感染的暴露时长、实际感染人数等数据,研究者评估认为,气溶胶每 100 次接触感染为 1.5 次左右。接触新冠病毒阳性物体表面后感染的概率,每 10 万次接触感染次数仅有 1 次。也就是说,通过空气吸入气溶胶导致新冠病毒感染的风险,比「物传人」高出 1000 倍以上。

「我们的研究结果表明,与接触门把手、饮水机、键盘、桌子、水槽和电灯开关等表面感染新冠病毒的风险相比,从空气中吸入病毒的几率要高得多。尽管学校环境与其他环境可能不一样,但我们的研究结果表明,人们应更关注冠状病毒的吸入风险。」奈泽尔说。

「物传人」的条件

在实际生活中,人接触到的新冠病毒本身需要有感染能力,才能构成触发人类感染的条件。已经失去活性的病毒在自然条件下无法恢复传染性,只有在实验室中通过生化手段才能利用失活的病毒重新合成有活性的病毒。

南方医科大学公共卫生学院教授赵卫告诉财新,单个病毒只有能感染和不能感染两种状态,而环境中的病毒粒子是否具备感染能力,取决于粒子中有感染能力的「活病毒」的数量。随着时间的推移,留在环境中迟迟接触不到活体细胞的病毒会逐渐失去活性。

From the Caixin Weekly, May 16, 2022. Before it's here, it appears in the Overlook.

因此,通过核酸检测方式能够检测到的物体表面样本呈阳性,并不代表人类接触这种物体就会感染新冠病毒。只有污染物表面具有足够多有感染能力的活病毒,接触到的未感染者才可能被感染。

香港大学李嘉诚医学院教授、病毒学家金冬雁告诉财新,奥密克戎「物传人」的可能性是存在的,只是条件相当苛刻:病毒要在物品表面长期保持活性,仅仅检出阳性只代表病毒在其上停留过,通俗讲就是阳性结果的可能只是测出了病毒的「尸体」;之后人的手要接触到物品上的活病毒,还要触碰眼睛、鼻子或嘴巴,最终使病毒附着在呼吸道黏膜上,「这个风险靠注意手卫生就可以解决」。

新冠疫情防控中的重要一环是核酸检测,但核酸检测测的是病毒 RNA,无法检验出病毒活性。也就是说,在病毒失去活性不具有感染性的情况下,也可能检测呈阳性。这是因为核酸检测的原理是采样后通过基因扩增循环的方式,检测样本中是否含有新冠病毒的标志性基因片段。

在实践中,一般认为可通过核酸检测结果的 Ct 值来判断新冠病毒样本的传染性。在首次检测到这些基因片段之前,扩增循环的次数越少,代表着样本中病毒的载量越高。这一循环的次数被称为 Ct 值。上海市卫健委副主任赵丹丹 5 月 4 日在一次新闻发布会上表示,实践研究证明,处于康复期内的新冠患者核酸检测结果 Ct 值≥35 时,样本中分离不出活病毒,也就意味着患者体内的病毒不具备传染性。这一标准在《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第九版)》中亦有提及。

从环境中取样的新冠病毒样本是否具有传染性,需要通过细胞实验检验。2020 年 12 月,以色列生物研究所领导的团队在期刊《临床微生物及感染》上发表研究,他们采集了真实世界的环境样本进行细胞实验,并对其进行传染性分析。结果显示,一家收治新冠病人的医院中采集的 42 份表面样本中,有 16 份呈阳性;一家隔离轻症及无症状患者的新冠隔离酒店中采集的 55 份表面样本中,有 29 份呈阳性。然而,在细胞培养实验中,所有的阳性样本病毒 RNA 都无法感染细胞组织,这意味着所有这些阳性样本都已没有传染性。在医院护士站的空气取样过滤器上检测出的阳性样本,Ct 值为 38.8。按照 2022 年 3 月 22 日中国国家卫健委发布的第三版核酸检测指南,Ct 值高于 35 时,核酸检测结果为阴性。

环境因素会影响新冠病毒的活性及存活时间。目前的研究发现,在一定范围内,温度和相对湿度这两个因素与病毒在环境中的存活时间均成负相关,即温度和相对湿度越低,病毒存活时间越长。2020 年 10 月由澳大利亚疾控中心的研究人员发表在《病毒学杂志》上的论文显示,对比 20°C、30°C、40°C 的温度条件,20°C 下新冠病毒存活时间显著增加。不过,赵卫表示,即便是在实验室超过零下 50°C 的超低温冰箱内,保存时间久了以后,病毒的活性也会大大降低。

此外,阳光中的紫外线也能杀死环境中的病毒。数据显示,在温度为 23°C、相对湿度为 20% 的条件下,紫外线指数 2 和紫外线指数 7 的情况,新冠病毒的半衰期分别为 5.32 小时和 2.84 小时,相差近 1 倍。

根据多项环境研究的数据汇总,在不考虑紫外线指数的情况下,附着于污染物表面的新冠病毒在温度为 25°C、相对湿度为 60% 的环境中,约 7.7 小时后失去一半活性,4 天之后病毒几乎完全失去活性。

新冠病毒在不同材料的表面能存活的时长也不一样。2020 年 3 月《新英格兰医学杂志》上的一项研究表明,40% 相对湿度和 21°C–23°C 温度条件下,雾化新冠病毒在气溶胶中 3 小时后仍有存活,在铜表面则能存活 4 小时,纸表面 24 小时,塑料或不锈钢表面则是 2–3 天。参与该研究的机构包括美国国立卫生研究院(NIH)下属的国家过敏和传染病研究所(NIAID)、美国疾病控制与预防中心(CDC)、普林斯顿大学、加利福尼亚大学洛杉矶分校等。

此外,该研究还评估了上述气溶胶和不同物质表面中的病毒半衰期,即活病毒数量减少一半所花的时间。其中,新冠病毒在气溶胶中的半衰期中位数是 2.74 小时,铜表面是 3.4 小时,硬纸板表面是 8.45 小时,不锈钢是 13.1 小时,塑料是 15.9 小时,基本与 SARS 病毒相似。惟一数据相差较大的是硬纸板,SARS 的半衰期仅为 1.74 小时,而新冠病毒比 SARS 在纸表面上保持活性的时间相对更久。

2020 年 5 月,香港大学研究团队发表在《柳叶刀》上的一项研究发现,将新冠病毒放在温度 22°C、相对湿度 65% 的环境下,培养 3 个小时后,在印刷纸张上检测不到病毒;培养 2 天后,在木材和布料上检测不到;第 4 天,在玻璃和钞票上检测不到;第 7 天,在不锈钢和塑料上检测不到。

CDC 曾在 2021 年 4 月的科学简报中介绍,典型室内环境条件中,新冠病毒在不锈钢、塑料和玻璃等无孔表面上预计 3 天(72 小时)内减少 99%,而类似纸、木头、棉布等多孔表面存活时间更短。因此,CDC 认为,带有新冠病毒的物质进入室内后,3 天后还能进行接触传播的风险很低,大多数情况下做好清洁就足以降低风险。「根据现有的流行病学数据和对环境传播因素的研究,表面传播并不是新冠传播的主要途径,风险被认为较低。」该简报中写道。

新冠「物传人」的概率

事实上,之前的 2020 年 7 月,美国罗格斯大学微生物学教授伊曼纽尔・戈德曼等人在《柳叶刀》上发表了他们对新冠病毒在各种物体表面存活时间的研究并已得出结论:(新冠病毒)通过无生命表面传播的机会非常小,这种传播「只发生在感染者在表面咳嗽或打喷嚏,并且其他人在之后不久(1–2 小时内)接触到该表面的情况下」。

戈德曼向财新介绍,实验室里会通过测定病毒颗粒在环境中的半衰期来动态衡量病毒活性。比如,一个包含 1000 个活病毒的粒子在多少时间内会有一半的病毒数死亡;随后,这个包含 500 个活病毒的粒子什么时候会再有一半的病毒死亡。大部分实验初期使用的浓缩病毒的滴度非常高,在现实生活中几乎是找不到的。初始使用的病毒越多,在病毒几乎完全消失前,测定到的半衰期就越长。新冠病毒是一种将遗传物质包裹在蛋白质衣壳下的包膜病毒,而类似的包膜病毒 phi6 已在实验室中被证明,与正常低浓度的滴度相比,phi6 在高浓度下可以触发「自我保护」,从而使得半衰期变长。这一结果对新冠病毒研究或也有参考意义。

此外,戈德曼指出,实验室的实验给病毒存活设定的条件通常优于现实生活。在实际生活中,来自阳光的紫外线非常有利于杀死病毒,因此病毒在现实中会更快衰减。他认为,物品经历了长途运输后,终端和消费者通过物流和快件途径,被依然拥有活性的新冠病毒感染的可能性非常低,「冷链」是惟一可以说得通的物体表面传播方式。

一个坏消息是,奥密克戎变异株比原始新冠病毒株在环境中的存活时间更长。香港大学李嘉诚医学院近日发布的研究结果显示,在光滑材料表面上,奥密克戎变异株在 7 天内仍具有一定传播能力,而新冠原始毒株的传染能力在第 2 天就大幅减弱,并在第 4 天失去传播能力;在多孔、凹凸不平的物体表面上,奥密克戎变异株可带毒传播 30 分钟,而原始毒株会在 5 至 15 分钟后失去传播能力。不过,这项研究中的病毒处于实验室环境中,不受真实世界中紫外线、气温等因素影响。

一个好消息是,该团队负责人金冬雁教授指出,奥密克戎变异株即使能更久地在物品上存活,载量也非常低。病毒载量低意味着引起重症的可能性低。「即便真的发生『物传人』,那么少的病毒进入体内也不太可能引起重症。」金冬雁认为,「病毒只有侵入肺部才会引起重症,按照奥密克戎『嗜鼻』不『嗜肺』的特性,少量的病毒大概率停留在上呼吸道黏膜,很难侵入。」

上海市疾控中心一位人士对财新指出,即使病毒在气溶胶中存活的时长和在物品上的存活时长差不多,气溶胶的流动性也使其更加「危险」。「一个病例咳嗽喷嚏形成气溶胶,十分钟飘到隔壁窗口是有可能的,但是他把痰液吐在垃圾桶里,这个垃圾桶不可能到处跑,除非有人来接触。」他补充说,上海疫情至今没有发现有明确证据的快递「物传人」案例。

中国疾控中心流行病学首席专家吴尊友也表示,在过去两年多的新冠防控中发现,新冠病毒可能通过「物传人」的方式进行传播,但不是疫情的主要传播方式。通过洗手可以简单有效地切断这一途径,保持手的清洁卫生可以有效降低新冠感染的风险

我们应该学会去理解别人的观点,不仅仅是服从和被告知。

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