寻正

有一样东西我最痛恨，就是反复使用的棉纱口罩，因为它能把你的口鼻全蒙住，呼吸不畅。很快，外科口罩过渡到一次性使用的纸造品，由于它有一定硬度与塑形能力，使用时不觉得那么闭塞难受。外科口罩究竟有什么用？

从发明显微镜以来，科学家花了数百年才搞清楚我们的微观世界里居住着无数的潜在坏蛋，医生开始反复清洗手与手臂，还要带上手套，避免致病菌被带到病人的伤口中。不过，在医生的呼吸道还寄居着大量的细菌病毒，可能随着医生的说话呼吸传播，因此，医生使用了口罩。为了不让头发皮屑掉到伤口中，医生在操作时还大多戴有纸帽。

图一、外科手术的保护措施变化（左：19世纪；中：至70年代；右：现代）

在SARS（非典）临到中国时，外科口罩也成了抢手货，一时之间，让人觉得医生成了热门行业。北京的空气质量在奥运会期间得到了大幅提升，忘记了一个中国政治哲学家的箴言，孩子们总是贪得无厌的，今天给了米饼，明天就会向你要肉饼，因此，有了多余的米饼，最好是给邻居，莫给自己的孩子。美国大使馆粗暴地干涉中国内政，居然抢了中国内政部门的活儿，监测起北京空气质量来——看来中国政治哲学同样地适用于美国佬。中国外交部应对不力，没有强力谴责大使馆的侵权，就导致了继北京之后，广州领事馆也学起样来，下一步该成都、上海、武汉、沈阳等地开始这项服务了。

我们必须要理解美国使馆的苦心，大家都要养家糊口，假如20年后美国使馆工作人员因为心脏病而借债度日，美国政府看起来象一个大钱包（Deep Pocket），于是乎他决定起诉美国政府，因为他的心脏病跟北京工作20年有直接联系，需要美国政府支付他工伤损失。现在已经有了大量证据表明空气污染增加心脏病风险，但是美国政府拿出中国环保局数据，这工伤索赔诉讼就有些玄了。大使馆现在把每日污染监控数据存档，将来这工伤索赔就查有实据了。对于大使馆而言，假如他们想迁出北京城区到市郊享受新鲜一点的空气，起码写一个预算报告可以说又为美国人民节约了多少工伤责任（Liability），显得理直气壮。

北京市给了你们两个蓝天，不思感恩，现在天天吵着要白云。咱们不谈人性的丑陋，且说美国大使馆完全自私的举动给广大人民造成的心理负担，精明的商家大概又开始堆积外科口罩了，为了避免外科口罩脱销，给正常医务活动造成不便，我们讨论被污染的科学。

当人们戴着外科口罩上街时，其实保护的是别人，而不是自己。外科口罩的主要作用是防止医生污染病人的。医生在台上手术，是要不停地发指令的，“刀”、“剪”、“锯”、“使劲拉”、“换个大的”，医生如果不戴口罩，唾沫乱飞，清洁伤口就变轻度污染了。其次，脸上挂个口罩，是一个有效的提醒，让医生鼻子痒了不抓鼻子，免得污染了自己的手再污染病人伤口。口罩对医生的保护作用微乎其微，据说可以在病人体液飞溅时护住口鼻，我从事多年的临床过程中，极少发生，发生时，口罩也似乎不管大用，毕竟没遮着的地方太多了。

图二、各种形式的口罩-呼吸罩（最左边一次性口罩不具有过滤作用）

真正管用的是称为呼吸罩（Respirator）一类的口罩，这类口罩如果通过美国职业健康研究院（NIOSH）的标准，比如N95，则可以有效地滤过95%以上的空气粒子。这样的口罩面罩都要求跟脸型完全对合，不然，就成了摆设。最大的麻烦是这类口罩成本极高，也不适用于经常配带。即使是达到N95以上标准的口罩，在SARS（非典）与H1N1流行时，美国CDC也并不推荐普通人使用，因为它具体管用不管用，没有人知道。

为什么难以确定口罩是否管用呢？我们来复习一下基本知识。空气中的基本颗粒称为粒子或者尘。这粒子大的，比如沙尘暴，细沙扑面，敲在脸上还隐隐作痛，这些沙粒只能随风飘扬，还得是大风才行。细沙大概可以细到0.05毫米，也就是50微米，粗沙则粒粒可数，达到1-2毫米。超过100微米的粒子沉降速度为每秒0.5米，超过1微米的粒子则为每秒0.2米，相对静止的空气中都会很快降落地面。由于空气中的挠动与湍流，粗到30微米的微粒都可能长期留在空气中。但超过10微米的很少成为呼吸的负担，只要你不用嘴呼吸，10微米以上的粉尘会被你的鼻子阻挡，烧煤工或者烟囱清洁工会有切身经历。

沙粒你能看到，如果短期经历，还能从鼻垢中查见其踪迹，但对空气质量却影响不大，因为这些大颗粒很快就掉落地面了。由于我们的鼻腔就大至能阻当超过10微米的粉尘，因此，空气质量监测中使用PM10这个指标来衡量。PM10指粒子小于10微米的所有粉尘质量，通常以每立方米多少微克表示。

图三、常见空气粒子

小于10微米的尘粒能在空气中长期飘浮，还能侵入人的呼吸道，不过，大部分只能到达气管支气管，这部分粒子称为粗粒子（Coarse Particles），直径约 为2.5-10微米。在解剖结构上，气管与支气管有软骨支撑，有大量的腺体，会把表面吸附的异物随着痰液排出，所以，粗粒子相对危害也不是那么大。于是研究者进一步关注到了PM2.5，即直径小于2.5微米的粒子，认为它们才是健康更大的威胁。由于测量与控制技术上的要求，PM2.5尚未进入中国空气质量监控体系。

直径介于0.1到2.5微米的粒子称为细粒子（Fine Particles），它们能到达细支气管。细支气管腺体减少，环绕着肌肉细胞，这是人体调节通气量的结构，如果肌肉收缩，则通气阻力增加，通气量减少，反之则增加通气量。当细支气管因为刺激而大量收缩时，就产生哮喘，严重时产生呼吸障碍，危及生命。

直径在0.1以下的粒子称为超细粒子（Ultra Fine Particles），有的人称之为PM0.1。不过，可能永远不会产生PM0.1这么一个衡量指标，因为超细粒子太小，称它们的重量没有太大意义，现在科学界针对超细粒子是数个数，每立方米多少个粒子。对于超细粒子，它们有进入有呼吸交换功能的肺泡管及肺泡的能力了，由于它们能进出自由，学术界认为它们很危险，正在努力研究其危害及控制。

通过对比呼吸道管径与阻止粒子大小我们知道，如果我们只考虑筛子一样的作用，上百微米的细沙都能进入肺泡。石棉会引起石棉肺，因为其微粒可以小至1微米以下，达到肺泡，而肺泡直径有200微米，单考虑筛子样作用，所有的石棉颗粒都能塞进肺泡中，石棉颗粒最大只有90微米，但只有小于1微米的颗粒能达到肺泡。引起尘肺的颗粒大多能达到1微米以下，而操作工人要多年后才会因为积累而产生疾病。

那么我们的呼吸道究竟是怎么阻止远比其管径小得多的颗粒进入的呢？

图四：呼吸道通透口径与粒子一般沉着部位示意图

不知道是否有人想过，如果我们的肺在胸部直接开一个大口子呼吸，岂不可以免除许多麻烦？比如再也不会有人噎死了。这种设计的麻烦在于，再也不会有人去开矿了，上帝还得给人装上能换洗的肺。气流要进入我们的肺，必须通过七弯八拐的气道，大一点的粒子，在拐弯时就会撞上气道壁，而气道壁上的粘液就把它束缚住，然后从痰液中排出，这个过程，称为阻落（Impaction）。

在阻落之外，粒子会因为重力下降，显然，如果落在气道壁上，也构成了痰液的一部分，这个过程称为沉降（Sedimentation）。

气体、液体、与固体的本质区别在哪里？在于基本粒子的活动度。在气态下，分子原子在跳舞，大家除了偶尔相互碰一下，并不相互粘在一起；而液态时，分子原子在挣扎，刚摆脱左边的，又给右边的粘上了，但粘来粘去，活动度挺大；固态时就对不起，只能原地抖腿跺脚。分子原子以及气溶胶中的微粒没有规律的跳动称为布朗运动。高速的布朗运动就会让气体迅速地扩散（Diffusion），别人放个屁，或者你自己放个屁，马上就闻到了，并不是有命运之神捉弄你，派出一股风扭扭曲曲地把屁送到你的鼻子里，而是那些气体分子在布朗运动中迅速扩散，到达气体不受阻碍的任何部位。在呼吸道中，那些小粒子如果因为布朗运动而撞到壁上，显然也会马上被清除。

这三种作用就是口罩或者呼吸器的工作原理，在过滤装置中，气流必须经过弯弯曲曲的通道，而通道周围是有吸附能力的材料，比如活性炭或者其它粘性材料，有时还会采用静电，以增强材料的吸附能力。

跟人的呼吸道类似，大的粒子很容易通过阻落或沉落的机制滤掉，小的粒子很容易通过扩散的作用滤掉，最容易通过的还是那不大不小的粒子，大约在0.1-1.0微米之间，对所谓高效滤网（HEPA）而言，最易通过粒子大小（MPPS）是0.3微米。人的呼吸道对这样的粒子阻挡效率低于20%。

图五、过滤装置工作原理示意图

病毒颗粒一般在0.005-0.3微米大小。每一个SARS（非典）病毒约为0.08-0.09微米，而流感病毒是0.1微米，它们在空气中分布又可能吸附在其它粒子身上或者吸附更小的粒子而变大。据Lindsley等人在2010年的报道，病人排出的流感病毒微粒35%超过4微米，23%在1-4微米之间，而42%不到1微米，在低滤过区间。由于SARS病毒跟流感病毒差不多大小，我们不难猜测，很大一部分的SARS病毒跟流感病毒一样，呼吸器都未必挡得住。

呼吸器挡不住病毒，那么外科口罩肯定挡不了空气污染。然而，我们不能反对人们戴着口罩上街，对于潜在的病人来说，我们要鼓励他们戴上呼吸器上街，免得传染别人。由于喷嚏传播病毒的效率是咳嗽的数倍，戴外科口罩也是很好的公德行为。对于经常放屁污染环境的五毛，还应挂一个呼吸器在屁股上。

点此阅读《被污染的科学（二）专家蒙别人》