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呼吸道病毒流行特点及影响因素(1):传播方式

已有 1306 次阅读 2024-5-13 09:57 |个人分类:病毒的世界|系统分类:观点评述

呼吸道病毒流行特点及影响因素(1)

注:本文已在《江苏预防医学2024年第一期发表。

摘要:呼吸道病毒常引起人类呼吸道感染的流行或大流行,严重威胁人类健康、公共卫生和社会发展。呼吸道病毒感染一般发病急、潜伏期短、传播快、波及人群广,临床上也缺少有效的抗病毒药物和疫苗,特别是新病毒引起的大流行,防控难度大。在药物和疫苗研发滞后的情况下,非药物干预措施预防呼吸道病毒感染和传播的重要方式。深入了解呼吸道病毒流行的特点和影响因素,制定合理有效防控措施的有重要意义。呼吸道病毒的流行有三个显著特点,包括气溶胶传播、季节性和病毒干扰现象。本文综述了呼吸道病毒流行特征的最新进展,并对未来研究和防控措施的制定做了展望。

关键词:呼吸道病毒,气溶胶传播,季节性,病毒干扰,预防控制

 

呼吸道病毒是能在人类呼吸道细胞中复制并引发急性呼吸道感染(Acute respiratory infection,ARI)的一系列病毒,分类上至少涉及6个病毒科有RNA病毒也有DNA病毒。呼吸道病毒在全球每年都造成较高的发病率和病死率,疾病负担沉重。常见的呼吸道病毒包流感病毒(influenza virus,IV) 冠状病毒(human coronavirus, HCoV)、 副流感病毒(parainfluenza viruses, PIVs)、呼吸道合胞体病毒(Respiratory syncytial vrus,RSV), 人偏肺病毒(human metapneumovirus,hMPV)、人鼻病毒(human rhinovirus ,HRV) 、人腺病毒(Human adenoviruses,HAdV)、人博卡病毒(human bocavirus ,HBoV)以及肠道病毒(Enterovirus,EV)呼吸道病毒引起的临床症状相似,一般表现为类流感症状,但不同病毒致病性、感染人群以及在不同人群引起的疾病严重程度上都存在一定差异。一般呼吸道病毒在感染健康成人,症状一般较轻,但对于一些特定人群(包括幼儿、老人、孕妇、基础疾病患者以及免疫功能低下者等)常引起严重疾病。此外,偶有动物源性的病毒(常见的主要是甲型流感病毒和冠状病毒)跨物种传播引发人类呼吸道病毒大流行,给全球公共卫生和社会发展造成严重冲击。

呼吸道病毒感染一般发病急、潜伏期短、传播快、波及人群广,临床上也缺少有效的抗病毒药物和疫苗,特别是新病毒引起的大流行,防控难度大。应对呼吸道病毒传播需要制定综合防控措施,包括药物和疫苗的研发和应用、非药物干预措施(NPIs)的制定和实践等。在药物和疫苗研发滞后的情况下,非药物干预措施预防呼吸道病毒感染和传播的重要方式。了解呼吸道病毒的流行特点是制定合理有效防控措施的前提和基础。本文在文献分析的基础上,对呼吸道病毒的传播方式、季节性以及病毒干扰等流行特点及其影响因素做了梳理,同时展望了呼吸道病毒未来演化及其防控实践。

一、呼吸道病毒的传播方式和影响因素

19世纪下半叶,在微生物学和流行病学创立和发展之初,人们就开始探索呼吸道病原的传播方式。在1918年西班牙流感大流行以及之后多次呼吸道传染病暴发和流行的应对过程中,对呼吸道病毒的传播特点逐渐有了相对清晰的认识。传统上,认为呼吸道病毒的传播方式包括:(1)直接接触感染者或间接接触病毒污染物;(2)飞沫(Droplets)喷溅到口鼻眼等黏膜而发生的短距离(<1-2m)的传播;(3)吸入气溶胶(Aerosoles)的长距离空气传播。10多年来,特别是自2020年CoVID-19流行以来,随着气溶胶学和病毒检测技术的发展,对呼吸道病毒传播方式的认识发生了范式转变。传统上,人们对上述3种传播方式在呼吸道病毒传播过程的权重,以及对飞沫和气溶胶大小界限的划分和产生方式并没有系统和令人信服的实证依据。传统认为接触是呼吸道病毒传播的主要方式,而气溶胶传播并不常见。

近年来,越来越多的的流行病学、病原学和气溶胶环境学证据表明,在包括SARS-CoV-2、流感病毒、RSV、HRV等许多呼吸道病毒传播过程中,气溶胶是病毒的主要载体,气溶胶传播是呼吸道病毒传播的主要方式

传统上飞沫和气溶胶直径大小的界线是5um,一些气溶胶学者建议把100um作为划分二者的新标准,直径大于100um为飞沫,而小余或等于100um的颗粒都属于气溶胶,前者不能被吸入,而后者可以通过吸入方式进入呼吸道。传统上认为飞沫和气溶胶主要在咳嗽、打喷嚏等剧烈呼吸活动以及相关的一些医疗操作时产生。现在许多研究认为,飞沫和气溶胶除了大小不同,产生的部位和运行轨迹也不同。飞沫(>100μm)主要由口腔中的唾液产生,一般几秒钟内在重力作用下沿弹道轨道落到地面或物体表面上。患者产生的带有病毒的飞沫主要在小于1m(特别是0.2m)范围内落到近距离的其他个体的口鼻眼粘膜而进行传播,本质上也是一种接触传播。相比之下,在所有的呼吸过程中,包括正常呼吸、说话、唱歌以及咳嗽等都能产生大量的气溶胶,这些气溶胶大小各异,其中大多数直径小余5um。呼吸道的不同部位(包括肺泡、细支气管、支气管、喉部和口腔)都可产生气溶胶,部位越深产生的气溶胶越小。离呼吸者越近,气溶胶的丰度越高。小气溶胶可以在空气中悬浮数小时,随空气流动能传播到更远的距离。

大量研究表明,无论是短距离还是大于1米的长距离传播,气溶胶都起主要作用,特别是小余5um的气溶胶附着的病毒粒子最为丰富。不同大小的气溶胶被吸入后,会沉积在呼吸道的不同部位,颗粒越少吸入到呼吸道部位越深。较大的气溶胶主要沉积在上呼吸道的鼻咽部,而小气溶胶(<5um)可以深入肺部支气管和肺泡区域。

影响气溶胶传播的因素很多,包括气溶胶本身的特性和一些环境因素。气溶胶本身的物理化学特性(大小、化学组成、PH值以及静电荷等)和所携带的病毒状况(载量和活性)是决定病毒空气传输和感染力的首要因素。此外,气溶胶在传播过程中,一些环境因素也发挥重要作用,包括温度、相对湿度、紫外线辐射、气流与通风,以及空气污染(空气颗粒和臭氧等)等。

温度和相对湿度是影响气溶胶传播和病毒活性的主要环境因素。与高温相比,病毒粒子在低温环境下的稳定性更好,有助于病毒感染性的保持,特别对于流感病毒、冠状病毒等有囊膜病毒。一定温度下,不同相对湿度影响气溶胶的蒸发率,对病毒活性也有重要影响(详见下文)。

环境中臭氧和紫外线可以灭活病毒,降低气溶胶的感染性。与飞沫相比,气流对气溶胶的运输方向和速度影响很大。户外环境气流较大,有助于气溶胶扩散。相比之下,对于封闭的户内环境,通风和过滤对于消除室内气溶胶污染起到非常重要的作用。近年来,空气污染与呼吸道病毒传播的关系,受到了越来越多的的关注。

流行病学研究发现,空气污染严重程度与呼吸道病毒的传播有一定的关联。一些研究表明,PM2.5等大气细颗粒物可以吸附携带多种病原微生物。最近一项细胞和小鼠体内试验发现,4种大气细颗粒物(包括PM2.5、粉尘颗粒、生物炭颗粒以及碳黑颗粒)都能与H1N1流感病毒很好的结合,在不同程度上通过不依赖受体的细胞内化作用进入细胞,并促进病毒的出芽和释放。搭载病毒的颗粒物更易吸入进到小鼠肺脏深部,并且可以到达肝脏、脾脏和肾脏等肺外器官,导致更严重的局部和全身性疾病损伤。

图1:呼吸道病毒传播模式(Wang et al.Sciece, 2021)

气溶胶传播.png



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