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口罩背后的秘密
发表时间:2017-01-13 11:33:34 作者:本站编辑 来源: 本站原创

口罩背后的秘密

谁应该戴口罩?已经发病的还是易感人群?是病人还是健康的人?

当我们遇到患有流感的人,我们可能会问这些简单的问题。自2003年非典疫情以来,口罩对亚洲的许多男人和妇女来说已经是日常生活的必需品。我经常在香港火车或者汽车上看到人们戴着口罩。

这里所指的口罩,是指医院里医生或者护士所戴的一次性手术口罩。医用口罩有什么用?首先,它能够过滤掉大部分大的液滴或者颗粒(直径大于20微米),也能过滤掉细小的飞沫核(对于直径小于20微米大约能过滤掉2-92%)。其次,它能阻止带口罩的人呼出的气体直接释放到空气中,并引导呼气进入人体的热羽流中。由于第二个特点并没有被很多人认识到,我们对此做以下解释。

由于呼吸道疾病大多数都是通过大粒径的飞沫途径传播,因此易感人群和患者戴口罩是非常有用的。对于易感染人群,戴口罩可以减少吸入大的飞沫的风险,对于患者来说,带口罩可以将大多数大液滴保留在口罩后面,同时能够杀灭排出的毒气。当只有少数人患病时,在非医院环境下,仅病人需要戴口罩。

对于一种通过细小飞沫核来传播的空气传播传染病,易感人群通过戴普通口罩可能不会显著降低他或她的感染风险,当一个患有空气传播疾病的患者在附近时,易感染人应该戴什么呢?我们可以戴一个口罩,该口罩能够过滤掉大部分细小飞沫核(至少95%),即所谓的N95口罩。但是患者通过戴医用一次性口罩在某种程度上会降低感染他人的风险。原因正如上面所讲:它能阻止带口罩的人呼出的气体直接释放到空气中,并引导呼气进入人体的热羽流中。见发表在《New England Journal of medicine》的图示:

1)没有带口罩时,呼出的气流直接喷射到人的呼吸区域的环境中;

2)当戴上口罩时喷出的气流会被人体发热所产生的热羽流所捕获上升。

1)没有带口罩时                       2)当戴上口罩时

因此,对于保障公众的身体健康,一个关键问题是,搞清楚任何一种特殊的疾病传播是通过液核的空气传播,还是大的飞沫传播,还是两者都有。如果两种传播途径都存在的话,那么哪种相对更重要呢?怎么接触的呢?遗憾的是,我们还不知道这些问题的答案。

在2009年H1N1流感期间,由于对疾病传播途径缺乏相关知识导致了在医护人员的口罩使用上官方给出了不一致的建议。例如,WHO建议使用手术口罩,而美国国家科学院建议使用N95口罩。这种矛盾揭示了研究每一种可能传播途径的重要性。在本研究中不仅仅研究流感,在不久的将来,下呼吸道感染和肺结核仍将处于全球七大疾病之中。

当研究有关流感传播途径的文献时可以看到下面两个有意义的见解:

第一, 在医学领域,数学模型的结论与实证经验不相符。观察发现,感染流感或者其他呼吸道疾病的人都非常接近患者。这一观察常用于作为大液滴及近距离接触传播的证据。传播距离超过1~2m通常被引用作为空气传播的根据。为什么1~2m的距离成为液滴及空气传播的分界线?一种解释是大多数大的液滴在距离呼气口1~2m内会沉降。然而,Atkinson and Wein (2008)通过使用模型方法发现,近距离的、无防护措施的、水平方向的喷嚏引起的流感是极少发生的,如果发生气溶胶传播是该流感传播的主导模式。Nicas and Jones (2009)也使用了模型方法表明气溶胶传播和手接触及近距离接触是同样重要的方式。

关于空气传播途径在结核病、水痘以及麻疹传播中的重要性很少有所争论,分歧主要是在流感、普通感冒以及SARS方面。即使是参考类似的文献,不同的作者关于空气传播的特性也会得出不同的结论,例如Tellier (2006)和 Brankston 等人(2007)关于流感的研究。

第二,一些推理表明由于流感主要发生在非常靠近患者的情况下,因此通过吸入液核而发生的空气传播似乎不是主要原因(Brankston,2007)。关于飞沫传播的这种推理存在逻辑问题。尽管雾化感染会发生在非常靠近患者的地方,但是推断出近距离感染一定是通过液核雾化感染是不合逻辑的。我们知道如果易感染人群和患者非常靠近(1~2m之内),那么易感人群暴露于患者呼出的液核中的可能性会大大增加。这一临近效应表明短距离范围内通过液核发生空气传播是有可能的,此外大液滴的传播也有助于临近感染的发生。Nicas和Jones (2009)也争论到近距离接触不仅允许液核雾化感染的发生,同时增大吸入液核及可吸入液滴的暴露水平。

对于空气传播,我们需要考虑短距离及长距离传播路径。也可以假设感染发生在非常靠近患者的区域内,包括飞沫传播以短距离空气传播。如果这是正确的,那么自从Wells (1934)的开创性研究之后,短距离空气感染很可能被错误的归为飞沫感染这一类。飞沫传播及短距离空气传播的机理是不同的。因此,两种控制方法的效果也是不同的。对于短距离传播,无论是飞沫传播还是通过液核的空气传播,采用通风稀释这些传统的方法不是很有效。如果液核传播和短距离传播处于同样的地位那么个人呼吸措施包括戴口罩会有一定作用。

Wells(1934)调查降落飞沫的蒸发现象(显然受降落雨滴研究的启发)他发现,在正常的室内空气条件下,直径小于100微米的飞沫从2m高下降到地面之前已完全干燥。这一简单、极好的发现允许Wells 在飞沫产生源处,即嘴,基于感染性飞沫的尺寸建立飞沫和液核传播的第一个科学理论。通过Wells的发现,飞沫传染是通过直径大于100微米的液核传播的。这些大的飞沫由于重力的作用而发生沉降,因此从发生源开始,感染范围就会限制在很小的距离内。相反,空气传播感染主要是因为干的感染性液核引起的,这些液核从嘴喷出来时直径小于100微米。这些飞沫将快速蒸发,变成液核,这些液核仍然悬浮在空气中很长时间,并在接触易感人群之前已被气流携带至很远处。

Wells的研究对室内空气科学协会来说开拓了重要的视野。他是第一个展示了如何利用飞沫的物理性质帮助解释疾病的传播。在研究室内气流、湿度、温度、飞沫的蒸发和扩散以及空气净化等相关方面,他的工作清楚的表明,室内空气团在感染性疾病中扮演着重要的角色。现在我们能够分清以液核大小为基础的两种传播途径,能够让我们考虑不同的干预方法,如通风或者使用口罩。    

室内空气科学界的研究有助于进一步了解呼吸道感染的传播途径,特别是流感等疾病吗?答案是肯定的。一个多学科的研究方法是必要的。人类已经成功的消灭了天花,

但在世界各地,普通感冒仍是屡见不鲜,流感仍在季节性蔓延,这都给人类带来了很多苦难。


   口罩背后究竟是什么?我们知道很多,但还有很多未知数,我们还有许多事要做。

 

作者:室内环境与健康分会  李玉国  钱华


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