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氣溶膠傳播?

2020/2/11 — 12:57

【文/Anna Cheng】

2 月 8 日,中國的衛生防疫專家指出新型冠狀肺炎可經氣溶膠 (aerosol) 傳播 [1]。隨後,有人主張應該叫「霧化傳播」而非氣溶膠傳播,也有人指這等同空氣傳播,一時間眾說紛紜,令人無所適從。

筆者嘗試綜合各方說法,認為問題癥結在於不同人士(尤其來自不同領域的人)對於「氣溶膠」以及氣溶膠傳播/霧化傳播 (aerosol transmission) 有不同的解讀。 

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對一般人來說, 氣溶膠就是常說的懸浮粒子, 無處不在;但在流行病學上, 氣溶膠卻指透過特定霧化過程產生的微小水滴,因此「氣霧」是比較貼切的說法。霧化過程包括醫療過程, 至於是否包括咳嗽、 吃火鍋等日常活動, 就筆者所見似乎還沒有一致說法。

「空氣傳播」也有類似的分歧。對普羅大眾來說,空氣傳播意味著只要在同一個空間呼吸就有可能受到傳染,而且外科口罩也擋不住那些極微細的粒子(氣溶膠)。但能夠傳播病毒的氣溶膠也有不同大小,如果需要較高劑量才會致病,那麼攜帶病毒的氣溶膠也會比較大顆,在空氣中能逗留的時間也不一樣,即是說傳播能力也有所不同。然而即使是同樣大小的氣溶膠,在一些文獻裡算是「空氣傳播」,在另一些文獻卻不算,導致大家對中國官方公布的「氣溶膠傳播」一詞各有各說法。

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淺談氣溶膠

在筆者較為熟悉的大氣科學領域中,氣溶膠定義非常廣泛, 類似所謂的大包圍, 大概也是一般大眾對氣溶膠的常有印象。 

廣義來說,氣溶膠(台灣稱作「氣膠」)泛指在空氣中懸浮的微粒,可以是液體或是固體。中文譯名裡的「膠」令人聯想到塑膠,但其實氣溶膠可以包含各種不同化學物質。例如大家熟悉的 PM10 與 PM2.5 、撒哈拉沙漠的砂塵、澳洲山火的濃煙都是氣溶膠。當大氣的氣溶膠大量積聚,導致能見度惡化,氣象學家就會稱之為霧霾現象。幸好,降雨能夠有效清除空氣中的氣溶膠,也因此傍沱大雨過後的天空看起來特別藍。

氣溶膠的大小有多個尺寸,剛生成的硫酸鹽粒子只有幾納米( ~0.001 微米,而一根頭髮的粗度大概是 50–70 微米),砂塵、花粉則可以大於十微米。研究氣溶膠的科學家通常用直徑大小把氣溶膠分為幾個模 (mode)。

最小的粒子被稱為「核凝模」 (Nucleation mode) 或「艾特肯模」 (Aitken mode) ,直徑小於 0.1 微米。它們通常是剛產生的氣溶膠,容易通過與其他粒子的碰撞變成更大的粒子。

最大的粒子叫「粗模」(coarse mode), 因為質量大,容易通過重力沉降(gravitational settling)清除。粒子愈大,壽命愈短。

至於在中間、介乎 0.1 至幾微米的的粒子則被稱為「積聚模」 (accumulation mode),不易和其他粒子碰撞,但在大氣對流層的壽命可長達一星期。因為這些粒子足夠細小,能在我們呼吸時直入肺部,對健康造成不良影響。在監測空氣品質時,比起 PM10(直徑小於10微米的粒子),我們更關注 PM2.5(直徑小於 2.5 微米的粒子)。

這樣說,氣溶膠不就是我們一直在說的懸浮粒子嗎?但為甚麼有醫生說氣溶膠不會在日常生活中出現 [2],只會在醫院使用霧化器材[3]或洗熱水澡等產生大量水氣的情況 [4]等「aerosol generating procedure」才會產生呢?

這是因為在醫學上說的 aerosol 和我剛剛介紹的大氣氣溶膠並不等同。從大氣科學的角度,任何能懸浮的液體或固體都可以稱為氣溶膠。但在流行病學裡的氣溶膠卻似乎有各種不同的定義: 中國官方說法是「飛沫混合在空氣中,形成氣溶膠,懸浮於空氣中」,但之後又解釋是「氣霧」[5],即是上面提到一般情況下並不會產生。而筆者在提到氣溶膠傳播 (aerosol transmission) 的醫學論文讀到的定義大約是「由人體(說話、咳嗽)或醫療程序產生、有可能含有病原體的微小粒子」[6]

雖然論文中的定義各有不同,但都會提到氣溶膠的兩個特性:在空氣的壽命長,以及可以隨著空氣流動、亂流而被帶到遠處。所以如果病毒可以透過氣溶膠傳播,那麼就有可能傳染到沒有和患者近距離接觸的人們,對嚴峻的疫情來說絕對是雪上加霜。

氣溶膠傳播 = 空氣傳播?

有新聞引述台灣學者批評中國用「氣溶膠傳播」一詞是為了避談「空氣傳播」(airborne transmission) [7],但亦有香港醫生指出「氣溶膠傳播」不等同「空氣傳播」[4]。看似矛盾,其實前者的「氣溶膠」是咳嗽等過程產生的氣溶膠,在空氣中懸浮,在人們呼吸時入侵肺部(類似中國之前的說法)。而後者則指是通過霧化過程產生的氣霧,不容易存在於日常生活,並沒有一般「空氣傳播」那麼高危(比較接近中國之後的補充)。筆者猜測是相關文獻本來就沒有一致的定義,再加上 2 月 8 日中國的解說也沒有充分說明,以致不同人都有不同解讀。  

那麼在文獻裡,「氣溶膠傳播」和「空氣傳播」又有甚麼關係呢?筆者約略翻查文獻,看到不同的解釋。例如在 2019 年 1 月出版的論文裡面 [8], 就將「空氣傳播」定義為透過 10 微米以下的氣溶膠傳播方式, 亦即兩者是同一個概念。透過空氣傳播的病毒及細菌裡, 最廣為人知的是麻疹和水痘。 作者也提出要檢驗一種病毒是否能透過空氣傳播, 需要看不同驗證方式能否得出一致結論, 包括臨床觀察、流行病學研究、動物模型實驗等方法。 

但也有論文提出不同的定義。 在 2015 年出版的文獻回顧 [7] 就提出「氣溶膠傳播」是介乎「空氣傳播」和「飛沫傳播」之間的傳播途徑, 而「空氣傳播」是指 5 微米以下的氣溶膠傳播方式。 如果採用這個說法, 那麼「氣溶膠傳播」和「空氣傳播」是兩種不同的方式。

雖然字眼上各有不同,但我想大家關注的問題都是一樣:當有人在街頭打了個噴嚏或者咳嗽,而我在街尾,會否有受到感染的風險呢?要有系統地解答這個問題,我們需要知道更多詳細資訊,例如病毒感染的最低劑量(infectious dose)、病毒於不同濕度的空氣中的存活時長、患者的口水或糞便含有的病毒量等等,才可以準確評估風險。

遺憾的是,中國官方現階段公布的資訊不多,我們無從得知新型冠狀肺炎在空氣中的傳播能力,或者是他們如何得出「氣溶膠傳播」這個結論。暫時看來,新型冠狀肺炎的傳播能力(現時推算R0=2–4,即一人平均感染2–4人)[9]雖然高,但和麻疹(R0約為12–18,即一人平均感染12–18人)[10] 等已知透過空氣傳染的傳染病仍有一定差距。不過今次疫症日日都有出現新情況,例如今天( 2 月 11 日)就有專家懷疑病毒從排氣管進入民居。現時我們對這個病毒所知有限,將來的研究應該會推算出不同的R0數值。

我們對於新型冠狀肺炎的恐慌,一部分源於它有太多未知因素。在專家能確認病毒是否能透過空氣傳染,大家大概都忍不住想搶購防護性更高的裝備保護自己。筆者認為在採取進一步的措施前,最好先確認自己已經做好基本措施、顧好個人衛生。寫到這裡,筆者發現自己很久沒清潔鍵盤了......

參考資料:
[1] 2 月 8 日上海市新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控新聞發布會
[2] 問問 Dr Friend - 長頸鹿醫生的面書帖文
[3] 杏林覺醒 Médecins Inspirés的面書帖文
[4] 衛健委:暫命名「新冠肺炎」 專家:可經氣溶膠傳播/明報 
[5] 中國疫控中心專家: 只在特殊條件下 新型肺炎才會透過氣霧傳播/有線新聞 i-Cable News
[6] Jones, R. M., & Brosseau, L. M. (2015). Aerosol transmission of infectious disease. Journal of occupational and environmental medicine, 57(5), 501-508.
[7] 中國稱可「氣溶膠傳播」 何美鄉駁斥:不懂又亂說也沒證據/自由時報
[8] Tellier, R., Li, Y., Cowling, B. J., & Tang, J. W. (2019). Recognition of aerosol transmission of infectious agents: a commentary. BMC infectious diseases, 19(1), 101.
[9] Business Insider, A crucial variable predicts how contagious an infectious disease is. Scientists can't yet pinpoint the number for the new coronavirus, 7 February 2020
[10] Guerra, F. M., Bolotin, S., Lim, G., Heffernan, J., Deeks, S. L., Li, Y., & Crowcroft, N. S. (2017). The basic reproduction number (R0) of measles: a systematic review. The Lancet Infectious Diseases, 17(12), e420-e428.

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