伝統的に、呼吸器病原体は、咳で生成された大きな液滴や汚染された表面との接触を通じて人々の間で広がると考えられていました。しかし、いくつかの呼吸器病原体は、小さな呼吸エアロゾルを介して広がることが知られており、空気の流れの中で浮遊して移動し、感染者から短距離および長距離でそれらを吸入する人々に感染します。
筆者はかなり以前より、過去の記事で S A R S -CoV-2 の空気感染の存在を指摘して来ました。
今回 Science よりレビュー記事が出ましたので書かせていただきます。
レビュー
呼吸器ウイルスの空中伝播
Science 27 Aug 2021: Vol. 373, Issue 6558, eabd9149 DOI: 10.1126/science.abd9149
バックグラウンド
感染者の咳やくしゃみで生成された飛沫への曝露、または飛沫で汚染された表面との接触は、呼吸器病原体の主要な感染様式として広く認識されています。空中伝播は、伝統的に、感染性エアロゾルまたは「液滴核」の吸入を伴うものとして定義され、5μm未満であり、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（SARS-CoV）、中東呼吸器症候群（MERS）-CoV、インフルエンザウイルス、ヒトサイウイルス、呼吸器合胞体ウイルス（RSV）など、多くの呼吸器ウイルスの空中伝播を裏付ける確固たる証拠があります。
SARS-CoV-2の飛沫および媒介生物の伝播だけでは、COVID-19のパンデミック中に観察された、多数の超拡散イベントおよび屋内環境と屋外環境の間の伝播の違いを説明できません。
エアロゾルと液滴を区別するために歴史的に5μmが使用されてきましたが、エアロゾルと液滴のサイズの区別は100μmである必要があります。これは、1.5mの高さから5秒以上静止空気に浮遊したままでいることができる最大の粒子サイズを表します。
トランスミッションに対する換気の強い影響、屋内と屋外の感染の明確な違い、十分に文書化された長距離感染、マスクと目の保護の使用にもかかわらず観察されたSARS-CoV-2の感染、SARS-CoV-2の屋内超拡散イベントの高頻度、動物実験、および気流シミュレーションは、空中伝播の強力で明白な証拠を提供します。
人が話しているとき、個人が互いに0.2 m以内にいる場合にのみ、飛沫が優勢になります。
飛沫は数秒以内に地面または表面に急速に落下し、空中経路は、以前は飛沫駆動として特徴づけられていた他の呼吸器ウイルスの蔓延の一因となる可能性があります。
世界保健機関（WHO）と米国疾病予防管理センター（CDC）は、2021年にCOVID-19を短距離と長距離の両方で拡散させる際の主要な感染モードとして、ウイルスを含むエアロゾルの吸入を公式に認めました。
このレビューでは、エアロゾルによる呼吸器ウイルスの伝播に関する現在の証拠、つまりそれらがどのように生成、輸送、沈着するか、および伝播モードとしての飛沫噴霧沈着とエアロゾル吸入の相対的な寄与に影響を与える要因について説明します。
結果
最大100μmまでで、静止空気中に5秒以上（高さ1.5 mから）浮遊し、感染者から1 mを超えて移動し、換気の悪い場所に蓄積し、短距離と長距離の両方で吸入され、人の感染させます。
１）数とサイズの分布
呼気エアロゾルのサイズは、その運命を左右する最も影響力のある特性の1つです。これは、サイズが空気力学的特性だけでなく、沈着ダイナミクスと感染部位も決定するためです。
サイズが小さいほど、エアロゾルは気道でより深く発生します。話すための145μmと咳のための123μmを中心とするより大きなモードは、主に口腔と唇から発生します。
音声は、100μmを超えるすべての液滴に対して、サイズが100μm未満のエアロゾルの数の100〜1000倍を生成します。
正常な呼吸は、呼気のリットル当たり7200個のエアロゾル粒子を産生し、病期、年齢、体格指数や既存の健康状態で大きく変化し、子供はエアロゾルが形成される可能性のある細気管支と肺胞が少ないため、一般に大人よりもウイルスを含んだエアロゾルを生成しません。
２）エアロゾルのウイルス含有量
エアロゾルのウイルス量は、空中伝播の相対的な寄与を決定する重要な要素です。
コロナウイルスに感染した個人の呼気で収集されたエアロゾルのサイズ別サンプルと、さまざまな設定で収集された空気は、ウイルスがより小さなエアロゾルに富んでいることを示しています。
ウイルスRNAは、大きなエアロゾルよりも小さなエアロゾル（<5μm）でより一般的に見られました。
生成されたエアロゾルの数とそれらのウイルス量の両方における大きな個人差は、スーパースプレッダーイベントの重要な要素であるCOVID-19感染の過剰分散の一因となる可能性があります。
感受性の高い宿主では、最小感染量は気道内のウイルスの種類と沈着部位に基づいて変化するため、肺の奥深くに沈着する小さなエアロゾルを吸入すると、感染を開始するのに必要なウイルスが少なくなります。
３）環境中のウイルスを含んだエアロゾル
エアロゾルの物理的特性は、空気中の輸送に影響を与えます。呼吸エアロゾルの初速度は、気道内でどのように生成され、気道から放出されるかによって異なります。たとえば、咳をすると、話すよりも速い速度で飛沫やエアロゾルが放出されます。
エアロゾルの輸送は、気流と環境特性の組み合わせ、およびエアロゾル自体の物理的特性によって制御されます。
空気中のウイルスの寿命は、物理的輸送と生物学的不活化の関数であり、温度、湿度、紫外線（UV）放射などの環境要因の影響を受けます。
特定のサイズのエアロゾルが地面に到達するまでの整定時間は、周囲の空気が静止しているという仮定に基づいて推定できます。つまり静止空気では、5μmのエアロゾルが1.5 mの高さから地面に落ち着くまで33分かかりますが、1μmのエアロゾルは12時間以上空気中に浮遊したままになります。
４）エアロゾルの伝播に影響を与える環境要因
①温度
温度は、エアロゾル中のウイルスの生存と伝達を媒介する上で重要です。
上気道は肺よりも数度低く維持されており、上気道での複製能力が向上していることを示唆しています。
疫学的証拠および動物研究は、上部気道に感染することが知られている呼吸器系ウイルスの送信は、より低い温度が有利であることを示唆しています。
②相対湿度
蒸発速度およびエアロゾルの平衡サイズを調節することによって、相対湿度（RH）は、それらの輸送およびそれらが含むウイルスの生存能力に影響します。
より低い周囲RHでは、蒸発はより迅速に発生し、より小さな平衡サイズで平衡化します。RHが約80％未満の場合、呼吸エアロゾルは元のサイズの20〜40％の最終直径に達します。
③紫外線
紫外線は、バルク培地およびエアロゾルで、地上の太陽光に見られる波長でSARS-CoV-2を急速に不活化します。紫外線は遺伝物質に損傷を与え、ウイルスの不活化につながります。
④気流、換気、およびろ過
重力のために急速に堆積する液滴とは対照的に、気流はウイルスを含んだエアロゾルの輸送に強く影響します。
換気速度と気流パターンは、屋内環境でのウイルスの空中伝播に重要な役割を果たします。
屋内環境の気流は、換気システムのタイプ（窓やドアが開いている自然なもの、送風機を備えた機械的なもの、またはこれらのハイブリッド）、気流パターン、空気の変化率など、換気システムの設計と動作状態によって媒介されます。
WHOは最近、1人あたり毎秒10リットルの換気率を推奨しています。0.3μm以上のエアロゾル粒子の99.97％以上を除去できる携帯型高効率粒子状空気（HEPA）清浄機の適切な配置は、特に換気とユニバーサルマスキングと組み合わせた場合に感染性エアロゾルの曝露を減らすのにも効果的です。
⑤ウイルスを含んだエアロゾルの沈着
100μmまでのエアロゾルを吸入することができます。
吸入すると、ほぼ飽和した気道での吸湿性増殖の結果として、吸入されたエアロゾルのサイズが増加する可能性があります。
5μmを超えるエアロゾルは、主に慣性宿便と重力沈降によって主に鼻咽頭領域（87〜95％）に沈着します。
エアロゾルは<5μmでもある堆積が、それらはまた、肺に深く浸透します。
ウイルスは小さなエアロゾル（<5μm）に富んでいるため、下気道の奥深くまで移動して沈着する可能性があります。SARS-CoVの-2のウイルス負荷は、上気道と比較して下気道に長く高いことが報告され、ウイルスが持続されています。現在のスクリーニングでは通常、綿棒を使用して鼻咽頭または口腔からサンプルを収集するため、下気道での感染の開始は、患者の診断に技術的な課題を追加します。
議論
SARS-CoV-2の空中拡散が優勢であるという疫学的証拠は、時間の経過とともに増加し、特に強くなっています。
WHOによるSARS-CoV-2の空中伝播の最近の承認およびUS CDCは、短距離と長距離の両方でこの伝送ルートに対する保護を実装する必要性を強調しています。
エアロゾルによる伝播が近距離で最大であることを認めて、空中伝播につながるメカニズムが完全に理解されると、液滴とエアロゾル（距離やマスクなど）の両方の予防措置と緩和策に重複があることが明らかになりますが、追加の考慮事項短距離と長距離の両方でエアロゾルの伝播を軽減するために考慮に入れる必要があります。これらには、換気、気流、マスクのフィットとタイプ、空気ろ過、UV消毒への注意、および屋内環境と屋外環境の区別が含まれます。
発症前の個体におけるウイルス量は、症状のある患者のそれに匹敵します。症状のない感染者が話したり、歌ったり、単に呼吸したりしたときに生成される、ウイルスを含んだ感染性エアロゾルの曝露から保護する制御を実装することが重要です。これらの個人は自分が感染していることを知らないため、一般的に社会活動に関与し続け、空中感染につながります。
ユニバーサルマスキングは、ウイルスを含んだエアロゾルをブロックするための効果的かつ経済的な方法です。モデルシミュレーションは、マスクが無症候性感染を効果的に防ぎ、COVID-19の結果として感染した個人の総数と死亡率を減らすことを示しています。
マスクは、漏れなく適切に着用すると、0.5〜10μmの粒子の最大90％をブロックできます。マスク素材と皮膚の間に小さな隙間があると、全体的なろ過効率が大幅に低下する可能性があります。
モデルウイルスを使用して、N95、サージカルマスク、およびファブリックマスクのウイルスろ過効率を比較した研究では、N95および一部のサージカルマスクの効率が99％を超えていることがわかりました。テストされたすべてのファブリックマスクは、少なくとも50％の効率でした。
N95マスクは、感染性SARS-CoV-2の遮断において最高の効率を示しました。
多くの研究は、屋外環境での空中伝播のリスクが屋内環境よりも大幅に低いことを示していますが、屋外での感染のリスクは、特に時間の経過とともに話したり、歌ったり、叫んだりする場合や非常に近接した状況で増加します。
二酸化炭素センサは、ビルドアップ呼気の指標として使用され、単純な監視する方法および最適化換気として機能することができます。
エアロゾルセンサーは、ウイルスを含んだエアロゾルによって引き起こされる感染を減らすための鍵となるHEPAおよびHVACエアロゾルろ過効率を評価するためにも使用できます。毎時4~6空気変化（ACH）の最小換気量を保証し、700〜800 ppm未満の二酸化炭素レベルを維持する通気型と風向とパターンも考慮すべきであると助言されています。
飛沫感染に対処するために実施された緩和策である物理的距離も、エアロゾル濃度が感染者のすぐ近くではるかに高いため、エアロゾル吸入の可能性を減らすのに効果的です。
明白な証拠は、空中伝播がSARS-CoV-2および他の多くの呼吸器ウイルスの拡散の主要な経路であることを示しています。換気、気流、空気ろ過、UV消毒、マスクの適合に主に焦点を当てて、短距離と長距離の両方でエアロゾルの伝播を軽減するために、追加の予防措置を実施する必要があります。これらの介入は、現在のパンデミックを終わらせ、将来の発生を防ぐための重要な戦略です。
今回の記事はコロナウイルスの物理・科学的特徴が詳細に述べられており、多少長くなり申し訳ありませんが、できるだけ要約して掲載させていただきました。
空気感染について、今回の記事がひとまず一区切りになると思います。
このウイルスの特徴を十分理解してこそ、有効な対策が打てるはずです。
飛沫感染対策も近距離の空気感染には必要ですが、これからはむしろ浮遊エアロゾル対策として室内換気などに十分配慮した対策が求められていると強く思います。
最後までお付き合いいただきまして、誠にありがとうございました。
