牛 琳， 梁為綱， 汪 霞， 穆云松， 王珺瑜,3， 武 迪， 趙曉麗*

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院， 環(huán)境基準(zhǔn)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 北京 100012

2.中國(guó)人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院， 北京 100872

3.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院， 北京 100875

4.安徽建筑大學(xué)材料與化學(xué)工程學(xué)院, 安徽 合肥 230601

冠狀病毒是一種在自然界廣泛存在的單鏈RNA病毒，主要感染呼吸道和胃腸道，與DNA病毒相比，具有更高的變異可能性. 根據(jù)其抗原標(biāo)準(zhǔn)及系統(tǒng)發(fā)育分析，冠狀病毒(CoV)主要分為α-CoV、β-CoV、γ-CoV 和 δ-CoV四類(lèi)[1]，其中以β-CoV對(duì)人體的影響巨大，如中東呼吸綜合癥冠狀病毒(MERs-CoV)[2]、SARS病毒[3]及蝙蝠冠狀病毒[4]等. 在武漢檢測(cè)到的2019-nCoV(新型冠狀病毒)在整個(gè)基因組序列方面更接近于SARS樣蝙蝠CoV，同屬于β-CoV演化支[5].

自COVID-19(新型冠狀病毒肺炎)發(fā)生以來(lái)，中國(guó)乃至全世界相繼打響了戰(zhàn)“疫”. 2019-nCoV具有人傳人的特征[6]，并通過(guò)直接接觸、飛沫等途徑傳播，存在糞口傳播的風(fēng)險(xiǎn)性[7]. 研究[8]表明，2019-nCoV 具有比SARS病毒更高的傳播率. TANG等[9]研究表明，2019-nCoV已產(chǎn)生149個(gè)突變位點(diǎn)，并演化成S與L兩個(gè)亞型，其中L型傳播能力更強(qiáng). 2019-nCoV屬于正鏈單鏈RNA病毒，基因組長(zhǎng)約30 kb，分為非編碼區(qū)和編碼區(qū)，其中結(jié)構(gòu)編碼區(qū)負(fù)責(zé)刺突蛋白(S蛋白)、包膜蛋白(E蛋白)、膜蛋白(M蛋白)和核衣殼蛋白(N蛋白)等蛋白編碼[10]. S蛋白能夠識(shí)別和結(jié)合宿主細(xì)胞的受體，使2019-nCoV吸附在宿主細(xì)胞；E蛋白具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，抵抗人體免疫系統(tǒng)，保護(hù)病毒；M蛋白參與包膜的形成；N蛋白攜帶病毒的遺傳信息，是病毒的核心區(qū)域. YAN等[11]解析了人體細(xì)胞的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2蛋白(ACE2)的全長(zhǎng)結(jié)構(gòu)和2019-nCoV的刺突糖蛋白(S蛋白)，證實(shí)了2019-nCoV利用表面存在的高度糖基化的同源三聚體S蛋白與ACE2受體高度結(jié)合的過(guò)程. 當(dāng)人類(lèi)感染2019-nCoV后會(huì)產(chǎn)生發(fā)燒、咳嗽、呼吸急促、腹瀉等不良癥狀，嚴(yán)重危及生命[6,12].

考慮到2019-nCoV研究受限于以下幾個(gè)條件： ①實(shí)驗(yàn)室缺乏. 2019-nCoV研究需要生物安全四級(jí)(P4)實(shí)驗(yàn)室，而國(guó)內(nèi)能做相關(guān)研究的實(shí)驗(yàn)室屈指可數(shù)；開(kāi)展存活時(shí)間等研究，需要活體病毒，目前少量的實(shí)驗(yàn)室大多在全力以赴完成疫苗研發(fā)等工作. ②樣品采集難度極大. 受疫情影響，現(xiàn)場(chǎng)樣品采集沒(méi)有渠道，無(wú)法拿到第一手的樣品支持傳播的研究. ③技術(shù)分析手段不足. 病毒檢測(cè)存在捕獲難、含量低等分析技術(shù)上的瓶頸，難以直接開(kāi)展研究. 因此在嚴(yán)重缺少試驗(yàn)數(shù)據(jù)而又非常急需的條件下，通過(guò)大量文獻(xiàn)調(diào)研，系統(tǒng)分析病毒、特別是與新冠類(lèi)似的冠狀病毒的環(huán)境傳播與存活特征，無(wú)疑對(duì)疫情防控是非常重要的. 該研究探討了溫度、濕度、顆粒物濃度及人為活動(dòng)等因素對(duì)2019-nCoV傳播的重要性，有助于了解病毒傳播動(dòng)態(tài)，有利于公共衛(wèi)生政府采取更有效的衛(wèi)生保健措施，有效防止2019-nCoV大范圍的暴發(fā).

1 溫度和濕度

病毒的粒徑約為納米級(jí)，同時(shí)也是生命體，環(huán)境的溫度和濕度不僅影響病毒的存活，也影響病毒的傳播. 研究[17-20]表明，病毒的生存時(shí)間及傳播與環(huán)境條件和病毒種類(lèi)密切相關(guān). 呼吸道合胞病毒(RSV)和副流感病毒分別在干燥環(huán)境下存活6和2 h[17-18]. 對(duì)甲型流感病毒而言，涼爽干燥的環(huán)境比溫暖或潮濕的環(huán)境更有利于傳播[19]. 由此可見(jiàn)，溫度和濕度顯著影響病毒存活能力和傳播. 據(jù)報(bào)道，2019-nCoV能夠在干燥的空氣中存活48 h，這可能與其表面含有包膜有關(guān)，表面包膜可以抵御外界入侵，起到一定的保護(hù)作用. 然而在空氣當(dāng)中存留2 h后，2019-nCoV活性明顯下降[20]. 當(dāng)溫度為20 ℃、濕度為40%的條件下，2019-nCoV能夠存活5 d. WANG等[21]統(tǒng)計(jì)了27個(gè)國(guó)家2.4×104例2019-nCoV確診病例發(fā)生的氣溫背景，發(fā)現(xiàn)日確診數(shù)與溫度密切相關(guān)，低溫環(huán)境(平均氣溫8.72 ℃)可能是2019-nCoV最適的傳播溫度. 這些結(jié)果表明2019-nCoV在適宜的環(huán)境中能夠存活更長(zhǎng)的時(shí)間. 人冠狀病毒能在-60 ℃下存活數(shù)年，能在4 ℃的合適維持液中穩(wěn)定存活；而當(dāng)溫度為56 ℃、時(shí)間為30 min或溫度為37 ℃、時(shí)間為數(shù)小時(shí)，可使人冠狀病毒喪失感染能力；當(dāng)溫度為60 ℃，時(shí)間為30 min時(shí)則能有效地殺滅人冠狀病毒[22]. 通過(guò)近年來(lái)公共衛(wèi)生事件的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，病毒在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中表現(xiàn)出類(lèi)似生命體的嗜溫特征，特別是，以2019-nCoV為代表的冠狀病毒科、以流感病毒為代表的正粘病毒科和以人呼吸道合胞病毒為代表的副粘病毒科均屬于喜低溫病毒類(lèi)型，最佳傳播溫度區(qū)間分別為4～20、4～20和-20～4 ℃. 隨著環(huán)境溫度繼續(xù)升高，其存活時(shí)間大幅縮短(見(jiàn)圖1)[23-24].

圖1 病毒最適傳播溫度[23-24]

濕度分為絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度，試驗(yàn)研究表明，相對(duì)濕度是影響空氣微生物活動(dòng)的重要因素之一，只有在控制溫度的前提下，才能研究不同相對(duì)濕度的影響[25]. 相對(duì)濕度的計(jì)算公式：

RH=eE×100%

(1)

式中：RH為相對(duì)濕度，%；e為蒸汽壓，Pa；E為飽和蒸汽壓，與溫度有關(guān)，Pa.

干燥的重癥急性呼吸綜合征(SARS-CoV)病毒在典型的空調(diào)環(huán)境(溫度為22～25 ℃、相對(duì)濕度為40%～50%)條件下能夠在光滑表面存活5 d以上，溫度(38 ℃)和濕度(>95%)的升高會(huì)導(dǎo)致生存力迅速喪失[26]. 人冠狀病毒在室溫下可以在無(wú)生命的物體表面保持9 d的傳染性[27]. 溫度越低，冠狀病毒越易存活更長(zhǎng)的時(shí)間，如中東呼吸綜合征冠狀病毒(MERs-CoV)隨溫度升高，其感染性隨之降低(見(jiàn)圖2)[28].

注： TCID50表示50%組織細(xì)胞感染量.

在不銹鋼表面，動(dòng)物冠狀病毒〔傳染性胃腸炎病毒(TGEV)和小鼠肝炎病毒(MHV)〕在溫度為4 ℃和相對(duì)濕度為20%時(shí)，感染性能夠持續(xù)28 d，相對(duì)濕度越低，失活率越低且相對(duì)濕度為50%時(shí)存活率最低，隨溫度(4、20、40 ℃)升高，病毒失活率依次增加[29]. 表1總結(jié)了人冠狀病毒在不同物體表面的存活時(shí)間與存活溫度，進(jìn)一步揭示了在低溫低濕的環(huán)境中更有利于人冠狀病毒的生存.

表1 人冠狀病毒(SARS-CoV、MERS-CoV及其替代物)在干燥物體表面的存活時(shí)間

低溫不僅能夠在液體[31-37]、干燥物體表面、空氣等載體中提高包膜病毒的存活能力，在氣溶膠[38-39]中也能夠得到相同的結(jié)論. 在密閉的環(huán)境中，病毒很容易形成氣溶膠進(jìn)而通過(guò)氣溶膠途徑進(jìn)行傳播；而在開(kāi)闊的室外環(huán)境中，病毒氣溶膠的產(chǎn)生容易受到多種因素的影響，因此病毒氣溶膠更易在密閉環(huán)境中進(jìn)行有效傳播. 潮濕的空氣中，氣溶膠易于團(tuán)聚，形成較大的氣溶膠顆粒，落到地面上；在干燥的環(huán)境中，氣溶膠會(huì)分解成更小的微粒以此在空氣中存留數(shù)小時(shí)甚至數(shù)天[40]. 在溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為40%的條件下，MERS-CoV氣溶膠能夠穩(wěn)定存活[30]. 在常溫(25 ℃)且相對(duì)濕度為79%下，MERS-CoV氣溶膠在60 min后仍然具有感染性，而在溫度為38 ℃、相對(duì)濕度為24%的情況下，相同時(shí)間內(nèi)，其存活率大大降低[41]. HCoV-229E氣溶膠在溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為50%的條件下保持了6 d的傳染性，然而在高濕條件下穩(wěn)定性較差[39]. Kim等[42]使用豬傳染性胃腸炎病毒(TGEV)作為SARS病毒的替代物研究了不同相對(duì)濕度對(duì)病毒氣溶膠的影響，發(fā)現(xiàn)病毒氣溶膠在低相對(duì)濕度(30%)比高相對(duì)濕度(90%)含有更高濃度的冠狀病毒. 根據(jù)其他冠狀病毒在氣溶膠的生存情況，推測(cè)在密閉環(huán)境中，2019-nCoV氣溶膠可能在溫度為20～25 ℃、相對(duì)濕度為30%～50%的條件下具有較高的存活率.

研究[43]表明，2019-nCoV在氣溶膠存活數(shù)小時(shí)，而在物體表面能夠存活數(shù)天. 在溫度為21～23 ℃、相對(duì)濕度為65%的條件下，2019-nCoV在氣溶膠中僅能存活3 h；在低溫(21～23 ℃)低濕(40%)條件下，2019-nCoV在銅、紙板、不銹鋼和塑料表面分別存活8、24、48和72 h. 這些研究結(jié)果進(jìn)一步表明，2019-nCoV在氣溶膠中傳播的風(fēng)險(xiǎn)可能較低，低溫低濕可能促進(jìn)2019-nCoV的存活率，從而應(yīng)當(dāng)更加重視不同物體表面的消毒，要勤洗手、戴口罩，抑制2019-nCoV的傳播.

因此，本土學(xué)者在開(kāi)展工作重塑研究時(shí)，應(yīng)深入探索工作重塑行為與個(gè)人和組織創(chuàng)新績(jī)效的關(guān)系及其作用機(jī)制，促進(jìn)管理理論研究服務(wù)于我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要。

2 顆粒物濃度

病毒一旦離開(kāi)生物宿主后，容易附著在空氣中漂浮的粒子表面進(jìn)而形成生物氣溶膠. 生物氣溶膠具有PM2.5濃度高、覆蓋范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn). PM2.5能攜帶大量的細(xì)菌、病毒、真菌及致敏花粉、霉菌孢子、蕨類(lèi)孢子和寄生蟲(chóng)卵等，對(duì)于病毒傳播具有十分重要的作用[44-45]，其最大特點(diǎn)是能吸附細(xì)菌和病毒等. 生物氣溶膠不僅能導(dǎo)致下呼吸道感染、哮喘、過(guò)敏等各種呼吸系統(tǒng)疾病，而且還能引起健康人的血壓顯著升高，導(dǎo)致不可逆的慢性肺功能減退，產(chǎn)生過(guò)敏性肺泡炎、有機(jī)粉塵中毒綜合征等疾病[46-47].

氣溶膠的傳播距離可達(dá)數(shù)十米甚至數(shù)百米，遠(yuǎn)超過(guò)飛沫傳播距離. 世界衛(wèi)生組織指出，氣溶膠中所包含的病毒會(huì)經(jīng)長(zhǎng)距離傳播而在短期內(nèi)導(dǎo)致大面積感染，隨著傳播距離的增加而逐漸失活和分解. 氣溶膠傳播受到氣溶膠的直徑、空氣動(dòng)力學(xué)黏度、氣溶膠的初始速度、t時(shí)刻速度、水平方向的傳播距離等因素的影響，將這些參數(shù)帶入斯托克斯公式〔見(jiàn)式(2)〕，就能獲得氣溶膠的傳播距離，這也就解釋了病毒氣溶膠在空氣中的存活時(shí)間.

f=3πμdpν

(2)

式中：f為阻力，N；dp為氣溶膠粒子直徑，m；ν為氣溶膠粒子與氣體的相對(duì)速度，ms，其與氣溶膠的初始速度和運(yùn)動(dòng)時(shí)間相關(guān)；μ為空氣動(dòng)力學(xué)黏度，N·sm2.

研究[48]表明，短暫暴露PM2.5不會(huì)影響肺部抵抗病毒的能力，而暴露PM2.5超過(guò)一周之后，則會(huì)致使肺部免疫系統(tǒng)防御力降低. 2019-nCoV的直徑為60～140 nm，有9～12 nm的棘突[49]，與SARS病毒相似，2019-nCoV在空氣中傳播需要附著在直徑較大的載體上. 研究[41]表明，SARS病毒與液體載體液滴大小比例約為1∶10(見(jiàn)圖3)，由此可推測(cè)2019-nCoV的載體直徑在0.6～1.4 μm之間. 這是由于粒徑越小，比表面能大，病毒被捕獲后易被催化或毀壞導(dǎo)致存活率降低[50]. 尤其當(dāng)顆粒物小于0.1 μm時(shí)，由于其質(zhì)量輕，分布在高空，即使攜帶病毒，也不會(huì)被人體吸收. 一旦2019-nCoV附著在PM2.5上被人體吸入，不僅對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)造成損害，也會(huì)對(duì)心血管系統(tǒng)造成傷害[51-53].

注： 氣溶膠濃度通常采用單位體積氣溶膠內(nèi)粒子的數(shù)目(數(shù)濃度N)表示，即粒子總數(shù)體積，單位為ΔNΔlg(dcm-3). 1表示原始粒子粒徑分布，指儀器自身產(chǎn)生的氣溶膠粒子粒徑分布. 2表示溫度為25 ℃、相對(duì)濕度為79%的條件下，儀器產(chǎn)生氣溶膠60 min后測(cè)定的粒子粒徑分布；3表示溫度為38 ℃、相對(duì)濕度為24%的條件下，儀器產(chǎn)生氣溶膠60 min后測(cè)定的粒子粒徑分布.

3 感染者的行為活動(dòng)

通過(guò)采用高速攝像機(jī)拍攝人體打噴嚏所噴射液滴進(jìn)入空氣的過(guò)程，發(fā)現(xiàn)由于噴嚏引發(fā)的湍流動(dòng)態(tài)變化，較大的噴嚏液滴傳播遠(yuǎn)達(dá)8 m，咳嗽的液滴可以傳播6 m，并保持懸浮狀態(tài)，懸浮時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10 min[54]. 研究[25]表明，人體的一個(gè)噴嚏就可產(chǎn)生 40 000 個(gè)水滴，蒸發(fā)產(chǎn)生0.5～12 μm的水滴；一個(gè)咳嗽，產(chǎn)生 3 000 個(gè)核滴，相當(dāng)于說(shuō)話(huà)5 min中釋放的數(shù)量[55]. 如果感染者含有慢性支氣管炎、肺結(jié)核、支氣管哮喘、感冒等基礎(chǔ)疾病時(shí)，咳嗽、噴嚏等行為活動(dòng)變得更為頻繁，增大了病毒進(jìn)入環(huán)境的概率，提高了其他人群感染2019-nCoV的風(fēng)險(xiǎn).

病毒顆粒可以通過(guò)感染者的噴嚏、咳嗽等行為活動(dòng)進(jìn)入到環(huán)境中，進(jìn)而感染其他人員，其感染方式主要有飛沫傳播和物體表面接觸傳播和氣溶膠傳播3種方式： ①飛沫傳播. 感染者通過(guò)打噴嚏、咳嗽而產(chǎn)生的飛沫與其他人群直接接觸，導(dǎo)致人員感染，這種方式是感染性較強(qiáng)的傳播途徑. ②物體表面接觸傳播. 感染者產(chǎn)生的液滴落在其他物體表面，如不銹鋼、塑料、紙板、手套、衣服等，其他人員一旦接觸這些物體表面，容易使病毒脫離物體進(jìn)入到人體，在人體進(jìn)行復(fù)制、生存，致使人員感染. ③氣溶膠傳播. 若感染者處于密閉的空間中，產(chǎn)生的病毒極易氣溶膠化，形成生物氣溶膠，導(dǎo)致病毒通過(guò)氣溶膠途徑進(jìn)行生存和傳播.

因此，為控制2019-nCoV的生存和傳播，降低人員感染風(fēng)險(xiǎn)，感染者在打噴嚏或咳嗽時(shí)，應(yīng)采用手或胳膊肘加以防護(hù)，佩戴口罩，生活環(huán)境經(jīng)常通風(fēng)，通過(guò)與外空氣交換，降低室內(nèi)病毒的濃度.

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

a) 低溫低濕更有利于冠狀病毒在環(huán)境中的傳播，增加人員感染的風(fēng)險(xiǎn). 溫度越高，濕度越高，冠狀病毒的存活時(shí)間可能隨之降低，感染性不斷降低.

b) 干燥物體表面為冠狀病毒的生存提供了適宜的生存環(huán)境，導(dǎo)致冠狀病毒在其表面能夠保持更久的生存活力.

c) 在密閉環(huán)境中，2019-nCoV氣溶膠可能在溫度為20～25 ℃、相對(duì)濕度為30%～50%的條件下具有較高的存活率，傳播性較強(qiáng).

d) 空氣中顆粒物(PM2.5、PM10)濃度高低可能影響病毒的存活時(shí)間與傳播距離，濃度越高，暴露時(shí)間越長(zhǎng)，可能越不利于控制病毒的傳播.

e) 感染人員的行為活動(dòng)如咳嗽、打噴嚏等也對(duì)2019-nCoV的傳播具有一定的影響性.

4.2 展望

a) 改善室內(nèi)微環(huán)境，尤其是醫(yī)院和隔離點(diǎn). 在密閉的空間病毒更易通過(guò)氣溶膠傳播，通過(guò)空氣凈化裝置和提高室內(nèi)濕度以此改善空氣質(zhì)量，降低氣溶膠傳播風(fēng)險(xiǎn)；保持室內(nèi)溫度不低于20 ℃，抑制病毒傳播，降低交叉感染的風(fēng)險(xiǎn)；加強(qiáng)室內(nèi)物體表面的消毒，抑制2019-nCoV的傳播.

b) 開(kāi)展相關(guān)的研究工作，為未來(lái)防控提供一定的基礎(chǔ)支撐. 如溫度與濕度對(duì)2019-nCoV存活率與感染率的影響；PM2.5、PM10等顆粒物對(duì)2019-nCoV傳播的影響；生物氣溶膠的捕獲和檢測(cè)技術(shù)；空氣污染與2019-nCoV傳播關(guān)系研究；氣溶膠采樣器對(duì)2019-nCoV生存與傳播的影響；加強(qiáng)病毒在環(huán)境各介質(zhì)中的檢測(cè)技術(shù)、遷移特征、傳播規(guī)律等基礎(chǔ)性研究，開(kāi)展病毒在不同環(huán)境介質(zhì)中滅活技術(shù)研究.