1、军事医学2011年8月第35卷第8期Mil Med Sci，Vol 35，No 8，Aug，2011 631 病毒气溶胶飞沫在室内环境中传播扩散机制的研究进展 杜茜 -，温占波 ，李劲松 摘要 该文综述了病毒气溶胶飞沫的物理特性，病毒气溶胶飞沫在室内环境中传播扩散机制的3种研究方法， 即理论分析法、数值模拟法和实验研究法的研究进展，指出了病毒气溶胶飞沫在室内环境中传播扩散机制的研究 中存在的问题和发展趋势。 关键词病毒气溶胶飞沫；室内环境；传播扩散机制 中图分类号 R3731 文献标志码 A 文章编号 1674-9960(201 1)08-0631-04 Mechanism of viral
2、aerosol and its droplet transmission and distribution in the indoor environment：a research progress DU Qian ， 。WENZhanbo ，LIJinsong (1State Key Laboratory of Pathogen and Biosecurity，Institute of Microbiology and Epidemiology，Academy of Military Med ical Sciences，Beijing 100071，China；2Department of
3、General Surgery，General Hospital of Beijing Military Command， Beijing 100700，China) Corresponding author，TelFax：010-66948559，Email：Lijs163conl AbstractTo sunlnlarize the physical eharaeters of viral aerosol and its dropletThe study methods，such as theory anal ysis，numerical simulation and experiment
4、 research involving the mechanism of viral aerosol and its droplet transmission and distribution in the indoor environment are discussedThe problems with and development trends of the research on the mechanism of viral aerosol and its droplet transmission and distribution in the indoor environment a
5、re pointed out Key words viral aerosol and droplet；indoor environment；mechanism of transmission and distribution 悬浮在气体(如空气)中含有病毒的液态或固态微粒称 为病毒气溶胶 。近几年，新发呼吸道病毒传染病，如 SARS、禽流感、甲型川N1流感等成为公共卫生的重大威 胁。大部分由病毒引起的呼吸道传染病都是在人体之间进 行的，接触被感染的患者或者吸入被患者污染的气溶胶液滴 都会被传染。当患者呼吸、咳嗽和打喷嚏时，飞沫(气溶胶液 滴)从人的口、鼻中释放出来，对于大部分足够大的飞沫，可
6、以沉降到地面上，而小的飞沫液滴迅速被干燥，并收缩形成 沫核，飞沫核的主要成分为生物颗粒物，其直径很小，可以 在空气中悬浮很长时问 j。生物颗粒物对人的危害极大，因 为它可以被吸入肺的深部。当飞沫中有足够剂量的传染性 微生物时，就可以感染人群。与SARS相比，流感的传染性 要强得多。SARS的传染性集中在症状严重期，因而在医院 容易感染而不易在社区中传播。对于SARS的传播途径，根 据资料显示，健康人接触到病原体感染者的分泌物、体液等 基金项目 国家科技支撑计划资助项目(2008BA162B05)；艾滋病 和病毒性肝炎等重大传染病防治重大专项课题(2009ZX10004501) 作者简介 杜茜，
7、硕士研究生，从事生物安全及防护技术的研 究。Tel：010-66948556 Email：duqian77sohuconl 【作者单位1军事医学科学院微生物流行病研究所，病原微生物 生物安全网家重点实验室，北京 100071；2北京军区总医院普通外 科，北京100700 f通讯作者李劲松，TelFax：010-66948559，Email：Lij一8163con 后极易被其传染。所渭的接触包括用碰过SARS患者的体 液的手去揉鼻子、揉眼睛、吃东西等，在这些情况下受感染的 概率都会大大增加。在SARS疫情暴发期问的多宗案例也 已证实，大部分的患者都是照顾SARS患者的医护人员、与 患者有密切接触
8、的亲友和医院的其他患者 。而流感在发 病前的潜伏期和发病期间均有传染性，这一特点决定了流感 既容易在家庭、单位、学校、托儿所、养老院暴发流行，也容易 发生医院感染 J。2009年，我国对甲型Hl N1流感的防控 措施到位并且对广大市民实施免费接种，使甲型HlNl流感 没有发生大范围传播。但流感病毒很容易发生变异，使致病 性增强，导致现有的疫苗失去保护作用，流感大流行的风险 依然存在。流感患者呼吸、说话、咳嗽和打喷嚏时产生可以 通过空气传播的病毒气溶胶飞沫。2005年，WHO发出了禽 流感在人与人之间传播的预警。临床数据、科学家积累的研 究资料和无数例个案已经显示，一旦禽流感病毒与人类病毒 重组
9、，从理论上说，这种病毒就会成为人类病毒，好像流感病 毒一样，所以，H5N1型禽流感病毒很有可能在人与人之间 传播。本文对病毒气溶胶飞沫的物理特性，病毒气溶胶飞沫 在室内环境中传播扩散机制的3种研究方法作一综述。 1病毒气溶胶飞沫物理特性的研究 病毒气溶胶飞沫的物理特性，如粒子大小、数量、初始速 632 军事医学2011年8月第35卷第8期Mil Med Sci，Vol 35，No 8，Aug，2011 度对于传播扩散具有重要影响。粒径大于l0 m的粒子几 乎完全沉积于鼻咽部位，在25 Ixm范围内的粒子约10 沉积于支气管部位，粒径小于2 m的粒子主要沉积于肺泡 组织中。当生物颗粒物粒径在12
10、 m范围内时，约50 的颗粒物沉积在肺泡中，粒径越小沉积量越大。患者的各种 动作产生的病毒气溶胶飞沫的粒径、浓度、初速度是病毒气 溶胶飞沫在室内环境中传播扩散机制研究的前提。早在20 世纪40年代就有对气溶胶飞沫的大小分布以及数量的研究 报道。Jennison 以高速照相的方式、Duguid 使用载玻片 放在显微镜下观察和计数，对人体说话、咳嗽、打喷嚏产生的 气溶胶飞沫大小进行测量，由于受当时的实验仪器条件所 限，只有大于1 m的气溶胶飞沫才能被 微镜观测到，呼 吸产生的气溶胶飞沫大小在显微镜下观测不到。1997午 Papineni和Rosenthall 使用光学粒子计数器(OPC)和分析 电
11、子显微镜(AEM)，研究了健康人的4种呼吸动作(口呼 吸、鼻呼吸、咳嗽、说话)，OPC显示占统治地位的粒子小于1 Ixm，AEM确证了大的粒子的存在。通常咳嗽产生最大的飞 沫浓度、鼻呼吸产生最小的飞沫浓度。结果认为呼吸每秒钟 产生约50个1 m的气溶胶飞沫核。测量发现，通过呼吸、 咳嗽、说话产生的大多数气溶胶飞沫的粒径小于2 m，用嘴 呼吸会产生大量小于1 Ixm的气溶胶飞沫。2004年陈政 曼 使用空气动力学粒径分布谱仪和扫描电迁移率颗粒物 粒径谱仪对气溶胶飞沫的粒径分布和传输进行了研究。 Fang等 使用空气动力学粒径分布谱仪研究了正常人上、 下呼吸道感染者、年轻人、老年人呼出的气溶胶粒子
12、的粒径 变化及传播距离。上述研究只测试了所有气溶胶飞沫的粒 径，并未区分感染性气溶胶飞沫和非感染性气溶胶飞沫，而 对于疾病传播起决定作用的是感染性气溶胶飞沫的粒径。 2004年Fennelly等 首次测试了肺结核患者咳嗽产生的感 染性气溶胶飞沫粒径，咳嗽产生的含有结核分枝杆菌的感染 性气溶胶飞沫粒径范围为1133 m。这是文献报道的 唯一感染性气溶胶飞沫粒径的研究报道，而关于感染性病毒 气溶胶飞沫的粒径的研究未见报道。人正常呼吸时产生的 空气流动速度比较小，速度在0203 ms之间。咳嗽和 打喷嚏时产生的空气流动远比呼吸时强，研究人员用粒子图 像速度场仪对人体咳嗽产生的气流进行拍照，研究结果表
13、明 咳嗽产生的气流速度范围在15288 ms之间。打喷嚏 产生的平均气流速度为2540 ms，也有报道打喷嚏产生的 气流速度可以高达100 ms 。Zhu等 研究认为人咳嗽 产生的气流流速22 ms、气流的体积为14 L时产生的唾液 滴的质量为67 mg。说话时每秒钟进入空气的1 m的气 溶胶飞沫核(细菌数)约为100个。咳嗽一次产生的1 m 的气溶胶飞沫核(细菌数)约为600个，打喷嚏所带细菌数 可达45O0100万个之多。 2病毒气溶胶飞沫的室内传播扩散机制的研究 当前，病毒气溶胶飞沫的室内传播扩散机制的研究方法 主要有理论分析法、数值模拟方法和实验研究3种方法。理 论分析法主要是通过对生
14、物颗粒物的空气动力学特性和生 物颗粒物本身所受各种力场进行分析，建立数学模型来描述 生物颗粒物在室内的运动传播规律，得到运动规律的解析 解。数值模拟方法是基于计算流体力学技术计算室内生物 颗粒物的分布情况或运动轨迹，从而了解生物颗粒物的分布 规律或在室内的运动情况。实验研究法是通过实验仪器对 生物颗粒物的粒径分布、空间分布、浓度等进行测量，以了解 室内生物颗粒物的分布情况，得出室内生物颗粒物暴露传播 的规律和经验公式 。 近年来，国内外的研究学者意识到病毒气溶胶飞沫在室 内传播扩散机制对预防和控制病毒性呼吸道传染病的重要 性，虽然缺乏感染性病毒气溶胶飞沫的大小和浓度的研究结 果，科研人员未区分
15、感染性和非感染性气溶胶，根据所有气 溶胶飞沫的大小、浓度、流速等气溶胶特性参数，对病毒气溶 胶在室内运动扩散传播机制进行了探索研究。Hussein 等”引报道了室内气溶胶数值模拟模型的基本原则和实际应 用。Guo等l1 使用数值模拟方法研究了咳嗽、打喷嚏和呼 吸产生的气溶胶飞沫在室内的传播和扩散。Zhang等 运 用计算机流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)方 法对通风房间内颗粒物的运动和分布进行了模拟。Mui 等” 使用了数值模拟的方法研究了呼出的飞沫核在室内环 境中的扩散和混合。Wan等 研究了室内环境中不同的通 风模式下呼出的飞沫和飞沫核的运动特
16、性。Chen等 数 值模拟病毒的空气动力学与室内流感病毒感染的预测模型， 通过模型预测对感染发生概率进行风险评估。Shlychkov 等 建立了数学预测模型，对病毒气溶胶飞沫的传播扩散 进行了模拟。Richmond-Bryant 研究了空气传播传染病隔 离病房中粒子的空间传播速率和浓度特性。使用数值模拟 的方法研究了1310 细胞、粒径为1Ixm的运动状态。结 果表明，在隔离病房内即使具有负压通风系统，粒子浓度也 会发生聚集，要确保正确使用防护装备。Abadie等 研究 了几种不同的墙材料，对粒子沉积的作用，以研究预测室内 空气粒子的浓度，实验室发生07，10及50 m直径的粒 子，研究了其在
17、不同材料上的沉积作用。Lowen等 研究 认为流感病毒的传播受温湿度的影响较大。Ko等 以黏 质沙雷菌为指示微生物，研究了相对湿度对粒子大小的影 响。随着湿度的增加，粒子粒径变大。此外，国外还系统地 研究了影响空气微生物存活和衰亡的环境因素，包括温度、 湿度、紫外线、表面污染等方面。 国内学者对生物颗粒物在室内的分布、运动、传播规律 开展了研究。清华大学赵彬 用CFD模拟的方法，对室内 人体气溶胶飞沫的传播、室内不同通风方式下生物颗粒物的 分布、室内相邻房间生物颗粒物的运动传播规律开展了研 究。李光熙等 用CFD软件模拟了SARS病毒在空气中传 播的动态过程。周涛等 对SARS病毒微粒的空气动
18、力学 特性进行理论分析研究。但是上述实验研究缺乏实验数据 作为支撑。中国香港的李玉国研究小组 “ 对气溶胶飞沫 的大小、传播距离、飞沫的蒸发、SARS多床病房的气流分布、 颗粒浓度情况进行了较系统的研究，并没有使用微生物气溶 胶进行实验验证研究。赵歆治 和刘树森 通过实验的 手段对微生物气溶胶扩散进行了初步的实验研究。使用黏 质沙雷菌气溶胶做为指示微生物气溶胶，使用数值模拟和微 生物气溶胶实验研究相结合的方法，探讨了细菌气溶胶在室 内的运动、扩散和传播规律。研究结果是否可以应用于病毒 军事医学2011年8月第35卷第8期Mil Med Sci，Vol 35，No 8，Aug，2011 633
19、气溶胶的室内扩散传播有待验证。 3存在的问题及发展趋势 从已有的研究来看，研究人员采用不同的测试仪器、研 究方法对气溶胶飞沫的粒径分布和传输进行研究，早期由于 实验仪器的限制，结果不够准确，近10年的研究使用了激光 粒子计数器和粒子图像速度场仪等先进仪器对呼吸、咳嗽、 打喷嚏、说话产生的气溶胶飞沫进行了测量。测量的粒子大 小未区分含有生物感染性的粒子和非感染性的粒子。对患 者正常呼吸、说话、咳嗽、打喷嚏产生病毒气溶胶飞沫的粒径 分布和产生的病毒气溶胶飞沫的浓度未见报道，而此方面的 研究是进行病毒气溶胶室内扩散传播机制研究的前提。目 前，病毒气溶胶飞沫扩散传播机制研究使用的病毒气溶胶飞 沫的粒径
20、、浓度未区分感染性和非感染性气溶胶飞沫，导致 当前对于室内病毒气溶胶扩散的数值模拟研究的正确性受 到质疑，研究结果的应用受到极大的限制。迫切需要对患者 呼吸、咳嗽、打喷嚏、说话产生的病毒气溶胶飞沫的粒径和浓 度进行传播机制的研究。 病毒气溶胶飞沫在室内传播扩散机制的研究侧重于理 论研究和数值模拟，结合实验研究的较少。使用数值模拟的 方法可以获得详细完整的颗粒物分布和运动的信息，可以大 大节省费用，缩短研究周期，但是数值模拟的方法和结果是 否可靠需要用实验来验证。由于生物颗粒物存在一定的危 险性，在实验验证中使用受限，而绝大多数使用非生物颗粒 物进行的实验研究，其模拟结果缺乏可信度。国内的研究始
21、 于SARS疫情暴发，起步较晚，研究多侧重于数值模拟，研究 气溶胶飞沫的分布和扩散，研究范围较窄。而国外气溶胶飞 沫的传播机制的研究涉及多个方面，包括：气溶胶飞沫的大 小、浓度、流速；气溶胶飞沫的存活；气溶胶飞沫的沉积和悬 浮；温湿度、通风换气、负压等环境因素的影响；个人防护装 备和感染风险的分析预测等。国内外学者为室内病毒气溶 胶飞沫的传播规律的研究奠定了良好的基础，但是过多依赖 于采用CFD模拟的方法，较少使用实验验证，尤其是使用生 物颗粒物进行验证的较少，未见使用病毒气溶胶飞沫进行室 内传播扩散研究的文献报道。而使用病毒气溶胶飞沫进行 实验研究，需要确定合适的替代病毒，替代病毒要满足以下
22、 要求：大小与致病病毒相当，在室温条件下病毒气溶胶飞沫 的粒径分布、密度要与人体呼吸、咳嗽和打喷嚏时产生的生 物颗粒物的粒径分布、浓度和密度比较接近，以保证实验结 果的可信度；在满足实验要求的前提下，替代病毒应无毒，具 有一定的安全性，要保证实验人员及环境的安全；示踪病毒 要具有一定的独特性，即保证一般室内空气环境中不含有此 种病毒，且该病毒在室内环境气溶胶状态稳定，衰亡率低；病 毒气溶胶的试验研究应在安全的环境中，不会造成环境污染。 【参考文献】 1 车凤翔病毒气溶胶检测的进展和评论J中国卫生检验杂 志，1992，2(5)1259263 2 周晓瑜，施玮，宋伟民，等室内生物源性污染对健康影响
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32、状 态下，抵抗力下降，修复能力低下，导致伤口易感染，愈合慢， 故应加强伤口保护，避免受压，并观察伤口有无红肿、渗液， 如有异常及时报告医师处理。 33康复指导 尽早地逐渐恢复功能，从生理、心理上给患者最大支持 及安慰，为进一步康复训练建立良好的信心。一般术日麻 醉消失后即指导患者行主动踝关节背伸跖屈活动，以及股 四头肌、腓肠肌等长收缩活动，并要求是有效活动。如果是 股骨颈骨折人工股骨头置换的患者术后第1天在护士的指 导下即可让患者坐起30 min，23次d；第2天起可坐在床 边及站立各510 min，23次d；第3天借助支具在有人 保护下行走510 m，23次d；此后每天下床活动量逐渐 增加，
33、1个月左右可逐渐恢复至伤前状况，对于一般状态较 好者可逐渐改助行器为手杖，但要避免滑倒。 34并发症的预防 341下肢深静脉血栓的观察与护理糖尿病患者因长期 高血糖使小血管平滑肌细胞增生 、毛细血管平滑肌细胞 增生、毛细血管基底膜增厚致糖尿病性动脉硬化，血管腔变 窄，易发生血栓形成，因此术后护士应密切观察下肢感觉及 运动情况，注意肢端皮肤颜色、温度、肿胀、有无感觉异常及 被动牵拉足趾痛。也有报道，患肢穿医用弹力长袜可减少下 肢深静脉血栓的发生。其次，采取预防性的抗凝治疗，应用 低分子肝素钠，但使用过程中应注意观察生命体征、切口渗 血情况和引流液的量，防止发生出血性休克。另外，肺栓塞 常继发于下
34、肢深静脉血栓，如患者突发胸闷胸痛、气促、咯 血、发绀等症状，应立即给予氧气吸人，同时报告医师，进行 抢救。 342预防糖尿病足对下肢骨折的手术患者，注意足部 护理，抬高患肢2030。以减少静脉血液回流，防止水肿；用 温水擦洗足部，皮肤受压处用爽身粉或红花乙醇按摩，促进 血液循环；指导患者自主活动后每日用温水洗脚，穿松紧适 宜、柔软舒适鞋袜，适当锻炼。 343肺部炎症的预防糖尿病患者术后呼吸系统感染的 发生率高 J，嘱患者增加肺活量，锻炼肺功能，如经常做扩 胸运动，练习吹气球，增加活动量，促进深呼吸，或经常翻 身叩背，必要时给予雾化吸入。 4结果 本组37例中，除1例伤前能生活自理，但有严重的心
35、 衰、肺气肿，术后病情加重，于术后第l7天死亡。经过精心 治疗及护理，其余36例全部治愈康复出院，随访时间3l5 个月未见感染、骨不连、内固定失效等并发症。 5讨论 随着社会的发展，长寿老人在不断增多，老年髋部骨 折患者也随之增多。老年人各组织器官均不同程度地退化， 正常的生理功能减退，尤其髋部骨折合并糖尿病患者其所占 比例越来越高。由于糖尿病患者体内代谢紊乱，机体免疫功 能低下，手术并发症风险增加，围手术期有效控制血糖，预防 感染，避免各种并发症的发生是髋部骨折手术成功的关键。 因此对老年患者，一人院即对其进行评估，针对性地进行心 理护理及康复指导，消除患者不良心理，使其认识到糖尿病 合并髋
36、部骨折是可以治愈的，增强康复信心，自觉参与康复 治疗。在康复护理中，护士做好解释、协助、指导工作，使患 者养成良好的健康习惯，患肢的功能锻炼得到坚持、落实，对 疾病的康复起到至关重要的作用。 【参考文献】 1Cooper C，Campion G，Melton I2Hip fractures in the elderly：a woddwide pwjectionJOsteoporosis Int，1992，2(6)：285 289 2 卢世壁，王继芳，王岩，等坎贝尔骨科手术学M第lO 版济南：山东科学技术出版社，2006：2760 3 Casaletto JA，Gatt RPostoperati
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