Nat Med:科学证实了!口罩能够减少新冠病毒的传播

2020-04-04 MedSci MedSci原创

我们在患急性呼吸道疾病的儿童和成人的呼气和咳嗽中鉴定出了季节性人冠状病毒、流感病毒和鼻病毒。手术口罩显著降低了呼吸道飞沫中流感病毒RNA的检出量和气溶胶中冠状病毒RNA的检出量,呼吸道飞沫中冠状病毒R

我们在患急性呼吸道疾病的儿童和成人的呼气和咳嗽中鉴定出了季节性人冠状病毒、流感病毒和鼻病毒。手术口罩显著降低了呼吸道飞沫中流感病毒RNA的检出量和气溶胶中冠状病毒RNA的检出量,呼吸道飞沫中冠状病毒RNA的检出量有减少的趋势。我们的研究结果表明,手术面罩可以防止有症状的个体传播人类冠状病毒和流感病毒。

呼吸道病毒感染引起的症状广泛而重叠,统称为急性呼吸道病毒病(ARIs)或更常见的 "普通感冒"。虽然这些急性呼吸道病毒病大多是轻度的,但有时会导致严重的疾病和死亡1。这些病毒通过直接或间接接触、呼吸道飞沫(包括快速落在传染源附近的较大飞沫以及空气动力学直径>5微米的粗颗粒气溶胶)和细颗粒气溶胶(空气动力学直径≤5微米的飞沫和飞沫核)2,3在人与人之间传播。虽然手部卫生和使用口罩,主要针对接触性和呼吸道飞沫传播,已被认为是防止流感病毒传播的重要缓解策略4,但对于这些模式在其他常见呼吸道病毒传播中的相对重要性知之甚少2,3,5。不确定性同样适用于COVID-19的传播模式。

一些卫生当局建议,生病的个人应戴上口罩,以防止继续传播(源头控制)4,8。手术口罩最初是为了保护病人在手术过程中免受伤口感染和外科医生(佩戴者)的污染,后来被采用是为了保护医护人员免受病人感染。然而,现有的大多数关于口罩和呼吸器的过滤效果的证据来自于非生物颗粒的体外实验9,10,这可能不能普遍适用于传染性呼吸道病毒飞沫。在过滤呼吸道病毒和减少呼吸道感染的个体的病毒释放8,大多数研究集中在流感11,12,口罩在过滤呼吸道病毒和减少病毒释放的功效上的信息很少。

在这里,我们的目的是探索呼吸道飞沫和气溶胶传播途径的重要性,特别是对冠状病毒、流感病毒和鼻病毒的传播,通过量化呼吸道病毒在呼出的呼吸道病毒的量与医学上的ARIs的参与者,并确定手术口罩的潜在功效,以防止呼吸道病毒传播。

我们在两个研究阶段对3,363人进行了筛查,最终纳入了246名提供呼出口气样本的参与者。在这246名参与者中,122名(50%)的参与者被随机分配为在第一次呼出的口气采集时不戴口罩,124名(50%)的参与者被随机分配为戴口罩。总的来说,49人(20%)自愿提供了第二次呼气式呼气采集的交替类型。

246名(50%)参与者中的123名(50%)通过反转录PCR(RT-PCR)证实了至少一种呼吸道病毒的感染。在这123名参与者中,有111人(90%)感染了人类(季节性)冠状病毒(n = 17)、流感病毒(n = 43)或鼻病毒(n = 54)(扩展数据图1和图2),其中1名参与者同时感染了冠状病毒和流感病毒,另外2名参与者同时感染了鼻病毒和流感病毒。这111名参与者是我们分析的重点。

111名感染不同病毒的參加者的特徵略有不同(表1a)。总体而言,24%的参与者的实测发热≥37.8℃,流感患者的实测发热是感染冠状病毒和鼻病毒的患者的两倍以上。冠状病毒感染的参与者在30分钟的呼气采集过程中,冠状病毒感染者咳嗽次数最多,平均咳嗽17次(s.d.=30次)。随机分配到有口罩组和无口罩组的参与者的情况类似。

All who provided exhaled breath Coronavirus Influenza virus Rhinovirus
(n = 246) (n = 17) (n = 43) (n = 54)
n (%) n (%) n (%) n (%)
Female 144 (59) 13 (76) 22 (51) 30 (56)
Age group, years
11–17 12 (5) 0 (0) 8 (19) 4 (7)
18–34 114 (46) 10 (59) 11 (26) 24 (44)
35–50 79 (32) 2 (12) 16 (37) 18 (33)
51–64 35 (14) 4 (24) 8 (19) 5 (9)
≥ 65 6 (2) 1 (6) 0 (0) 3 (6)
Chronic medical conditions
Any 49 (20) 5 (29) 5 (12) 10 (19)
Respiratory 18 (7) 0 (0) 4 (9) 3 (6)
Influenza vaccination
Ever 94 (38) 6 (35) 15 (35) 20 (37)
Current season 23 (9) 2 (12) 1 (2) 4 (7)
Previous season only 71 (29) 4 (24) 14 (33) 16 (30)
Ever smoker 31 (13) 1 (6) 6 (14) 6 (11)
Time since illness onset, h
<24 22 (9) 0 (0) 5 (12) 2 (4)
24–48 100 (41) 9 (53) 13 (30) 25 (46)
48–72 85 (35) 8 (47) 18 (42) 20 (37)
72–96 39 (16) 0 (0) 7 (16) 7 (13)
History of measured fever ≥37.8°C 58 (24) 3 (18) 17 (40) 8 (15)
Measured fever ≥37.8°C at presentation 36 (15) 2 (12) 18 (42) 2 (4)
Measured body temperature (˚C) at enrollment (mean, s.d.) 36.8 (0.8) 36.9 (0.8) 37.4 (0.9) 36.6 (0.7)
Symptoms at presentation
Fever 111 (45) 10 (59) 27 (63) 16 (30)
Cough 198 (80) 15 (88) 40 (93) 44 (81)
Sore throat 211 (86) 15 (88) 31 (72) 49 (91)
Runny nose 200 (81) 17 (100) 36 (84) 48 (89)
Headache 186 (76) 13 (76) 30 (70) 38 (70)
Myalgia 176 (72) 12 (71) 31 (72) 34 (63)
Phlegm 176 (72) 9 (53) 34 (79) 41 (76)
Chest tightness 64 (26) 3 (18) 12 (28) 9 (17)
Shortness of breath 103 (42) 6 (35) 14 (33) 25 (46)
Chills 100 (41) 8 (47) 29 (67) 16 (30)
Sweating 95 (39) 5 (29) 18 (42) 20 (37)
Fatigue 218 (89) 16 (94) 38 (88) 48 (89)
Vomiting 19 (8) 2 (12) 5 (12) 2 (4)
Diarrhea 17 (7) 2 (12) 1 (2) 6 (11)
Number of coughs during exhaled breath collection (mean, s.d.) 8 (14) 17 (30) 8 (11) 5 (9)
  1. Seasonal coronavirus (n = 17), seasonal influenza virus (n = 43) and rhinovirus (n = 54) infections were confirmed in individuals with acute respiratory symptoms by RT–PCR in any samples (nasal swab, throat swab, respiratory droplets and aerosols) collected.

我们测试了鼻拭子、咽拭子、呼吸道飞沫样本和气溶胶样本中的病毒脱落情况(以每份样本的病毒拷贝数计算),并将后两者在有无戴口罩的情况下采集的样本进行了比较(图1)。平均而言,鼻拭子中的病毒脱落率高于喉拭子中的冠状病毒(中位数为8.1 log10病毒拷贝(每份样本中位数为3.9)、流感病毒(6.7对4.0)和鼻病毒(6.8对3.3)。从呼吸道飞沫和气溶胶中鉴定出了所有三种病毒的病毒RNA,其中冠状病毒、流感病毒和鼻病毒感染者的呼吸道飞沫和气溶胶中的病毒RNA分别占30%、26%和28%,而在不戴口罩的情况下收集到的气溶胶中,分别占40%、35%和56%(表1b)。特别是在冠状病毒方面,我们从呼吸道飞沫和气溶胶中发现了OC43和HKU1,但只从气溶胶中发现了NL63,而没有从呼吸道飞沫中发现。

figure1

  Droplet particles >5 μm Aerosol particles ≤5 μm
Virus type Without surgical face mask With surgical face mask P Without surgical face mask With surgical face mask P
  Detection of virus
No. positive/no. total (%) No. positive/no. total (%)   No. positive/no. total (%) No. positive/no. total (%)  
Coronavirus 3 of 10 (30) 0 of 11 (0) 0.09 4 of 10 (40) 0 of 11 (0) 0.04
Influenza virus 6 of 23 (26) 1 of 27 (4) 0.04 8 of 23 (35) 6 of 27 (22) 0.36
Rhinovirus 9 of 32 (28) 6 of 27 (22) 0.77 19 of 34 (56) 12 of 32 (38) 0.15
  Viral load (log10 virus copies per sample)
Median (IQR) Median (IQR)   Median (IQR) Median (IQR)  
Coronavirus 0.3 (0.3, 1.2) 0.3 (0.3, 0.3) 0.07 0.3 (0.3, 3.3) 0.3 (0.3, 0.3) 0.02
Influenza virus 0.3 (0.3, 1.1) 0.3 (0.3, 0.3) 0.01 0.3 (0.3, 3.0) 0.3 (0.3, 0.3) 0.26
Rhinovirus 0.3 (0.3, 1.3) 0.3 (0.3, 0.3) 0.44 1.8 (0.3, 2.8) 0.3 (0.3, 2.4) 0.12
  1. P values for comparing the frequency of respiratory virus detection between the mask intervention were obtained by two-sided Fisher’s exact test and (two-sided) P values for mask intervention as predictor of log10 virus copies per sample were obtained by an unadjusted univariate Tobit regression model, which allowed for censoring at the lower limit of detection of the RT–PCR assay, with significant differences in bold. Undetectable values were imputed as 0.3 log10 virus copies per sample. IQR, interquartile range.

我们分别在10个不戴口罩的样本中的3个(30%)和10个(40%)的呼吸道飞沫和气雾剂样本中检测到了冠状病毒,但在佩戴口罩的参与者的呼吸道飞沫和气雾剂中没有检测到病毒,而在气雾剂中的差异显著,并显示出呼吸道飞沫的检测率有降低的趋势(表1b)。对于流感病毒,我们在23个呼吸道飞沫和气溶胶样本中分别有6个(26%)和8个(35%)没有戴口罩的样本检测到病毒。戴上口罩后,呼吸道飞沫中的流感病毒检出率明显下降,27人中有1人(4%),但气雾剂中的流感病毒检出率没有明显下降(表1b)。此外,在不戴口罩气雾剂中通过RT-PCR检测到流感病毒的8名参与者中,有5人通过病毒培养检测,4人培养阳性。在6名从带口罩气雾剂中通过RT-PCR检测到流感病毒的参与者中,有4人通过病毒培养检测,2人培养呈阳性。对于鼻病毒,在呼吸道飞沫和气溶胶中,带或不带口罩的病毒检测没有显著差异(表1b)。在比较病毒脱落的结论是相似的(表1b)。此外,我们发现在呼吸道飞沫中OC43(扩展数据图4)和乙型流感病毒(扩展数据图5)和气溶胶中NL63(扩展数据图4)的病毒脱落(补充表2)显著减少。

我们确定了不同样本中的病毒负荷之间的相关性(扩展数据图6-8)和一些证据表明,自流感病毒发病以来的病毒脱落的时间下降,但不是冠状病毒或鼻病毒(扩展数据图9)。在对各种样本类型的呼吸道病毒检测相关因素的单变量分析中,我们没有发现呼吸道飞沫或气溶胶的病毒脱落与症状发生后的天数有显著的关联(补充表3)(补充表4-6)。

一个子集(246人中的72人,占29%)在至少一次呼出的呼吸道收集过程中没有咳嗽,其中147人中有37人(25%)在不戴口罩的情况下,148人中有42人(28%)在戴口罩的情况下,没有咳嗽。在冠状病毒子组中(n = 4),我们没有从任何参与者的呼吸飞沫或气溶胶中检测到任何病毒。在流感病毒子组(n = 9)中,我们在气雾剂中检测到病毒,但没有从一名参与者的呼吸道飞沫中检测到病毒。在鼻病毒(n = 17)的子组中,我们在3名参与者的呼吸道飞沫中检测到病毒,在5名参与者的气溶胶中检测到病毒。

我们的研究结果表明,气溶胶传播是冠状病毒以及流感病毒和鼻病毒的一种潜在传播方式。已发表的研究从呼出的呼吸道病毒13,14如流感12,15和鼻病毒16中检测到了呼吸道病毒,从治疗严重急性呼吸道综合征和中东呼吸道综合征患者的医院采集的空气样本(不进行大小分馏)中检测到了SARS-CoV17和MERS-CoV18。但我们的研究表明,在呼出的口气中检测到人类季节性冠状病毒,包括从呼吸道飞沫中检测到OC43和港大1,从气溶胶中检测到NL63、OC43和港大1。

我们的研究结果表明,手术口罩可以有效地减少呼吸道飞沫中的流感病毒颗粒的排放,但气溶胶中的流感病毒颗粒却不能有效地减少12。之前和目前的研究都使用生物气溶胶收集装置,Gesundheit-II(G-II)12,15,19,捕捉呼出的呼吸颗粒,并将其区分为两个大小的分数,其中呼出的呼吸粗颗粒>5μm(呼吸飞沫)通过与5μm的狭缝惯性特氟隆冲击器的冲击收集和剩余的细颗粒≤5μm(气溶胶)通过在缓冲液中冷凝收集。我们还证明了外科口罩对降低大呼吸道飞沫和气溶胶中的冠状病毒检测和病毒拷贝的功效(表1b)。这对控制COVID-19有重要的意义,表明手术面罩可以被患者使用,以减少病毒的继续传播。

在没有戴口罩的样本中,我们发现,大多数感染流感病毒和冠状病毒的参与者中,大多数人的呼吸道飞沫或气溶胶中都没有检测到病毒,而对于鼻病毒,我们在34名参与者中的19名(56%)的气溶胶中检测到病毒(流感的10名中有4名(40%),冠状病毒的23名中有8名(35%))。对于那些在呼吸道飞沫和气溶胶中发现病毒的人来说,两者的病毒含量往往较低(图1)。考虑到G-II的高收集效率(参考文献19),并考虑到每个呼出的呼吸收集进行了30分钟,这可能意味着,即使主要通过气溶胶传播,如已描述的鼻病毒感冒20的传播,需要长时间的密切接触才能发生传播。我们的研究结果还表明,冠状病毒和流感病毒感染者的传染性可能存在相当大的异质性。

我们的研究的主要限制是,我们的研究的主要限制是呼出的呼气中无法检测到病毒脱落的参与者的大比例。我们本可以增加采样时间超过30分钟,以增加被捕获的病毒脱落量,但代价是在一些参与者的可接受性。另一种方法是邀请参与者在呼出的呼吸收集12期间执行强制咳嗽。然而,它是我们本研究的目的,集中在呼出的呼吸道病毒在现实生活中的情况下恢复呼吸道病毒,我们预计,一些人在急性呼吸道疾病期间不会咳嗽很多或在所有。事实上,我们确定了病毒RNA中的少数参与者在30分钟呼出的呼气式呼吸收集过程中没有咳嗽,这将表明飞沫和气溶胶传播途径是可能的,从没有明显的体征或症状的个体。另一个限制是,我们没有确认在呼出的呼气中检测到的冠状病毒或鼻病毒的传染性。虽然G-II的设计是为了保留气溶胶中病毒的生存能力,而在本研究中,我们能够在气溶胶中识别出传染性流感病毒,但我们没有尝试从相应的气溶胶样本中培养冠状病毒或鼻病毒。

原始出处:

Leung, N.H.L., Chu, D.K.W., Shiu, E.Y.C. et al. Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks. Nat Med (2020). http://sci-hub.tw/10.1038/s41591-020-0843-2

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  1. 2020-04-04 公卫新人

    新冠肺炎,疫情何时才能消失

    0

  2. 2020-04-04 lovetcm

    需要研究证实

    0

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