Robert Langer的新冠傳染大揭秘:呼出氣溶膠與COVID-19感染與人體生理變化

【引言】

嚴重的急性呼吸系統綜合癥冠狀病毒2（SARS-CoV-2）通過人們咳嗽或打噴嚏時呼出的大液滴和人們自然呼吸時在其呼吸道中產生的很小的液滴的組合在空氣中傳播。人們對呼出的呼吸道飛沫如何在個體之間發生變化，在個體內隨時間變化以及隨著COVID-19感染的發作和進展而發生變化的了解很少，但對于弄清COVID-19傳播的性質以及其他高度傳染性的空氣傳播呼吸系統疾病至關重要，例如流感和結核病（TB）。當我們呼吸，說話，咳嗽和打噴嚏時，上呼吸道中快速氣流的作用會導致呼出氣中呼吸道飛沫的產生。在正常呼吸過程中，在吸氣流量達到峰值時，氣管和主支氣管中的空氣速度可達到湍流速度。氣道襯里的稀薄粘液層（5μm至10μm）上的急流會將粘液表面破碎成小滴，就像強風在海面產生分裂并噴向海洋表面一樣。這種液滴破裂的性質和程度取決于粘液本身的表面性質。在最影響液滴產生和液滴尺寸的特性中，表面粘彈性和表面張力是最重要的。在氣道襯里粘液中，這兩種性質都隨肺表面活性劑的類型和濃度以及緊靠空氣表面的粘液的組成和結構而變化。因此，表面活性劑和粘蛋白的組成和結構變化，部分是受人類狀況的生理變化（包括飲食，衰老和COVID-19感染本身）的驅動，因此可以預期在呼吸過程中會改變液滴的產生和液滴的大小。

【成果簡介】

???????COVID-19通過呼吸過程中從呼吸道粘液表面產生的小滴傳播，該過程在受嚴重急性呼吸系統綜合癥冠狀病毒2（SARS-CoV-2）病毒感染的宿主內進行。Robert Langer&David Edwards&Chad Roy研究了有和沒有COVID-19感染的人類和非人類靈長類動物的呼吸道液滴的產生和呼出，以探討SARS-CoV-2感染以及生理狀態的其他變化是否轉化為可觀察到的呼出呼吸道液滴的數量和大小的演變。在觀察性隊列研究中，對194名健康人的呼出氣顆粒進行了觀察，并在實驗中研究了8例被SARS-CoV-2氣溶膠感染的非人類靈長類動物：在受試者之間呼出的氣溶膠顆粒之間存在三個數量級的差異的數量級，呼出的呼吸飛沫數量隨COVID-19感染程度和BMI年數的升高而增加。實驗觀察到18％的人類受試者（35）占了該組呼出的生物氣霧劑（194）的80％，這反映了生物氣霧劑的超級擴散器分布，類似于經典的20:80感染分布的超級擴散器。這些發現表明，在缺乏有效且廣泛傳播的疫苗的情況下，對呼出氣溶膠的定量評估和控制對于減慢COVID-19在空氣中的傳播可能至關重要。該成果以題為“Exhaled aerosol increases with COVID-19 infection,

age, and obesity”發表在PNAS上。

【圖文導讀】

Figure 1.No Evil Foods的74名基本工人和大急流城社區學院的120名志愿者的呼氣顆粒物

（A）所有參加者?（B）“超級傳播者”參與者（C）“超級散布者”參與者；（四）“低傳播”參與者

Figure 2.呼氣微粒與BMI、年齡的函數關系

Figure 3.在實驗感染的獼猴（RM）和非洲綠猴（AGM）中呼出的呼吸顆粒和相應的基因組SARS-CoV-2病毒RNA

Figure 4.實驗感染的恒河猴（RM）和非洲綠猴（AGM）的呼出氣顆粒和相應的粒徑分布

Figure 5.感染了Mtb的獼猴（n = 4）的呼出氣顆粒和相應的粒徑分布

【小結】

NHP中COVID-19感染高峰期小呼吸道小液滴的比例增加，這證實了先前發表的單個COVID-19陽性人類受試者呼出氣溶膠曲線的觀察結果，并表明在高峰期感染可能由于通過傳統口罩和非常遠超過2 m的常規社交距離的傳播距離的非常小的液滴，SARS-CoV-2在空中傳播的風險較高。對COVID-19大流行的科學反應主要集中在開發治療性藥物和預防性疫苗上。在等待治愈或廣泛采用的有效疫苗之前，科學界可能建議通過恢復氣道內襯粘液屏障功能，特別是降低其傾向性，集中精力管理COVID-19。氣道內襯粘液在自然呼吸的作用下會分解，否則不希望在未感染和未感染的年輕人的氣道中發生。呼出的氣溶膠數量似乎不僅是疾病進展的指標，而且還是未感染個體中疾病風險的標志。監測（作為診斷手段）也可能是控制COVID-19和其他呼吸道傳染病（包括結核病和流感）的傳播和感染時要考慮的重要策略。

文獻鏈接：Exhaled aerosol increases with COVID-19 infection,

age, and obesity, PNAS,?2021, DOI:10.1073/pnas.2021830118

本文由材料人學術組tt供稿，材料牛整理編輯。 ?