新冠病毒人传人方式大解析,普通人能看懂,气溶胶不可怕

病毒是一种低级但邪性的微生物,自己没有细胞,由一个核酸长链和蛋白质外壳构成。它们样貌丑陋,姿态卑微,独立存在时会失去生命活性,进入“休眠模式”。

虽然活在生物界的最底层,但病毒小小的壳有大大的梦想。它们的法门,就是在“电量耗光之前”借助中间介质找到宿主,借尸还魂、借鸡生蛋。一旦进入宿主细胞,它们就满血复活,反客为主,利用细胞中的物质和能量,遗传自己的信息,不断地复制粘贴,直到宿主死亡。

病毒要传染给人,形成实质感染,传播过程必须满足两个条件:①病毒从A人抵达B人的粘膜;②病毒抵达时是活的。

冠状病毒形状像王冠,病毒上有包膜,体积大、变异快、待机时间长。在脱离宿主时,NCP最长可休眠48小时,特别适合传播。


传播方式矩阵

2020年2月8日,在上海新闻发布会上,官方确认了新冠肺炎的三种传播途径,直接接触传播、飞沫传播和此前被微信辟谣助手定义为谣言的“气溶胶传播”。

这个分类不太严谨。后两种属于非直接接触,但名称的意思相互不独立,气溶胶里也有飞沫,飞沫和气溶胶传播又基本都是通过空气介质。

对人传人,大致有两种分类方式:

一是按病毒载体分:①人体裸露的粘膜;②分泌物排泄物:液体有唾液,鼻涕,通过咳嗽或喷嚏加工为飞沫;固体有粪便(尚未最终证实)。

二是可以将主流的分类改为按运动方式来划分:

①按压式传播——直接接触;

②喷射式传播——咳嗽、打喷嚏、擤鼻涕+甩鼻涕和一些未证实的不雅方式等,类似平抛或斜抛运动;

③分子热力传播——气溶胶传播,主要是布朗运动和扩散运动。

两个维度组合形成一个传播方式矩阵:

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NCP传播方式简明矩阵

打×的对正常人没有威胁,排除。

2A和3A,主要发生在公共场所,因此电梯按键之类的尽量不直接碰,勤洗手。

3A,俗称粪口传播,尚未最终证实。四川某女官员发布会上说的“吃别人的shit”不仅粗鲁,而且以偏概全。更多可能是物体转移之后的接触,所以现在公共厕所也每天若干次消毒。

3B,另一种喷嚏?一般情况不会直接实现人传人,但如果粪便被证实携带活的新冠病毒,那3B很可能给3C创造前提条件。

气溶胶传播为2C和3C,前置条件分别为2B和3B。

A类传播,属于牛顿体系中的弹性力学,有效距离≤0,至于负距离,不在本次讨论范围。

B类传播,不讨论固体,只讨论液体-飞沫。飞沫中99%以上是水,其他部分组成“飞沫核”。核包括血浆原料和多种生物酶,呈弱碱性,是冠状病毒的乐土。

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飞沫组成示意图

“飞沫传播”,类似于平抛运动或斜抛运动,但过程中会大量蒸发变成固态飞沫核。飞沫从喷出口鼻那一刻起,从传播角度看,有3种归宿:

①一路平抛或斜抛至另一个人身上,这是飞沫传播的直接威胁,有效作用距离一般2米以内,基本不会超过5米。划重点,飞沫传播的保底警戒线:2米!

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②以飞沫形态平抛或斜抛直至落地,或是小飞沫碰撞变成大飞沫坠地;

③飞行过程中,水分完全蒸发,体积缩水90%以上。在缩水到某个程度,宏观物理特性加速向微观物理特性转化,空气阻力将变得显著,平抛或斜抛运动戛然而止,开始进入气溶胶传播。这之后,液态气溶胶快速变为固态气溶胶,一部分固体微粒(飞沫核)会沉降。

从图中可以看出,直径140微米以上的飞沫,脱不脱水都会迅速落地,不形成威胁。直径140微米以内的飞沫,则会在几秒内快速蒸发。实际上,没有碰撞变大的飞沫,70%的直径为4微米-25微米,蒸发之快更是迅雷不及掩耳盗铃。因此,大多数飞沫的命运,是:

液——>固,

喷射——>气溶胶

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可以看出,除了气溶胶之外,其他传播方式都是短时运动,NCP病毒触达即感染。因此,遮蔽式防护至关重要。

气溶胶

好,再说说气溶胶,这个看起来很专业很恐怖的东西。

气溶胶(aerosol)是固体或液体小质点分散并悬浮在气体介质中形成的胶体分散体系,又称气体分散体系。其分散相为固体或液体小质点,其大小为0.001~100μm,分散介质为气体。

液体气溶胶通常称为。固体气溶胶,直径小于10微米称为,大于10微米叫做灰尘。

雾霾则是对大气中颗粒物形成的气溶胶的统称,直径10μm以内,湿度大了叫雾,小了叫霾。

气溶胶主要有两种运动形态:扩散运动,前者从浓度高处指向浓度低处;布朗运动,分子热力驱动的不规则运动。

气溶胶粒子没有保护层(溶剂化层和扩散双电层),很多会相撞——聚结——形成更大的颗粒,这就是凝聚作用。颗粒大到一定尺寸,重力影响大过空气作用力,就会落到地面,这就是沉降作用。

两个条件

如前述,新冠病毒要实现人传人,必须满足两个条件:①病毒从A人抵达B人的粘膜;②病毒抵达时是活的。

飞沫直接传播,平抛斜抛类似于有确定目标的面攻击。气溶胶传播则是相对随机的无差别攻击,要满足条件①,实际是个概率事件,而概率的大小取决于气溶胶的浓度大小。

存在两种迥异的情况:

1.有定向气流 。澳大利亚昆士兰地区曾发生涉及437个马场的马流感传播事件。这些马场间距平均距离约为1公里,最远达13公里。马流感开始时,隔离政策的宣传和执行都很到位,没有马与马的近距离直接接触,但仍发现很多马被感染。原来,感染区域与风向也密切相关:马流感在气溶胶模式在固定风向的作用下可能具备公里级的超长距离的传播能力。

2.没有定向气流,近似于随机运动,受初始动力、扩散作用、聚合作用、布朗运动、沉降作用等综合影响,浓度主要取决于离传播源的距离和气溶胶颗粒大小。

先看距离。

液体气溶胶。飞沫液态颗粒只存在数秒以内,因此,只需关注电梯等封闭小空间即可。如果粪便进入化粪池,有可能形成液态气溶胶传播,此时也只需关注下水道口、马桶等特定的设施附近。香港这个示意图是模拟,未验证。

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固体气溶胶,飞沫核因有初期水平方向上的人力因素,浓度在10米开外就降到10%以下。

一次咳嗽产生40000个飞沫,一次咳嗽3000个飞沫,说100个字产生250个飞沫,再考虑多方向扩散因素,10%对单个人的“圆柱体”而言,绝对浓度实际可以忽略不计了。粪便如果产生气溶胶,因为没有水平方向的人力加成,浓度随距离的衰减比飞沫核要快得多,10米以上更可以忽略不计。

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再看大小

小颗粒浓度受制于凝聚,大颗粒浓度受制于沉降。颗粒越小,气溶胶表面积和表面能都越大,越倾向于扩散,分布到表面;电性能越显著,越容易破坏病毒。

固体气溶胶颗粒大小的几种情况如下图↓,注意:由于新型冠状病毒直径是125纳米,即0.125微米。

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据医学研究,直径≥10微米的粒子常阻留在鼻腔和鼻咽喉部,2—10微米的粒子大部分留在上呼吸道,而2微米以下的粒子随着粒径的减小在肺内滞留的比率大幅增加。

再来看病毒的存活。最能明确的是,48小时最长存活期,如下图↓

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因此,综合考虑气溶胶浓度和病毒活性的因素,威胁主要来自直径0.1-5微米的固体气溶胶,尤其是

直径1-2微米的固体气溶胶。

综上,新冠病毒虽然凶猛,气溶胶传播虽然飘忽,但并没有排山倒海。只要毫不防护地以身犯险,就不会中招。


如何防护?

无非是酒精等消毒——直接杀死病毒;通风、降雨等——降低直接飞沫和气溶胶浓度;口罩、护目镜等护具——阻隔病毒及载体。

最近,铺天盖地的都是防疫的相关信息。去粗取精,结尾说点不容易注意的防护建议

1-口罩的选用。医用防护是最高等级,医用外科主要防病毒和细菌高效,普通N95是阻隔颗粒物高效。普通人日常使用医用一次性口罩即可,但国家对此类口罩的颗粒物阻隔没有统一标准,请认准医疗器械注册证号,并自行查证所采购的口罩符合哪个阻隔标准。直接1-2微米的固体气溶胶可是大敌哦。

2-注意定向气流,

不论是风还是垂直气流,它们助推气溶胶传播有奇效。

3-尽量避免人多、密闭、狭小、公共场所,典型如电梯,尽量不与人同乘。

4-警惕戴呼吸阀口罩的人,保持安全距离。

5-家中下水道口及时遮盖,马桶盖用后盖上。

祝大家都安全度过疫情。


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