医疗环境中流感、SARS-CoV-2和RSV的粒径分布、细胞病变效应及检出率

《Journal of Aerosol Science》：Size, cytopathic effects, and prevalence of Influenza, SARS-CoV-2, and RSV in healthcare settings

　　

在11.1%的医疗环境空气样本中检测到流感病毒（Influenza）、SARS-CoV-2和呼吸道合胞病毒（RSV）的RNA。流感病毒和SARS-CoV-2的RNA仅在粗颗粒气溶胶（4-10 μm）中检测到。RSV的RNA仅在细颗粒气溶胶（<1.5 μm）中检测到。噬斑分析（Plaque assay）在部分PCR阳性样本中确认了具有活性的流感病毒。

**论文解读：医疗环境中流感、SARS-CoV-2与RSV的空气传播特征**

**1. 研究背景与目标**

流感病毒（Influenza）、严重急性呼吸综合征冠状病毒2型（SARS-CoV-2）和呼吸道合胞病毒（RSV）每年在全球造成大量死亡和沉重的经济负担。这些呼吸道病毒可通过呼吸、咳嗽、说话等活动释放到空气中，医疗场所作为高密度潜在感染者聚集的空间，是病毒气溶胶监测的关键场所。然而，既往研究对空气中病毒遗传物质的检测较多，而针对具有感染能力的活病毒检测却十分有限。常用的生物气溶胶采样器（如撞击器、冲击式采样器）常因机械应力、干燥或回收过程中的试剂作用导致病毒失活，从而难以在临床环境中捕获并量化活病毒。此外，不同病毒在空气中的粒径分布特征尚不明确，这直接影响对吸入暴露风险与传播机制的理解。为此，研究人员采用能够保持病毒活性并进行尺寸分级采样的集成式BioCascade（BC）与Bio-spot VIVAS系统（简称BC-VIVAS），在2024/2025年冬季对多种医疗场景开展现场测量，旨在量化流感、SARS-CoV-2和RSV的病毒RNA浓度、粒径分布及活病毒存在情况。该研究发表于《Journal of Aerosol Science》。

**2. 主要技术方法**

研究于美国犹他州盐湖城开展，采样地点包括犹他大学牙科学院口腔诊所（DC）、大学医院急诊科候诊区（ED）、急性肺病病房（E40）和内科重症监护病房（MICU）。DC采样在2024年11月11日至12月13日进行，医院采样在2025年1月14日至3月21日进行，每周通常采样3天，每次采样事件持续1小时，共完成81次采样事件。BC-VIVAS以12 L/min流量将气溶胶按空气动力学粒径分为四个等级：>10 μm（PD1）、4-10 μm（PD2）、1.5-4 μm（PD3）和<1.5 μm（PD4）。采样介质为含2%胎牛血清的DMEM。样本经RT-PCR检测流感A/B、SARS-CoV-2和RSV的RNA；同时采用MDCK细胞噬斑实验评估流感活病毒，HEp-2细胞免疫荧光染色检测RSV，Vero E6-TMPRSS2细胞观察SARS-CoV-2细胞病变效应（CPE）。另用Grimm仪器实时监测粒径分布，Q-Trak记录温度、相对湿度（RH）和CO₂浓度。

**3. 研究结果**

**3.1 RT-PCR检测结果**

全部81次空气采样事件中，9次（11.1%）经RT-PCR检出至少一种呼吸道病毒RNA，共获得15个阳性结果。E40病房检出率最高，为25%（4/16）。值得注意的是，病房空气中检出的病毒并非总与患者临床诊断一致，例如被诊断为流感A患者的房间内可检出SARS-CoV-2、流感B或RSV的RNA，而SARS-CoV-2确诊患者的房间仅检出RSV。研究人员认为，这种差异可能来自其他人员活动、残留气溶胶以及临床诊断与环境检测敏感性的不同。低检出率与采样时长仅1小时（受低湿度下采样介质蒸发限制）、采样距离、季节偏差及RSV采样安排滞后等因素有关。

**3.2 培养法与细胞病变效应结果**

对21次采样事件进行SARS-CoV-2培养、2次进行RSV培养、4次进行流感培养。所有样本均未观察到SARS-CoV-2的细胞病变效应，包括RNA阳性的样本；阳性对照孔均出现完全单层破坏，验证了实验体系可检测低至1 PFU的病毒。流感仅在RT-PCR阳性的未稀释样本中观察到个位数的噬斑（每孔1-2个），提示活病毒载量极低。研究人员指出，采样介质中的FBS可能抑制流感病毒复制，而样本冻融过程也会降低感染滴度，因此培养结果可能低估了真实的活病毒数量。

**3.3 病毒RNA的粒径分布特征**

研究观察到病毒RNA的粒径分布存在明显病毒特异性：所有RSV RNA均在PD4级（<1.5 μm）检出，而所有流感A、流感B和SARS-CoV-2 RNA均在PD2级（4-10 μm）检出，其中部分流感阳性样本同时观察到噬斑，说明活病毒存在于粗颗粒中。研究人员比较了其他研究采用NIOSH BC-251采样器获得的结果，指出不同采样器切割粒径设计和气流特性可能导致粒径分布结论不一致。本研究结果提示RSV可能主要存在于细颗粒气溶胶中，有深入肺部沉积的潜力。

**3.4 环境条件与颗粒物浓度**

采样期间温度范围为67-76°F，RH较低（6-24%），与盐湖城冬季环境一致，但显著低于室内推荐水平。低RH导致PD中液体快速蒸发，限制了采样时长。CO₂浓度在医院为553-718 ppm，在DC为720->900 ppm，反映通风处于可接受水平。统计分析显示，检出病毒RNA与未检出事件的温度、RH和CO₂浓度无显著差异（p>0.05）。各采样点的气溶胶粒径分布相似，<1.5 μm颗粒数浓度占主导。

**4. 讨论与结论**

讨论部分指出，本研究中病毒检出率低于预期，主要受现实条件限制，包括呼吸季节高峰期与采样时间不完全匹配、医院高通风率、低湿度限制采样时长、采样器无法紧邻患者放置，以及RSV阳性病房未被定向筛选等因素。尽管培养实验未能证实SARS-CoV-2的活病毒存在，但研究人员强调常规采样方法对活病毒的捕获效率可能严重偏低，尤其是病毒未迅速附着到细胞时会快速失活。结论部分可翻译为：本研究利用BC-BioSpotVIVAS提供了医疗环境中空气传播呼吸道病毒的尺寸分辨现场测量数据。病毒RNA在11.1%的样本中被检出，其中RSV存在于细颗粒气溶胶（<1.5 μm），提示具有深层肺部沉积的潜在风险，而SARS-CoV-2和流感则局限于较粗颗粒（4-10 μm）。基于培养的活性分析表明，许多病毒PCR阳性样本中并未含有强感染性的病毒颗粒。较低的病毒检出和回收频率可能受到现实约束的影响，包括采样季不在呼吸道病毒流行高峰、高通风率、低相对湿度限制采样时长，以及采样器放置位置和接触活跃传染期患者的途径受限。这些发现共同凸显了评估临床环境中空气传播的复杂性，并强调需要开发能在干旱医疗条件下有效运行、同时保持病毒活性且具备尺寸分辨能力的采样方法。