公開：2021年1月6日
pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33419142/
オープンアクセスレビュー
Mahdieh Delikhoon 1,Marcelo I. Guzman 2OrcID,Ramin Nabizadeh 3 andAbbas Norouzian Baghani 3,*.
1イラン、イスファハン、イスファハン医療科学大学公衆衛生学部産業衛生工学科
2ケンタッキー大学化学部、レキシントン、KY40506,米国
3イラン、テヘラン、テヘラン医療科学大学公衆衛生学部環境保健工学科*
要旨
コロナウイルス感染症2019（COVID-19）を引き起こす空気感染、飛沫感染、接触感染、および糞便-口腔感染を含むSARS-CoV-2感染の複数のモードは、世界中の人々の生命に対する公衆の脅威に貢献している。ここでは、SARS-CoV-2の感染モードを評価し、このウイルスの陰圧換気、空調システム、および関連する保護アプローチの効果を研究するために、異なるデータベースがレビューされている。
飛沫感染は、一般的に、表面（1-2m）上で重力的に速やかに沈降することができる直径5μm以上の粒子で起こると報告されていた。その代わり、微細で超微細な粒子（空気伝搬）は、長時間（≧2時間）懸濁したままであり、単純な拡散および対流のメカニズムを介して、さらに、例えば最大8mまで運ばれることができる。
SARS-CoV-2 の飛沫感染および空気感染は、室内の十分な換気、トイレの日常的な消毒、陰圧室の使用、フェイスマスクの使用、社会的距離の維持によって、室内での感染を制限することができる。その他の予防策として、SARS-CoV-2 の保菌者と疑われる人のスクリーニング検査の回数を増やすこと、室内空気の共有を最小限に抑えるために部屋にいる人の数を減らすこと、建物に入る前に人の体温をモニターすることなどが推奨されている。
本研究では、空気を介したSARS-CoV-2の感染がCOVID-19病の原因となっていることを裏付ける文献をレビューし、世界的に協調した戦略を必要としている。
キーワード
コロナウイルス、COVID-19,感染症、SARS-CoV-2,パンデミック
1. 序論
空気感染、飛沫感染、接触感染、および糞便-口腔感染モードを介して伝播する重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）によるコロナウイルス疾患2019（COVID-19）の急速な発生は、世界的で社会を混乱させる課題を構成している[1,2]。症候性キャリアと無症候性キャリアの両方が様々な感染様式を介してSARS-CoV-2ウイルスを感染させることが確認されており[3,4,5]、病院で医療ケアを受けている患者の間で重篤な呼吸器感染症を引き起こしている[6,7,8,9,10,11]。そのため、COVID-19アウトブレイクは、世界保健機関（WHO）によって国際的に懸念される世界的な公衆衛生上の緊急事態であると宣言された [12,13,14]。元の感染源およびヒトへの感染経路は、現在の研究の対象となっている[13,15,16,17]。2020年1月には、SARS-CoV-2のウイルスがCOVID-19を引き起こし、第二種感染症に典型的な感染症を引き起こすが、第一種感染症（危険な）の管理措置が必要であることが述べられている[12]。SARS-CoV-2は、サルベコウイルスの亜種であるだけでなく、元の重症急性呼吸器症候群（SARS）と少なくとも70%の遺伝的類似性があることが報告されている[18,19]。
SARS、ヒト固有のコロナウイルス（HCoV)中東呼吸器症候群（MERS）などのコロナウイルスは、プラスチック、金属、ガラスの表面で9日以下の期間、生物学的に活性を維持することができる[19]。SARS-CoV-2 の潜伏期間は 2～14 日間であるため、症状を示さず感染に気づかない感染者は、他の人に感染するための積極的なキャリアとなる [12,13,15,16]。COVID-19病の一般的な症状は、疲労、吐き気、下痢、嘔吐、呼吸困難、空咳、発熱、重症例では両側肺浸潤など、SARSやMERS感染症に共通するものである[13,18,20]。
2020年2月7日現在、COVID-19の症例は世界26カ国に存在していた。カナダ、米国、オーストラリア、インド、スリランカ、カンボジア、タイ、ベトナム、マレーシア、シンガポール、台湾、韓国、日本、フィリピン、ネパール、アラブ首長国連邦、ロシア、イタリア、ドイツ、スウェーデン、フィンランド、ベルギー、スペイン、フランス、および英国である[9,10]。確認された症例の多くは武漢や他の中国都市への旅行者であったが，中国国外での局所的な感染例も報告されている[10]．また，エアロゾルや飛沫からの空気感染メカニズムによる新型コロナウイルスの呼吸器感染が検討されている[21,22,23,24,25]．SARS-CoV-2は、感染者が咳やくしゃみをしながら小さな飛沫を放出することで感染する[21,26,27,28]。飛沫を介した感染は、SARS-CoV-2感染者が話したり、咳をしたり、くしゃみをしたりすることでウイルスの飛沫を放出し、それが他の人の鼻、口、および目に触れて感染を引き起こすことがある[24]。発生した飛沫は比較的大きく、空気中に長くとどまることができず、比較的急速に沈着する[24,29,30,31]。したがって、感染者との近接接触がウイルス摂取の主な方法であり、感染を引き起こす[9,20,22,23,24,30,31,32]。
また、間接的な長距離移動（エアロゾル移動）も可能であり、起こりうる[9,33,34,35]。小さな粒子で放出されたウイルスが長距離移動する可能性がある[9]。すなわち、ウイルスを含む微小な飛沫核や微粒子による空気感染は、空気中に浮遊している時間が長く、放出体からの移動距離が遠いために有利である[24]。例えば、濃縮された空気中飛沫（断片化された）は、SARS-CoV-2ウイルス患者の呼吸またはくしゃみから放出され、数メートル離れた場所まで到達して約30分間懸濁状態を保ち、一度物体に定着した後も数日間は生物学的に活性である可能性がある[22,36]。
COVID 19に対する特異的な治療薬またはワクチンはまだ存在しないため[20,37,38,39,40,41,42]、SARS-CoV-2への曝露を減少させることが重要である[9]。したがって、米国疾病対策予防センター（CDC（アメリカ疾病予防管理センター））がリストアップしているような、SARS-CoV-2感染のための具体的な対策が必要である[43,44,45,46]。CDC（アメリカ疾病予防管理センター）の対策には、石鹸と水を用いた定期的な手洗いやアルコール度数60%以上のアルコール系ハンドラブ（ABHR）の利用、公共の場での保護マスクの使用、社会的接触の制限（人から人への感染経路の制限)表面の継続的な清掃と消毒、可能な限りの自宅待機、感染リスクを低減するための変位換気（DV）などの適切な換気など、適切な衛生習慣が含まれる [6,9,13,20,47,48,49]。公共の場で保護マスクを着用することは、SARS-CoV-2の感染拡大を防ぐために最も費用対効果の高い方法であると考えられる。しかし、COVID-19の発生時には、KN95/N95呼吸器や医療用保護マスクの生産・輸出入が制限されているため、一時的にフェイスマスクの供給が不足したことがある[10,23,50]。
目的
本研究は、SARS-CoV-2感染に関する最近の文献を、序論、方法論、結果と考察、結論の4つのセクションに分類してレビューした、我々の知る限りでは初めての研究である。COVID-19の一般的な症状、SARS-CoV-2の感染モード、SARS-CoV-2の空中感染のための濃度、感染量、SARS-CoV-2の空中感染に影響を与える因子、およびSARS-CoV-2の感染を防止するための保護アプローチについて説明している。最後に、SARS-CoV-2予防のためのいくつかのプロトコルの提案と現状の将来展望を示す。
2. 方法
2.1. デザイン
この作業は、システマティックレビューとメタアナリシスのための優先報告項目（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-analysis: PRISMA）のステートメント[51]に従って行われた物語性のある合成を提供するためのシステマティックレビューに由来している。
2.2. 探索戦略
本作業を行うため、国際的なデータベース（Medline/PubMed、Scopus、Google Scholar、Web of Sciences、Science Direct、Embase）に掲載されている論文を以下のキーワードで同定した。コロナウイルス、コロナウイルス病2019,COVID-19,個人用保護具、感染、空気感染、接触、糞便口腔、飛沫、アウトブレイク、β-CoVs、呼吸器、SARS-CoV-2,バイオエアゾール、エアゾール、空気中浮遊粒子、空気、陰圧、換気、空調、社会的遠距離、N95呼吸器、マスク、アルコール、フェイスマスク、周囲空気、室内空気。論文数が多く、文献を最新の状態に保つため 2020年3月1日から 2020年12月28日の間に出版された論文に検索を限定した。
2.3. 除外基準
さらに、SARS-CoV-2 ウイルスの空気感染および飛沫感染に関する情報を提供している雑誌の論文、SARS-CoV-2 ウイルスの空気感染に及ぼす環境条件、陰圧換気（NPV)空調システム、置換換気（DV)非侵襲的陽圧換気（NIPPV)高流量鼻カニューレ（HFNC）などのさまざまな要因の影響、SARS-CoV-2 ウイルスの感染に対する保護アプローチの効果についての情報を提供している雑誌の論文を優先した。
2.4. 除外基準
以下の内容の論文は本レビューの対象外と判断し、削除した。(i)SARS-CoV-2の疫学、ウイルス学、臨床的特徴（画像特徴)(ii)排水（下水）や固形廃棄物を介したSARS-CoV-2の移動、(iii)COVID-19が各国の精神衛生や人々の生活、文化、教育、政治、経済に与える影響。
3. 研究成果
構造化された文献レビューの結果
まず、論文のタイトルと要旨を調査した。次に、上記で定義された関連論文の全文を調査するために調査を拡大した。最後に、SARS-CoV-2 のようなバイオエアロゾルの感染様式の分野で選択された論文を調査した。図1に示すように、この検索戦略では297件の論文が検索された。結果セットは、重複するレコードと英語以外の言語のレコードを削除した後、215レコードに減少した。この研究の焦点は、SARS-CoV-2 の空気感染、飛沫感染、接触感染、および糞便経口感染、SARS-CoV-2 の空気感染に対する環境条件（相対湿度、温度、蒸発など)NPV、DV、空調システム、NIPPV、および HFNC の影響、および SARS-CoV-2 の感染に対する保護アプローチの研究に限定した。関連性のある要旨をレビューした結果、83件の記録を除外した。残りの 132 報の方法と結果のセクションを読んだ後、我々は、3 報は SARS-CoV-2 の疫学および臨床的特徴に関するものであり、3 報は排水（下水）に関する研究であったため、我々の組み入れ基準を満たしていない 6 報を除外した。このようにして、126 件の個別報告が本研究に含まれた。検索結果を PRISMA のフローチャートとして図 1 に示す。
4. 考察
4.1. コロナウイルス病のよくある症状2019（COVID-19
α型コロナウイルスとβ型コロナウイルスを含む通常のヒトコロナウイルスは、一般的に風邪と同様の軽度から中等度の上気道感染症（URTI）を引き起こす[47,52,53]。一方、新型コロナウイルス（SARS-CoV-2）は、重度の呼吸器疾患（肺および上気道）を引き起こし、一部の患者では死に至ることもある（図2）[15,16,17,20,27,47,54]。SARS-CoV-2はβ-CoVに属し、その大きさは60～140nm[55]、直径は約120nm[56]であることに注意が必要である。さらに、SARS-CoV-2が人獣共通感染源であることが報告されている研究もある[15,16,17,20,27,47,54]。
図2 SARS-CoV-2の沈着の概念
(a)一旦新型コロナウイルスに感染すると、ウイルス粒子は肺や上気道に入り、(b)COVID-19の患者が話す、咳をする、呼吸をする、歌う、くしゃみをする時に飛沫やエアロゾル化したウイルス粒子を介してSARS-CoV-2が感染し、他の人の鼻、口、目、衣服、近くの環境に分布することができる。(c)口や鼻からのSARS-CoV-2は手に多く観察され、(d)SARS-CoV-2は頻繁に触れる表面や物体に分布する可能性がある[63]。
この病気の一般的な徴候は、発熱、呼吸困難、咳、および疲労であるが、あまり一般的ではない徴候は、下痢、喀痰、喀血、および頭痛である[10,16,57]。さらに、COVID-19は肺炎、腎不全、重症急性呼吸器症候群、さらには死に至る可能性があることが先行研究で明らかにされている[16,58,59]。その上、Deng et al 2020）は、致死的な症例45例が経験した主な症状には、息切れ、胸痛、発熱、咳が含まれていると報告している[37]。発熱、咳、および息切れを含む感染後2日から 14日後に発現するCOVID-19の様々な症状は、一部の患者に致命的な結果をもたらすほど重症化する可能性がある[38,60,61,62]。
Chhikaraらは、COVID-19の患者は2～7日以内に本疾患の全症状を呈したと報告しており[57]、WHOは、軽度の喉の痛み、発熱、咳、鼻水を呈する患者もいれば、呼吸困難や肺炎を伴う重篤な症状を呈して死亡に至る患者もいると報告している[20]。
4.2. SARS-CoV-2の感染様式
4.2.1. 飛沫感染率
SARS-CoV-2 の呼吸器感染は、飛沫感染によって起こる可能性がある [5,22,23,24,32]。飛沫感染は、ウイルスのキャリアが話す、咳をする、息をする、歌う、くしゃみをするなどしてバイオエアゾール粒子を放出し、それが他の人の鼻、口、目に到達して感染することで起こる（図2）[24]。また、Hollandらは、インフルエンザ、おたふくかぜ、インフルエンザ菌、百日咳、風疹と同様に、コロナウイルスもバイオエアゾール飛沫によって感染することを報告している[24]。さらに、AbkarianらとChongらは、無症候性のヒトと無症候性のヒトが話す、歌う、呼吸する、笑うなどの動作中に発生する流れがSARS-CoV-2ウイルスの感染拡大に寄与することを報告している[4,5]。さらに、発話中に呼気がどのように移動するかを定量化するために実験とシミュレーションを行い、音声特性が気流のダイナミクスに複雑さを加えていることを強調した。さらに、このようなパフの列に対応する発話は、円錐状の乱流、ジェットのような流れを作り、30秒の会話で2m以上離れた場所への指向性輸送を発生させることができる[4]。Bourouibaらは、患者の生理的組成（高温で湿った空気に関連した粘膜液の飛沫）および気象条件（湿度および温度）に応じて、任意の大きさの病原体を含む飛沫のガス雲およびそのペイロードが、最大8mまで伝送され得ることを例示した[64]。その過程で、どのような大きさの飛沫であっても、その大きさだけでなく、ガス雲の乱流の程度や速度、周囲環境の特性（温度、湿度、気流）にも依存する速度で沈降したり、蒸発したりする可能性がある[64,65,66]。Chongらは、より小さな呼吸飛沫（<10μm）は、乱流パフを介して取り込まれ、流体と一緒に移動する傾向があることを報告している。これは、パフから落ちてくるより大きな呼吸飛沫が周囲の流体よりも早く沈降する一方で、対流効果の減少により、より小さな相対流速の増加と蒸発の減少をもたらす可能性がある[5]。
これまでの研究によると、粒子径の異なるバイオエアロゾル飛沫は人によって生成されている[32,67]。一般的な呼吸で生成されるバイオエアゾール飛沫は0.8-2μmの範囲であるのに対し、会話では16-125と0.8-7μmの範囲の二峰性分布である[32]。同様に、咳は0.6～16および40～125μmの粒子を生成するが、くしゃみは7～125μmの粒子を生成することが多い[32]。さらに、以前の研究では、咳やくしゃみで生成されるバイオエアロゾルの飛沫は、<1から>500または<2000μm（または多くのエアロゾル）までの範囲であることが述べられている[67,68,69]。
Starioloは、生成されたバイオエアロゾル飛沫が乱れのない空気中に留まる時間について2つのモデルを提供した[23]。モデル1では、咳、会話、くしゃみなどの呼気活動からのSARS-CoV-2感染を避けるために、1.5～3m程度の社会的距離を置いていれば、200μm以上の大きさの飛沫は健康リスクではないと判断される [23,32,49,70]。飛沫＜100μmの場合は、粘性空気中での第2の運動モデルが採用された[23]。また、他の研究者は、飛沫の感染は 5μm 以上の粒子から発生すると述べているが、これは表面の重力沈降を下回る可能性がある[9,71]（図 2）。これらの粒子の重力沈降は 1 m 以内で発生するため、2 m の注意距離が適切な予防策と考えられている（図 3）[9,45,71] 。さらに、COVID-19感染者数を減少させるためには、叫ぶ、叫ぶ、話す、息をする、歌う、くしゃみをする、咳をするなどして、ウイルスを含んだ飛沫を介して命に関わるSARS-CoV-2ウイルスの感染を遅らせることが必要である。そのため、このような呼吸器飛沫を介した感染を減らすために、世界各国の政府は、いわゆる「2m距離ルール」や「6フィートルール」を提示している[1,5]。
図3 5μm以上の粒子を持つSARS-CoV-2の飛沫感染率[9]
多くの研究では、人から発生するバイオエアゾール飛沫（例えば、話す、咳をする、呼吸する、歌う、くしゃみをするなどして発生する飛沫）は、比較的大きく（0.6～2000μm)空気中に短時間滞留し、比較的急速に沈着することが想定されていた[24,29,30,31]。しかし、これらの研究では、バイオエアロゾル飛沫によるSARS-CoV-2の感染が進行する可能性があることが認められている[24,29,30,31]。
4.2.2. 接触感染
SARS-CoV-2 の接触感染は、SARS-CoV-2 で汚染された表面や物体から起こる可能性がある（図 2d）。例えば、図4によると、SARS-CoV-2は、プラスチック（4日以上)金属（5日)木材（4～5日)ガウン（2日)ラテックス手袋（8時間以下)紙（1～5日)ガラス（4日）などの表面や物体で2～9日生存する可能性がある[73]。
図4 異なる表面上でのSARS-CoV-2の生存率 [73]
例えば、Fiorilloらは、様々なコロナウイルスが感染した表面で最大9日間生存し、感染した表面を62-71%エタノールで1分間消毒するか,0.1%次亜塩素酸ナトリウムで消毒することでコロナウイルスを駆除できると報告している[74]。
つまり、感染した表面や物体との接触によるSARS-CoV-2の感染（感染媒介物感染）を防ぐ取り組みも重要である[9]。例えば、SARS-CoV-2は衣服に付着して接触によって流通する可能性もあり[9,26,27,28]、最前線の医療従事者（HCW）や地域社会全体を危険にさらすことになる[35,71]。
4.2.3. 糞便経口感染
最近、SARS-CoV-2が感染者の糞便中で観察されていることから、糞便感染の可能性には特に注意が必要である[9]。さらに、Yang and Wang（2020）は、SARS-CoV-2が患者の糞便中で観察されていることから、水生環境を汚染する可能性があり、糞便-口腔感染経路をも引き起こす可能性があると報告している[13,75]。さらに、以前の研究では、COVID-19患者からの感染性糞便から放出されたバイオエアロゾルが感染を引き起こす可能性があることが報告されている[9,13,75]。XuらおよびLiaoらによると、キャリアーの人の糞便を含む汚水からSARS-CoV-2の空気中エアロゾル感染が可能であることが報告されている[9,76]。SARS-CoV-2 の空中エアロゾル感染については、4.2.4 節に記載されている。
4.2.4. 空気感染
バイオエアロゾルは、屋内または周囲空気中に浮遊する微生物に適用される一般的な用語であったが[77,78,79,80]、医学用語では、バイオエアロゾルは生物学的物質を含む空気中の粒子である[32,81]。空気中感染のメカニズムは、空気中に長時間（2時間以上）浮遊したままで、SARS-CoV-2のキャリアからより遠くに移動することができる小さな飛沫核（病原性飛沫の流体）またはウイルスを含む微粒子を伴う[24]。例えば、SARS-CoV-2のキャリアによって呼吸中またはくしゃみ中に放出される濃縮された空気中の飛沫（断片化された）は、数メートル（最大8m）移動し、約30分間浮遊したままで、数日間物体上に生存可能なままである可能性がある[22,36]。さらに、Lednickyらは、生存可能なSARS-CoV-2が患者から 2～4.8m離れた場所で採取された空気サンプルから分離されたことを報告している[82]。
WHOによると、空気中に長期間存在し、1 mを超える距離を移動することができる5 μm未満の飛沫核内のウイルスによって空気感染が可能であるとされている[29]。粒子＜5μmによる空気伝搬は、SARS-CoV-2を数時間にわたって空気中に分布させることができる[71,83,84]。さらに、Lee（2020）は、SARS-CoV-2を含むことができる呼吸器粒子の最小サイズは約4.7μmであると計算されていると報告している[85]。
WHOは最近、「心肺蘇生法（CPR)気管内挿管、気管支鏡検査、開放吸引、陽圧換気、高流量鼻カニューレ（HFNC)挿管前の手動換気」などの特殊な状況や状況でSARS-CoV-2の空気感染が起こりうることを示唆しており、このような状況ではエアロゾルが発生する可能性がある[29,71,86]。そこで疑問が生じる。”SARS-CoV-2は空気によって拡散する可能性があるのか？” [45].
WHOは、SARS-CoV-2の空気感染の重要性を確立していない。そのため、イタリアなどの政府の公式対策では、SARS-CoV-2の長距離感染は無視されているため、1m（レッドゾーン）だけの距離を保つことが推奨されている[87,88]。したがって、米国とイタリアにおけるCOVID-19の症例数の日々の増加は、どのようにして正当化できるのだろうか？[45]. 空気中のウイルスの存在を立証するための複雑さが、この感染経路の立証を遅らせている可能性がある[45]。重要なことは、SARS-CoV-1が空気中のエアロゾル粒子を介して伝播したことはよく知られていることである[32]。さらに、SARS-CoV-1とSARS-CoV-2の間には多くの類似点や症状が報告されており、SARS-CoV-2の空気感染の可能性が高いことを示唆している[45,89]。COVID-19パンデミックは、結核や水痘と共通の空気感染メカニズムを共有している可能性があり、これは飛沫感染よりも効果的である [24,32,90]。
したがって、最終的な答えは、世界中でSARS-CoV-2への感染が増加傾向にあることと、ウイルス感染拡大の基礎科学を知っていることから、研究者がSARS-CoV-2が空気を介して拡大していると考える強い理由があるということである[45]。言い換えれば、空気感染はSARS-CoV-2の迅速な感染拡大の重要なメカニズムである[24,32,45,91]。この文脈では、既存の説得力のある証拠から、ウイルス感染の主要な経路として直接接触感染のみを再考することが求められている。空気感染経路は、政府関係者によって無視されるべきではなく、パンデミック期には深刻な懸念となるべきである[45,92]。
4.3. SARS-CoV-2の空気感染の濃度と感染量
Liu らは、武漢大学人民病院と武昌方広野病院の患者・医療スタッフエリアと武漢の公共エリアを対象に、空気感染の可能性のある浮遊粒子中の SARS-CoV-2 RNA の負荷を調査した。彼らは35個のサンプルを採取し、サイズ（全浮遊粒子、サイズ分別、沈着エアロゾル）で判別した[46]。エアロゾル分率は、以下の5つのサイズに分類された。0-0.25μm,0.25-0.5μm,0.5-1μm、1-2.5μm、および≧2.5μm[46]。その結果、方広病院の各地域におけるSARS-CoV-2エアロゾルのRNA濃度は1〜9コピー/m3であった[46]。両病院のSARS-CoV-2 RNA濃度が最も高かったのは約19コピー/m3で、患者の移動式トイレ室で見つかった[46]。さらに、SARS-CoV-2 RNAは2つの明確なサイズ範囲でかなりの濃度が検出された：サブミクロン粒子（0.25～1.0μm）で9および40コピー/m3,スーパーミクロン粒子（2.5μm以上）で7および9コピー/m3であった [46]。人民病院の集中治療室（ICU）の部屋から採取した沈着エアロゾルサンプルでは、SARS-CoV-2 RNAの濃度は1時間あたり31～113コピー/m2であり、沈着率の最大値は部屋の障害物のないコーナー（患者のベッドから3m）で認められた[46]。
Guzmanは、病原体を運ぶサブミクロンエアロゾルとスーパーミクロンエアロゾルは、異なる生産ルートと再懸濁により、二次エアロゾルを生産する保護具や靴などの物体から病原体を含むスーパーミクロン粒子を生成するため、共存する可能性があると指摘している[32,46]。SARS-CoV-2を含むスーパーミクロン粒子は、鼻咽頭領域に沈降し、粘膜を通過し、複製して肺を含む他の組織や臓器に分布し続けることができる[32,93]。さらに、2.5〜5μmの粒子は気管に沈降することができ、一方、粒子≦2.5μm（微粒子）および≦0.1μm（超微粒子）は肺の組織に到達し、肺胞管および嚢に沈降することができる[32,94]。このような粒子はSARS-CoV-2の直接感染に寄与する可能性があり、そうでなければ、広州（中国）で同じレストランで食事をした3家族10人がCOVID-19で発病した理由を説明するのは、空調換気による呼気中の5μm以下の粒子の拡散に寄与していなければ難しいであろう[32,94]。また、Cervinoらは、Guzmanの見解と一致して、医療従事者が病棟の床から靴に付着した生菌ウイルスを他の病棟に感染させる可能性があることを報告している[1,32,95]。
特に、医療従事者の防護服や長時間の床面に定着したウイルスの再放出コピーには注意が必要であり、移動物の移動や床を踏むことでエアロゾル化する可能性がある[32,46]。したがって、SARS-CoV-2のエアロゾル感染を減少させるためには、表面、保護具、および衣類の除菌に関する推奨事項に従うことが重要である[32,46]。SARS-CoV-2の感染量は、世界中にすばやく分布するウイルスの能力により、1×102～1×103粒子と低いと考えられている[32,45,96,97]。したがって、研究者にとっては、異なる粒子サイズのウイルス濃度がどれだけ低いと感染につながるかを評価することが不可欠である[32,91]。例えば、採取したエアロゾルサンプルの走査型電子顕微鏡（SEM）検査では、SARS-CoV-2のウイルスの完全性が空気中に浮遊した状態で16時間以上保たれている可能性があることが実証されている[32,91]。
4.4. SARS-CoV-2の空気感染に影響を与える要因
4.4.1. 環境条件
相対湿度、温度、蒸発などの様々なパラメータが SARS-CoV-2 の伝播に影響を与える [32,45,48,71,98,99,100]。Yaoらは、周囲のオゾンレベルが高温低相対湿度の場合、SARS-CoV-2の感染が減少することを報告している[48]。ウイルスを含む大きな水滴が表面近くに堆積しているが、同じウイルスを含む粒子の液体が蒸発によって空気中に失われると、空気中を浮遊するより小さな粒子は重力沈降ではなく気流を介して移動することができる[45]。10μm未満の水滴の蒸発は1秒未満で起こり、ウイルスを含む可能性のある核を数時間空気中に浮遊させたままにする（例えば、病室や飛行機の内部での感染のために）[23]。静かな空気中での単純な拡散に加えて、対流過程も空気感染の主要な方法の一つであることは間違いない。対流の存在下でも、ウイルスは表面に沈降・飛散する前に広い部屋に分布することが報告されている[23]。さらに、Chongらは、相対湿度を50%から90%に上げるなどの環境条件の変化が、直径10μmの飛沫の寿命を延ばし、SARS-CoV-2の空気感染に影響を与えることを報告している[5]。また，小さな飛沫の方が大きな飛沫よりも寿命が長く，長距離を移動することも強調している[5]．ラグランジュ統計を追跡することで、Ngらは、寒くて湿度の高い環境では、空気が水蒸気を保持する能力が低下し、呼吸器の蒸気パフが過飽和になることを報告している[101]。その結果、過飽和蒸気場は、湿ったパフ内で捕捉されて輸送される飛沫の成長を促進する[101]。そのため、10μmよりも小さい飛沫は、寒くて湿度の高い天候のときには、より遠くまで到達することができる[101]。さらに、Chaudhuriらは、飛沫の蒸発時間が感染率定数を規定するように、環境条件がCOVID-19発生時の増殖率に影響を与えることを述べている[102]。温暖な気候は増殖率を低下させる可能性があるが、COVID-19パンデミックを抑制するためには、接触者追跡、隔離、フェイスマスクの普及などとともに、厳格な社会的強制力のある対策も必要である[102]。
Cervinoらは、低温でのウイルスの顕著な持続性を報告している[95]。例えば、4℃で14日間培養した後、ウイルス力価は0.7対数単位でしか低下しなかった[95]。その代わりに、培養温度を70℃に上昇させることで、わずか5分後にはウイルスは検出されなくなった[95]。さらに、pHの変化は、pH3から 10までの範囲で研究されたように、SARS-CoV-2の安定性に影響を与えなかった[95]。
4.4.2. 陰圧換気（NPV)置換換気（DV)空調システム、非侵襲的陽圧換気（NIPPV)およびハイフロー鼻カニューレ（HFNC）
Santarpia氏と共同研究者らは、患者からのウイルス脱離を調べるために、ネブラスカ大学医療センターの11の隔離室（COVID-19患者13人を含む）から空気サンプルを採取した。その結果、SARS-CoV-2は、排泄された粒子として空気中に流入し、トイレでの排便時にも、また菌との接触時にも流入していることがわかった。彼らは、SARS-CoV-2は飛沫によって患者から直接感染し、空気や汚染された接触から間接的に感染する可能性があると結論づけた[103]。同じ研究では、リアルタイム逆転写酵素ポリメラーゼ連鎖反応（RT-PCR）を用いてSARS-CoV-2 RNAを検出し、患者室の空気中の平均濃度が2.86コピー/L（63.2%陽性）であったことを報告している。以前の観察では、負圧換気（NPV）のある部屋でサンプルを採取したため、咳やエアロゾルの発生源がなくてもエアロゾルの伝播が起こる可能性があることが示唆されていた[103]。彼らは、空気の乱れは、隔離された部屋の中で大きなサイズの飛沫を長時間懸濁させることにつながると解釈している[103]。しかし、Tanら、Liuら、Vukkadalaら、Cook、Hollandら、およびFathizadehらは、逆のシナリオを議論し、SARS-CoV-2の感染を防ぐためには、患者を可能な限り陰圧室に入れておくべきであると述べている[24,46,71,73,104,105]。例えば、CDC（アメリカ疾病予防管理センター）のTanら、およびHollandらは、SARS-CoV-2の粒子が感染した患者のいる場所から逃げないようにするために、陰圧下の部屋を使用すべきであると宣言している[24,104,106]。
空調システムは、陰圧換気（NPV）システムと同様に重要であると考えられてきた。汚染された部屋の空調は負圧モードで行われなければならないが、これは、その部屋がより低い空気圧を適用して外気を分割された環境に入れることで、有害な粒子が周囲の空気に逃げないようにするためである[45,46,71,73]。
これまでの研究では、人民病院のさまざまな場所にあるNPVと高い空気交換率の患者室が、SARS-CoV-2の空気感染を減少させるのに有効であることが報告されている[46,73]。さらに、Chiuと共著者は、SARS-CoV-2が疑われる症例または確認された症例の内視鏡検査は、NPV室で行うべきであると述べている[107]。しかし、Cookらは、部屋の空気交換率が高いことが陰圧か陽圧かよりも重要であると述べ、空気交換率が低い場所や換気が行われていない場所では粒子が沈降しないようにすることを推奨していた[71]。さらに、Bhagatらは、混合換気、自然的・機械的置換換気、風駆動換気を含む異なる形態の換気についての研究を行った[108]。重要なことは、変位換気が垂直成層化を促進するように適切に設計されていれば、天井付近の室内温風汚染物質を減少させることができるということである[108]。したがって、置換換気は、SARS-CoV-2の曝露リスクを減少させるために最も効果的であるべきであり、空間の上部に通気孔またはファンを介して簡単かつ安価に設置することができる[108]。その代わり、混合換気は室内空気を空間全体に分散させ、潜在的にクリーンなゾーンをサポートすることはできない[108]。
Millerらは、非侵襲的陽圧換気(NIPPV)と高流量鼻カニューレ(HFNC)を用いたエアロゾルの発生を、健康なボランティアの低流量鼻カニューレを用いた毎分6Lと対照的に評価した[109]。その結果、健康なボランティアの低流量鼻カニューレを用いた場合とは対照的に、NIPPVとHFNCはSARS-CoV-2のエアロゾル排出量を上昇させなかったことが示された[109]。Li et al 2020）は、HFNCによるSARS-CoV-2の産生および分布が起こりうることを報告した[86]。また、Liらは、COVID-19患者からのSARS-CoV-2エアロゾルの産生と分布を制御するために、サージカルマスクを患者の顔に装着し、ハイフロー鼻カニューレ（HFNC）でプロングすることができると説明している[86]。SARS-CoV-2の感染に対する防御アプローチについては、4.5節に記載した。
4.5. SARS-CoV-2 感染に対する防御法
世界的に新型コロナウイルスのパンデミック率が高いため、SARS-CoV-2 の正確な管理対策が必要とされている [43,44,45,46]。Liaoらは、合唱団の練習（歌唱）中に、60人の合唱団の45人がSARS-CoV-2に感染し、2人が死亡したと報告している[67]。過去の研究によると、一人の個人がSARS-CoV-2を感染させる平均人数は2≦R0≦2.5人である[32]。このように、地方自治体は、社会的距離を置くことと自宅に留まること（ウイルス源のコントロール）によってCOVID-19パンデミックをコントロールすることを提案している[23,32,38,61,63,94,110,111,112,113,114,115]。
レストラン、クルーズ船、老人ホーム、学校、幼稚園、オフィス、店舗、公共交通機関などでの換気に関連したウイルスの拡散を制御する努力は、パンデミックを制御するために不可欠です[45,116]。感染レベルの高い特定の個人は、他の人を保護するために、人と人との接触や環境の汚染を制限すべきである[13,60]。SARS-CoV-2の分布を防ぐための簡単で費用対効果の高い方法は、誰もが公共の場で保護マスクを着用することである [10,23,45,50,117,118]。サージカルマスクはCOVID-19の拡散を減少させることができるが[12]、医療施設の労働者はガウンおよびゴーグルと組み合わせたN95マスクを必要とする[12,50]。さらに、Fiorilloらは、米国ではそれぞれN95およびN99マスクと同等の性能を持つタイプのFFP2およびFFP3のフィルタリングフェースピース粒子マスク（FFP）[74]を使用して、医療従事者を患者のエアロゾルとの接触から保護する必要があることを示唆している。サージカルマスクの場合、それらの濾過効率は、2μmより大きいサイズの飛沫核に対してのみユーザを保護する[65]。一般的に、フェイスカバーは、呼吸およびバイオエアロゾルのユーザーからの直接的な放出を減少させるために、より効果的である[108]。SARS-CoV-2感染を減少させるためには、適切な洗剤を使用した表面の消毒、すなわち頻繁な手洗いと適切な個人用保護具の使用が重要な予防策となる[74]。
適切な換気に加えて、機械式エアフィルター、紫外線殺菌照射（UVGI)高効率微粒子空気（HEPA）フィルターおよびイオン発生器などの洗浄方法、さらにはアルコール、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウムなどの化学的方法も、コロナウイルスを不活性化するために使用される[9,78,119]。例えば、イソプロピルアルコールやエチルアルコールは、近年、医療現場で消毒剤として適用されている[120]。以前の研究では、エチルアルコールの60〜70%溶液が、マウスノロウイルス、エボラウイルス、および多くのコロナウイルスを不活性化することができることが実証されている[47,120,121]。しかし、SARS-CoV-2は空気中に分布しているため、空気中の高濃度のアルコールやその他の消毒剤は人にとって危険な可能性があるため、地域社会や都市の周囲空気の消毒はより困難になっているように思われる [12]。したがって、化学的な消毒方法とフェイスマスクの使用は、このパンデミックの広がりを制限するための最も適切な対策であるように思われる [12,45,59]。
現在、いくつかの国ではワクチンの開発と使用の実施を開始しているが、多くの国では、COVID-19の拡散を制限するために、政府関係者、医師、一般市民による予防措置と効果的な健康対応しか実施できない。SARS-CoV-2の他の感染様式に加えて、SARS-CoV-2の人から人への感染は、公衆の集まりでの伝播が速いため、公衆衛生に対する深刻な脅威である[122]。COVID-19の伝播を防ぐために必要ないくつかの重要なステップは以下の通りである。
- 無症候性キャリアや感染国からの旅行者を含む感染者の隔離 [122]
- 感染国からの、および感染国への渡航制限の適用 [122]
- 親睦会やイベントを避ける[122]
- COVID-19に関する一般市民の意識の知識の拡張[122]
- 医療従事者による個人用保護具、特にマスク、例えばN95,FFP2,FFP3の着用、手洗いおよび適切な防護服の使用 [12,50,74,122] [12,50,74,122] 。
- CやEなどの適切なビタミンを含む栄養素を摂取するなど、免疫システムを高めるための対策を確実に行う [122,123] 。
- 社会的距離を保つ（約1.5～3m）[23,32,49,70,122
- 置換換気などの適切な換気を行う[103,108]
要約すると、SARS-CoV-2の空気感染および飛沫感染を制限するために、以下のことが推奨される。
- (i) 室内の適切な換気または良好な空調システム [45,46,78,94,103]、
- (ii) トイレの適切な消毒 [46]、
- (iii) 人混みの少ないオープンスペースの利用 [46]、
- (iv) 陰圧室の利用 [24,103]、
- (v) SARS-CoV-2 の感染が疑われる個人のスクリーニングおよび検査 [46,124,125]。
- (vi)レストランなどの近接空間での温度モニタリング[94]、
- (vii)他人との注意距離を保つ[32,45,71,98]、
- (viii)他人の直接の空気の流れを避ける[45,126]、
- (ix)室内空気の共有を最小限にするために、共通の場所にいる個人の数を減らす[45,127]、
- (x)他の人との機器や物の共有を最小限にする[45,71,72]。
5. 結論
COVID-19 は、重篤な呼吸器感染症やその他の合併症を引き起こす世界的な健康問題となっている。本研究では、SARS-CoV-2の感染経路として、直接接触、空気感染、糞便口腔感染、飛沫感染を検討した。また、空気感染に対する陰圧換気および空調システムの影響についても検討した。本研究の主な知見は以下の通りである。
- SARS-CoV-2 の空気感染は、関連疾患の急速な拡大に重要な寄与をしている。
- 5µm以下の粒子は、長時間（2時間以上）浮遊したままで、単純な拡散・対流機構を介して長距離（最大8m）を移動することができる。
- 環境環境条件は、SARS-CoV-2 のより長距離の空中伝播に影響を与える可能性がある。
- 10μm以下の飛沫は、寒くて湿度の高い天候であれば、より大きな距離を移動することができる。
- 低温（4℃）でのウイルスの持続性は顕著であり、70℃まで温度を上げることで、5分後にはウイルスが検出されなくなった。
- 温暖化によってSARS-CoV-2の増殖速度を遅らせることはできるが、COVID-19パンデミックを抑制するためには、厳しい社会的強制力やフェイスマスクの普及などの対策が必要である。
- 国内および国際的なレベルでこの病気をコントロールするためには、官民の間の調整された対策が必要である。生物医学のみならず、環境、化学、物理、公衆衛生、交通、移民、経済、教育などの分野の異なる専門家による共同解決が必要である。
- SARS-CoV-2は、室内環境下では床面や医療従事者の防護服や靴からも再浮遊する可能性がある。確かに、感染媒介物との直接接触だけがSARS-CoV-2のウイルス感染を引き起こす唯一の方法ではない。上で説明したように、SARS-CoV-2は空気を介して分布している。したがって、除去する前の表面や保護具の消毒と、頻繁な手洗いが必要となる。
- 様々なコロナウイルスは表面上で最大9日間生存し、62-71%エタノールで1分間消毒するか,0.1%次亜塩素酸ナトリウムで消毒することで除去することができる。
- 医療従事者には、N95,FFP2,またはFFP3マスクとガウン、ゴーグルを組み合わせたマスクを提供しなければならない。
- 全体的に、十分な高換気の使用、陰圧換気のある部屋の使用、社会的距離の取り方の実践、N95,さらには手術用マスクの着用などの管理措置は、SARS-CoV-2の空気感染を減少させるために潜在的に示唆されている。
5.1. 今後の展望
上記で報告された知見や、水、排水（下水)感染性固形廃棄物によるSARS-CoV-2の他の感染様式についての現在の理解を深めるためには、今後の実験研究が必要である。さらに、PM2.5,PM10,SO2,NO2,Pb、VOC、COなどの大気汚染がSARS-CoV-2の空気感染および微生物感染に及ぼす影響を説明するための詳細な研究が必要である。SARS-CoV-2 の伝播モードに対する晴天日、雨天日、スモッグ日の影響を研究することは、空気感染および肺炎の伝播に関するさまざまなシナリオを特徴づける上で興味深いものである。
5.2. カプセル
本研究は、重症急性呼吸器症候群-コロナウイルス-2（SARS-CoV-2）の感染様式や空気感染に影響を与える要因について、これまでに報告がない点で新規性が高い。本研究の成果は、コロナウイルス疾患2019（COVID-19）の蔓延により、世界中の人々に幅広い意味を持つ。