咳嗽 病毒通过飞沫可以传播多远：1米的安全距离？ 答案或许和我们想象的不一样。 病毒新型冠状病毒
2003 年，非典型性肺炎（简称 SARS）病毒的迅速传播，在全球的广泛蔓延，致使大约有 30 多个国家（或地区）的近 8000 人被传染，这其中有 700 多人死亡，感染病死率在 9% 左右。 2009 年 7 月 6 日，约有 120 多个国家和地区，共感染新甲型 H1N1 流感为 94512 例，其中死亡病例为429例。甲型 H1N1 流感的迅速蔓延，其传播速度之快，让我们措手不及，引起了世界各国的广泛关注。 2014年2月开始爆发的埃博拉病毒疫情肆虐西非，感染病例达19000多人，其中死亡7300多人，感染及死亡人数都达到历史最高。 2012年，一种以前从未在人类身上发现过的新病毒首次在一名沙特阿拉伯居民身上发现。该病毒现在被称为中东呼吸综合征（MERS-CoV），截至2019年5月31日，全球共有2442人感染。MERS-CoV是一种呼吸道病毒，可导致严重疾病，迄今约35%的患者已死亡。中东呼吸综合征是人畜共患病，人们通过直接或间接接触单峰骆驼而感染。其病原体恰恰是SARS的近亲，同属于冠状病毒，其传染性虽不及非典，但死亡率比SARS还要高。 如果说万物皆有灵，那么病毒有灵吗？ 前几期文章，我尝试分析了意识和灵魂等相关问题。在这里我们把它再局限为生命。那么，病毒是生命体吗？
其实这是一个很复杂的问题，单从生物角度来说，生命应该包含一些基本特性：新陈代谢，遗传，进化，变异等。涉及到具体的物质，就是DNA或者RNA,它是构成生命体共通的，最基本的化学物质。 那么病毒呢？ 是的，这货相当懒惰了！它甚至没有细胞核，简单到就是蛋白外壳内包裹着一团RNA或DNA。大道至“简”，是不是！如果说人体的基本构成单元是细胞，那么细菌可以比作细胞，它们处于同一个维度，尺寸、结构以及物质构成非常相似。最主要的区别在于细菌有独特的细胞壁，这也是抗生素杀灭细菌的关键。因此，细菌的生存策略是寄生在人体中，而病毒的生存策略就寄生在细胞（包括细菌）中。 病毒连最基本的自我繁衍和新陈代谢都没有，因为它没有细胞的相关结构。 因此，什么是生命？从这个例子，你会有更深刻的认识：病毒和构成生命的基本单元（细胞）有着共同的祖先，即DNA或者RNA。所以它们都是生命。如果对人来说，生命是意识，是大脑，这在病毒中体现得漓淋尽致，生命就是DNA或者RNA。 生命密码 人体依靠大脑指挥，寄生在浩瀚无垠的宇宙之中；病毒依靠DNA或者RNA寄生在莽莽的细胞丛林中。所以它们都是生命，都有灵，只是生存策略不同而已。 研究表明，病毒一般在空气中难以单独存活，这里的存活是指具备感染性。然而事实上，病毒因为太小了，在空气中一般都吸附在其它颗粒物上，例如尘埃、飞沫、细菌等。如此这般，病毒就可以存活了，而且时间差异较大。 粒径比较 综上所述： （1）病毒一旦离开宿主，其生存能力大大减弱，尤其是如果单独存在，它就是一团有机物，甚至不能称其为生物。 （2）病毒在潮湿条件下存活能力较好，因为更容易附着在其它物体上。干燥情况下存活能力较弱。但是传播距离更远，这主要是因为纳米级颗粒物的空气动力学特性更好。 那么，新型冠状病毒在体外可以存活多久呢？目前尚无明确的结论。但是通过科学家对SARS冠状病毒的研究数据分析，可以对这一问题提供若干参考。 SARS病毒在人体外的普通表面附着时，存活时间一般是数小时。 （1）唾液和粪便中存活约5天； （2）尿液中存活约10天； （3）血液中可存活15天。 SARS病毒对温度敏感，随着温度️上升，存活能力急剧下降。 （1）0℃以下，可以无限期存活； （2）37℃可以存活4天； （3）56℃加热90分钟可以完全灭活。 而对于新型冠状病毒，研究数据表明，它对温度更敏感。 （1）56℃加热30分钟即可以完全灭活； （2）室温25℃立刻丧失传染性。 （3）一般白天有阳光照射，干燥情况下，其存活时间不超过2分钟。 通过上述分析，空气中的飞沫是新型冠状病毒传播的关键载体。至此，我们的问题就回归到：人体呼出的飞沫可以传播多远？ 飞沫当你咳嗽或者打喷嚏时，你能看到飞沫，或者当其他人对着你打喷嚏时，你能感觉到飞沫的存在。但是，你看不到无影无形的气相的物质。气体云☁️产生的影响，是促使个体液滴抵达更远的地方，尤其是那些体积更小的液滴。目前一般认为，打喷嚏时所喷发的口水会形成1000～40000粒飞沫高速喷出，速度可达时速177公里(每秒约 49.2米 )，因此是很多传染病的传染媒介。研究人员拍下打喷嚏者的飞沫喷发状态，发现喷发瞬间，较大的飞沫会形成一股小型气体云，较小的飞沫则四散到更远的距离。 通过查阅相关文献资料，粒径大于 10m 的飞沫，一方面会快速下沉，从而对人体危害较小；另一方面，在正常环境下会快速蒸发成为飞沫核，其粒径急剧减小。实验研究表明，个体差异对飞沫的粒径范围影响较小，且呼吸、说话、咳嗽和喷嚏等行为产生的飞沫粒径范围也相当。其粒径范围一般认为在 0.1~10m 。此粒径的飞沫以气溶胶的形态存在，可长期悬浮在空气中，随空气流动传播疾病。 严格上来说，粒径大于 5m 的飞沫才属于飞沫传播，而粒径小于 5m 的飞沫已经属于空气传播的范畴了。 数值模拟分析室内微生物污染是当前研究的热门问题。科学上，一般把含有病毒、细菌等有生命的微粒，称为生物颗粒物 。由于空 气污染的日益严重，关于微生物污染的研究也越来越多。许多研究成果表明，一些颗粒物还可能会对人体，造成直接的伤害，对人类社会发展影响深远。为了使研究更具普遍性，在人咳嗽或打喷嚏时，选取常规的室内空间尺寸进行模拟，人的口径取 0.04m 。 咳嗽气流测试
正常呼吸过程速度场 正常呼吸过程浓度场 上图为以 0.3m/s 的速度模拟人正常呼吸时，飞沫的传播过程。由图可以看出，人体呼吸过程所产生的气流，尽管比较微弱，但是飞沫沿发生方向仍可以传播到近 4m 远的地方，并且在发生方向上的飞沫浓度大于两侧的浓度，传播距离越远，浓度越低。
咳嗽过程速度场 咳嗽过程浓度场 上图为以 10m/s 的速度模拟人咳嗽后，在 t=1.0s 时，呼出气流的变化过程。由图可以看 出，此时的呼出气流依靠着形成的漩涡继续向前传播，同时扩散作用逐渐显现出来，紊动扩散引起的扰动比较明显，此时呼出气流与周围空气在对流作用与扩散作用下进行传播。
喷嚏过程速度场
喷嚏过程浓度场 上图为呼出气流速度 40m/s 时，在一个周期内，飞沫沿发生方向传播的过程。由图可以看出，人体打喷嚏一次产生的飞沫至少可以传播 4.5m，沿发生方向上的浓度大于其两侧的浓度。 温度无论是 2003 年的 SARS 的爆发，还是当前新型肺炎的传播，都是发生在春秋季节，而不是在炎热的夏季。结合实际，取环境温度为 280K(7°C)和 298K (25°C)进行模拟。人呼出的含有飞沫的气流视为空气和飞沫组成的混合气体，呼出气体的温度取 36°C。各物性参数参考一般情况，此处不一一列出。
7℃咳嗽飞沫传播速度场
7℃咳嗽飞沫传播浓度场 上图为环境空气温度为280K（7℃） ，t=1s时，咳嗽飞沫的传播图像。
25℃咳嗽飞沫传播速度场
25℃咳嗽飞沫传播浓度场 上图为环境空气温度为298K（25℃） ，t=1s时，咳嗽飞沫的传播图像。 通过上述对比分析，主要差异：环境温度为280K（7℃）时，飞沫的影响范围较298K（25℃）时大。 主要原因分析: (1)环境温度为280K（7℃）时，呼出气流与环境空气之间的温差相对较大，则对流 作用相对较强，气流向前冲击的较远; (2) 环境温度为298K（25℃）时，空气的粘性相对比较大，对呼出气流产生的阻力也较大。 以上数值模拟计算结果和喷口射流理论相吻合。
自由紊动射流流动特征示意图 小结（1）速度为 0.3m/s 时，扰动主要产生在沿呼出气流发生方向上，未形成明显的漩涡； （2）呼出气流速度为 10m/s 时，沿气流发生方向上大约 1m 的位置，开始发展成漩涡； （3）呼出气流速度为 40m/s 时，在气流发生方向上大约 4m 的位置，发展成漩涡。 （4）环境温度在 280K（7℃）时，沿气流发生方向飞沫的传播距离为 1.45m； （5）环境温度为 298K（25℃）时，飞沫的传播距离为 1.32m。
微生物
勤洗手 最后，一点儿题外话：一切皆为幻象，相信科学，追求真理。作为大国公民，我们应该要具备基本的底层逻辑：戴口罩，少外出，多读书。 参考文献： 「1」周晓瑜,施玮等.室内生物源性污染对健康影响的研究进展[J].公共卫生,2005,34(3):367. 「2」张显晖.空气中传染性飞沫传播过程的数值模拟[J].内蒙古科技大学,2011. 「3」李光熙，陶文铨等.非典型肺炎病毒在空气中传播过程的初步数值模拟[J].西安交通大学学报，2003，37(7):764-766. |
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