为什么有些人是超级传播者？身体又是如何散播冠状病毒的？

2020年10月6日韩国首尔，何散穿戴个人防护装备的播冠消毒工人在清理一条街，以预防冠状病毒传播。有人韩国的超级传播新型冠状病毒病例已经连续第六天维持在100例以下，但该国正在为秋夕假期之后可能发生的身状病疫情复炽做准备，因为据报导当时有大量人群聚。体又 PHOTOGRAPH BY CHUNG SUN-JUN,何散 GETTY IMAGES
（神秘的地球uux.cn报道）据美国国家地理（撰文：FEDOR KOSSAKOVSKI 编译：涂玮瑛）：2003年，严重急性呼吸道症候群（SARS）已经感染数千人，播冠杀死数百人，有人并导致全球恐慌，超级传播当时莉迪亚．莫罗斯卡（Lidia Morawska）正在研究吸入污染的身状病细微粒子所造成的影响。但接着世界卫生组织请莫罗斯卡──她是昆士兰科技大学的物理学家──加入一个在香港的团队，该团队试图了解造成SARS的冠状病毒是如何散播的。
莫罗斯卡决定采取一种不同寻常的方式。她没有检视人们如何吸入来自他人的传染性物质，而是研究反向的过程：呼出。
「我发现只有三篇论文调查了与人类呼吸活动中的粒子呼出有关的事情，基本上等于没有研究。」她说：「这让我很惊讶，因为这是非常重要、非常关键的领域。」
将近20年后，新出现的SARS-CoV-2病毒迅速传播，使大家重新有兴趣研究人类的肺如何将感染性物质发射进空气里，也就是最微小的飞沫，称为气胶（aerosol） 。了解气胶如何在体内形成是非常重要的，有助于探讨为什么这种病毒如此迅速地传播，以及是什么因素在助长所谓的超级传播事件──即少数疾病带原者最后感染了许多个体。这类事件正是COVID-19的特征。
自从莫罗斯卡开始她的研究，科学家已经得知许多关于空气传播性呼吸道液体的知识，尤其是可能使人成为超级传播者或超级喷射者的因素。某些特质如人的体型，以及某些行为如大声说话或急促呼吸，似乎都在这种疾病的传播上发挥了重要作用。
「他们没有打喷嚏，他们没有咳嗽。他们只是呼吸和说话而已。」马里兰大学的气胶传播专家唐纳．密尔顿（Donald Milton）说：「他们可能在叫喊，他们可能在唱歌。卡拉OK酒吧一直是超级传播事件的一大源头。我们在安大略省哈密尔顿的一间飞轮车俱乐部见到一个案例，那里的人都在用力呼吸。」
然而，事实证明，要找出谁是气胶的最大生产者是很困难的──许多影响气胶生成的生物和物理因素都难以解析或什至检测。
说出来，不要喷出来
对于像莫罗斯卡这样更专注于物理学的气胶科学家而言，气胶是任何干或湿的粒子，可以悬浮在空中数分钟到数小时。气胶的尺寸通常小于100微米，或大约是一根人类毛发的宽度。人类呼吸道会产生各式各样的气胶，从直径只有几微米的细微小滴，到大约100微米的小球体，甚至是比气胶大的团块──它们肉眼可见，更常被称为飞沫。
莫罗斯卡说：「最小的气胶是在呼吸道较深的部位产生的。」这些气胶对于疾病传播特别重要，因为它们能比快速坠落的大团块悬浮更久，也传播更远。
这些最小的气胶是在细支气管内产生的，而细支气管就是细小树状的呼吸道，深藏在我们的肺里。透过仔细检测人们以不同方式呼吸时所产生的气胶，莫罗斯卡与同事格雷姆．理查．强森（Graham Richard Johnson）在一篇2009年的研讨会论文中认为，细支气管内的呼吸道液体会产生薄膜，当细支气管收缩及扩张时，这些薄膜就会如肥皂泡般破裂。如今这种现象被认为是肺脏深处产生气胶的主要机制。
类似现象也发生在呼吸道较上方的部位，即发声的喉部。
威廉．里斯坦帕特（William Ristenpart）说：「声带褶张开及闭合的速度很快，肉眼根本无法观察到。」他是加州大学戴维斯分校的化学工程学家，研究疾病传播。声带褶跟细支气管很像，它们在说话和唱歌时会相互碰撞，将呼吸道液体拉开，产生细微的飞沫。想像一下，如果你洗手的动作很用力，肥皂膜就会在你将它们拉开时破裂。
这种过程发生得很快，一秒能发生一百次左右，它产生的飞沫会搭上呼出气体的便车──因而进入口腔。呼吸道最大的飞沫是在嘴巴内产生的，还伴随着上下开阖的嘴唇及说话时满载唾液的动作，而这些飞沫大概是你最熟悉的飞沫种类。
「有时你可以感觉到有细小的飞沫飞出来，特别是在说话的时候。」里斯坦帕特说：「这就是『说出来，不要喷出来』的由来。」
虽然鼻子也是散播气胶的路径之一，但主要路径是透过嘴巴。所有气胶及飞沫都被困在一团爆射出去的气体中，而这团气体会在最初的数秒内控制气胶及飞沫的移动与传播。
麻省理工学院的流体动力学家莉迪亚．布鲁巴（Lydia Bourouiba）说：「事实上，这团气体云会让喷射出去的飞沫在房间里向前移动时保持集中，它会带着飞沫移动。」
更多飞沫，马上来！
虽然产生呼吸道气胶的一般机制在所有人身上都是相同的，但个体实际产生的飞沫量却存在大量差异。如果在寒冷天气时观察站在公车站旁的人群，你会注意到每个人呼出的雾气量看起来并不一样。
考量到呼吸道的复杂性，这个现象其实不令人意外。莫罗斯卡利用香水瓶比较一致的喷雾量当作类比：「跟只有一根管子的香水瓶不同的是，呼吸道内有许多不同管道──不同宽度与不同长度的管道。」
如果要量化这种复杂性，即使是在单一一个人身上进行量化都会非常繁琐，不过科学家依然找到了那些容易产生气胶的人。里斯坦帕特与他的同事在2019年的一项研究中显示，人说话愈大声，喷出的气胶就愈多。然而，这些科学家也发现，研究中的某些受试者产生的气胶比其他人多了一个数量级──即使他们以相同音量说话也是如此。这些人就成了所谓的超级喷射者（superemmiter）。
里斯坦帕特说：「很显然，一定有某种潜在生理因素导致以大约相同音量与音调说话的人喷出差异极大的粒子数量。」他说，其中一项因素可能是液体的浓稠度与其对变形的反应方式会因人而异。先前研究已经显示，吸入比充满黏液的呼吸道液体较不黏稠的盐水喷雾，整体而言会让个体产生较少的气胶粒子。反过来说，呼吸道液体黏性通常较高的人则可能会产生较多气胶。
复杂的是，呼吸道感染可能导致呼吸道液体出现变化。举例来说，发生支气管感染如细菌性肺炎及严重流行性感冒的时候，因为水分流失和细胞蛋白产量提高，呼吸道内衬的黏性会增加。过敏及囊状纤维化等慢性疾病也可能使液体变得浓稠。
探索个体性
因为气胶本身的特性，所以要解答目前仍存在的许多问题并不容易。举例来说，粒子对环境状况很敏感，而且愈大且伴随愈多液体的粒子会迅速干燥，只剩大多数细小且更加集中的粒子扰乱数值。科学仪器内的温度、湿度与气流也可能改变我们想要检测的气胶。
这些细微变化令人想起量子力学的特点，也就是对次原子粒子进行检测会影响结果。虽然这些气胶比次原子粒子大得多，但检测它们转瞬即逝的特质也同样具挑战性。
莫罗斯卡轻笑着承认了这种挑战。她说：「要进行检测，并给出一个能代表实际状况的答案，是非常困难的事。」
数十年来，这些困难有一部分不断阻碍着气胶传播疾病的研究。里斯坦帕特说：「即使到了2020年的今天，流行性感冒的传播方式依然具有争议性。」他最近发表的一项研究显示，流感病毒可能会搭灰尘粒子的便车。
不过，由于COVID-19，这个科学领域目前颇受人们关注。气胶已协助揭露了为什么SARS-CoV-2冠状病毒比2003年的SARS更加容易透过空气传播。现在许多专家都同意，较佳的室内环境通风与配戴口罩能有助于抑制这种气胶传播的疾病。这就是为什么莫罗斯卡、密尔顿与他们在气胶科学界的许多同事在7月时呼吁，人们应该更关注SARS-CoV-2透过气胶所进行的空气传播，而美国疾病管制与预防中心和世界卫生组织如今也开始重视这个领域。
尽管超级传播在将近一世纪之前的伤寒玛丽（Typhoid Mary）时代就获得了科学界及大众的关注，但持续重视这个研究领域又是另一回事了。正如莫罗斯卡一般，布鲁巴也在2003年SARS疫情爆发之后，将她的流体动力学研究重心转移到流行病学。她发现，SARS、中东呼吸症候群冠状病毒感染症（MERS）、H1N1流感病毒等呼吸道疾病疫情爆发时，大家对气胶研究的兴趣会迅速攀升，但接着又减退了。她说，改变这种状况是当务之急。
「如果决策者与资助者的行动模式依然这么短视，」布鲁巴说：「那我们将会永远只有临时补救的方法来应对这些问题。」