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COVID-19 大流行是一場全球室內空氣危機,應該會帶來改變:紀念 Indoor Air 期刊發行 30 週年的訊息

COVID-19 大流行已經是二戰結束以來最嚴重的人類健康危機之一。截至 2021 年 9 月,全球已有超過 2.1 億人被感染,超過 450 萬人死亡,導致 2020 年經濟損失 7%。由於病毒持續令人擔憂的變種,加上全球疫苗接種進展緩慢,新冠病毒已經不太可能消除,SARS-CoV-2 將與其他地方性的流感等,仍將成為未來持續的挑戰。

許多關於大流行的反思已被報導,但一個主要話題似乎被忽略了:如果回到最初,我們可以採取那些措施來防止 SARS-CoV-2 的傳播?沒有傳播途徑就意味著沒有大流行的發生,1969 年,美國作家邁克爾·克萊頓 ( Michael Crichton ) 在他的小說The Andromeda Strain中寫道,關於遏制致命的外星病原體的努力,「危機是直覺和盲點的總和,混合了注意到的事實和忽視的事實。」什麼是在 COVID-19 大流行中被忽視的盲點和事實?儘管基礎科學從 20 世紀初開始迅速發展,但空氣傳播、飛沫、污染物和接觸途徑等傳染病傳播概念自 16 世紀以來幾乎保持不變。相關術語使公眾感到困惑,甚至不同專業的科學家是否能夠清晰的溝通也受到很大的挑戰,在一些相關學術研討會中,參與者花費了很多時間試圖調和所謂的空氣傳播的認知。空氣中傳播很容易與長距離傳播混為一談,被誤認為是可怕的、危險的且很難控制的,而短程空氣傳播經常與大飛沫傳播混淆。


在最近的Indoor Air 期刊的社論中, 提出了新的術語:氣膠吸入 ( aerosol inhalation ) ,液滴噴出 ( droplet spray ) 和表面接觸 ( surface touch )。有了這三個傳播概念,相關的防制措施應該很容易識別理解,即減少傳染性病毒的吸入,避免通過液滴沉降的接觸,並保持表面/手清潔。美國疾控中心最近採用了一組類似的名稱,即吸入 ( inhalation )、沉降 ( deposition ) 和接觸 ( touching )。 WHO 和 US CDC 也終於接受了短程吸入在 SARS-CoV-2 的傳播中為主導地位的事實,在大流行發生一年多之後,儘管這樣的認知為時已晚,但仍然為大眾能更充分地認識到通風和空氣清潔的重要作用鋪起了重要的道路,連同保持社交距離和戴口罩都成為是防止 SARS-CoV-2 和其他呼吸道病毒傳播的關鍵措施。


從對 2003 年淘大花園 SARS 爆發的調查開始,在過去幾十年中已經報導了許多呼吸道感染的工程研究。事實證明,這些過去的研究有助於了解當前的流行病。不同學科的科學家現在聯手合作針對呼出氣流、呼吸道飛沫、它們的轉化和擴散、肺部沉積、飛沫蒸發後和氣膠中存活的病毒以及密切接觸的人類行為等關鍵主題進行了進一步的機制研究。這種機制研究增加了更多的了解,構成了呼吸道感染傳播調查的重要科學組成,研究結果可用於推斷和防制主要的傳播途徑。


科學可以被定義為從實驗和觀察中衍生出的、邏輯上相關的概念和理論的集合,它們導致新的實驗和觀察。大流行為全球數億個室內空間的現實感染「實驗」和「觀察」提供了不幸的機會。幸運的是,已經仔細研究了幾次爆發,揭示了室內空氣傳播可能性的證據。另一篇社論分析了此次大流行中病毒傳播的四個主要觀察結果:1)大多數感染發生在近距離; 2)大多數感染發生在室內; 3)室外感染風險低; 4) 偶爾發生遠距離傳播。藉由相關理論,我們可以推斷出主要的傳播途徑以短距離吸入為主,長距離吸入偶爾或有條件地發生。新理論需要能夠產生新的預測或解釋新的觀察結果。如果所有預測都是正確的,室外低風險、室內高風險的現象值得關注,這可能是這次大流行中最重要的觀察結果。


有一個簡單的解釋:即稀釋原因。對於靜止在原地呼吸的人的理想呼氣射流,在距離超過 1 m後會由於空氣夾帶周圍空氣的關係而有超過 10 倍的稀釋效果,如果周圍的空氣完全沒有傳染性病毒,就像在室外一樣,1m以外的濃度很低,在任何通風良好的室內環境中,即每人室外空氣換氣率為 10 L/s 或更高時,室內空氣中的背景濃度同樣較低。這意味著,在這種靜止狀態下,每人 10 L/s 的通氣量可能會如同像在戶外近距離吸入風險程度而微不足道。因此,在通風良好的室內空間中,感染風險與室外風險相對較低。相反,如果每人的通風率低於 5 L/s,則可以表明近距離吸入呼氣的暴露顯著增加,同時伴隨著感染者傳播病毒的風險。這四個基本觀察結果是通過對一般人群的研究得出的。


因此,我們推斷在一般人群中,短距離吸入傳播主要發生在通風不良的空間中,如果室內空間通風良好,傳播風險會大大降低。如果通風不良,整個傳播室內空間(即「遠距離」吸入傳播)可能發生。遠距離吸入可同時感染多人,而短距離傳播僅感染密切接觸者。物理空間局限限制了感染者可以隨時密切接觸的易感染個體的數量。這一推理支持了一個重要結論:SARS-CoV-2 傳播並非無處不在,而是主要發生在室內通風不良的空間中。通風率對感染風險的影響是持續的。通氣率的閾值選擇取決於我們對可接受風險的定義。僅靠通風不能預防所有感染。相反,它應該被視為多層或多種方法中的一層保護,與其他方法(例如人流限制、物理距離和戴口罩)結合使用。適當的閾值通氣率仍有待確定。


上述分析中的基本概念陳述是 COVID-19 感染主要是由呼吸道飛沫引起。在劇烈的體力活動中,感染者會呼出更多的空氣並在上皮表面產生更高的剪切應力,從而釋放出更多的感染性飛沫。在體力消耗期間,易受感染個體也會吸入更多。感染傳播風險的淨效應是雙倍效應,相比之下,在辦公室環境中,感染者和易受感染者的呼吸頻率都較低。假設在辦公室的情況下,適當的通風率為每人 10 L/s。然在健身房裡,感染者會呼氣更多,比如 5 倍,而易受感染者也會吸入更多,也是 5 倍,呼氣的暴露率可能是辦公室的 25 倍,因此,合理的通風要求也可能是辦公室所需要值的 25 倍,即每人約 250 L/s。


ASHRAE 標準 62.1 目前僅建議健身房的通風率約為每人 20 L/s。這種高於辦公室通風條件反應了一個重要的基本事實:在醫療保健環境之外,現有的通風標準沒有考慮到感染控制。健身房按照 ASHRAE 標準 62.1 設計和運營,則其通風率明顯低於感染控制所需的通風率,這樣分析可以幫助解釋為什麼觀察到健身房會有較高的感染率。


健康的通風要求是一個複雜的話題,並且在考慮感染時還受到暴露時間和病毒量的影響。公共衛生界對可怕的空氣傳播的主流觀點未能將「稀釋」方式進行有利的發揮,充分稀釋空氣傳播的傳染性氣膠是減少近距離和室內吸入傳播的關鍵,充足的通風和過濾將感染減少到與室外一樣低。


我們需要思維典範轉變以製定新的通風標準,以便管理感染風險。這一目標也應適用於其他呼吸道如流感和普通感冒病毒等。上述分析表明,大多數 SARS-CoV-2 感染發生在室內,通風不良是主要因素。 COVID-19 危機幾乎肯定是室內空氣品質的危機;這很可能也是通風危機。


危機可以促成變革,重大危機可以引發革命。一場重大的環境危機可能導致環境革命,我們可以引用過去幾個世紀中兩次相關的重大環境革命。首先是衛生革命: 18 和 19 世紀快速的工業化和城市化導致傳染病在歐美主要城市蔓延。在這場公共衛生危機之後,在徹底改變廢水處理和排放、改善水質和個人衛生方面做出了重大努力,引入了具有強制性要求的建築法規。可能由於舊的瘴氣假說的失敗,空氣衛生方面也取得了一些進展,1948年致命的多諾拉霧霾和1950 年代的倫敦霧危機引發了一場新的城市空氣革命,採用了嚴格的政府法規,並進行了大量新的研究工作,主要工業化國家的城市空氣品質顯著得到了改善。


在中國,2010 年代初的城市霧霾或 PM 2.5 危機也產生了類似的影響,政府採取了強有力的行動,城市空氣品質顯著改善,政府監管和研究是必要的。我們在 18 世紀以科學方式了解了空氣和水,並在 19 世紀了解了細菌, 衛生革命之後,由傳染病引起的人類死亡率顯著下降。但是,重要的是,呼吸道感染在富國和窮國仍然具有廣泛的不利影響:美國黑人、西班牙裔和美洲原住民的 COVID-19 感染率和死亡率居高不下,以及印度持續發生的 COVID-19 災難都清楚地表明了健康不平等狀況,住房條件差和擁擠是主要問題。第二個特點是我們能夠建造更多密閉的建築物,富裕國家可能有更好的醫療保健設施,但他們的室內空氣可能不是最好的,與水不同,空氣無處不在。


病態建築症候群於 1970 年代首次被研究,但並沒有導致政府監管發生重大的變化,而且幾乎所有國家的室內空氣品質都繼續由行業自行調整發展或自願進行。我們的肺很脆弱,全球人口接近 80 億,其 90% 的時間都在室內度過。


室內空氣污染帶來的健康風險遠遠超出 SARS-CoV-2 和其他呼吸道病毒的空氣傳播。這是進行室內空氣革命的合適時機嗎?有史以來第一次,COVID-19 大流行將全世界的注意力集中在通風對於疾病傳播中的功用。新 IOT 技術將使我們能夠更好地監測和控制數十億個家庭、數億個辦公室的室內空氣品質。這也是一個碳中和及可持續發展的時代,因為「健康」是可持續性發展的一個基本要素,開發碳中和室內空氣技術將顯得更重要。


獲得健康的室內空氣是一項基本人權,伴隨著健康的生活和可持續發展,如果我們不採取行動,21 世紀的室內空氣革命就不會到來。我們需要新的研究活動,但更重要的是,促進新的法規執行、公共教育宣導活動和新的空氣衛生行動改變是必不可少的。洗手和通風之間有很大的區別,洗手可能是一種個人行為,但對於通風,我們在消費的餐館內、去的健身房和乘坐的公共汽車上往往沒有發言權。與水的衛生類似,對室內空氣品質的自願性要求是不夠的,應該要制定強制性法規。


( By Yuguo Li 等, Indoor Air, 18 October 2021 )


Dr. J 評論

改善室內空氣品質將帶給人們許多好處,同時也符合聯合國可持續發展的健康目標。對於我們所面臨 COVID-19 的挑戰的規模,從事室內空氣品質改善的社群相對十分有限,全世界從事室內空氣和室內空氣科學家已為大流行的傳播和預防控制的科學理解做出了貢獻。


但是,COVID-19 持續存在表明我們仍必須要做更多的工作,首先醫學、建築及工程領域的專家需要有對 COVID-19 的科學研究建立共通的語言,如醫學的飛沫 ( Droplet ) 及工程的氣膠 ( Aerosol ) 定義的統一,其次是不同建築場域因運作特性而應有不同的通風指引,再來是新型的消毒技術經過嚴謹的科學實場驗證程序,並結合可視化的改善成果如標章的展現,我們室內空氣品質產業方能協助建築物真正成為免疫及人們身體安身立命的健康之所。

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