6. 影响气溶胶传播的因素

6.1 气溶胶的种类和性质

文献中报告的实验研究涉及的气溶胶要么是人工生成的，要么是由动物自然产生的（自然气溶胶）。人工产生的气溶胶主要是悬浮在实验室介质或制剂中的小液体颗粒（Agranovski et al., 2010; La & Zhang, 2019; Pyankov, Pyankova, & Agranovski, 2012），在气溶胶化过程中会提高病毒的存活率（Barlow&Donaldson，1973）。

就气溶胶的物质组成而言，在计算气溶胶空气动力学直径时，要考虑到会影响气溶胶在气流中运动的物理特性，如形状、密度和尺寸等（Yang等，2015）。气溶胶的物质组成也可能影响病毒的生存能力。例如，已经证明，与唾液和牛鼻液相比，悬浮在细胞培养液内的FMDV在气溶胶中的存活率更高（Barlow & Donaldson, 1973）。在污染物传播方面，Dee等人（2018）证明，ASFV、PEDV和PRRSV病毒颗粒在不同饲料原料上跨大西洋或跨太平洋运输条件下的生存能力取决于饲料原料的不同。此外，Mielke和Garabed（2020）发现，当存在于植被或食物微气候中时，FMDV颗粒的存活率将会增加。

6.2. 受感染动物的病毒排毒

病毒从受感染动物身上排放到空气中是空气传播的一个重要方面。表8总结了实验研究中对病毒排毒的观察结果。其中包括：研究中使用的毒株、接种后空气传播病毒浓度的监测持续时间、测量单位、感染源动物或接触动物接种后的排毒持续时间以及其他值得注意的观察结果。应该注意的是，许多实验研究是在实验室条件下进行的，空气传播病毒浓度（数量）可能不能代表自然感染动物设施中产生的空气传播病毒的数量。例如，Germeraad，Sanders，Hagenaars，de Jong，&Gonzales（2019）发现高致病性禽流感病毒（HPAIV）的接种剂量与感染动物的HPAIV排毒量之间存在关联。与实地研究相比，实验室研究中的畜群规模、动物分布/密度、通风率和管理程序也有所不同。然而，可以从实验室研究中获得关于不同毒株感染导致的病毒排毒模式和差异的信息。

表5和表8中的一些排毒观察值得进一步讨论。ASFV向空气中长期排毒（7-23天和7-28天之间）已有报告（de Carvalho Ferreira、Weesendorp、Quak、Stegeman和Loeffen，2013）。然而，Olesen等（2017）没有观察到排毒的相同一致性，这可能会导致使用不同的空气采样设备、不同的病毒株、较短的排毒监测时长或其他实验因素，例如通风率。Gallien等(2018) 对两种流行性腹泻病毒（PEDV）毒株的排毒进行了长期观察，并报告了两种毒株之间排毒持续时间和空气浓度的差异。阿隆索等（2014）在接种后8至63小时观察到接种猪的PEDV排毒，并观察到每立方米浓度>10⁷个RNA拷贝。尽管在自然感染的设施（表5）或实验（表8）中对空气样本中禽流感病毒（AIV）的大多数测量报告了用qRT-PCR定量的RNA拷贝或等效感染性病毒，Yao等（2011）进行了一项研究，以量化空斑形成单位（PFU）中的传染性AIV，并报告了在28天的实验中，接种了传染性H9N2 AIV的鸟类在接种后2或3天至17天内排毒。

在大多数口蹄疫病毒（FMDV）排毒的研究中，空气中的病毒在动物接种后的4或5天内被监测到（Alexandersen等, 2003; Alexandersen, Zhang, Reid, Hutchings, & Donaldson, 2002; Amaral Doel, Gloster, & Valarcher, 2009; Colenutt等, 2016; Donaldson, Herniman, Parker, & Sellers, 1970; Gloster, Doel, Gubbins, & Paton, 2008; Sellers & Parker, 1969; Stenfeldt等, 2020），而在一些研究中监测到更长的持续时间（Esteves et al., 2004; Pacheco et al., 2017; Stenfeldt et al., 2018）。口蹄疫病毒研究的一个有趣的贡献是一些研究人员如何量化每只动物在24小时内排向空气中的病毒（Alexandersen & Donaldson, 2002; Alexandersen 等, 2003; Alexandersen, Zhang, 等, 2002; Esteves等, 2004; Gloster等., 2007, 2008; Valarcher等, 2008）。量化每只动物的排毒允许对一组动物的排毒进行估计，而不考虑组的大小。这是一种有用的定量方法，可用于今后对其他传染性动物病毒的研究。

病毒排毒的另一个关键因素是携带病毒的气溶胶的大小。Alonso、Raynor、Davies和Torremorell（2015）以及Alonso等（2017）定量了、PEDV和PRRSV在不同气溶胶大小范围内每立方米空气的RNA拷贝数。Alonso 等（2015）使用了生物安全实验室内的接种动物，并报告了>9μm的气溶胶每立方米含有最多的、PEDV和PRRSV的RNA拷贝数，随着和PEDV颗粒大小的增加，每立方米的RNA拷贝数总体趋势增加。Alonso 等（2017）在自然感染的农场内进行了测量，并报告了HPAIV、PEDV和PRRSV在大的气溶胶大小（>3μm）时具有最高的RNA拷贝数，但0.4μm的气溶胶大小对HPAIV和PEDV也很重要。Wei等（2018）在空气流量计中进行了尺寸区分空气采样；该研究报告，含有与AIV相关的18S基因的病毒存在于所有三个大小范围（<1μm，1-4μm，>4μm）中，并且每立方米的最高RNA拷贝数是在气溶胶大小>4μm时捕获的。Spekreijse等（2013）从含有接种了H5N1 HPAIV的猪舍中定量了空气中非呼吸性（>8μm）和呼吸性（≤8μm）部分的禽流感病毒。作者报告称，根据接种和复制后的天数，可吸入气溶胶为每立方米2.0log₁₀至3.3log₁₀，相当于50%胚胎感染剂量（EID₅₀）；不可吸入气溶胶为每立方米1.5log₁₀至3.4log₁₀，相当于50%胚胎感染剂量（EID₅₀）。Sellers&Parker（1969）对FMDV在三个大小阶段的排毒进行了量化，但论文中没有描述其大小，而Gloster等（2007）量化了每只接种动物每24小时在三个大小范围（>6μm，3至6μm，<3μm）的FMDV排毒。作者报告称，在测量的三种大小中，病毒“几乎平均分布”。由于颗粒物的沉降行为和对呼吸道的渗透是由颗粒大小决定的，因此在病毒病原体的空气传播预测模型中，应考虑空气传播病毒在不同颗粒大小上的分布，这一点很重要。

6.3. 环境条件对病毒存活的影响

在不同环境条件下，传染性病毒在气溶胶中的存活能力是空气传播的一个关键方面。Donaldson & Ferris (1976) 报告称，ASFV在低相对湿度（20-30%）条件下立刻存活得最好，雾化后5分钟也存活得最好。de Carvalho Ferreira等人(2013)报告称，当室内温度为20.6至21.0℃，相对湿度为61%至81%，且未消除重力作为气溶胶损失源时，ASFV气溶胶的PFU和RNA半衰期分别为14.1 分钟和19.2 分钟。Pyankov et al. (2012) 报告了在25℃和55%的相对湿度下，H5N1禽流感病毒的人工气溶胶在转鼓中的衰变（以避免气溶胶的重力沉降），在90分钟的实验结束时，<20%的病毒仍具有传染性。过滤器收集的粪便气溶胶中的H10N7禽流感病毒在相对湿度和温度较低的条件下存活时间较长，在37℃和水饱和的条件下存活率较低（Sedlmaier et al., 2009）。Belser等人(2022) 报告了三种IA V毒株（H3N2、H7N9、H5N1）在20%、50%和70%相对湿度条件下的不同稳定性水平，表明气溶胶形式的病毒具有潜在的毒株特定稳定性。Hermann et al. (2007)根据温度和相对湿度条件，开发了PRRSV气溶胶的半衰期方程，并报告了温度和相对湿度的增加对PRRSV存活的不利影响。Cutler, Wang, Hoff, & Zimmerman (2012)报告了紫外线照射（UV₂₅₄）、相对湿度和温度对气溶胶中PRRSV存活的影响，UV₂₅₄失活常数随温度和相对湿度条件而变化；当温度≤15℃，相对湿度25%~79%时，UV₂₅₄对PRRSV的灭活效果最好。

Donaldson (1972)量化了在相对湿度为55%和70%的条件下气溶胶中FMDV不同毒株的衰变率，并报告了在相对湿度为60%的条件下存活率最好。Barlow（1972）指出，在60%的相对湿度下，气溶胶雾化后立即和雾化后5分钟，FMDV在气溶胶中的存活率最佳，存活率随着相对湿度的降低而降低。类似地，Barlow and Donaldson (1973)报告，在相对湿度大于60%的条件下，气溶胶中的FMDV在气溶胶雾化后立即存活最好。然而，FMDV在5分钟后的存活也受到病毒悬浮的流体类型的影响，在高相对湿度的细胞培养液中存活最好，而在唾液液中存活最差。

6.4.气溶胶感染剂量

最小感染剂量是通过特定传播途径引起感染所需的最低剂量。感染剂量50%（ID₅₀）是在50%的暴露动物中引起感染所需的感染剂量。对于不同的疾病传播途径，最小感染剂量是不同的。对于气溶胶传播，用于测定ID₅₀（即气溶胶ID₅₀）的实验数据可以通过将动物组暴露于几个剂量水平的已知或测量浓度的雾化传染性病毒来收集。每个剂量水平内感染动物的比例和感染性病毒的剂量可以通过剂量反应模型进行分析，以确定ID₅₀（Cutler 等, 2011; Hermann等, 2009; La, Zhang, Cicek, Levin, & Coombs, 2021）。

关于病毒性猪疾病的气溶胶传播感染剂量，通常缺乏或不完整的数据。例如，在文献中没有发现关于ASFV和PEDV的研究。使用H9N2 AIV（A/Chicken/HN/1/98）的实验表明，气溶胶ID₅₀介于57和3.7 × 10³ EID₅₀之间（Guan et al., 2013）。 Yao等人(2014) 报告了H9N2 AIV（A/Chicken/Shandong/01/2008）的ID₅₀为 491.21 TCID₅₀，尽管作者没有进行空气采样以确认病毒的暴露剂量。Sergeev等人(2013) 报告了8株H5N1毒株的气溶胶ID₅₀，平均值范围为0.3log₁₀至1.2log₁₀ EID₅₀。据报告，H5N1 AIV（A/Chicken/Suzdalka/Nov-11/2005）在50%概率（LD₅₀）时的致死气溶胶剂量为26.5个病灶形成单位（Agranovski et al., 2010）。PRRSV VR-2332的气溶胶ID₅₀为1×10^3.1 TCID₅₀（Hermann et al., 2009）。PRRSV Mn-184的气溶胶ID₅₀估计值在 1 × 10^—0.14 至 1 × 10^0.26 TCID₅₀之间变化，取决于用于估计ID₅₀的分析方法。

许多研究报告了猪、羊和牛的FMDV感染剂量（Gibson & Donaldson, 1986），估计羊对FMDV毒株O₁ BFS 1860的最小气溶胶感染剂量为10 TCID₅₀。Donaldson等 (1987)报告称，对于FMDV毒株O₁ BFS 1860和SAT 2，奶牛的气溶胶最小感染剂量分别为12.5 TCID₅₀ 和25 TCID₅₀。Alexandersen, Brotherhood等(2002) 估计，猪对FMDV O₁ Lausanne的最小气溶胶感染剂量分别为260 TCID₅₀ 和800 TCID₅₀ ，可引起猪的亚临床感染和临床疾病。Alexandersen和Donaldson (2002)修正了他们对FMDV O₁ Lausanne的估计值，估计猪的亚临床感染和临床疾病的最小气溶胶感染剂量分别为1500 TCID₅₀ 和4000-6000 TCID₅₀。将猪暴露于FMDV O SKR 2000毒株的气溶胶不会导致感染，但作者估计猪的最小气溶胶感染剂量大于1000 TCID₅₀。作者还估计，猪对FMDV O UKG的最小气溶胶感染剂量大于70,000 TCID₅₀。

5. 结论

1. ASFV（非洲猪瘟病毒）、PEDV（猪流行腹泻病毒）、AIV（禽流感病毒）、PRRSV（猪繁殖与呼吸综合征病毒和FMDV（口蹄疫病毒）的空气传播研究具有共同的要素，但在可用信息和所用研究方法方面也存在差异。大多数实验研究侧重于评估短程（建筑物或空域内）空气传播，同时也有一些实验研究评估远程空气传播和影响空气传播的因素。

2. AIV、PRRSV和FMDV的许多毒株可以通过空气传播，但PEDV和ASFV毒株的信息不完整，无法证实空气传播。应该注意的是，证明短程传播并不一定意味着病原体可以在更远的距离传播。

3. 目前的文献不足以证实ASFV是否可以通过远程空气传播。为了评估是否可能通过空气进行远程传播，应在受感染设施的内部、排气口和下风处采集空气样本，并进行实验室分析，以量化空气样本中的传染性病毒数量。计算机建模，如空气扩散建模、天气分析和流行病学调查，可用于研究过去的ASFV爆发及其远程空气传播。

4. 在自然感染设施的下风处、排气处和内部对PEDV进行空气采样，提供了PEDV可能通过空气进行远程传播的证据，但目前通过空气采样研究或建模研究，还没有足够的证据表明PEDV可能通过空气进行远程传播。

5. 在多个环境中对AIV进行空气采样，包括活禽市场和室内、下风处以及受感染家禽设施的排气口，提供了远程空气传播的证据。然而，由于相关研究没有量化传染性空气传播禽流感病毒的数量，因此存在不确定性。已经进行了一些模型研究（计算流体动力学、大气数据模块、传播网络模型）来研究过去的禽流感疫情，并提供了一些证据，表明在过去的疫情中，空气传播有助于HPAIV的传播。

6. 有许多证据表明，PRRSV的远程空气传播是可能的，特别是在农场密度高的地区，但缺乏PRRSV空气传播的建模。

7. 众所周知，FMDV可通过空气传播进行远程传播。尽管对自然感染的FMDV农场的空气采样研究有限，但根据过去疫情的数据，有许多关于FMDV空气传播的模型。

8. 病毒毒株、气溶胶类型、排毒持续时间和浓度、环境条件、气溶胶感染剂量等因素均可影响空气传播。对于ASFV、PEDV、AIV、PRRSV和FMDV的各种病毒株，许多研究已经量化了这些因素中的一些。需要更多的研究来量化和了解病毒株、气溶胶类型、排毒持续时间和浓度、环境条件和气溶胶感染剂量如何影响空气传播。

对未来研究的一般建议是：

1.由于病毒株可能具有不同的特性，因此必须调查新出现的病毒株，特别是它们的感染剂量以及它们通过空气短程和远程传播的能力。

2.应对所有显著传染性动物病毒进行温度和相对湿度以及紫外线照射对病毒在气溶胶中存活的影响的系统调查。

3.应进行实地空气采样，以量化受感染农场内部、排气口和下风处的空气传播病毒。定量应包括空气样本中传染性病毒的数量以及不同颗粒大小的空气传播传染性病毒。这些研究还应确定取样时的气象条件（温度、相对湿度、风况和紫外线强度），因为这些条件会影响病毒气溶胶的生存能力和移动。

4.应进行研究以对病毒排毒进行量化，特别是在实地条件下。

5.对过去疫情的计算机建模可以提供空气传播的证据。建议对ASFV、PEDV、AIV和PRRSV进行更多的计算机建模，以更好地理解空气传播在传染病传播中的重要性。使用计算机模型作为预测工具还可以为生产者提供信息，以便在疾病爆发的情况下减轻传染性病毒性动物疾病的传播。

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