冠状病毒在体外到底能活多久

这篇文章被转载在微信公众号“自由自在”。作者史娟,笔名“自由自在的猫”,现居美国波士顿。毕业于清华大学生物科学与技术系,在美国获得博士学位后,他加入了一家著名的跨国制药公司从事药物研发。十多年来,他领导团队对抗糖尿病和肌肉萎缩症。近年来,他一直专注于抗衰老药物的研发。个人微信公众号“放心吧,放心吧”与您谈论医疗保健。

现有的数据表明,在低温或者室温条件下,SARS 冠状病毒是一种稳定的病毒。

冠状病毒是一大类能感染人类和动物的病毒。它常见于许多不同种类的动物(包括骆驼、牛、猫和蝙蝠)。动物冠状病毒很少感染人类,有时如果它发生变异,它会获得感染人类的能力。

已知的人类冠状病毒有七种:

人类冠状病毒从受感染者传播给易感人群,通常有以下三种方式:

1)受感染者咳嗽、打喷嚏、呼吸和说话时释放的病毒会传播给其他人;

2)密切接触(如照顾受感染者或与受感染者生活在一起);

3)洗手前,手触摸被病毒污染的物体或表面,然后触摸嘴、眼睛和鼻子。

可以看出病毒不仅存在于受感染者体内,也存在于受感染者体内。主要有两个地方:空气和物体的表面。

这自然提出了一个问题:病毒在体外能存活么?如果可以,能存活多久呢?

病毒是活体生物 (living organism)么?

事实上,从科学的角度来看,病毒不被认为是活的有机体。如今,病毒被认为处于生物和非生物之间的灰色地带。

这是因为病毒不是由细胞组成的。它们不能自己成长,不能自己产生能量,也不能被视为真正的生物。然而,另一方面,尽管它们不能自己复制,但它们能在真实的活细胞中复制,并能深刻地影响宿主的生存,所以它们不是像石头一样的非生物。

它也会导致疾病,但是细菌是不同的:细菌可以代谢、呼吸、分裂和自我繁殖,所以它们是真正的生物。

所有病毒都包含以下两种成分:1)核酸。新冠状病毒的核酸是核糖核酸,有些病毒含有脱氧核糖核酸。2)包裹在核酸外的蛋白质外壳。此外,许多动物病毒还含有第三种成分:脂质包膜。例如,新的冠状病毒有这种脂质包膜。

当病毒进入细胞(感染后称为宿主)时,它会脱去外壳,暴露其基因(核酸),并诱导宿主细胞利用自身机制复制病毒核酸,合成更多病毒蛋白。这些新合成的病毒的核酸和蛋白质会聚集在一起产生更多的病毒,然后释放出来感染其他细胞。

图1:病毒粒子组成示意图[1]。具有球形衣壳的典型包膜病毒颗粒。(b)带螺旋帽的典型包膜病毒颗粒

图2:新皇冠病毒颗粒[2)(来自美国疾病预防控制中心官方网站)

因此,科学问题不是“病毒能在体外存活多久”,而是“病毒在体外能保持传染力多久”。然而,为了不模糊,这篇文章仍然使用术语“生存”。

这个问题的简单答案是:这和病毒本身的特性、在什么样的表面上、周围的环境特别是温湿度有关。

前一篇文章(《怎样应对新冠病毒空气传播?| 117三人行》)提到,没有关于新发表的冠状病毒的基本感染数据。我们只能参考其他类似的冠状病毒数据,尤其是非典病毒,它与新的冠状病毒的基因序列有79.5%的相似性,也能引起肺炎。这两种冠状病毒相似,都有脂质包膜,并含有核糖核酸作为核酸。

病毒在物体表面感染力能保持多久?

通常,病毒在无孔 (防水) 表面 (例如不锈钢和塑料) 上的存活时间要比在多孔表面 (例如针织物和纸板) 上的存活时间更长。

有一项非常具体的研究[3]

本研究最初旨在观察物体表面非典型肺炎冠状病毒的存活期,但由于非典型肺炎的高传染性,使用了属于不同类别的两种动物冠状病毒。实验测量了两种病毒在不同温度和湿度组合下在硬质无孔不锈钢表面的存活时间。

本实验中病毒的起始数量是104-105 (MPN,最可能的数量)传染性病毒颗粒。在实际生活中,病毒的起始量有高有低。起始量越高,病毒完全失活越难。

备注:病毒滴度经常出现在文献中。病毒滴度是指一定体积内的病毒数量。根据检测类型,可以有两个值:

一个是一定体积内的病毒粒子总数(包括传染性和非传染性病毒)。例如,在新的冠状病毒检测试剂盒中使用的逆转录聚合酶链反应技术是为了检测病毒中的核酸含量。这些病毒颗粒不一定都是传染性的。有些人可能已经“死了”。

另一个是一定体积内传染性病毒粒子的数量。为了量化传染性病毒,通常通过将病毒和宿主细胞放在一起,然后观察多少细胞将经历病理变化来计算。

实验中使用的测试类型不同,表达病毒滴度的单位也不同,如PFU/毫升、MPN/毫升等。为了便于理解,本文直接用(病毒的数量)来代替这些专业名词。

研究结论用一句话总结就是:病毒存活时间和湿度温度有关 (见下图3).注意室内温度一般20°C,湿度40-50%左右:

在4°C,相对湿度20%的环境下,两种病毒都能存活高达28天。相对湿度越高,病毒失活越快。在20°C,两种病毒失活都加快了。在50%相对湿度,而不是80%,失活最快。3-28天后能检测到有感染力的病毒。在40°C,病毒失活更快了。湿度越高,失活越快。@

根据以前的研究,传染性非典型肺炎患者的鼻咽抽吸物每毫升含有105-108种病毒(通过基因组模板定量,因此不能保证所有病毒都是传染性的)。假设鼻咽抽吸物中的大多数病毒颗粒是传染性的,如果这些抽吸物落在空调室内环境(约20℃,50%相对湿度)中的不锈钢表面上,根据本文中的数据估计,五天后,传染性病毒颗粒的初始量将为1/1000。也就是说,在这种环境下,1毫升鼻咽吸出物中至少约有100万至100,000个病毒颗粒仍具有传染性。

[4-6]

病毒浓度是否要达到一定的量,互相“合作”才会导致感染?单个病毒颗粒会导致感染或疾病吗?

图3:两种动物冠状病毒在不同相对湿度和温度下在不锈钢表面的存活期。每条曲线代表一种病毒。

再直接看非典冠状病毒一个2009年的研究利用昆虫病毒证明单个病毒颗粒就可能导致感染[7]。新冠病毒能够感染人的最低剂量还没有被确认。,结论与前一个非常相似。

[8]

研究人员把SARS冠状病毒 (有活性的病毒滴度为10^7/毫升,和SARS感染者的鼻咽抽吸物里的总病毒滴度差不多) 滴在塑料上 (无孔硬表面)。在温度22〜25°C,相对湿度40-50%的环境下,5天以后,塑料上干了的病毒仍然有106/毫升的感染力,只少了一个log10的滴度而已。2周以后,有感染力的病毒还有不少。4周以后仍然可以检测到有感染力的病毒。

图4:体外不同环境条件下4:非典冠状病毒的灭活率(来自参考[8]图1)。

他们也发现,温度和湿度越高,病毒失活越快。

病毒在液体和空气中感染力能保持多久?

上面图4里红色的曲线是SARS冠状病毒在液体里的失活曲线,可以看出SARS冠状病毒在室温下的液态环境中可以存活至少3周。但持续15分钟加热到56°C就很容易被杀死[17]。在液体中的冠状病毒,温度越高,失活越快[9, 10]。

冠状病毒在气溶胶里能存活多久?目前能找到的具体数据只有能引起普通感冒的229E冠状病毒。在空气中的冠状病毒都是温度越高,失活越快[11, 12]。然而气溶胶里的病毒存活率和湿度的关系并不遵循这条简单的线性规律。

在室温 (20 ± 1 °C)下 :相对湿度约50%的条件下,229E冠状病毒在气溶胶里存活的时间最长,过了约67.33小时以后,还剩下一半的病毒有感染力。到第6天,仍然可以检测到20%的病毒有感染力。相对湿度约30%的条件下,229E冠状病毒过了约26.76小时以后,还剩下一半的病毒有感染力。@

相对湿度约80%的条件,最不利气溶胶里的病毒存活,大约 3小时左右就只剩一半了, 24小时后就检测不到有感染力的病毒了。

在低温 (6 ± 1 °C) 的条件下,气溶胶中的229E冠状病毒仍然在相对湿度约50%的条件下存活期最长。但是相对湿度约80%的条件下,气溶胶中的病毒的存活期显著延长,过了86小时以后,还剩一半病毒有感染力。

此外,另一项研究表明,在非典爆发期间,在香港[13]和其他地区[14-16],每升高1摄氏度,确诊病例数平均减少3.6例。

[15, 16]

有哪些防护措施可以预防感染?

现有的数据都表明,在低温或者室温条件下,SARS 冠状病毒是一种稳定的病毒。医院和社区的感染可能有很大一部分是通过接触受污染的表面而传播的。新冠病毒很可能很相似。

要避免接触感染,除了避免和任何感染者近距离接触,手部卫生非常重要。

每次都遵循以下五个步骤来把手彻底清洗干净:

1. 用干净的流水 (温水或冷水) 打湿手,关掉水龙头,然后涂肥皂。

2. 双手揉搓起泡,特别要注意手背,手指缝和指甲下。

3. 持续揉搓双手至少20秒钟。

4. 在干净的流水下彻底冲洗干净双手。

5. 用干净的毛巾擦干或晾干双手。

在大多数情况下,用肥皂和流水洗手是消除病菌的最好方法。如果没有肥皂和水,可以使用酒精含量至少有60%的免洗洗手液 (hand sanitizer)。请仔细查看产品标签来判断消毒液是否含有 ≥ 60%的酒精。

在多数情况下,免洗洗手液可以快速减少手上的细菌数量。然而有几点要注意:

1)免洗洗手液不能清除所有类型的病菌。

2)当手明显不干净或油腻时,免洗洗手液可能没有效果。

3)免洗洗手液可能无法清除农药和重金属等有害化学物质。

如何正确使用免洗洗手液:

1)将免洗洗手液的凝胶涂在一只手的手掌上 (参考商品标签来了解正确的用量)。

2)揉搓双手,覆盖手和手指的所有表面,直到手上的凝胶干了。大约需要20秒。

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图6。世界卫生组织推荐洗手指南

参考

[1]刘文生,人类致病病毒分子病毒学,刘文生,编辑。(学术出版社,波士顿,2017),第21-29页。

[2]https://www . CDC . gov/media/dpk/diseases-and-conditions/coronavirus-2020 . html

[3]l . m . Casanova,S. Jeon,W. A. Rutala,D. J. Weber,M. D. Sobsey,空气温度和相对湿度对表面上冠状病毒存活的影响。应用环境微生物76,2712-2717 (2010)。

[4]朱建民等,非典疫情中的病毒载量分布。紧急情况传染疾病11,1882-1886 (2005)。

[5]国际食品和药物管理局,洪等,临床标本中的病毒载量和非典表现。紧急情况传染疾病10,1550-1557 (2004)。

[6]黄世昌,陈继光,李光灿,卢爱诗,曾德成,非典型肺炎冠状病毒定量分析方法的建立及临床标本中GAPDH基因与非典型肺炎冠状病毒的相关性。《临床病理学》杂志,58,276-280 (2005)。

[12]马克 艾加兹,布鲁纳,萨塔尔,奈尔,约翰逊-卢森堡,空气传播的人类冠状病毒229E的生存特征。普通病毒学杂志66,2743-2748 (1985).

[13]林国光,方义德,朱柏彬,卡尔伯格,环境因素对非典型肺炎流行的影响:空气温度,时间的推移和医院感染的倍增效应。流行病感染134,223-230 (2006年).

[14]陈军等。从环境温度及其变化看非典疫情与天气:的关系。流行病学和社区健康杂志59,186-192 (2005).

[15]袁,等。北京地区传染性非典型肺炎暴发的气候调查。美国感染控制杂志34,234-236 (2006).

[16]蔡庆昌等。气象因素和空气污染对严重急性呼吸综合征暴发的影响。公共卫生121,258-265 (2007年).

[17]世界卫生组织报告,”由世界卫生组织实验室网络成员汇编的关于非典冠状病毒稳定性和耐药性的第一批数据”,http p : www . who . int/CSR/SARS/survival 2003 05 04/en/# .

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