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2020-06-15 13:36
冷冻冷藏,为什么成为新冠病毒的摇床?

近日,本来接近新冠清零的北京疫情再度严峻,进口三文鱼切割案板检测出新冠病毒的消息将三文鱼从令人垂涎的美味变成避之唯恐不及的可能污染源。全国多地商超、餐厅连夜下架三文鱼,很多消费者对此惶恐不安。炎热的夏天,冷藏的三文鱼,温度、湿度到底怎样影响着新冠病毒在体外的存活和传播?


本文来自微信公众号:返朴(ID:fanpu2019),作者:史隽,题图来自:视觉中国


2020年3月17日,《新英格兰医学杂志》(The New England Journal of Medicine)发表了一篇来自美国科学家的通讯(Correspondence),研究了新冠病毒(SARS-CoV-2)在气溶胶中和在各种环境表面的存活时间,并与SARS冠状病毒(SARS-CoV-1)相比较[1],还用贝叶斯回归模型估算了病毒活性的衰减速度。



该文数据包括这两个病毒在温度为21℃至23°C,相对湿度为40%的五个环境中的存活时间。五个环境分别为:直径小于5微米的气溶胶中、塑料表面、不锈钢表面、铜表面和纸板表面。


病毒的滴度直接决定病毒的感染能力,也决定了病毒失去活性的难易程度。浓度越高,越容易导致感染,失活越难。如果用核酸检测法来定量的话,该文选用的病毒的起始滴度和病人呼吸道中观察到的相似。


结果用一张图全部概括了:


图1:SARS-CoV-1(SARS冠状病毒)和SARS-CoV-2(新冠病毒)在气溶胶和各种环境表面上的稳定性 (来源于参考文献[1])。


总结下来就是:


  • 在气溶胶中,新冠病毒与SARS病毒的观察结果相似:在整个实验过程(3个小时)中都能检测到有感染力的病毒,感染滴度略有降低(幅度约为1log10

  • 新冠病毒在不同环境表面的稳定性排名是:塑料 > 不锈钢 > 纸板 > 铜表面。

  • 在塑料表面, 有感染力的新冠病毒可以存在72小时。在不锈钢表面,可以存在48小时。但是有感染力的病毒滴度降低很明显。

  • 在铜表面,4小时后就检测不到有感染力的新冠病毒了。在纸板上,24小时以后检测不到有感染力的新冠病毒。


用一个更直观的图来表示如下:


图2:新冠病毒 (SARS-CoV-2) 在环境表面的存活时间 (修改原图https://www.medscape.com/viewarticle/926929)。


另一个新的研究,用的病毒起始滴度较高,结果也类似[2],在室温(22°C)、相对湿度约为65%的环境下:



温湿度对新冠病毒体外存活的影响,暂时还没有直接的数据,但我们可以了解一下其他冠状病毒的情况。


有一篇研究得很具体[3]



这个研究原本是要看SARS冠状病毒在物体表面的存活期,但因为SARS的高传染性,就用了两个分属于不同类别的动物冠状病毒代替。实验测量了这两个病毒在不同的温湿度组合下,在硬质无孔的不锈钢表面的存活时间。


这个实验的病毒的起始量是104个~105 个(MPN,most probable number)有感染力的病毒颗粒。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:在文献中经常会看到病毒的滴度(virus titer)。病毒的滴度指的是一定体积中病毒的数量。根据检测类型的不同,可以有两种数值:


  • 一种是一定体积里的病毒颗粒的总数量(包括有感染力的和没有感染力的病毒)。

  • 例如,新冠病毒检测试剂盒用的RT-PCR技术,是检测病毒里的核酸含量。这些病毒颗粒并不一定全是有感染力的。有些可能已经“死“了。

  • 另一种是一定体积里的有传染性的病毒颗粒的数量。要定量有感染力的病毒,通常是把病毒和宿主细胞放一起,然后观察有多少细胞会发生病变从而计算出的。


实验所用检测类型不同,表达病毒滴度的单位也不一样,例如PFU/毫升、MPN/毫升等。为了方便理解,本文就直接用(病毒的个数)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,SARS患者的鼻咽抽吸物里含有每毫升105个~108个 病毒(用基因组模板来定量,因此不能确保都有感染力)[4-6]。假设鼻咽抽吸物里的大部分病毒颗粒都有感染力,如果这些抽取物落在有空调的室内环境里(约20°C,50%的相对湿度)的不锈钢表面,用这篇文章的数据推算,五天后,具有感染力的病毒颗粒还会有1/1000 的起始量。也就是说,在这一环境下,1毫升鼻咽抽吸物中起码还会有约100个到10万个病毒颗粒仍然具有感染力。


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?


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。


图3:两种动物冠状病毒在不同的相对湿度和温度里的不锈钢表面的存活期。每条曲线代表一种病毒 (修改参考文献 [3] 原图)。


另一篇直接看的SARS冠状病毒[8],结论和上一篇非常相似:



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°C〜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。


他们也发现,温度和湿度越高,病毒失活越快。


图4:SARS冠状病毒在体外不同环境条件下的失活率 (来自参考文献 [3] 图1)。


上图红色的曲线是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[9]。在液体中的冠状病毒,温度越高,失活越快[10, 11]


关于冠状病毒,还有两点补充:


1. pH值对冠状病毒的影响:大多数冠状病毒在弱酸性(pH=6~6.5)下比碱性(pH=8)下更稳定 [12-16]


2. 在粪便中,可检测到新冠病毒存在。根据对SARS病毒的研究,在成年人的正常粪便中,SARS病毒不能存活超过24小时;而在新生儿的粪便中(pH值酸性),存活时间不能超过3小时。然而,它在pH值可能达到9的腹泻粪便中可以存活很长时间,最多可达4天 [17]


同时,一个新的研究发现,48.5%的COVID-19病人有消化系统症状,如腹泻、呕吐和腹痛等 [18]。因此对可能患有新冠肺炎的病人,其腹泻粪便一定要及时小心处理。


虽然到底病毒的浓度要达到多少会引起感染还没有结论,但是这些结果表明,新冠病毒很有可能通过气溶胶(在高浓度病毒条件下的小概率事件)和接触传播。


新冠病毒从被污染的环境表面转移到手上的效率有多高?暂时还没有看到数据。但是,对甲型流感病毒的研究表明,只要接触被污染的环境表面5秒钟,就会有31.6%的病毒载量转移到手上[19]


再次提醒大家:手部卫生非常重要!


参考文献:

[1] N. van Doremalen et al., Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. New England Journal of Medicine,  (2020).

[2] A. W. H. Chin et al., Stability of SARS-CoV-2 in different environmental conditions. The Lancet Microbe.

[3] L. M. Casanova, S. Jeon, W. A. Rutala, D. J. Weber, M. D. Sobsey, Effects of air temperature and relative humidity on coronavirus survival on surfaces. Appl Environ Microbiol 76, 2712-2717 (2010).

[4] C.-M. Chu et al., Viral load distribution in SARS outbreak. Emerg Infect Dis 11, 1882-1886 (2005).

[5] I. F. N. Hung et al., Viral loads in clinical specimens and SARS manifestations. Emerg Infect Dis 10, 1550-1557 (2004).

[6] S. C. C. Wong, J. K. C. Chan, K. C. Lee, E. S. F. Lo, D. N. C. Tsang, Development of a quantitative assay for SARS coronavirus and correlation of GAPDH mRNA with SARS coronavirus in clinical specimens. J Clin Pathol 58, 276-280 (2005).

[7] M. P. Zwart et al., An experimental test of the independent action hypothesis in virus–insect pathosystems. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences 276, 2233-2242 (2009).

[8] K. H. Chan et al., The Effects of Temperature and Relative Humidity on the Viability of the SARS Coronavirus. Adv Virol 2011, 734690 (2011).

[9] L. Casanova, W. A. Rutala, D. J. Weber, M. D. Sobsey, Survival of surrogate coronaviruses in water. Water Research 43, 1893-1898 (2009).

[10] B. J. Tennant, R. M. Gaskell, C. J. Gaskell, Studies on the survival of canine coronavirus under different environmental conditions. Veterinary Microbiology 42, 255-259 (1994).

[11] G. J. Harper, Airborne micro-organisms: survival tests with four viruses. J Hyg (Lond) 59, 479-486 (1961).

[12] A. Lamarre, P. J. Talbot, Effect of pH and temperature on the infectivity of human coronavirus 229E. Canadian Journal of Microbiology 35, 972-974 (1989).

[13] B. D. Zelus, J. H. Schickli, D. M. Blau, S. R. Weiss, K. V. Holmes, Conformational Changes in the Spike Glycoprotein of Murine Coronavirus Are Induced at 37°C either by Soluble Murine CEACAM1 Receptors or by pH 8. Journal of Virology 77, 830-840 (2003).

[14] C. Daniel, P. J. Talbot, Physico-chemical properties of murine hepatitis virus, strain A 59. Brief report. Arch Virol 96, 241-248 (1987).

[15] D. H. Pocock, D. J. Garwes, The influence of pH on the growth and stability of transmissible gastroenteritis virus in vitro. Arch Virol 49, 239-247 (1975).

[16] A. Pratelli, Canine coronavirus inactivation with physical and chemical agents. The Veterinary Journal 177, 71-79 (2008).

[17] M. Y. Y. Lai, P. K. C. Cheng, W. W. L. Lim, Survival of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus. Clinical Infectious Diseases 41, e67-e71 (2005).

[18] M. M. Lei Pan, Pengcheng Yang, Yu Sun, Runsheng Wang, Junhong Yan, Pibao Li, Baoguang Hu, Jing Wang, Chao Hu, Yuan Jin, Xun Niu,  Rongyu Ping, Yingzhen Du, Tianzhi Li, Guogang Xu, Qinyong Hu, Lei Tu, Clinical characteristics of COVID-19 patients with digestive symptoms in Hubei, China: a descriptive, cross-sectional, multicenter study. The American Journal of Gastroenterology,  (2020).

[19] B. Bean et al., Survival of Influenza Viruses on Environmental Surfaces. The Journal of Infectious Diseases 146, 47-51 (1982).


本文来自微信公众号:返朴(ID:fanpu2019),作者:史隽,题图来自:视觉中国

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