條文本
摘要
目標一些研究表明,空氣傳播途徑可以將一些病毒傳播到距離感染者2米以外的地方。僅基於呼吸道飛沫和密切接觸的流行病模型不能完全解釋COVID-19在意大利傳播的地區差異。2020年3月16日,我們提交了一份立場文件,提出了一項研究假設,即在意大利北部觀察到的COVID-19高死亡率與PM平均濃度之間存在關聯10每天超過50 μ g/m3..
方法為了監測2月24日至3月13日(意大利封鎖之日)期間COVID-19在意大利的傳播,PM的官方每日數據10在2月9日至2月29日期間從意大利所有省份收集的水平,考慮到感染和診斷之間的最大滯後期(14天)。除了超過每日PM限值的次數10,我們還考慮了每個省份的人口數據和每日出行信息。
結果超過每日PM限值10在單變量分析中似乎是感染的一個顯著預測因子(p<0.001)。汙染較輕的省份1000名居民感染病例的中位數為0.03例,而汙染最嚴重的省份的中位數為0.26例。意大利北部41個省中有39個省的總理級別最高10而南方66個省份中有62個省份的pm2.5水平較低10濃度(p < 0.001)。在米蘭,封鎖前的平均增長率顯著高於羅馬(0.34比0.27 /天,翻倍時間分別為2.0天比2.6天),因此表明基本繁殖數R0>6.0,與中國估計的最高值相當。
結論在每日PM的地理分布之間發現了顯著的關聯10超過和COVID-19在意大利110個省份的初步傳播。
- 流行病學
- 公共衛生
- 病毒學
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來自Altmetric.com的統計
本研究的優勢和局限性
從觀察性研究設計的角度,我們分析了與環境顆粒物相關的日常數據10意大利所有省份的水平、城市條件和COVID-19發病率,以評估顆粒物(PM)超標與COVID-19在意大利的初步傳播之間的潛在聯係。
我們使用點10官方空氣質量監測站為意大利每個省收集的每日濃度水平,但沒有關於PM上病毒的存在及其活力或感染潛力的信息。
所有的省份都被劃分為兩個地理區域(意大利北部或南部)。
PM的數量10日極限值超過(50 μ g/m3.)在不同省份的檢出和PM的數量10在分析中考慮了每個省的監測站以及緯度和人口數據(居民人數和密度)。
在2月9日至2月29日期間計算了PM超標的數量,以便考慮到滯後期14天,這是意大利疫情爆發的頭幾周(2月24日至3月13日)之間的平均最長時間。
簡介
據了解,COVID-19(由於新型SARS-CoV-2病毒)通過呼吸道飛沫和密切接觸傳播。1然而,這種獨特的傳播模式似乎不能恰當解釋2020年2月24日至2020年3月13日在意大利觀察到的病毒最初傳播的不同。2019冠狀病毒病在波河流域的巨大毒性無法與中南部地區觀察到的較輕傳染性相媲美。與人口老齡化和長時間無臨床症狀感染的可能性相關的人口統計因素——以及COVID-19特征的高無症狀人群比例(估計占感染人數的50%-75%)——可能隻能部分解釋病毒在倫巴第和意大利北部的快速傳播。2 3蔡等3.報告了武漢感染患者的不同潛伏期,4但僅基於呼吸道飛沫和密切接觸的流行病模型不能完全解釋COVID-19在意大利傳播的地區差異,隻有倫巴第和波河流域的傳播速度很快,而且非常顯著。與此同時,一些研究表明,空氣傳播途徑可以將病毒傳播到距離感染者2米以外的地方。5-19鮑裏斯等4他強調,除了近距離接觸外,SARS-CoV還可能發生空氣傳播。5據報道,對一些病原體來說,空氣傳播可以達到很遠的距離。6 - 8Reche等8描述了海洋浪花中土壤灰塵和有機聚集物的霧化作用,促進了細菌(可能還有病毒)在大氣中的遠距離自由運輸。
特別是,病毒沉積速率與有機氣溶膠<0.7µm正相關,這意味著病毒在大氣中的存在時間更長,從而可以進一步擴散。8而且秦等分析了空氣中的微粒物質(PM2.5和點10)在2012年和2013年的6個月期間在北京進行了分析,引入了依據分析月份的成分變化的證據。9PM上微生物組相對豐度的時間分布顯示,病毒在1月和2月最高,正好與PM造成的最嚴重汙染相吻合。陳等證明了短期暴露於PM之間的關係2.5中國21個城市的麻疹濃度和發病率。10他們的meta分析顯示,全國麻疹發病率與10 μ g/m的增加顯著相關3.在下午2.5的水平。
最近的其他研究也報告了PM與傳染病(如流感、腎綜合征出血熱)之間的聯係,因為吸入可將PM帶入肺部深處,附著在顆粒上的病毒可直接侵入呼吸道下部,從而增強了感染的誘導,Sedlmaier證明了這一點et al。11趙等顯示2015年美國愛荷華州(Iowa)高致病性H5N2禽流感陽性的大多數患者可能是由來自受感染農場的細顆粒物攜帶的空氣病毒感染的,這些農場來自同一州和鄰近州。12媽等13觀察到麻疹發病率與PM之間呈正相關101986-2005年中國西部地區;生物氣溶膠的凝結和穩定,與初級(即粉塵)和次級顆粒的大氣顆粒產生聚集物,已被證明是能夠將空氣中的細菌和病毒運輸到遙遠地區的機製,甚至是通過跨大陸運輸的粉塵。13法拉利等14顯示麻疹疫情發生在尼日爾的旱季,在雨季開始時消失,14雖然布朗等15發現美國最嚴重的麻疹疫情發生在1935年沙塵暴時期的堪薩斯州。15來看看最近的具體研究,van Doremalen的實驗室實驗等16表明SARS-Cov-2的空氣傳播和汙染物傳播是可能的,因為病毒可以在氣溶膠中存活和傳染性幾個小時。16現場測量由Liu進行等在COVID-19疫情期間,武漢醫院的室內空氣樣本中,甚至在鄰近的環境空氣中,都發現了冠狀病毒RNA的證據,這表明空氣傳播途徑可能是汙染的重要途徑,應該進行進一步確認。17Santarpia等報告稱內布拉斯加大學醫院的室內空氣樣本中存在空氣傳播的SARS-COV-2,18相反,Ong報告的空氣中有一些病毒存在的陰性證據等19明顯來自糟糕的抽樣方案。19最近,我們在2月23日至3月9日期間在貝加莫省(意大利倫巴第省)收集的樣本中公布了世界上第一個COVID-19在室外PM上存在的證據,該省在意大利的擴散和死亡率最高。20.哈佛大學公共衛生學院進行的一項研究似乎證實了顆粒物濃度增加與COVID-19死亡率之間的聯係。212020年3月16日,我們發布了一份官方立場文件,強調有足夠的證據認為,空氣傳播途徑可能是解釋意大利北部發生的反常COVID-19疫情的額外因素,據悉,意大利北部是歐洲顆粒物濃度最高的地區之一。22日23日
這篇文章展示的數據導致了立場文件的發表,並引發了研究團體對進一步通過空氣中的灰塵傳播的可能性的假設的高度興趣,24 - 26日考慮到病毒的潛在存活可能受到濕度和溫度等氣候參數以及細顆粒物濃度的影響。27還有一些論文支持可能將受汙染的氣溶膠與大氣中的細顆粒物合並在一起。28 - 30其他作者也一再確認,細顆粒物的濃度是造成嚴重汙染地區死亡率較高的一個重要輔助因素。31日32這項研究旨在尋找2019冠狀病毒病(COVID-19)在意大利的最初傳播(從2月底到2020年3月頭幾周(2月24日至3月13日)與封鎖前記錄的高日平均濃度PM的頻率之間的可能關聯,同時考慮到感染的滯後期(2月9日至2月29日)。我們提出的研究假設是,空氣汙染可能會對COVID-19流行產生“助推效應”,從而代表一種特殊的“超級傳播事件”。
方法
在研究的觀察設計框架內,我們分析了與環境顆粒物相關的日常數據10意大利所有省份的顆粒物水平、城市條件和COVID-19發病率,以便可靠地確定意大利顆粒物汙染水平與COVID-19最初傳播之間的聯係。每天下午10濃度由地區環境保護機構的官方空氣質量監測站收集,在其網站上公開。每天PM的數量10極限值超過(50 μ g/m3.),除以PM總數10對每個選定省份的監測站進行了計算。
意大利國家統計局收集了意大利所有110個省份的人口數據,33特別注意居民的絕對數量及其密度(居民數/公裏)2每個省份的),以及通勤人數(因工作原因從其他省份旅行的人)及其占該省人口的比例。我們計算了從2月24日至3月13日(決定封城日)期間,根據政府官網報告的、每日更新的數據,各省新冠肺炎感染人數和基於居民人數的感染率。34PM超標的數量是在2月9日到2月29日之間計算的,因為我們必須考慮到最大值滯後期14天,這是意大利疫情爆發的頭幾周(2月24日至3月13日)之間的平均時間。還考慮了與不同省份相關的進一步協變量:每個省份可用的空氣質量監測站的數量,以及該省城市中心的經度和緯度。所有的省份都被劃分為兩個地理區域(意大利北部或南部)。該數據集在我們的網頁上公開35以及R語言中可複製代碼的統計分析。36
為了研究PM超標與感染擴散之間的關係,我們開始對PM超標進行探索性分析10考慮將遞歸分區樹方法實現到party包中。37這樣的實現將探索性技術與經典的統計檢驗方法連接起來,在修剪樹時展現了利用動機停止準則的優勢(即,任何協變量和響應的獨立性顯著性檢驗的p值)。38在遞歸分區分析中,響應變量用COVID-19病例占省人口的比例表示;對這種比例的響應進行對數變換,並以圖表的形式進行了報告。通過遞歸劃分樹分析確定的截止點隨後被用於二項廣義線性模型,包括單變量和多變量(即邏輯回歸)。二項廣義線性模型的響應用二維向量表示39通過綁定COVID-19病例數和該省其他人口獲得。在過分散存在的情況下,擬二項分布被處理。在合適的情況下,聯列表中的關聯也用or表示,並使用Fisher確切檢驗來評估統計顯著性。PM超標率的探索性分析2.5都是遞歸的分區樹方法。點之間的相關性2.5和點10每個省的超率已用線性模型處理。用皮爾遜係數評價相關性;診斷圖用於評估模型的充分性。
同樣,我們對米蘭和羅馬的數據進行了統計推斷分析,以觀察不同地理區域顆粒物超標程度存在顯著差異的大城市的顆粒物水平與COVID-19傳播之間的潛在關聯10,但同時呈現相似的城市化、生活方式、人口、老齡化指數和通勤人數。羅馬自治市的麵積要大得多,有1287公裏2相比之下隻有182公裏2的米蘭。說到人口,羅馬有287萬居民,而米蘭有135萬,但它的人口密度要低得多:每公裏2232人2而7439年(主要是因為羅馬城的巨大擴張)。然而,還有100萬居民居住在羅馬社區,平均密度在每公裏6720至9231人之間2.米蘭和羅馬的地下延伸距離目前分別為98公裏和54公裏。從每年的遊客數量來看,羅馬每年約有2900萬遊客,而米蘭每年有1210萬遊客。每日通勤人數(因工作原因或類似原因而前往羅馬的人)在羅馬(204萬次)高於米蘭(166萬次)。患者和公眾的參與
患者和公眾的參與
患者和/或公眾未參與本研究的設計、實施、報告或傳播計劃。
結果
大氣顆粒物的空間分布10意大利城市之間的過度在地理上是不同的,它呈現在圖1一個.超過人數最多的地區一般位於COVID-19疫情快速擴散的意大利北部地區,而感染率較低的地區位於中部和南部地區。載於圖1說明PM超標的平均值10PM的數量102020年2月9日至2月29日期間,意大利所有省份的車站(圖1一個),與3月3日至3月13日期間每個省份觀察到的COVID-19感染總數(圖1中).總體而言,在研究期間,意大利6040萬居民中有17660人感染。新冠肺炎發病率最高的是意大利北部城市,特別是包括米蘭在內的倫巴第大區。意大利南部和拉齊奧地區(包括羅馬)的COVID-19發病率最低。
SARS-Cov-2隨後被確認為一種通過空氣直接接觸傳播的高傳染性病毒,顯示出超級傳播事件的特征,迫使意大利政府采取非常措施(即全麵封鎖)遏製疫情。40在圖2一個在美國,兩個主要的間斷趨勢是明顯的,可以歸因於意大利的封鎖。如果在封鎖日期(3月11日至3月13日)之後繼續觀察,通過分析每日新增COVID-19感染的趨勢,有可能在3月22日左右觀察到傳染的傳播速度首次下降(反映3月5日下令關閉學校),在3月28日左右觀察到第二次下降(反映3月11日至3月13日下令封鎖)。
隨著滯後期我們的研究分析了3月11日之前的意大利疫情,當時發病率增長呈現典型的指數傳播趨勢(圖2 b).在單變量分析中,PM超標的日限值10似乎是感染的顯著預測因子(p<0.001),截斷值為1.29 (圖3).該分界點將各省分為兩類,其特征是PM較高(n=43)和較低(n=67)10濃度分別為:汙染較輕的省份1000名居民感染病例的中位數為0.03例(第一至第三四分之一為0.01-0.09;而汙染最嚴重的省份1000名居民感染病例的中位數為0.26例(第一至第三四分位數為0.14-0.51,範圍為0.00-4.92)。方框畫在圖3進行日誌轉換,以增強圖的可讀性。
將意大利半島分為兩個地區,沿托斯卡納-埃米利安亞平寧流域的北部和南部,PM超標的結果10如下:41個北方省份中有39個位於更高的PM10而南部省份的比率則相反:66個省份中有62個的PM較低10值(OR 0.00, Fisher確切檢驗p<0.001)。
此外,根據單變量二叉分割樹分析,通勤者占該省人口的比例(每天因工作原因來到受調查城市的人)似乎在預測感染率方麵具有顯著作用(p=0.01,未描述)。我們將通勤者的界限設為47%,以描述上班族的數量。在通勤人數較低(<47%)的51個省份,該省1000名居民以上感染病例的中位數為0.03(第一至第三四分之一為0.01-0.05;而在其他省份(通勤者占47%),1000名以上居民感染病例的中位數為0.18(第一至第三四分位數為0.13-0.36;範圍0.00 - -4.92)。
值得注意的是,在進行二元條件回歸探索性分析時,結合汙染和通勤比例作為感染率的可能預測因素,我們得到了完全相同的樹圖3:通勤者的比例失去了作用,這表明空氣質量和新冠肺炎感染之間存在很強的關聯。
描述的邏輯回歸圖3(在半對數尺度上)證實了探索性分析:二項分布廣義線性模型,對過分散進行了校正,顯示斜率增加0.25 (SE 0.04;P <0.001)。點2.5也探討了PM和PM之間可能的聯係2.5和點10通過線性模型(截距1.06,斜率1.38)對每個省份觀測到的超標情況進行了評估,其準確性令人滿意(p<0.001;根據診斷圖將輕度缺乏正態化為殘差,殘差SE: 1.82)。PM2.5超標率似乎與PM高度相關10顯示皮爾遜係數為0.94 (95% CI為0.90至0.96)。在對PM進行探索性分析時2.5通過遞歸分區樹分析,確定了11的截止點,並公開了一種改進的遞歸分區樹(圖3).盡管PM2.5數據有39%的缺失值(110個省份中43個省份沒有數據),但與主要研究結果一致的是,PM2.5的數量似乎是最高的2.5主要位於寶穀。
為了觀察PM在城市化程度、生活方式、人口和通勤人數相似的大城市的影響,我們選擇了米蘭和羅馬,結果發現2月25日,米蘭和羅馬都發現了第一批感染者(分別為8名和3名患者)。然而,我們認為3月1日是這兩個城市COVID-19爆發的第一天,當時羅馬至少有6例確診病例(圖4).
米蘭和羅馬的新冠肺炎疫情比較顯示,米蘭的指數階段高於羅馬。然而,8天內的趨勢表現出類似的行為;9天後,COVID-19發病率的增加表明隻有米蘭的病毒傳染性突然加速。除了通過直接吸入咳嗽或呼出的液滴和/或接觸被病毒汙染的表麵與感染者密切接觸而發生的SARS-CoV-2傳播外,在米蘭觀察到的COVID-19擴散動態(如果與在羅馬觀察到的相比)建議考慮其他可能的傳播途徑,也包括空氣傳播途徑(病毒傳播距離更長)。如果假設延遲期的平均時間為14-17天,那麼考慮米蘭感染的第一天(2月25日)應被視為2月8日之前發生的感染。根據這一假設,COVID-19在米蘭的擴散加速始於2月14日(圖4一),對應於PM相關峰值的存在10超過數點(圖4 b),這在羅馬沒有被觀察到,在那裏,最初的傳染可能是在2月13日總理不在的時候開始的10超過數點。
意大利COVID-19感染的發病率增長速度為每天0.19例,接近3.6天的時間翻了一番,與桑徹的數據相同等412020年1月,武漢(中國湖北省)的增長率接近0.21-0.30 /天,翻倍時間為2.3-3.3。41意大利基本生殖數(R0),研究人員估計是5.7,42與“超級傳播事件”特征一致,可能與空氣飛沫傳播有關,正如Wallinga和Teunis對2003年2月至6月在香港、越南、新加坡和加拿大爆發的嚴重急性呼吸係統綜合症(SARS)的流行曲線所描述的那樣。43在羅馬,封鎖前(3月13日)的增長率為每天0.27人,增加了2.6天的時間,與描述SARS的“超級傳播事件”模型一致。在米蘭,增長率明顯更高,接近0.34 /天,翻倍時間為2.0天,因此表明R0高於6.0的值,與觀察到的麻疹通過空氣飛沫傳播疫情的情況非常相似(已知值達到12-18)。44和最高的R0中國有記錄的估計數,範圍為1.4至6.49,平均值為3.28,中位數為2.79(武漢:2.55-2.68;湖北:6.49;中國:2.2 - -6.47)。45
討論
研究假設.根據現有文獻和我們最近發表的文章,確認PM上存在SARS-COV-2 RNA10收集於貝加莫地區(意大利疫情中心),20.有足夠的證據將空氣傳播途徑——特別是PM的作用——視為可能的額外感染“助推”因素,以解釋在意大利北部觀察到的COVID-19異常疫情,該地區是歐洲PM濃度最高的地區之一。1空氣傳播當然在通風很少的室內環境中更有效,但必須考慮到,由於大氣的穩定性,波穀非常類似於一個封閉的環境,而且高濃度的粉塵有利於長距離的病毒傳播。
目前的知識.盡管生物氣溶膠是病毒在空氣中傳播的一個眾所周知的因素,但病毒生物氣溶膠在環境空氣中的高度稀釋性質一直被認為是病毒的有氧生物學檢測的主要障礙,包括研究病毒與其他空氣中粒子的相互作用。最近,Groulx等46利用體外PM濃縮器,提示空氣中的病毒與空氣中的細顆粒物之間的相互作用能夠影響病毒的穩定性和感染潛力。46氣溶膠的穩定性和縮合反應在大氣中頻繁發生,因為有機氣溶膠改變了其他氣溶膠的性質(吸濕性、毒性、光學性質)。47Cruz-Sanchez等48證明呼吸道合胞病毒在體外共霧化前暴露於以印度墨水形式存在的炭黑,然後沉積在細胞底物上,增加了病毒的傳染性。48同樣,在車輛流量大的地區,來自不同來源的許多不同汙染物同時存在(汽車或卡車的廢氣、供暖裝置的排放等),49其中含有碳、銨、硝酸鹽和硫酸鹽的PM排放。
研究結果和研究視角.我們的觀察顯示PM的高頻10濃度峰值(超過50 μ g/m3.)導致了COVID-19的加速傳播,這表明病毒傳染性可能存在“助推效應”。我們發現兩者在PM方麵都有顯著差異10新冠肺炎疫情在意大利北部和南部地區的擴散和蔓延情況,我們重點關注米蘭和羅馬。米蘭(135萬居民,意大利北部)的疾病感染率高於羅馬(287萬居民,意大利南部),盡管這兩個人口在城市管理和社會限製以及老齡化指數方麵沒有實質性差異。我們的研究結果表明,在米蘭觀察到的增長速度加快可能歸因於COVID-19病毒傳染性的“助推效應”(一種特殊的“超級傳播事件”),與PM的峰值相對應。根據這一假設,PM可能會成為飛沫核的潛在“攜帶者”,引發對病毒傳播的助推效應(圖5).可以將空氣傳播途徑,特別是PM的傳播途徑視為病毒擴散的“高速公路”,在穩定條件下,通過氣溶膠與PM的高濃度結合,呼出的飛沫核在空氣中穩定下來。事實上,在正常的清潔空氣和大氣湍流條件下,一小滴病毒會在大氣中迅速蒸發和/或擴散。相反,在大氣穩定和顆粒物濃度較高的條件下,病毒很可能與顆粒物形成聚集,並通過降低它們的擴散係數,增加它們在大氣中的持續時間和數量,促進傳染。根據Isaifan發表的研究結果,這些初步觀察結果表明,從空氣擴散和健康結果的角度來看,PM可被視為COVID-19感染嚴重程度的一個促成因素。50
氣候變量的潛在作用.然而,聚結現象需要最佳的溫度和濕度條件來穩定空氣中的氣溶膠,即在0°C - 5°C左右和90%-100%的相對濕度。最近,Ficetola等51結果顯示,新冠肺炎疫情在北半球溫帶地區的傳播達到峰值,平均氣溫為5℃,濕度為0.6 ~ 1.0 kPa,而在較暖和較冷地區則有所下降。51這些氣候變量,以及空氣中高濃度的PM的存在,可能在有利於空氣中氣溶膠的穩定方麵發揮了作用,與文中提出的模型一致圖5.
局限性和實際意義.這是一項觀察性研究,因此需要進一步的實驗來證實PM可能作為病毒液滴核的“載體”,對病毒感染的傳播產生促進作用的可能性,就像對其他病毒所顯示的那樣。可以進行病毒學研究,專門用於測試受sars - cov -2汙染的顆粒物的活力和感染潛力(如果有的話)。最近的研究52和建議53關於增加社交距離,建議保持1米以上的人際距離並佩戴口罩54都是有用的預防措施。還必須指出,長期接觸高水平的PM會長期損害人類健康,並可能影響已經虛弱的個體感染的臨床過程,特別是在最脆弱的年齡組。事實上,根據2005年世衛組織指南,PM的年平均濃度10不應超過20 μ g/m3.(與目前歐盟法律規定的40 μ g/m相比3.),點2.5是否應不超過10 μ g/m3.(與目前歐盟法律規定的25 μ g/m相比3.).此外,細顆粒物與健康損害之間的接觸-效應關係不是線性型的,因此實際上不可能設定一個閾值,低於該閾值可預見對人類健康完全沒有損害。55
結論
現有的關於空氣傳播作用的文獻,以及這些關於COVID-19感染人數與PM之間關聯的初步觀察10峰值表明有機會對空氣傳播途徑以及PM在病毒傳播和傳染性中的潛在作用進行進一步的計算和實驗研究。開展旨在確認或排除SARS-CoV-2存在及其對PM潛在毒性的實驗研究是有道理的。此外,應考慮將顆粒物水平作為COVID-19在大多數汙染地區預期影響的“指標”的可能性。必須采取緊急行動,應對氣候變化和生態係統的改變,因為氣候變化和生態係統的改變可能對人類健康造成新的和意想不到的威脅,而我們正在世界範圍內急劇地經曆這些威脅。
致謝
作者感謝RESCOP小組(COVID-19和顆粒物研究組)的所有成員,該小組由意大利/國際環境醫學學會(SIMA/ISEM)發起,目的是將SARS-COV-2的存在用於PM10作為流行病複發的早期指標SIMA感謝福爾克可再生能源公司和教科文組織健康教育和可持續發展主席的支持。
參考文獻
腳注
貢獻者LS、FP、GDG、PB、MGP、AP、MB、SL、JP、ADG、ER、AC、PP、AM對稿件的構思、設計、撰寫、管理和修改均有貢獻。
資金作者們還沒有從任何公共、商業或非營利部門的資助機構為這項研究宣布具體的資助。
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相互競爭的利益沒有宣布。
病人同意發表不是必需的。
來源和同行評審不是委托;外部同行評議。
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