流感病毒对UV-C光的气溶胶敏感性

由于广泛的死亡率和发病率，流感病毒在人与人之间的传播，特别是在由H5N1禽流感等高毒力流感株引起的大流行中，令人高度关注。季节性流感的后果也很严重。由于空气传播似乎在流感传播中起作用，公共卫生干预应侧重于预防或中断这一过程。在公共建筑中，通过上层房间254纳米杀菌紫外线(UV-C)灯进行空气消毒，可能能够减少通过空气传播的流感传播。我们利用装有紫外线暴露窗的台式小室研究了甲型H1N1流感病毒(H1N1，PR-8)气溶胶对UV-C光的敏感性。我们评估了病毒在3个相对湿度水平(25%、50%和75%)下对UV-C剂量从4到12J/m2的敏感性。我们的数据显示，Z值(敏感因子)比以前报道的更高(更敏感)于UV-C。此外，剂量-反应图显示，流感病毒的易感性随着相对湿度的降低而增加。这项工作为设计和利用有效的楼上UV-C灯装置，通过表征流感对UV-C的敏感性来预防流感的空气传播提供了必要的科学依据。

季节性流感是美国和全世界发病率和死亡率的主要原因。在美国，流感每年约占300万住院日，3100万次门诊，以及100亿美元的额外成本。这些后果在非常年轻和年长的人群中最为明显()。正如2009年H1N1流感大流行所表明的那样，流感可以在人群中迅速传播，疫苗的开发可能需要几个月的时间才能完成()。此外，非药物干预的使用似乎效果有限()。如果出现高毒力流感病毒株的大范围传播，例如最近显示死亡率约为60%的H5N1禽流感，其影响可能是灾难性的(，)。出于这些原因，需要有效的干预措施来防止流感的传播。

当代科学继续研究和理解流感病毒在人与人之间传播的方式。关于流感病毒是否通过空气中的细小气溶胶传播，通过暴露在大的弹道飞沫中，还是通过接触甲型流感病毒(，)，还存在争议。了解传播途径对于实施最佳控制策略至关重要。有相当多的证据表明流感通过细微的气溶胶通过空气传播：实验室实验证明流感气溶胶仍然具有传染性；在动物和人类志愿者研究中也显示了流感的气溶胶传播(，)；流感核酸与流感病毒感染者呼气中的细颗粒物有关(，)；人类流行病学研究将流感传播与空中途径联系起来(20，)。因此，预防流感传播的干预措施必须超越咳嗽礼仪、手部卫生和社交距离等传统教条。由于它们的末端沉降速度非常低，在气流的作用下，具有感染力的细颗粒预计将在空气中停留数小时。一种被认为有效的干预措施是紫外线照射，也被称为UV-C光，从放置在天花板附近的特制灯具发出。

UV-C电磁光谱中的光(特别是254 nm光)的杀菌作用已经被认识到一段时间了。微生物对UV-C光的敏感性各不相同，在以前的调查中已经总结过(14)。传统上认为微生物对UV-C光的敏感性符合一级动力学方程F-R=C UV/C No UV=e−ZD，式中，F-R是剩余部分，C-UV是有UV照射的微生物浓度，C-NO-UV是没有UV暴露的微生物浓度，Z是以m2/J表示的敏感性参数，D是UV-C在J/m2(，，)中的剂量，其中FR是剩余部分，CUV是有UV照射的微生物浓度，C NO UV是没有UV暴露的微生物浓度，Z是以m2/J表示的敏感性参数，D是UV-C在J/m2(，，)中的剂量。这些磁化率参数或Z值看起来不是静态的，而是随环境条件而变化，例如相对湿度(RH)(、、)。也有证据表明，微生物对UV-C光的敏感性不一定遵循一级动力学()。因此，有必要在确定和控制的实验系统中确定Z值，以预测UV-C有效性，确定干预所需的UV-C能量，并建立UV-C有效性的模型。

传统上，UV-C光用于使用位于房间上部的灯发出的UV-C光来消毒空气()。高强度光限制

空气由泵以25升/分钟的速度通过连接到2个SKC生物采样器(SKC Inc.，84，PA)的歧管抽出，每个生物采样器以12.5升/分钟的速度运行。每个生物样本包含20毫升病毒缓冲液(杜尔贝科磷酸盐缓冲液，含钙和镁，含0.1%牛血清白蛋白)。在取样器之后连接高效空气过滤器，以便在气流进入泵之前去除逃逸的气溶胶。当采样不进行时，流过该室的充满气溶胶的气流绕过采样器，25升/分钟的流量被引导到HEPA过滤器。整个仪器安装在一个6英尺高的II级生物安全柜内，并保持在相对于柜子内部的负压下。

雾化器在取样前运行20分钟，以确保小室内的浓度稳定下来。通过让整个腔室气流通过生物采样器15分钟来采集样本。收集的样品对包括一个打开UV-C灯的样品和一个关闭UV-C灯的对照样品。收集了UV-C剂量(4~12J/m2)和相对湿度(25~27%，50~54%，81~84%)组合的三个样本对。每次取样后，将生物采样器从小室中取出，测量采集液的体积，并将病毒采集液在4°C保存最多3h，然后进行感染性分析。生物采样器用10%漂白剂去污，70%乙醇漂洗，干燥后再使用。

每对样本存活的病毒比例是通过将每个样本在UV-C灯打开时的FFU数量除以每个样本在UV-C灯关闭时的FFU数量来计算的。

通过原点的线性回归被用来估计每个湿度水平的Z值。−LOG(F-R)是我们的结果变量，剂量水平是我们的反应。回归线的估计系数就是我们对Z值的估计。使用Bootstrap方法确定估计的Z值是否不同。给定任何两个测试的Z值，我们从每个湿度水平的原始数据中引导1000对重新采样的数据集，重新运行回归模型，并计算估计系数之间的差异。这给了我们对系数之间差值分布的估计。我们使用这个分布为每个差值计算一个P值，以检验真实差值等于0的假设。使用SAS 9.1(SAS Institute，Cary，NC)进行统计分析。

病灶法测得室内空气中流感病毒平均浓度为5.62×103FFU/L空气，相当于96孔板上每孔2636FFU。流感气溶胶的存活分数是在三个相对湿度范围(低相对湿度，25-27%；中等相对湿度，50-54%；高相对湿度，81-84%)和6个紫外线剂量(4.9-15.0J/m2)的组合下测量的三份(图1)。使用我们的实验系统，我们通过比较打开紫外光的样品和关闭紫外光的随后的对照样品，测量了低至98.2%的流感减少率。三次实验间的变异系数为0.04~0.45，中位数为0.13。图1显示了低相对湿度(25%~27%)、中等相对湿度(50%~54%)或高相对湿度(81%~84%)时流感雾化的存活率分数。我们计算了低、中、高相对湿度水平下的Z值分别为0.29、0.27和0.22m2/J(表1)。一般情况下，随着RH的增加，Z值减小。当分数存活率的对数与UV-C剂量作图并反映一级衰减时，剂量-反应关系呈线性。线性回归模型很好地拟合了数据，R2值至少为0.95。1,000个样本的Bootstrap结果表明，所有的Z值彼此之间存在显著差异(P<；0.0001)。

在我们的研究中测定的流感气溶胶的Z值表明，在暴露于上层房间的UV-C期间，流感将被有效灭活。流感病毒报告的Z值在结核分枝杆菌报告的范围内。上层房间的UV-C在实验室研究中已被证明是非常有效的，并已被提议用于控制暴露于结核病(，，21，，)。流感的Z值(即流感对UV-C更敏感)远高于报告的耐寒孢子，如炭疽芽孢杆菌(表2)(，14)。

这里报告的Z值都高于之前在科瓦尔斯基等人的一项综述中报告的流感病毒气溶胶的Z值。(14)，这是基于Jensen()的研究，并表明UV-C对灭活流感病毒的功效增加。詹森的实验

在最近关于痘病毒对UV-C光敏感性的研究中，这种衰减不是线性的()，而是符合这样一个模型，即敏感性的对数正态分布描述了病毒的敏感性。这些差异可能是由于痘病毒和流感病毒的不同所致。痘病毒是具有高度结构的大型DNA病毒，而流感病毒是较小、更简单的RNA病毒。UV-C光可能与核酸有不同的相互作用，形成光二聚体，与DNA中的硫胺素和RNA中的尿嘧啶有不同的相互作用，这可能是剂量反应差异的根源。

医院环境是流感病毒感染未经控制的传播可能导致医院相关疾病爆发的地方(，)。尽管近年来医院感染控制预防措施受到越来越多的关注，但医护人员、患者和来访者接触流感和其他呼吸道感染仍然是一个重大问题()。与医院相关的最可怕的疫情之一是涉及一种高毒力病毒的疫情，例如目前在欧亚大陆传播的H5N1病毒，已知这种病毒会导致令人震惊的一部分受害者死亡()。为了容纳在严重大流行期间需要医疗保健的患者激增，预计医院将把感染患者分组收容，这些患者包括那些确认或疑似大流行感染的患者。在这种情况下，患者可能会被关在设施的指定病房(区段)中，彼此靠近。有限数量的负压隔离室将可用，造成拥挤的环境和相当大的气流限制。上层房间的UV-C光可以用于这种和许多其他大流行情况下的空气消毒。Lindsley等人。和Balchere等人。在急诊科和整个卫生保健机构检测到与细颗粒相关的流感病毒核酸(，)。虽然核酸的存在并不能证实传染性病毒的存在，但它是病毒正在释放到空气中的有力证据。在使用工程控制(如增加通风率或过滤())不可行的环境中，使用上层房间UV-C灯可提供成本效益高的空气消毒。此外，楼上紫外线的使用将不仅限于控制流感病毒的传播，因为它还将控制其他空气传播传染病的传播(其中许多对UV-C光敏感)(14)。

相对湿度是影响UV-C光杀灭病毒活性的重要变量之一。雾化方法、采样时间、气溶胶浓度和剂量是影响UV-C光杀菌效果的其他因素。这些因素的特征超出了我们的研究范围，但值得进一步研究。

通过表征流感病毒对UV-C暴露的敏感性，本工作为设计有效的楼上UV-C装置以防止流感病毒通过空气传播提供了必要的科学依据。测定的流感病毒的Z值比以前报道的要高(即对UV-C的敏感性更高)。此外，UV-C效率随相对湿度的增加而降低。

本文中表达的观点是作者的观点，不一定反映退伍军人事务部、公共卫生办公室或国家职业健康和感染控制中心的观点或立场。

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