空気感染するメカニズム

COVID-19のパンデミックは、呼吸器系病原体が宿主間でどのように拡散するかについての論争と未知を浮き彫りにした。従来、呼吸器系病原体は、咳の際に発生する大きな飛沫や汚染された表面（フォマイト）との接触を介して人々の間に広がると考えられていた。しかし、いくつかの呼吸器系病原体は、気流に乗って浮遊・移動し、感染者から近距離・遠距離にいる吸入者に感染する小さな呼吸器エアロゾルによって伝播することが知られている。Wangらは、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2型（SARS-CoV-2）感染や他の呼吸器系病原体の拡散の研究から得られた、空気感染に関する最近の進歩について概説している。著者らは、SARS-CoV-2を含むいくつかの呼吸器系病原体の感染形態は空気感染である可能性があり、空気感染経路からの感染の基礎となるメカニズムをさらに理解することが、感染緩和策により良い情報を提供することになると示唆している。-GKA

構造化アブストラクト

背景

呼吸器系病原体は、感染者の咳やくしゃみで生じる飛沫への曝露や、飛沫に汚染された表面（フォマイト）への接触が主な感染様式と広く認識されてきた。空気感染は、従来、主に感染者から1～2 m以上離れた場所にある5 μm未満の感染性エアロゾルまたは「飛沫核」の吸入を伴うものと定義されており、このような感染は「珍しい」疾患にのみ関係すると考えられてきた。しかし、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（SARS-CoV）、中東呼吸器症候群（MERS）-CoV、インフルエンザウイルス、ヒトライノウイルス、呼吸同期ウイルス（RSV）など、多くの呼吸器ウイルスの空気感染を裏付ける確固たる証拠が存在している。COVID-19のパンデミックでは，飛沫感染，飛沫感染，空気感染という従来の考え方の限界が浮き彫りになった．SARS-CoV-2の飛沫感染とファマイト感染だけでは、COVID-19パンデミック時に観察された多数のスーパースプレッディング現象や屋内と屋外環境間の感染の違いを説明することはできない。COVID-19の感染経路とパンデミックの抑制に必要な介入策をめぐる論争は、呼吸器系ウイルスの空気感染経路をよりよく理解することの重要性を明らかにし、呼吸器感染症の伝播を緩和するためのより良い情報に基づく戦略を可能にするものである。
アドバンス

呼吸器系の飛沫やエアロゾルは、様々な呼気活動によって生成されます。空気力学や走査型移動度粒子径測定法などのエアロゾル測定技術の進歩により、呼気エアロゾルの大部分は5μm未満であり、呼吸、会話、咳などの呼吸活動の大部分では1μm未満であることが分かっています。呼気エアロゾルは、気道の異なる生成部位と生成メカニズムに関連する複数のサイズモードで発生します。エアロゾルを液滴と区別するために5μmが歴史的に使用されてきたが、エアロゾルと液滴のサイズの区別は、1.5mの高さから5秒以上静止空気中に浮遊し、放出者から通常1～2mの距離に到達し（エアロゾルを運ぶ気流の速度に依存）、吸入できる最大の粒子サイズを示す100μmであるべきである。感染者が出すエアロゾルには感染性ウイルスが含まれている可能性があり、研究によると、ウイルスは小さなエアロゾル（<5μm）に濃縮されていることが分かっています。ウイルスを含むエアロゾルの輸送は、エアロゾル自体の物理化学的特性、および温度、相対湿度、紫外線、気流、換気などの環境要因に影響されます。ウイルスを含むエアロゾルは、吸入されると気道のさまざまな部位に沈着する可能性があります。大きなエアロゾルは上気道に沈着する傾向がありますが、小さなエアロゾルは、上気道にも沈着するものの、肺の肺胞領域の奥深くまで入り込むことがあります。感染に対する換気の強い影響、屋内と屋外の明確な違い、十分に立証された長距離感染、マスクや目の保護具の使用にもかかわらず観察されたSARS-CoV-2の感染、SARS-CoV-2の屋内超拡散現象の高い頻度、動物実験および気流シミュレーションは、空気感染に関する強力で明白な根拠を提供するものである。SARS-CoV-2のフォマット感染は、はるかに効率が悪く、飛沫は、個人が会話するときに互いに0.2m以内にいるときのみ支配的であることが判明している。感染者は呼気活動中にエアロゾルと飛沫の両方を発生させることができるが、飛沫は数秒以内に地面や表面に素早く落下し、エアロゾルが飛沫より多く残る。空気感染経路は、以前は飛沫感染と特徴づけられていた他の呼吸器系ウイルスの感染拡大に寄与している可能性が高い。世界保健機関（WHO）と米国疾病対策予防センター（CDC）は、2021年にCOVID-19を近距離および長距離で拡大する際の主な感染様式として、ウイルスを含んだエアロゾルの吸入を公式に認めています。

アウトルック

これは、エアロゾルの空気中での挙動について十分に理解されていないことと、少なくとも部分的には、逸話的な観察結果の誤認が原因である。飛沫感染やファムダイト感染の証拠がないこと、またエアロゾルが多くの呼吸器ウイルスを感染させるという強い証拠が増えていることを考えると、空気感染はこれまで認識されていたよりもはるかに一般的であると認めざるを得ません。SARS-CoV-2感染について分かったことは、すべての呼吸器感染症について、エアロゾルによる感染経路を再評価する必要がある。特に、換気、気流、空気ろ過、紫外線消毒、マスクの装着に注意を払い、短距離および長距離の両方でエアロゾル感染を軽減するための予防策を追加で実施することが必要である。これらの対策は、現在のパンデミックを終わらせ、将来の大発生を防ぐための重要な手段である。

ウイルスが付着したエアロゾル（100I1/4m以下）は、まず感染者の呼気活動によって生成され、そこから環境中に放出され輸送される。ウイルスが付着したエアロゾル（100 I1/4m未満）は、まず感染者が呼気によって発生させ、そのエアロゾルは呼気とともに環境中に拡散します。液滴（100 I1/4m以上）とは対照的に、エアロゾルは空気中に何時間も留まり、吐き出した感染者から1～2 m以上離れた場所に移動し、近距離でも遠距離でも新たな感染を引き起こす。

概要

COVID-19の大流行により、呼吸器系ウイルスの感染経路に関する従来の見解との間に重大な知識のギャップがあることが明らかとなり、更新の必要性が生じている。長年にわたる飛沫感染と空気感染の定義は、ウイルスを含んだ呼吸器飛沫とエアロゾルが空気中を移動し、感染に至るメカニズムを説明していない。このレビューでは、エアロゾルによる呼吸器ウイルスの感染に関する現在の証拠、すなわちエアロゾルの生成、輸送、沈着方法、および感染様式としての液滴スプレー沈着とエアロゾル吸入の相対寄与に影響を与える要因について考察する。重症急性呼吸器症候群コロナウイルス2（SARS-CoV-2）感染の研究によってもたらされたエアロゾル感染に関する理解の向上は、他の呼吸器ウイルスの主要な感染経路の再評価を必要とし、これにより空気中の感染を減らすためのより良い情報に基づく管理が可能になるであろう。
過去1世紀にわたり、呼吸器ウイルスは主に、感染者の咳やくしゃみから発生する大きな呼吸器飛沫が、宿主となりうる人の目、鼻、口の粘膜に付着する（飛沫感染）、あるいは宿主が触れた表面に付着して粘膜に移る（ファマット感染）ことで伝播すると考えられてきた。このような飛沫は、感染者の1〜2m以内の地面に落ちると考えられており、多くの公衆衛生機関が呼吸器系ウイルスに感染した人からの安全な距離を推奨する際に、重要な前提条件として使用しています。空気感染は、感染性のエアロゾルまたは「液滴核」（空気中で蒸発する液滴）の吸入によるもので、多くの場合、5μmより小さく、感染者から1〜2m以上離れた場所に移動すると定義されています。エアロゾルは、空気中に浮遊するほど小さな液体、固体、または半固体の粒子です。呼吸用エアロゾルは、健康な人と呼吸器感染症の人の両方から、呼吸、会話、歌、叫び、咳、くしゃみなどのすべての呼気活動の際に発生します(1-4)。
歴史的な空気感染の定義では、エアロゾルは感染者に近い距離でも吸入される可能性があり、その場合、呼気エアロゾルはそれを発する人に近いほど濃度が高くなるため、曝露の可能性が高くなることを無視している。また、エアロゾルと液滴の大きさを従来の5μmではなく、空気力学的挙動に基づいて区別するため、100μmに更新することが最近提案されている（5-7）。具体的には、100μmは、静止した空気中に5秒以上浮遊し（1.5mの高さから）、感染者から1mを超えて移動し、吸い込むことができる最大の粒子を表します。感染者が咳やくしゃみをすることで発生する飛沫は、近距離（0.5m未満）でも感染を引き起こす可能性がありますが、会話などの呼気によって発生するエアロゾルは、飛沫よりもはるかに多くの数とウイルス量があります（8-10）。エアロゾルは小さいので空気中に滞留し、換気の悪い空間に蓄積され、近距離でも遠距離でも吸入されるため、現在の呼吸器疾患対策プロトコルにエアロゾル対策を盛り込むことが急務となっている。COVID-19のパンデミックの間、対策は主に飛沫感染とファマイト感染を防ぐことに重点を置いてきたが、空気感染経路を防ぐために対策を加えるには、より多くの証拠が必要であった。

呼吸器疾患の拡大におけるさまざまな感染様式の相対的重要性をめぐる議論は、何世紀にもわたって行われてきた。20世紀以前は、感染性呼吸器疾患は、感染者が放出する「疫病粒子」によって広がると考えられていた(11, 12)。この空気感染説は、1900年代初頭にCharles Chapinによって否定され、接触が呼吸器疾患の主な感染経路であり、飛沫感染は接触感染の延長線上にあると主張されました(13)。Chapin は、空気による感染に言及することで、人々が怖がって行動を起こさず、衛生習慣が失われることを懸念していた。Chapin は、近距離での感染を飛沫感染と誤って同一視し、エアロゾル感染が近距離でも起こるという事実を無視した。この裏付けのない仮説は疫学研究において広まり（14）、それ以来、呼吸器系ウイルスの感染を抑えるための緩和策は、飛沫感染やフォマイト感染を制限することに重点が置かれるようになりました（15）。これらの戦略の中には、エアロゾル感染の抑制にも部分的に有効なものがあり、その有効性が飛沫感染を証明しているという誤った結論に至っている。
飛沫感染の優位性が想定されているにもかかわらず、麻疹ウイルス（16-18）、インフルエンザウイルス（19-24）、呼吸同期ウイルス（RSV）（25）など、多くの呼吸器ウイルスの空気感染を裏付ける確固たる証拠が存在している。ヒトライノウイルス（hRV）（9、26-28）、アデノウイルス、エンテロウイルス（29）、重症急性呼吸器症候群コロナウイルス（SARS-CoV）（30、31）、中東呼吸器症候群コロナウイルス（MERS-CoV）（32）、SARS-CoV-2（33-36）（表 1）。家庭を舞台としたある研究では、A型インフルエンザウイルスの伝播の約半分を空気感染が占めると推定されている(20)。ライノウイルスの感染に関するヒトでのチャレンジ研究では、エアロゾルが支配的な感染様式である可能性が高いと結論づけています(26)。ハムスターとフェレットの SARS-CoV-2 感染は、直接接触や飛沫感染による影響を排除するように設計された実験構成で、空気を通して感染することが示されている (33, 37, 38)。インフルエンザウイルス、パラインフルエンザウイルス、RSV、ヒトメタニューモウイルス、およびhRVの感染時の呼吸器排出物の分析により、様々なサイズのエアロゾルにウイルスゲノムが存在し、より大きなエアロゾルよりもむしろ5μm未満のエアロゾルに最も多く検出されることが明らかになっている(39)。SARS-CoV-2 RNA は、0.25 から >4 μm までのエアロゾルで検出され、感染性ウイルスが回収されています（34、35、40-44）。インフルエンザウイルス RNA は、感染者から吐き出された微細な (≤5 μm) エアロゾルと粗い (>5 μm) エアロゾルの両方で検出されており、微細なエアロゾル粒子に多くのウイルス RNA が含まれています (23)。実験室研究では、エアロゾル化したSARS-CoV-2の半減期は1時間から3時間であることが分かっている(45-47)。世界保健機関（WHO）と米国疾病対策予防センター（CDC）は、2021年4月と5月にそれぞれ、ウイルスを含んだエアロゾルの吸入が、近距離と遠距離の両方でSARS-CoV-2を拡大する主要なモードであると公式に認めた（48、49）。

表1.呼吸器系ウイルスの空気感染：さまざまな呼吸器系ウイルスの空気感染の代表的な証拠とその基本的な再生産数。ダッシュのついたセルは該当しないことを示す。
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呼吸器系病原体の曝露に関する数理モデルは、感染者から2 m以内のほとんどの距離では近距離エアロゾル吸入による感染が優勢であり、飛沫は会話時に0.2 m、咳をする時に0.5 m以内にいる場合にのみ優勢であることを裏付けている(50)。麻疹ウイルス(16-18)や結核菌(51, 52)の近接感染の逸話は、従来飛沫のみに起因していたが、近距離でのエアロゾルによる感染も含まれる。これまで飛沫感染とされてきた呼吸器疾患のほとんどは、空気感染が重要であるか、あるいは支配的であると考えられるので、さらなる研究が必要である。
COVID-19の流行初期には，麻疹の基本再生産数（R0）が比較的低いことから，飛沫と噴霧が主要な感染経路であると考えられていた（53-55）（表1）．R0とは、均一な感受性を持つ集団において、一次感染者が引き起こす二次感染の平均的な数である。この議論は、すべての空気感染する病気は感染力が強いはずだという長年の信念の上に成り立っていた。しかし、空気感染する病気は、多数の要因に左右され、一つの平均値ではうまく表せないような範囲のR0値を示すため、このような仮定には科学的根拠がない。例えば、結核（R0, 0.26 〜 4.3）は義務的空気感染細菌であるが（56）、COVID-19（R0, 1.4 〜 8.9）よりも伝染性が低い（57〜59）。空気感染に影響を与える要因としては，異なるサイズの呼吸器粒子におけるウイルス量，エアロゾル中のウイルスの安定性，各ウイルスの用量反応関係（特定の曝露経路で一定数のウイルスに曝露した場合の感染確率）などが挙げられる．また、R0は平均値であり、COVID-19は大きく過分散しているため、ある条件下では高い感染力を持つことになる。SARS-CoV-2の場合、10〜20％の感染者がその後の感染の80〜90％を占めるという疫学的研究があり、二次攻撃率（曝露した人のうち感染する人の割合）の異質性が強調されている（60〜63）。
COVID-19に関する研究の高まりは、SARS-CoV-2の空気感染が優勢であることを示す豊富な証拠を提供している。この経路は特定の環境条件、特に換気の悪い室内環境で優位に立つ（6、34、35、41、42、45、50、64-68）。この観察は、エアロゾルのみが換気の影響を受け、大きな液滴や表面は影響を受けないため、エアロゾルのみが関与していることを示している。さらに、屋内と屋外の感染率の顕著な違いは、空気感染によってのみ説明できる。なぜなら、大きな飛沫は、その軌道が重力沈降の影響を受けるが、換気の影響を受けないため、どちらの環境でも同じ挙動を示すからである(69)。疫学的分析、気流モデルのシミュレーション、トレーサー実験、レストラン（36）、食肉加工工場（70）、クルーズ船（71）、合唱団のリハーサルでの歌唱中（64）、教会での長距離伝播（72）の分析およびモデル化などの様々な組み合わせにより、フォマイトや飛沫よりもエアロゾルが最もあり得る伝播様式であることが示唆されている。これらのイベントで、ほとんどの人が同じ汚染された表面に触れたり、感染者の咳やくしゃみから発生する飛沫を至近距離で浴びて、感染を引き起こすのに十分なウイルス量に遭遇することは非常にまれである。しかし、これらの屋内イベントに参加するすべての人に共通するのは、同じ部屋で吸入した空気である。超拡散イベントの共通点は、屋内環境、群衆、1時間以上の曝露時間、換気の悪さ、発声、適切なマスクの着用がないことである(36)。飛沫感染が優勢なのは、個々人が会話する際に0.2 m以内にいる場合のみであり（50）、汚染された表面を介したSARS-CoV-2の感染は起こりにくいことを考えると（73-75）、超拡散イベントは、感染様式としてエアロゾルを含めなければ説明することができない。

呼吸器ウイルスの空気感染から身を守るための効果的なガイダンスやポリシーを確立するためには、そのメカニズムをより深く理解することが重要である。空気感染が起こるには、エアロゾルが生成され、空気中を移動し、感受性の高い宿主が吸入して、感染を開始するために気道に沈着する必要があります。ウイルスは、これらの過程を通じて感染力を保持しなければならない。本総説では、ウイルスを含むエアロゾルの生成、輸送、沈着に関わるプロセス、およびこれらのプロセスに影響を与える重要なパラメータについて説明する（図1）。

図1.ウイルスを含むエアロゾルの空気感染に関与する段階には、（i）生成および呼気、（ii）輸送、（iii）吸入、沈着、および感染が含まれる。各段階は、空気力学的、解剖学的、および環境的要因の組み合わせによって影響される。(ウイルスを含むエアロゾルのサイズは縮尺していない)。
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ウイルスを含んだエアロゾルの発生

呼吸活動によって、気道のさまざまな部位から、それぞれ異なるメカニズムでエアロゾルが発生します。呼吸、会話、咳などの活動によって生じるエアロゾルは、異なるエアロゾルサイズ分布と気流速度を示し（76、77）、その結果、各エアロゾル粒子が運ぶウイルスの種類と負荷、空気中の滞留時間、移動距離、そして最終的にはそれらを吸い込んだ人の気道内の堆積部位が決定されます(78)。感染者が放出するエアロゾルには、ウイルス (39, 79-81) のほか、電解質、タンパク質、界面活性剤、および呼吸器表面を覆う液体中のその他の成分 (82, 83) が含まれている場合があります (図 2)。

図2.ウイルスを含むエアロゾルの挙動と運命は、物理的サイズ、ウイルス量、感染性、エアロゾル中の他の化学成分、静電荷、pH、および気液界面特性などの特性によって本質的に支配されている。
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エアロゾル形成の現場

呼吸器エアロゾルは、その生成部位により、肺胞エアロゾル、気管支エアロゾル、喉頭エアロゾル、口腔エアロゾルに分類されます（3, 84, 85）。気管支のエアロゾルは、通常の呼吸の際に形成されます(3)。呼気の際、気管支の内腔表面を覆っている液膜が破れ、小さなエアロゾルが生成される。このようなエアロゾルは、気液界面や気液界面を不安定にするせん断力によって生成される。呼吸器の気流は、特に上気道の大きな管腔では高い気流速の下でしばしば乱流となり、気管支および気管支で層流に移行する（76、86-88）。喉頭エアロゾルは、発声時の声帯振動によって生成されます (3)。声帯が密着することで液体ブリッジが形成され、呼気中にエアロゾルがはじき出されます。一方、口腔内では、主に唾液から液滴（100μm以上）が生成されます(3)。エアロゾルの放出率は、歌唱や叫び声などの活動時に、気流速度と発話量に応じて増加します(9, 89, 90)。
数およびサイズ分布

呼気エアロゾルのサイズは、その空力特性だけでなく、沈着ダイナミクスや感染部位も決定するため、その運命を左右する最も影響力のある特性の1つである。呼吸器系エアロゾルのサイズ分布は、1890年代から光学顕微鏡、高速度写真、そして最近ではレーザーを用いた検出技術など、様々なアプローチで研究されてきた(1, 2, 91)。初期の研究では、エアロゾル<5μmを検出できない測定技術や分析方法が用いられていたが（1、92）、空気力学や走査型移動度粒子径測定システムなどの現在の機器では、より小さいエアロゾルの検出が可能になっている。呼吸器エアロゾルは、0.1μm、0.2～0.8μm、1.5～1.8μm、3.5～5.0μmにピークを持つ多峰性のサイズ分布を生じ、それぞれが異なる生成部位、生成過程、呼気活動性を表している（2, 8, 9, 85, 91, 93）。モーダルサイズが小さいほど、エアロゾルは気道の奥深くで発生することになります。話し声の145μmと咳の123μmを中心とする大きなモードは、主に口腔と唇から発生します(3)。数で言うと、呼気エアロゾルの大部分は5μm未満で、呼吸、会話、咳を含むほとんどの呼吸活動で1μm未満です(8, 9)。全体として、会話は、100μm以上の液滴に対して、100μm未満のエアロゾルの100倍から1000倍の数を発生させます（3）。
通常の呼吸では、呼気1リットルあたり最大7200個のエアロゾルが放出されることが示されています（9、93）。呼吸中に排出されるウイルスを含んだエアロゾルの数は、個人差が大きく、病期、年齢、肥満度、および既存の健康状態に左右されます（94、95）。小児の肺はまだ発達途上で、エアロゾルが形成される気管支や肺胞が少ないため、一般に成人よりもウイルス入りのエアロゾルの生成量が少なくなります（96）。エアロゾル形成に関わるプロセス、特にエアロゾルを形成するために分解する傾向に影響を与える、気道の内側にある液体の特性は、吐き出されるエアロゾルの数に重要な役割を果たします(94)。ある研究では、1分間の会話で少なくとも1000個のエアロゾルが生成されることが示されている(97)。咳は短時間でより多くのエアロゾルを発生させますが、連続した呼吸や会話に比べると、特に臨床症状を示さない感染者にとっては、はるかに散発的なものです。したがって、感染者による呼吸、会話、およびその他の連続的な発声は、頻度の低い咳よりも、全体としてより多くの総ウイルス含有エアロゾルを放出すると思われます。

エアロゾル中のウイルス含有量

エアロゾルのウイルス量は、空気伝搬の相対的な寄与を決定する重要な要素である。しかし、空気中のウイルスは濃度が低く、サンプリング中に破壊や不活性化されやすいため、空気中のウイルスをサンプリングして検出することは困難です。空気中のサンプルは、感度の高い定量ポリメラーゼ連鎖反応（qPCR）法または定量逆転写PCR（qRT-PCR）法により、ウイルスゲノムの存在を分析することが多いようです。しかし、遺伝子の存在だけでは、そのウイルスが感染性を持っているかどうかはわかりません。ウイルスの生存能力は、ゲノム物質、核タンパク質、カプシド、エンベロープの完全性と機能によって決まる。空気からウイルスを培養することを試みて失敗した研究もあるが、液体凝縮収集装置のようなより穏やかな方法の使用により、エアロゾル中のインフルエンザウイルスやSARS-CoV-2を含む多数の生存可能な呼吸器ウイルスの検出が可能となった（35, 40, 98）。
呼気や室内空気サンプルから、アデノウイルス（29、99）、コクサッキーウイルス（100）、インフルエンザウイルス（22、23、98、101）、ライノウイルス（9、26-28）、麻疹ウイルス（16、17）、RSV（25、102）、SARS-CoV（31）、MERS-CoV（32、103）、SARS-CoV-2（34、35、40-44）など多くのウイルスの分離が行われています（表1）。COVID-19の患者2名がいる病室の空気中のSARS-CoV-2の濃度は6〜74 TCID50 per liter（1リットルあたりの組織培養感染量の中央値）であった(35)．エアロゾル粒子の異なるサイズにわたるビリオンの分布は、その生成部位、生成メカニズム、生成部位における感染の重症度に関連しており、異なるウイルス間で異なっている(104)。一般に、臨床サンプル（喀痰または唾液など）中のウイルス濃度は、呼吸液から生成される飛沫およびエアロゾル中の濃度に直接変換される、すなわち、ウイルス量は飛沫およびエアロゾルの初期量に比例すると考えられています（50, 55, 71）。しかし、A型またはB型インフルエンザウイルス、パラインフルエンザウイルス、コロナウイルス、hRV、またはRSVに感染した人の呼気から採取したエアロゾルのサイズ別サンプルと、さまざまな環境で採取した空気から、ウイルスはより小さなエアロゾルに濃縮されていることがわかります（10）。インフルエンザ患者から呼吸、会話、および/または咳をしながら採取したサンプルでは、ウイルス RNA の半分以上が 4 ～ 5 μm 未満のエアロゾルで見つかりました (23, 104, 105)。いくつかの呼吸器系ウイルスの研究では、ウイルス RNA は大きなエアロゾルよりも小さな（<5μm）エアロゾルでより一般的に見つかりました（39）。診療所で測定された環境エアロゾル中のインフルエンザウイルスとRSVの分布は、A型インフルエンザウイルスRNAの42％が、RSV RNAのわずか9％が、≦4μmのエアロゾルに含まれていることを明らかにした(102)。保健所、保育所、飛行機のエアロゾルを収集した研究では、A型インフルエンザウイルスRNAの半分以上が2.5μm未満のエアロゾルから検出された（106）。ある研究では、COVID-19患者のサブセットが呼気中に1時間当たり105から107のSARS-CoV-2ゲノムコピーを放出するが、他の患者は検出可能なウイルスを吐き出さないことがわかった(107)。エアロゾルの生成数とそのウイルス量の両方における大きな個人差は、超拡散イベントにおける重要な要素であるCOVID-19感染における過度の分散に寄与している可能性がある(108)。
感染性ウイルスは小さなエアロゾルに濃縮されるが，ある数のウイルスに曝露されたときの感染確率を規定する用量反応関係は，まだ明らかにされていない．感受性宿主の場合、最小感染量はウイルスの種類と気道内の沈着部位によって異なり、肺の奥深くに沈着した小さなエアロゾルを吸引すれば、より少ないウイルス量で感染が開始される可能性があります。インフルエンザウイルスの研究から、ヒトへの感染を開始するのに必要な量は、プラーク形成単位（PFU）に換算すると、エアロゾルの吸入では、経鼻接種の約100分の1であることが示されている(101)。エアロゾル中のウイルス量と感染性ビリオンの分布を粒子径の関数として、さまざまな人および病期について明らかにすることができれば、呼吸器ウイルスの空気感染に関する理解に大きく貢献することになるであろう。

環境中のウィルスを含んだエアロゾル

エアロゾルの物理的特性は、空気中の輸送に影響を与えます。呼吸器系エアロゾルの初速は、それらが気道内で生成され、気道から放出される方法に依存します。例えば、咳をすると、話すよりも速い速度で液滴とエアロゾルが放出されます(109)。エアロゾルの輸送は、気流と環境特性の組み合わせ、およびエアロゾル自体の物理的特性によって制御される。エアロゾルは、慣性、ブラウン運動、および重力、電気泳動、熱泳動などの外力の結果、流線から逸脱することがある。このような運動は、表面への沈着によって空気中から除去されることもある。空気中のウイルスの寿命は、温度、湿度、紫外線などの環境要因に影響される物理的輸送と生物学的不活性化の関数であり、このような物理的輸送と生物学的不活性化の関数が、空気中のウイルスの寿命を決定している。
空気中に残る呼気エアロゾルの大きさは、蒸発、凝集、沈着の結果、時間の経過とともに変化する。水性エアロゾルからの水の蒸発は、通常、Hertz-Knudsen方程式(110)で記述される。しかし、呼吸器エアロゾルにはタンパク質、電解質、その他の生物種を含む不揮発性成分が含まれているため、蒸発速度は純水よりも遅くなる(111)。蒸発の過程で、エアロゾルは、相、形態、粘性、pHの変化を受けるが、これらはすべて、実際の呼吸器エアロゾルではなく、シミュレーションで研究されている(83, 112)。エアロゾルの物理的特性の変化は、エアロゾルが含むウイルスの輸送と運命に影響を与え、エアロゾルの化学的特性の関連した変化は、ウイルスの生存率に影響を与える可能性があります(113)。大気中のウイルス含有エアロゾルの全体的なサイズ分布も時間とともに変化します。これは、大きなエアロゾルが地面または他の表面への沈降によって優先的に除去され、分布の中央値が小さなサイズへとシフトするためです（114）。
ウイルスを含んだエアロゾルの大気中での滞留時間は、その拡散範囲を決定する上で極めて重要である。他の力がない場合、特定のサイズのエアロゾルの滞留時間は、粘性抗力と重力のバランスから生じる終末沈降速度upに関連し、層流を受ける小粒子に関するストークスの法則で説明される (115, 116)。
𝑢p=𝑑2p𝑔𝜌p𝐶c18𝜂
u
p
=
d
p
2
g
ρ
p
C
c
18
η
ここで、dpはエアロゾル粒子の直径、gは重力加速度、ρpはエアロゾル粒子の密度、Ccは粒子径が気体分子の平均自由行程と同等になったときの滑りによる空気抵抗の減少を考慮したカニンガム滑り補正係数、ηは空気の動的粘性率である。
このように、ある大きさのエアロゾルが地表に到達するまでの沈降時間は、周囲の空気が静止していると仮定して推定することができます（図3）。静止した空気中では、5-μmのエアロゾルは1.5mの高さから地面に沈降するのに33分かかるが、1-μmのエアロゾルは12時間以上空気中に浮遊していることがある(116)。しかし、ほとんどの現実的な環境では、周囲の気流の速度を考慮する必要がある。さらに、呼吸器エアロゾルが吐き出されるとき、これらの粒子は、独自の速度と軌道を持つ呼気湿潤プルームに含まれ、これも最終到達距離と方向を決定する役割を果たす(86)。ウイルスを含んだエアロゾルの移動距離は、エアロゾルのサイズ、エアロゾルを運ぶ流れの初速、および屋外の風速や自然換気または暖房、換気、空調（HVAC）システムによって引き起こされる室内の気流などその他の環境条件によって決まります（117、118）。呼気エアロゾルの濃度は、発生源（すなわち感染者）の近くで最も高く、呼吸プルームが周囲空気と混合するにつれて、距離とともに減少する（50, 119）。

図3.エアロゾルはどれくらい空気中に留まることができますか？静止した空気中の様々なサイズのエアロゾルの滞留時間は、球状粒子に関するストークスの法則（116）から推定することができます。例えば、100、5、1μmのエアロゾルが1.5mの高さから地面（または表面）に落ちるのに要する時間は、それぞれ5秒、33分、12.2時間である。
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咳や会話の際に発生する呼気エアロゾルの軌跡と蒸発について、計算機によるモデリングで研究されている(117, 120)。大きな飛沫はすぐに水平距離の最大値に達し、数メートル以内に地面や表面に落ちる傾向があるが、エアロゾルは数秒から数時間浮遊したまま、長距離を移動し、換気の悪い空間では空気中に蓄積されることがある(117)。ウイルスを含むエアロゾルの流れの多相性は、流れの力学とエアロゾルの移動距離に大きく影響し、特に咳のように気流速度の高い呼気の場合は顕著です(121)。
エアロゾルの伝播に影響を与える環境要因

エアロゾル中のウイルスの生存率（持続性、安定性、感染力の保持としても知られている）は、回転ドラムを使用して実験的に決定されるのが一般的で、これによりエアロゾルは、静止チャンバー内よりも長く浮遊することができます。ウイルスの減衰は一次速度論で記述することができる。
C = Co × e-kt
ここで、Cは時刻tにおける感染性ウイルス濃度、Coは感染性ウイルスの初期濃度、kは不活性化速度定数である（122）。不活化速度定数は、ウイルスによって異なり、温度、湿度、紫外線、ウイルスがエアロゾル化された液体の化学組成などの多くの要因に依存する（45, 46, 123）。この依存性、特に呼吸液の組成への依存性は、異なる研究間で結果を比較することを困難にしている。99.99% の不活性化に必要な時間は、数時間から数ヶ月と様々である (124)。減衰率は半減期で定量化でき、実験室で生成されたエアロゾル中の SARS-CoV および SARS-CoV-2 では ~1 から 3 時間である (125-127)。
温度

温度は、エアロゾル中のウイルスの生存と感染を媒介する上で重要であり（125, 128, 129）、おそらくウイルスを構成するタンパク質、脂質、遺伝物質の安定性に影響を及ぼすと考えられる。上気道は肺よりも数℃低く保たれており（130）、上気道での複製能力が向上していることが示唆されている（131）。SARS-CoV (132), SARS-CoV-2 (133) およびインフルエンザウイルス (134) は低温でより安定であり、これはおそらく（アレニウス方程式に支配されるように）崩壊速度が遅く、エンベロープウイルスに対するリン脂質の秩序化が強くなるためであると考えられる。疫学的証拠と動物実験から、上気道に感染することが知られている呼吸器系ウイルスの感染には、低温が有利であることが示唆されている（128、135）。
相対湿度

相対湿度（RH）は、エアロゾルの蒸発速度と平衡サイズを調整することにより、エアロゾルの輸送とエアロゾルが含むウイルスの生存率に影響を与えます（113, 114, 129）。呼吸器エアロゾルは、飽和環境から低RHに移行する際に、気道から周囲の空気に放出され蒸発を受ける。蒸発のプロセスは数秒かかると予想される(114, 136)。低い周囲RHでは、蒸発はより速く起こり、より小さな平衡サイズで平衡化する(136)。80％以下のRHでは、呼吸エアロゾルは最終的に元のサイズの20～40％の直径に達する（129）。

インフルエンザウイルス、風邪の原因となるヒトコロナウイルス、RSVなどの患者の季節性は、少なくとも部分的にRHに起因している(134)。ウイルスのRHに対する感受性は、環境中におけるウイルスの持続性や免疫防御に対するRH関連の効果によって影響されるかもしれない。低RHでは、粘膜繊毛運動によるクリアランスが効率的ではありません (134)。動物実験では、インフルエンザウイルスの感染は低 RH で好まれることが示されている (135, 137)。しかし、より生理的に現実的な培地での 2009 年パンデミックインフルエンザ A ウイルス (H1N1) の研究では、20 から 100%の広い RH 範囲でウイルスは非常に安定で感染性を維持したと報告されている (138)。ある研究では、11種類の空気感染ウイルスのRHに対する感受性を調査し、いくつかのRNAウイルスは低RHで最もよく生存するが、他のウイルスは高RHでよりよく生存することを見いだした(139)。飛沫やエアロゾル中のRHとウイルスの生存率の関係は、ウイルスに固有の物理化学的性質とその周辺環境の両方によって変化する（113, 129, 139）（図2）。
紫外線

紫外線照射は、インフルエンザウイルス (127, 140)、SARS-CoV、その他のヒトコロナウイルス (141) を含む空気感染ウイルスを不活性化する有効な方法として長い間確立されてきた。紫外線は、バルク培養液中（142）やエアロゾル中（47）のSARS-CoV-2を地上レベルの太陽光に見られる波長で急速に不活性化する。紫外線は遺伝物質を損傷し、ウイルスを不活性化させる(143)。とはいえ、紫外線消毒ランプの操作時には、目や皮膚に直接触れないように注意する必要がある。
気流、換気、濾過

重力によって速やかに堆積する液滴とは対照的に、気流はウイルスを含んだエアロゾルの輸送に強く影響する(81)。呼気中のエアロゾルは、呼気が環境より暖かいため上昇する傾向があり（50）、その軌道は身体の熱プルームによっても影響を受けることがあります（81）。屋外では空気の流れが大きいため拡散しやすいが、屋内では周囲の壁や天井によって空気の流れが制限される。換気量と気流のパターンは、室内環境におけるウイルスの空気感染に重要な役割を果たしている(144-146)。ライノウイルスの伝播に関する研究では、換気量が少ないと、室内でウイルスを含むエアロゾルにさらされるリスクが高まることが示された（27、28）。高層アパートで発生した COVID-19 の集団感染は、単一のエアダクトで接続された縦に並んだユニットに沿って発生し、空気の共有に伴う空気感染のリスクが示されました (147)。換気不足の建物の二酸化炭素濃度を3200ppmから600ppmに下げるために換気量を改善する（1人当たり1.7リットル／秒から24リットル／秒への換気量の推定増加に相当）ことにより、結核の二次発作率がゼロになることが示された（146）。
室内環境の空気の流れは、換気システムの種類（窓やドアを開けた自然換気か、送風機を使った機械換気か、あるいはこれらのハイブリッドか）、気流パターン、空気交換量、空気ろ過などの補助システム（145、148）など、換気システムの設計や運用状況によって左右される（図4）。WHOは最近、1人当たり10リットル/秒の換気量を推奨している(149)。エアロゾル粒子≥0.3μmを99.97%除去できる携帯用高性能微粒子空気（HEPA）清浄機を適切に配置することも、特に換気とユニバーサル・マスキングと組み合わせた場合に、感染性エアロゾルの曝露を減らすのに有効である（150-152）。換気とろ過は、ウイルスを含んだエアロゾルの除去に役立ちますが、エアロゾル吸入の広がりとリスクを減らすには、正しく実施する必要があります（93、151）。ある研究では、エレベーター、教室、スーパーマーケットの環境における無症状者によるCOVID-19の空気感染リスクを、現場測定と数値流体力学（CFD）シミュレーションを組み合わせて定量的に評価し、換気が不適切だと、他の部屋の位置よりもリスクがはるかに高いホットスポットが生じる可能性があることを示している（93）。さらに、室内空間の咳やくしゃみによる飛沫を遮断するために設計された物理的なプレキシガラスの障壁は、空気の流れを妨げ、さらには高濃度のエアロゾルを呼吸域に閉じ込め、SARS-CoV-2の感染を促進することが示されている(153)。

図4.室内空気伝搬に影響を及ぼす要因。大きな液滴の動きは主に重力に支配されるが、エアロゾルの動きは気流の方向とパターン、換気の種類、空気のろ過と消毒により強く影響される。
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空気感染リスクと換気量との相関は、ウイルス輸送の箱型モデルとWells-Riley感染モデルによって評価できる（17, 64）
𝑃=𝑁𝑆=1-𝑒-𝐼𝑞𝑝𝑡/𝑄
P
=
N
S
=
1
-
e
-
I
q
p
t
/
Q
ここで、Pは感染確率、Nは感染確定例数、Sは感受性例数、Iは感染者数、qはクアンタ（感染量）発生率（クアンタ／時間）、pは感受性者の肺換気量（立法メートル／秒）、tは曝露時間（時間）、Qは室内換気量（立法メートル／秒）である。Wells-Riley法を用いたモデルを、症状が判明している1名の指標患者を持つ合唱団の練習で、出席していた61名のメンバーのうち53名が感染したCOVID-19の大規模な地域集団発生に適用し（87％の二次攻撃率）、混雑した会場、大きな発声、長い時間とともに換気が悪いことが、高い二次攻撃率につながったと結論した(64)。合唱団の練習は、対面での交流が少なく、手指の消毒に強い関心が払われたため、フォマイトや飛沫感染による大きな寄与は否定された(64)。異なる条件下での許容可能な最低限の換気量と、換気タイプの感染リスクへの影響を確立するための研究が必要である。
ウイルスを含むエアロゾルの沈着

ウイルスを含んだエアロゾルを吸入すると、宿主となりうる人の気道に沈着する可能性があります。エアロゾルの大きさは、やはり沈着部位を決定する中心的要因ですが、多くの解剖学的、生理学的、および空気力学的要因（気道の解剖学的構造、呼吸パターン、気道におけるエアロゾルの輸送空気力学、および吸入エアロゾルの物理化学的特性など）も沈着パターンに影響を及ぼします。ウイルスが感染力を維持し、適切な受容体が存在する場合、感染が沈着部位で開始される可能性があります。
100μmまでのエアロゾルを吸入することができます。エアロゾルは、その大きさに応じて、慣性圧入、重力沈降、ブラウン拡散、静電沈殿、遮断など、いくつかの重要なメカニズムの1つに基づいて、気道の異なる領域に沈着する（154, 155）（図5A）。吸入時、吸入されたエアロゾルの大きさは、ほぼ飽和状態の呼吸器官における吸湿成長の結果として増大する可能性がある(156)。国際放射線防護委員会（ICRP）は、人間の肺構造に基づいて、エアロゾルの大きさの関数として沈着効率を定量化するモデルを開発した（157）（図5B）。5μm以上のエアロゾルは、主に慣性圧入と重力沈降により鼻咽頭領域に沈着する（87～95％）（115）。5μm未満のエアロゾルもそこに沈着するが、さらに深く肺に侵入して肺胞内腔に沈着する場合もある（115、157、158）。ブラウン拡散は、気管支および肺胞領域における0.1μm未満の吸入粒子の支配的な沈着メカニズムである（78, 116, 159）。自然な静電気を帯びたエアロゾルは、気道の壁に引き寄せられることがある（160）。細胞受容体が沈着部位に存在する場合、感染が開始される可能性がある。感染効率はさらに、気道に沿った細胞受容体の分布とウイルス-宿主間の相互作用に支配される。

図5.(A)ヒト呼吸器管の異なる領域における主な沈着メカニズムとそれに対応する気流レジーム。大きなエアロゾルは慣性圧入の結果として鼻咽頭領域に沈着する傾向があり、小さなエアロゾルは重力沈降とブラウン拡散に基づいて気管気管支と肺胞領域に沈着する傾向がある。気管気管支と肺胞領域の拡大図は、堆積のメカニズムを示している。(B）ICRP肺沈着モデルに基づくエアロゾルの直径の関数として、気道のさまざまな領域でのエアロゾルの沈着効率を示す（116）。大きなエアロゾルの大部分は鼻咽頭領域に沈着し、十分に小さいエアロゾルだけが肺胞領域に到達して沈着することができる。
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疾患肺におけるエアロゾルの沈着は、気道の表面構造の変化や粘液による閉塞のため、正常肺のそれとは異なる場合がある(161)。喘息性気道における呼吸器上皮の表面特性の変化および慢性閉塞性肺疾患（COPD）の結果としての気道狭窄は、吸入したエアロゾルの気流および空気力学的挙動を変え、したがってその沈着力学および部位を変更する（162, 163）。一般に、COPD患者では健康な人よりも沈着量が多く、喘息や慢性気管支炎の患者では気管支への沈着量が多い(154)。
ウイルスは小さなエアロゾル（<5 μm）に多く含まれるため、下気道の奥深くまで移動して沈着する可能性があります。SARS-CoV-2 のウイルス量は、上気道と比較してより多く、下気道でより長く持続することが報告されている (164, 165)。現在のスクリーニングでは、鼻咽頭や口腔からスワブを用いてサンプルを採取するのが一般的であるため、下気道での感染開始は患者の診断に技術的な課題をもたらす。
考察

空気感染は、長い間、呼吸器系ウイルス疾患の感染経路として十分に認識されてこなかった。これは、ウイルスを含むエアロゾルの生成および輸送プロセスに関する理解が不十分であることと、逸話的観測の誤認が主な理由である。SARS-CoV-2の空気感染による伝播の優位性を示す疫学的証拠は、時間とともに増加し、特に強力になっている。まず、屋内と屋外における感染の明確な違いは、重力によって飛散する飛沫が屋内でも屋外でも同じ挙動を示すため、飛沫感染では説明できない。屋内での超拡散の頻度が屋外のそれと比べて高いことは、空気伝搬の重要性を指摘している(63)。屋内での感染と超拡散クラスターにおける換気不良の役割も、エアロゾルにしか適合しない。なぜなら、飛沫とファマイトによる感染は、換気の影響を受けないからである。SARS-CoV-2の長距離空気感染は、感染が非常に少ない国のホテル検疫所（166）や大きな教会で観察されている（72）。
新型の呼吸器系ウイルスが出現した場合、リスクの軽減と感染拡大の防止を成功させるには、すべての感染様式（空気感染、飛沫感染、フォマイト）を考慮したより総合的なアプローチが必要である。空気感染に対処するための管理体制を構築する前に、サンプリングしたエアロゾルの感染性を直接証明する必要があるため、人々は潜在的な危険にさらされることになる（69）。従来の感染経路の定義に縛られない場合、SARS-CoV-2、インフルエンザウイルス、および他の呼吸器系ウイルスに関する利用可能な証拠は、ごく近接した人々の粘膜に吹き付けられるまれな大きな飛沫ではなく、100 μm未満のエアロゾルによる感染とはるかに一致する。最近、WHO (48) とUS CDC (49) がSARS-CoV-2の空気感染について認めたことは、この感染経路に対する防御を近距離と遠距離で実施する必要性を強く示している。
空気感染に至るメカニズムが完全に理解されれば、エアロゾルによる感染は近距離で最も大きいことを認識し、飛沫とエアロゾルの両方に対する予防策と緩和策（距離やマスクなど）に重複があることが明らかになるが、近距離と長距離の両方でエアロゾル感染を緩和するために特別な配慮が必要である。換気、気流、マスクの装着と種類、空気ろ過、紫外線消毒への配慮、室内環境と室外環境の区別のための対策などである。我々の知識はまだ増えているが、呼吸器系ウイルスの空気感染からよりよく守るための防護策を追加するには十分であり、「飛沫予防策」は置き換えられるものではなく、代わりに拡張されるものであることに注目したい。

SARS-CoV-2に感染した人のうち、高い割合の人は検査時に症状がない(167, 168)。SARS-CoV-2 に感染した人の約20〜45％は、感染経過を通じて無症状のままであるが、一部の感染者は前症状期を経験し、感染後数日してから症状が出始める(168, 169)。SARS-CoV-2の感染力は、症状発現の2日前にピークを迎え、1日後まで続く(170)。インフルエンザウイルスや他の呼吸器系ウイルス感染症でも高い無症状感染率が報告されている(171-173)。空気感染は効率的な経路ではないことを示唆する研究もありますが、特に無症状者や軽度の有症者では唾液中のウイルス量が少ない可能性が高く（55）、有症状者のウイルス量は有症状者のそれと同等です（174, 175）。症状のない感染者が話したり、歌ったり、あるいは単に呼吸したときに発生する感染性ウイルスを含んだエアロゾルの暴露を防ぐための管理を実施することが重要である。これらの人々は、自分が感染していることを知らないため、一般に社会的活動に参加し続け、空気感染を引き起こすことになる。
ユニバーサル・マスクは、ウイルスを含んだエアロゾルを遮断する効果的かつ経済的な方法である(67)。モデル・シミュレーションによれば，マスクは無症候性感染を効果的に防ぎ，COVID-19の結果，感染者の総数だけでなく死亡者数も減少させることが分かっている（176）．マスクの配分を最適化することが重要である（177）。サージカルマスクは、インフルエンザウイルス、季節性ヒトコロナウイルス、ライノウイルスの空気中へのエアロゾル<5μm>の放出を感染者により最大100％減少させることが示されている（104、178）が、一部の個人では減少しなかった；またマスクは飛沫制限により有効である(179)。異なる布地や複数の層を組み合わせたマスクは、漏れがなく適切に装着されていれば、0.5～10μmの粒子を最大90%まで遮断することができます(179)。マスクの素材と皮膚の間にわずかな隙間があると、全体のろ過効率が大幅に低下することがあります。2.5μm未満のエアロゾルでは、相対的なリーク面積が1%の場合、ろ過効率は50%低下する(180)。ある研究では、モデルウイルスを用いてN95マスク、サージカルマスク、布製マスクのウイルスろ過効率を比較し、N95と一部のサージカルマスクの効率は99％を超え、テストしたすべての布製マスクは少なくとも50％の効率であることがわかりました(181)。SARS-CoV-2を含むエアロゾルを遮断するN95マスク、サージカルマスク、綿マスクの有効性が、対面配置のマネキンを用いて調査された。N95マスクは、感染性SARS-CoV-2の遮断に最も高い効果を示した(182)。ほとんどすべてのマスクは、少なくともある程度の保護効果を発揮するが、100％の効果を発揮するわけではない。SARS-CoV-2の感染は、医療用マスク（エアロゾルではなく飛沫用に設計）や目の保護具にもかかわらず、医療現場で発生しており（183-185）、これは、特にリスクの高い室内環境で、適切な個人保護具（PPE）と空気感染に対する複数の介入の重ねがけが必要なことを示している。
医療施設は、呼吸器系ウイルスに感染した患者を収容する可能性が高いです。したがって、医療従事者には、空気感染への曝露を減らすために適切なPPEを提供する必要があります。屋内空間にいる人は、高濃度のウイルス含有エアロゾルに曝される可能性が高く、特に、ウイルス含有エアロゾルが蓄積しやすい換気の悪い、または混雑した屋内環境では、その可能性が高まります（93）。飛行機、列車、バス、船、クルーズ船など、換気が最適とは限らない比較的狭い密閉された空間での旅行では、常に予防策を実施する必要があります。多くの研究が、屋外環境における空気感染のリスクは屋内環境よりも大幅に低いことを示しています(186)。しかし、屋外では、特に長時間にわたって話したり、歌ったり、叫んだりするような近接した状況での感染のリスクは存在します。屋外感染のリスクは、SARS-CoV-2 の特定の変種など、ウイルスの寿命や感染力が増すと上昇する可能性があります（187, 188）。ウイルスを含む排水や病院の糞便のエアロゾル化も、屋外暴露の潜在的なリスクとなり、これは過小評価されるべきではありません（189）。

効果的な換気システムを導入することで、感染性ウイルスを含むエアロゾルの空気感染を減らすことができます。十分な換気量を確保し、再循環を避けるなどの戦略が推奨されます（190、191）。二酸化炭素センサーは、呼気の蓄積の指標として使用でき、換気を監視し最適化する簡単な方法として役立ちます（192、193）。エアロゾルセンサは、HEPAおよびHVACエアロゾルろ過効率の評価にも使用でき、これはウイルスを含むエアロゾルによる感染症を減らすための重要なポイントです。換気の種類や気流の方向とパターンも考慮する必要がありますが、1時間当たり4～6回の換気量（ACH）を確保し、二酸化炭素濃度を700～800ppm以下に維持することが推奨されています（148、194）。HVAC システムの空気濾過の効率化、独立型 HEPA 浄化器、または上室 UV 消毒システムの導入は、ウイルスを含むエアロゾルの濃度をさらに下げることができます (47, 127, 140, 141, 195)。
エアロゾルの濃度は感染者に近いほど高くなるため、飛沫感染に対処するための緩和策である物理的距離を置くことも、エアロゾルを吸入する機会を減らすのに有効である（50）。WHOや多くの国の公衆衛生機関は、物理的距離を1mまたは2mに保つことを推奨しているが、この距離を超えて移動するエアロゾルから保護するには十分ではない。もし大きな飛沫が感染を支配しているならば、距離を置くだけでSARS-CoV-2の感染は効果的に抑制されたはずである。スーパー・スプレッディング現象で繰り返し示されているように、換気の悪い部屋では、居住者が感染した部屋の空気を吸い込むと空気感染が起こる（18、36、62、64、71）。さらに、呼吸プルームの最も集中する部分から人々を遠ざけることは有効ですが、遠ざけるだけでは感染は止まらず、換気やろ過、感染性エアロゾルを放出する人の数、密閉された空間で過ごす時間など、他の手段を考慮しなければ十分ではありません (196)。特定の環境設定に存在する無症候性（無症状を含む）感染者の数が不明であることは、呼吸器疾患の制御におけるさらなる課題である。換気、ろ過、上室紫外線消毒によりエアロゾル濃度を低減する工学的対策は、空気感染リスクを低減するための重要な戦略であることに変わりはない。
呼吸器ウイルスの空気感染に関する認識が広まりつつあるにもかかわらず、多くの問題点があり、さらなる調査が必要である。例えば、エアロゾルや飛沫の大きさの関数としてのウイルス濃度や、新たな感染を引き起こす可能性について、直接的な測定が必要である。様々なサイズのエアロゾル中のウイルスの寿命は、体系的な調査が必要である。エアロゾルや飛沫によって運ばれるウイルス量と感染の重症度との関係を定量化するために、さらなる研究が必要である；この関係は、おそらく異なるウイルスに対してかなり異なる。また、エアロゾルの大きさや数、気道に沈着する場所と重症度が相関しているかどうかを調べることも重要である。より多くの研究が必要であるが、SARS-CoV-2や他の多くの呼吸器系ウイルスの感染経路が空気感染であることを示す明確な証拠がある。換気、気流、空気ろ過、紫外線消毒、マスクの装着に重点を置き、短距離および長距離の両方でエアロゾル感染を軽減するための予防策を実施する必要がある。これらの介入は、現在のパンデミックを終わらせ、将来の大発生を防ぐための重要な戦略である。室内の空気の質を改善するために提案されたこれらの対策は、COVID-19の流行をはるかに超えて健康上の利益をもたらす長年の改善につながることに注目することが重要である。

謝辞

C.C.W. は、D. M. Neumark, K. Liu, I. Gonda, and Y.-Y.に感謝します。Chengに感謝する。資金提供C.C.W. は科学技術部 (MOST 109-2113-M-110-011 and MOST 109-2621-110-006) および台湾教育部高等教育萌芽プロジェクトの支援を受けている。K.A.P.は米国NSF Center for Aerosol Impacts on Chemistry of the Environment, USAの支援を受けている。J.L.J.は、米国国立科学財団（AGS-1822664）の支援を受けています。L.C.M.は、米国国立アレルギー感染症研究所Center of Excellence in Influenza Research and Surveillance (HHSN272201400007C) およびNSF National Nanotechnology Coordinated Infrastructure (ECCS 1542100 and ECCS 2025151)の支援を受けている。競合する利益L.C.M. は Crossfit と Phylagen の顧問委員を務め、The MITRE Corporation と Smiths Detection の有料コンサルタントを務め、Alfred P. Sloan 財団の有料審査員を務めました。また、米国科学・工学・医学アカデミー環境学・毒性学委員会、パンデミックおよび季節性インフルエンザの準備と対応を進めるための公衆衛生介入・対策委員会の無報酬委員でもある。著者は、他に競合する利害関係がないことを宣言している。この作品は、クリエイティブ・コモンズ 表示 4.0 国際 (CC BY 4.0) ライセンスの下に提供されており、原著を適切に引用することを条件に、あらゆる媒体での無制限の使用、配布、複製を許可しています。このライセンスのコピーは、https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/。このライセンスは、記事に含まれる図/写真/アートワーク、または第三者にクレジットされているその他のコンテンツには適用されません。そのような素材を使用する前に、権利者の承認を得てください。