成人および小児における粒子呼気に関する包括的な解析 A comprehensive analysis on particle exhalation in adults and children
2022-12-22 マックス・プランク研究所
感染症は、感染者から吐き出される粒子を介して感染することが多い。しかし、このエアロゾル粒子の大きさは、呼吸器官で発生するものによって大きく異なる。肺では、ほとんどが5ミクロン(1000分の5ミリ)以下の小さな粒子で、PM5とも呼ばれる。一方、上気道では、より大きな粒子が生成されます。測定結果が示すように、子どもは大人よりはるかに小さい粒子を吐き出しています。”5ミクロン以下の小さな粒子の濃度は年齢とともに増加し、特に子どもでは低いことがわかりました。その結果、感染が下気道だけであれば、大人の方が感染拡大のきっかけとなる可能性がはるかに高いのです」と、マックスプランク力学・自己組織化研究所の研究グループリーダー、Mohsen Bagheriは述べています。注目すべきは、喉から発生する大きな粒子は、子供も大人も同じ程度に拡散することである。研究者らは、呼気粒子の濃度と、その人の性別、体重、体力、喫煙習慣との間に相関関係を見いだせなかった。
この包括的な研究では、研究者は132人の健康なボランティアからデータを記録しました。また、ほとんどデータのない5歳から18歳の子供や青年も含まれています。研究チームは、クリーンルーム内に設置されたさまざまな装置を用いて、10分の1マイクロメートルから4分の1ミリメートルまでのすべての呼気粒子径を測定した。参加者は、歌う、話す、叫ぶなど、さまざまな発声活動を合計20分間行いました。ゲッティンゲン大学医療センター感染症科のSimone Scheithauer氏は、「発声と年齢が、粒子生成の独立した危険因子であることが示されました」と報告しています。
<関連情報>
- https://www.mpg.de/19692812/aerosol-particle-infection
- https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021850222001380?via%3Dihub
ヒトの呼気粒子の大きさ、濃度、起源およびその人為的要因の依存性と感染症伝播への影響 Size, concentration, and origin of human exhaled particles and their dependence on human factors with implications on infection transmission
Gholamhossein Bagheri,Oliver Schlenczek,Laura Turco,Birte Thiede,Katja Stieger,Jana M.Kosub,Sigrid Clauberg,Mira L.Pöhlker,Christopher Pöhlker,Jan Moláček,Simone Scheithauer,Eberhard Bodenschatz
Journal of Aerosol Science Available online: 21 November 2022
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2022.106102
Highlights
- •Measurement of particles in the air exhaled by 132 persons aged 5–80 years.
- •Aerosol spectrometry and in-line holography used to measure nm to mm range.
- •Breathing produces mainly <5 μm, while vocalizations have a second peak at ∼38 μm.
- •Biological age is important for particles <5 μm, gender and BMI have no impact.
- •<5 μm originate from lungs, 5–15 μm from larynx/throat, >15 μm from oral cavity.
Abstract
Understanding infection transmission between individuals, as well as evaluating the efficacy of protective measures, are key issues in pandemics driven by human respiratory particles. The key is a quantitative understanding of the size and concentration of particles exhaled and their variability across the size range for a representative population of all ages, genders, and different activities. Here we present data from 132 healthy volunteers aged 5 to 80 years, measured over the entire particle size range for each individual. Conventional particle spectrometry was combined with in-line holography under well-controlled conditions for common activities such as breathing, speaking, singing, and shouting. We find age to be the most important parameter for the concentration of small exhale particles <5 µm (PM5), which doubles over a 7-year period in adolescents and over a 30-year period in adults. Gender, body mass index, smoking or exercise habits have no discernible effect. We provide evidence that particles with a diameter of <5 µm originate from the lower respiratory tract, 5–15 µm from the larynx/pharynx, and >15 µm from the oral cavity. PM5 concentration can vary by one order of magnitude within a person, while inter-person variability can span two orders of magnitude, largely explained by difference in age. We found no discernible inter-person variability for particles larger than 5 µm. Our results show that cumulative volume of PM5 is 2–8 times higher in adults than in children. In contrast, number and volume concentration of larger particles, which are produced predominantly in the upper respiratory tract, is largely independent of age. Finally, we examined different types of airborne-transmissible respiratory diseases and provided insights into possible modes of infection transmission with and without several types/fits of face masks.
