学校环境中近距离接触、共享教室暴露与室内空气质量对呼吸道病毒传播的相对贡献研究

《Nature Communications》：The relative contribution of close-proximity contacts, shared classroom exposure and indoor air quality to respiratory virus transmission in schools

　　本研究针对学校环境中呼吸道病毒传播的关键风险因素尚不明确的问题，通过一项为期六周的纵向研究，结合分子检测、可穿戴传感器和空气质量监测数据，量化了近距离接触、共享教室暴露和室内空气质量对病毒传播的相对贡献。研究发现，共享教室内的长时间暴露（RR 3.17）和空气质量不佳（RR 1.90）是比近距离接触（RR 1.16）更重要的传播驱动因素，强调了改善室内通风对学校感染控制的重要意义。

　　

在季节性流行病和全球大流行的背景下，学校作为呼吸道病毒传播的关键场所一直备受关注。传统的“三密”理论——密闭空间、密集场所和密切接触——虽然被广泛认可，但这些风险因素在真实学校环境中的相对重要性却缺乏精确的量化证据。尤其令人困惑的是，短距离的面对面互动与长时间共享室内空间，究竟哪一个是病毒传播的主要推手？这个问题的答案对于制定有效的学校感染控制策略至关重要。

为了解决这一科学难题，由瑞士伯尔尼大学Lukas Fenner教授领导的研究团队在《Nature Communications》上发表了一项创新性研究。他们通过多学科交叉的方法，首次在学校真实环境中同步收集了分子生物学、行为学和环境监测数据，系统评估了近距离接触、共享教室暴露和室内空气质量对呼吸道病毒传播的相对贡献。

研究团队在2024年1月至3月的呼吸道病毒高发季节，对瑞士一所中学的67名14-15岁学生进行了为期六周的密集监测。这项研究的设计堪称全方位：每周三次采集唾液样本进行多病原体PCR检测，使用可穿戴传感器记录学生间的近距离互动，同时利用CO₂监测仪持续评估教室空气质量。这种综合性的数据收集策略使得研究人员能够构建一个全面的病毒传播图谱。

关键技术方法包括：基于唾液样本的多重PCR检测用于识别病毒感染；可穿戴近程传感技术（SocioPatterns）以10秒分辨率监测1.5米内的近距离接触；连续CO₂监测作为室内空气质量的代理指标；靶向下一代测序（Illumina）用于流感病毒和RSV的基因组分析；以及创新的配对生存分析框架（pairwise survival analysis）来推断传播事件并评估风险因素。

数据收集概述：分子、流行病学、接近度和环境数据

研究人员成功收集了1,047份唾液样本，检测到87例呼吸道病毒感染，包括流感病毒（IAV/IBV）、人类鼻病毒、腺病毒等多种病原体。通过可穿戴传感器数据发现，学生平均每天与其他学生保持近距离接触（1.5米内）的时间为21.2分钟，主要发生在同班同学之间（19.7分钟）。不同班级的接触网络密度存在明显差异。空气质量监测显示，学生在教室中度过5.3小时的时间里，有1.9小时处于CO₂浓度超过1000ppm的次优空气质量条件下。

基因组分析

对流感A和呼吸道合胞病毒（RSV）进行基因组测序后，研究人员通过系统发育分析识别出可能的传播对。结果显示，学校内的病毒序列在全局系统发育树中形成聚集，表明存在校内传播事件，同时也检测到社区引入的情况。值得注意的是，基因组数据的不完整性限制了对所有传播事件的精确推断，但为排除不可能的传播对提供了关键证据。

传播网络

利用配对生存分析框架，研究人员构建了概率性的传播网络，考虑了感染时间的不确定性和学校缺勤情况。模型识别出84例校内传播和38例可能来自外部源的感染。大多数传播事件发生在班级内部，跨班级传播相对较少。流感A病毒的传播网络显示出较为复杂的时间重叠模式，允许循环传播链的存在。

传播与风险因素的关联

通过配对加速失效时间模型（pairwise accelerated failure time models）分析，研究发现近距离接触时间每增加一倍，传播风险增加16%（RR 1.16）。然而，更显著的风险来自共享教室暴露（RR 3.17）和空气质量不佳（RR 1.90）。班级内传播的风险是跨班级传播的4倍。当分析仅限于班级内部传播时，近距离接触的关联变得不显著，而共享教室时间和空气质量仍然是强有力的预测因素。

风险因素的相对贡献分析进一步证实，共享教室暴露（54%）和空气质量（29%）对班级内传播的贡献远大于近距离接触（4%）。社会因素（家庭兄弟姐妹和课外活动）的贡献相对较小（约5-10%）。

研究结论和讨论部分强调，虽然近距离接触确实增加了呼吸道病毒传播的风险，但共享室内空间中的长时间暴露才是学校环境中病毒传播的主要驱动因素。这一发现挑战了过于强调个人防护而忽视环境干预的传统感染控制思路。

这项研究的重要意义在于它提供了迄今为止最全面的学校病毒传播实证证据。研究结果表明，改善室内通风和减少拥挤可能比单纯限制近距离接触更有效地控制学校呼吸道病毒传播。特别是在资源有限的情况下，优先投资于改善学校建筑通风系统可能会产生更大的公共卫生效益。

研究还揭示了不同传播途径的相对重要性可能因病原体特性而异。例如，与其它病毒相比，SARS-CoV-2在空气样本中更易检测到，提示其在空气中的持久性可能更强，因而长距离传播的风险更高。这强调了需要根据病原体特性制定有针对性的干预措施。

研究的局限性包括单一时空背景下的观察、基因组数据的不完整性以及无法区分不同类型近距离活动的风险差异。然而，其创新性的多学科方法和高质量纵向数据为未来研究设立了新标准。

这项研究对公共卫生实践具有直接指导意义：学校感染控制策略应当更加重视室内环境质量的改善，包括优化通风系统、监测CO₂水平以及考虑空气净化技术的应用。同时，研究框架可扩展至 workplaces、 healthcare facilities等其他室内环境，为应对未来流行病提供科学基础。

总之，这项研究通过创新的方法学整合，揭示了学校环境中呼吸道病毒传播的复杂机制，强调了环境因素在病毒传播中的关键作用，为制定更加有效的感染控制策略提供了重要科学依据。