新型コロナウイルス感染症（COVID-19）に打ち勝つには、ウイルスがどのように移動するかを知る必要がある

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COVID-19がどのように蔓延するのかを真に理解するには、ウイルスが世界を移動する様子を観察する必要があります。ウイルスはタンパク質と遺伝子の小さな塊、小さなコードがパッケージに詰め込まれたもので、生物の生物学的機能を乗っ取って自身の複製を作り、他の生物に拡散させる以外に、やるべきことなど何もありません。その過程で他の生物に何が起こるか ― 病気になるかもしれないし、死ぬかもしれない ― はウイルスの問題ではありません。ウイルスには問題がないのです。

階段を掃除する清掃員

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しかし、もしそのウイルスが私たちの問題であるならば、科学者たちはそのサイクルを阻止しようとするでしょう。ワクチンがない限り、この不可解で不安定な感染拡大を理解することが、パンデミックの次の段階への鍵となるでしょう。

新型コロナウイルスに悩まされる世界で、社会や都市に起こる多くの変化の中で、道路や駐車場などの公共の屋外スペースを車から他の用途に転換することは、最も顕著なものの一つだろう。複数の都市が「スローストリート」や「オープンストリート」プログラムを導入し、人々が6フィート（約1.8メートル）の距離を保ちながら屋外で過ごせるスペースを広げている。レストランなどの企業が歩道や道路を屋外で利用できるようにし、屋内での利用制限によって失われた利益を補おうとする都市もある。これらはすべて、病気は密閉された空間ほど屋外では簡単には広がらないという考えに基づいている。これは疫学では比較的議論の余地のない概念だ。しかし、「なぜ」という疑問が、公衆衛生の専門家が展開できる最も重要な対策になる可能性があり、それは人々の呼吸や発話ごとに口から排出される目に見えない極小の粒子にかかっている。

新型コロナウイルス感染症（COVID-19）には、今のところ3つの感染経路があるようだ。1つは、ドアノブや銀食器などに付着したウイルスを、目、鼻、口といった体内の侵入口に触れた人が拾う経路だ。感染症の世界では、こうした物体は「媒介物（fomites）」と呼ばれている。人々が手を洗ったり、表面を消毒したりするのはこのためだ。2つ目は、咳で放出されるような大きな飛沫を介した感染経路だ。くしゃみをすると最大4万個もの飛沫が1秒間に100メートルも飛ぶ。唾液や粘液のような液体の泡で、ウイルスがぎっしり詰まっている。布マスクが効果的だと考える理由の多くは、この大きな飛沫の存在だ。シンプルな布マスクでは咳やくしゃみをする人の飛沫を完全に防ぐことはできないが、全員が着用すれば感染全体の減少につながる。こうした大きな粒子の存在は、人と人との間隔を6フィート（約2メートル）空けるというルールの根拠にもなっている。くしゃみの力で粒子が外側に飛び出すと、重力によって下に引っ張られますが、6フィートが適切な距離であるかどうかについては意見が分かれています。

残るは3つ目の、より複雑な経路だ。人の口から排出される粒子の多くは、5ミクロン以下とはるかに小さい。空気中ではすぐに乾燥し、非常に軽くなるため、何時間も浮遊できる。あらゆる人から絶えず上昇するわずかに温かい空気の層、いわゆる「サーマルプルーム」でさえ、これらの粒子をどんどん高く、遠くへ運んでしまう。ランダムな空気の流れによって粒子は乱流となり、潮だまりの砂のように流れに跳ね返される。そして、私たちは常に粒子を排出している。「CDC（疾病対策センター）とWHO（世界保健機関）の発言を見ると、空気感染の役割を軽視している」と、ハーバード公衆衛生大学院の健康な建物プログラムのディレクター、ジョセフ・アレン氏は言う。「それは間違いだと思う」

これが基本的に、人々が屋外にいる方が屋内にいるよりもリスクが低いと考える理由であり、ウイルスが密閉された空間で人々を感染させやすい理由かもしれません。病気の感染のかなりの割合が明らかな症状のない人々から来ていることを考えると、様々なサイズの粒子がどれだけのウイルスを運ぶのか、そしてどれだけのウイルスが人を感染させるのに必要なのかはまだ不明です。しかし、研究者がこれまでに観察してきたことを考慮すると、これらの小さな粒子の挙動により、屋内での感染の可能性は屋外よりも高いようです。「感染の可能性は空気中に浮遊するウイルス粒子の数に比例するという包括的な仮説があります。吸い込む量が多いほど、感染する可能性が高くなります」と、カリフォルニア大学デービス校で病気の感染を研究している化学工学教授、ウィリアム・リステンパート氏は述べています。「あなたが今いる部屋には屋根があります。乱流拡散は上昇し、屋根を通り抜けることはできません。反射します。屋外では、乱流拡散によって拡散する可能性があります。」

このことは新型コロナウイルス感染症にも当てはまる。香港大学と中国の研究チームは4月のプレプリント（査読なし）で、中国で発生した318件のアウトブレイクのうち、屋外で発生したものはなかったことを明らかにした。4月の別のプレプリントでは、日本政府と大学の公衆衛生研究者が11の新型コロナウイルス感染症クラスターにおける110件の個別症例を評価し、屋内での感染確率がはるかに高いことを明らかにした。研究者らによる屋内クラスターの事例研究も増えており、例えば、ダイヤモンドプリンセスクルーズ船、エアコンの排気口に座っていた人は病気になったが他の人は病気にならなかった中国広州のレストラン、オフィスの片側にいたほぼ全員が病気になったが反対側にいた人は病気にならなかったソウルの超高層ビルのコールセンター、ワシントン州の合唱団の練習、ボストンのバイオテクノロジー会議を中心としたクラスターなどが挙げられる。屋外のカフェに行ったり、歩行者天国の広い道路を歩いたりするリスクは、例えば食肉加工工場で働いたり、クルーズ船で休暇を過ごしたりするよりもずっと低いと思われる。

疾病モデルでは、ある人が感染させる人数、つまり再生産数を、人口全体の平均値とみなす傾向があります。しかし、実際には、その数値は個人や状況によって異なります。感染者のほとんどは、他の人に病気をうつしません。いわゆるスーパースプレッダーは、非常に多くの人々に病気をうつします。プリンストン大学で感染症の動態を研究している人口統計学者のジェシカ・メトカーフ氏は、10%の症例が感染の80%を占めている可能性があると推定しています。中には、目に見えないウイルスの雲「ピッグペン」の中を歩き回っている人もいるようです。また、混雑した部屋、感染者からより多くのウイルスが排出されていること、接触時間が長いことなど、状況によっては「スーパースプレッディングイベント」が発生する可能性が高くなります。

ウイルスは肺の奥深くに生息しており、感染するには鼻や喉から上がって外に出なければならない。ワシントンの合唱団クラスターを調査した研究者の中には、歌うために必要な深呼吸と力強い吐息がより多くのウイルスを運び、アウトブレイクを悪化させたと示唆する者もいた（実際には、歌い手たちは互いのソーシャルディスタンス力場の中に入り込んでいたことが判明したが）。カリフォルニア大学デービス校のリステンパート氏のチームは、単純に話すだけでも1秒間に1～50個の粒子が放出され、声が大きければその数も増えることを発見した。これは「流体膜破裂機構」と呼ばれるものによるものかもしれない。息を吸うと、肺にある空気を集める袋状の組織である肺胞が拡張し、その内側を覆う濃い液体を引き伸ばす。液体が破裂して少し飛び散り、微細なエアロゾル粒子を挟み込む。そして、肺のその部分こそが、まさにウイルスが最も生息しやすい場所なのだ。「物理学者はこれを受け入れている」と南アフリカのケープタウンにあるデズモンド・ツツHIV財団の理事で結核の空気感染の専門家であるロビン・ウッド氏は言う。「一方、医師たちはこれをまだよく理解していない」

また、どんなに大声で話しても、どんなに深く呼吸しても、これらの「呼気」粒子を他の人よりも桁違いに多く放出する人がいる。「普通の声で話している、無症状の感染した超放出者と10分間会話すると、約6,000個のエアロゾル粒子の目に見えない『雲』が発生する」と、リステンパート氏のチームはエアロゾル科学技術誌に論文を書いている。彼らは、音によっては他の音よりも多くの呼気粒子を放出することさえ発見した。例えば、パパパ（言語的には「破裂音」）はファファファ（「摩擦音」）よりも多く放出される。全体として、これは新型コロナウイルス感染症時代の電車やバスで静かな車内ルールを導入する十分な根拠となる。

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しかし、個人差がスーパースプレッディングを引き起こすには、状況が不可欠です。呼気中の小さな粒子が大きな要因であるならば、スーパースプレッダーにとっての弱点は換気でしょう。1950年代に行われた結核の空気感染に関する研究では、感染者の数、呼吸数、そして室内の換気状況が感染拡大の成否を左右することが示されました。この換気状況こそが、公衆衛生にとって新たな視点を提供する可能性があるのです。

空気中に浮遊する細菌やウイルスなどの病原体を実際に見つけるのは技術的に困難です。しかし、ウッド氏は、少なくともその部屋にいるのが潜在的に危険な状態であるかどうかを示す可能性のある代替指標を持っています。彼は二酸化炭素濃度を測定します。人々が利用可能な酸素を吸い込み、二酸化炭素を吐き出すと_、部屋にいる他の全員がそれを吸い込み、空気中の病原体も吸い込むと考えたのです。

専門用語で言えば、暖房、換気、空調システムの基準では、室内の空気が外気とどれくらい頻繁に入れ替わるか、つまり「1時間あたりの換気回数」を計算することで換気量を測定します。しかし、CO2濃度は、安全のために部屋の_空気を入れ替える必要があるかどうかを人々に知らせるより簡単な方法になる可能性があります。ウッド氏によると、密閉された空間で1,000ppmを超えると、窓を開けるか、外に出る必要があるというサインになります。

ここから事態は複雑になる。微粒子の挙動のばらつきは、個人や単一の空間に限ったものではなく、それらすべてにわたって病気がどのように広がるかという点にまで及ぶ。疫学者たちは、新型コロナウイルス感染症（COVID-19）の蔓延を、世界中を不可避的に移動する雲や波としてではなく、ネットワークを伝わる信号として捉え始めている。微粒子によって生じる近距離での無症状感染の可能性は、家庭、都市、さらには国全体にわたる、新型コロナウイルス感染症の「碁盤の目」のような不均一な蔓延を説明できるかもしれない。

大都市のような人口密度が高いと感染拡大につながると直感的に考える人は少なくありません。そして一見すると、ニューヨーク市での大規模な感染拡大はそれを裏付けているように思えます。しかし、ウイルスの感染拡大は主に自身のネットワーク、つまり接触者間で起こります。ウイルスはそうした接触者に感染するのです。「どこに住んでいても、普段から15分以上密接に接触する友人は5人から10人程度でしょう」とメトカーフ氏は言います。「しかし、大都市では社会的なネットワーク以外での接触が増える可能性があります。通勤などの日常的な接触はより頻繁になり、当然ながら社会的なネットワークもより密集している可能性があります。」

その結果、都市の形態や天候によって変化する、より「尖った」感染拡大になる可能性があると彼女は言う。（一部のウイルスは季節性があり、暑さと湿気よりも冷たく乾燥した空気の方が伝染しやすいが、蒸し暑い8月の屋外では、室内のエアコンがフル稼働になっている可能性があり、適切にフィルターされていない場合はウイルスが実際に拡散する可能性がある。）これはすべて、オレゴン州立大学の個体群生物学者ベンジャミン・ダルジールが「時空間的異質性」と呼ぶものの一部であり、異なる場所と異なる時期に病気が広がる方法のばらつきを意味する。この感染の斑状性は、さまざまな種類の公衆衛生介入が、いつ、どこで使用されるかによって、多かれ少なかれ効果があることを意味している。ある環境では個人用防護具と徹底した換気が必要で、他の環境ではソーシャルディスタンスの厳格な実施が必要で、事業所を屋外に移動したり、表面の消毒を継続したりするなど、さまざまな介入が必要となる。

これがウイルスの世界的な拡散を阻止する方法であり、科学者たちが解明しようとしていることでもある。「重要なのは、集団内での感染の中心点を特定し、場所や時間帯によっては感染拡大にとって他よりも重要な場合があることを理解することです」とダルジール氏は言う。物理的な距離を置く措置は、感染拡大の根本的な前提条件に対処するための鈍い手段だが、長期的には持続不可能だ。「もしそのような要因が一つ、あるいはいくつか存在し、それらを効率的に特定し、変化をもたらし、経済活動を再開しつつ感染拡大を大幅に減少させることができれば、本当に素晴らしいことです。素晴らしいと思いませんか？」と彼は問いかける。「しかし、おそらくより可能性が高いのは、多数の要因が全て影響しているということです。特効薬はないでしょう。」

一方、CDC（疾病対策センター）は、レストランや学校の営業再開について、人と人との間隔を6フィート（約1.8メートル）空けること、屋外での活動、マスク着用を推奨する勧告を発表しました。大統領は礼拝所は屋内でも礼拝を行えるべきだと考えているにもかかわらずです。狭い空間に大人数が集まるのは、食事をするなら危険だが、祈りを捧げるなら安全だというのは、真実ではありません。たとえ一部の人にとって世界がそう見えたとしても、明らかにウイルスの世界ではないのです。

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