数据告诉你:口罩到底能不能防新冠?
2020-11-13 15:48

数据告诉你:口罩到底能不能防新冠?

科学研究表明,口罩在新冠病毒大流行期间拯救了很多人的生命,但关于口罩争论还在继续。究竟要有多少证据才算足够呢?本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Lynne Peeples,原文标题:《口罩的有效性:数据怎么说》,题图来自:视觉中国


当丹麦的同事第一次建议向几内亚比绍的居民分发保护性布口罩以阻止新冠病毒传播时,Christine Benn并不那么肯定。


“我说,‘行,那样可能有好处,但关于口罩是否有效的数据还很有限。’”哥本哈根南丹麦大学的全球健康研究员Benn说,几十年来,她一直在这个世界上最贫穷的西非国家联合领导公共卫生运动。


那是在3月份。到了7月,Benn和她的团队已经知道了要如何提供一些关于口罩的必要数据,并希望能帮到几内亚比绍的居民。在一项随机对照试验中,他们分发了数以千计的当地生产的布口罩;该试验可能是世界上对口罩防止新冠肺炎传播的有效性的最大规模测试。 


在这场疫情中,口罩成了随处可见的一个标志;新冠病毒已使3500万人患病,100多万人死亡。在医院和其他医疗机构中,医疗级口罩的使用明显减少了新冠病毒的传播。但是,公众使用的口罩五花八门,相关数据杂乱无章,参差不齐,而且很多是匆匆拼凑起来的。再加上互不相容的政治说辞,包括一位美国总统表达了对使用口罩的蔑视——就在他自己确诊新冠肺炎的前几天。“讲证据的人理解证据的方式不尽相同。”卡内基梅隆大学专门研究公共政策的心理学家Baruch Fischhoff说,“这是以合理的方式混淆视听。”


需要明确的是,科学研究支持使用口罩;最新研究表明,口罩可以通过不同的方式挽救生命:研究显示口罩可以降低传播和感染新冠病毒的几率,另有一些研究暗示口罩或能降低感染后疾病的严重程度。


但是,口罩的效果究竟如何或者什么时候使用口罩,就是很复杂的问题了。口罩的种类很多,分别用于不同的环境。人们是否愿意佩戴,或者是否正确佩戴,都存在问题。甚至连什么样的研究能提供明确的证据证明它们有效,也很难回答。


“怎么样的证据才叫好?”Fischhoff问道,“这是一个关键问题。”


超越黄金标准


在疫情暴发之初,医学专家缺少确凿证据证明新冠病毒是如何传播的,而且对口罩的了解也不够,无法就口罩提出有力的公共卫生建议。


医疗场景下使用的标准口罩是N95口罩,其设计目的是通过过滤掉95%的0.3微米及以上的悬浮颗粒来保护佩戴者。随着疫情的加剧,这些口罩很快就供不应求。这就产生了一个现在存有争议的问题:让公众佩戴基础的外科口罩或布口罩有用吗?如果答案是肯定的,要在什么情况下佩戴?“那些本来是我们在临床试验中(要搞清楚)的问题。”约翰斯·霍普金斯大学医学院的传染病流行病学家Kate Grabowski说,“但我们没有时间这样做。”


因此,科学家只能依靠观察性研究和实验室研究,以及来自其他传染病的间接证据。“如果你看任何一篇文献——这都不是一锤定音的。但是,综合来看,我相信口罩是有用的。”Grabowski说。


6月,美国密苏里州两名发型师的新冠肺炎检测呈阳性的消息[1],让人们对口罩的信心大增。两人在工作时都戴了双层棉质口罩或外科口罩。虽然他们将病毒传给了家庭成员,但他们的顾客似乎得以幸免(据报道,一半以上的顾客拒绝了免费检测)


其他有效性的暗示出现在群众集会上。在美国多地的“Black Lives Matter”(黑人的命也是命)抗议活动中,大多数抗议者都戴了口罩。这些活动似乎并没有引发感染高峰[2],但病毒在6月下旬佐治亚州的一个夏令营中大肆传播,参加夏令营的儿童没有被要求戴口罩[3]


这里的注意点有很多:抗议活动是在户外,因此新冠肺炎传播的风险较低,而营员晚上会住在一起。而且,由于许多非抗议者在集会期间都待在家中,这可能减少了病毒在社区的传播。尽管如此,传闻证据“拼凑起了全景”,华盛顿大学的卫生政策研究员Theo Vos说。


直接证据来自更加严格的分析。根据8月初发布的一项预印本研究[4](尚未经过同行评议)与其他地区相比,在口罩成为标配或政府建议使用口罩的地方,人均死亡率的每周增幅是前者的四分之一。研究人员考察了200个国家,其中包括蒙古国,该国在1月份推行使用口罩,截至5月没有记录到新冠肺炎相关死亡。


另一项研究[5]考察了美国各州政府在4月和5月规定使用口罩的效果。研究人员估计,这些规定使新冠肺炎病例的增长每天至多减少2个百分点。他们谨慎地提出,在考虑到其他缓解措施(如保持物理距离)之后,这种强制规定可能已经避免了多达45万例感染。


旧金山大学的研究人员Jeremy Howard说:“你不需要做太多的计算,就能看出这肯定是个好办法。”他所在的团队在一篇广为流传的预印本文章中评估了戴口罩的证据[6]


但是,这种研究确实依赖于这样的假设,即口罩规定得到了执行,而且人们正确佩戴了口罩。此外,口罩的使用往往与其他变化同时发生,例如对集会的限制。随着限制措施的解除,进一步的观察性研究可能要开始将口罩的影响与其他干预措施的影响分开,Grabowski建议。“那样更容易看到什么在做什么。”她说。


虽然科学家无法控制人类群体中的许多混杂变量,但在动物研究中可以。在香港大学微生物学家袁国勇的领导下,研究人员将受感染的仓鼠和健康仓鼠安置在相邻的笼子里,并用外科口罩隔开其中一些动物。根据一篇5月发表的论文[7],在没有屏障隔离的情况下,约三分之二的未感染仓鼠感染了新冠病毒。但只有约25%受口罩保护的仓鼠受到感染,而那些受到感染的仓鼠比没有口罩的“邻居”病症要轻(根据临床评分和组织变化来衡量)


以上研究结果印证了正在形成的共识,即使用口罩既能保护佩戴者,也能保护其他人。这项工作还指出了另一个可能改变游戏规则的观点:“口罩不仅可以保护你免受感染,还可以帮助你减轻病症。”加州大学旧金山分校的传染病医生Monica Gandhi说。


Gandhi与人共同撰写的一篇论文于7月下旬发表[8],表明佩戴口罩会减少佩戴者可能染上的病毒量,从而使感染症状较温和,甚至无症状。她认为更大的病毒量会导致更严重的炎症反应。


她和她的同事们目前正在分析美国1000个县在口罩规定出台前后新冠肺炎的住院率,以确定在引入公共口罩佩戴指南后,疾病的严重程度是否有所下降。


英国爱丁堡大学的病毒学家Paul Digard说,暴露于更多的病毒会导致更严重的感染,这种想法是“绝对合理的”,“这是关于口罩的另一个论据。”他没有参与上述研究。


Gandhi提出了另一个可能的好处:如果有更多的人患了轻症,那可能有助于增强群体免疫力,而不会增加重症和死亡负担。“在我们等待疫苗之际,推动无症状感染率的提高是否会对群体免疫力有好处?”她问道。


再论传播途径


围绕口罩的争论与另一个有分歧的问题密切相关:病毒是如何在空气中传播感染的?


人在呼吸或说话、打喷嚏或咳嗽的瞬间,会有细小的液体颗粒喷出。有些是大的,甚至是可见的,被称为飞沫;有些是微观的,被归类为气溶胶。包括新冠病毒在内的病毒都会“搭上”这些颗粒;它们的大小决定了它们的行为。


飞沫会通过空气射出,落在周围人的眼睛、鼻子或嘴上,造成感染。但是在重力作用下,它们会很快落下来。相比之下,气溶胶可以在空气中漂浮数分钟到数小时,在不通风的房间里像香烟烟雾一样传播。


延时图像显示了咳嗽喷出的飞沫如何从一个N95口罩佩戴者身上传播开来,这里的N95口罩有一个阀门,可以排出呼出的空气。来源:S. Verma et al./Phys. Fluids。


这对口罩阻碍新冠肺炎传播的能力意味着什么?病毒本身的直径只有0.1微米左右。但由于病毒不会自行离开人体,所以口罩并不需要能阻挡那么小的颗粒才有效。关系更密切的其实是传输病原体的飞沫和气溶胶,它们的直径从0.2微米左右到数百微米不等(一根人类头发的直径平均约为80微米)。科罗拉多大学博尔德分校的环境化学家Jose-Luis Jimenez说,它们绝大多数直径在1~10微米,可以在空气中停留很长时间,“问题就在这里。”


科学家们仍不确定哪种大小的颗粒对新冠肺炎的传播最为重要。有些人甚至不能就定义气溶胶的标准达成一致。出于同样的原因,科学家们仍然不知道流感的主要传播形式是什么——虽然研究它们的时间更长。


许多人认为,无症状传播是新冠肺炎大流行的主要驱动力,如果是这样的话,就意味着病毒通常不会借助咳嗽或喷嚏。按此推理,气溶胶可能被证明是最重要的传播载体。所以,哪些口罩可以阻挡气溶胶是值得研究的。


材质是关键


即使是贴合紧密的N95口罩,在实际使用中也达不到完全95%的等级,实际上只能过滤掉大约90%的吸入气溶胶——最小为0.3微米。而根据尚未发表的研究,没有呼气阀(可排出未经过滤的呼出空气)的N95口罩也只能阻挡类似比例的呼出气溶胶。美国国家心肺血液研究所的肺脏学家Kevin Fennelly说,人们对外科口罩和布口罩的了解比这还要少很多。


一个国际研究小组在一篇关于观察性研究的综述[9]中估计,外科口罩和同类布口罩对佩戴者的保护效果为67%。


弗吉尼亚理工大学的环境工程师Linsey Marr和她的同事们发现,即使是一件棉质T恤,也能阻挡一半的吸入气溶胶和近80%的呼出气溶胶(直径2微米)。她说,一旦气溶胶达到4~5微米,几乎任何织物都能阻挡80%以上的吸入/呼出气溶胶。他们的工作成果尚未发表。


她补充说,多层织物更有效,编织得越密越好。另一项研究[10]发现,含多层不同材质的口罩——如棉和丝——比单一材质的口罩能更有效地捕捉气溶胶。


Benn与她所在大学的丹麦工程师合作,使用与医疗级呼吸机相同的标准测试他们的双层布口罩设计,结果发现他们的口罩只能阻挡11%~19%的标志性的0.3微米气溶胶。但根据Marr和Jimenez的说法,由于大多数传播可能是通过直径至少1微米的颗粒实现的,因此N95和其他口罩之间的实际有效性差异可能并不是很大。


8月,美国杜克大学医学院的临床研究员Eric Westman与人共同撰写发表的一项研究[11],展示了一种测试口罩有效性的方法。他的团队使用激光和智能手机摄像头来比较14种不同的布口罩和外科口罩在人说话时阻止飞沫的效果。他说:“我很放心,我们使用的很多口罩确实有效。”但薄薄的聚酯-氨纶围脖——一种可以拉到口鼻上的弹性围巾——似乎能减小被释放的飞沫大小。“那可能比什么都不戴更糟糕。”Westman说。


一些科学家建议不要对这一发现做过多的解读,因为它只是基于一个人在说话时的情况。Marr和她的团队和其他科学家一样,用实验做出了回应,发现围脖挡住了大部分的大飞沫。Marr说,她正在将自己的成果写出来,准备发表。


现在有很多信息,但把所有的证据放在一起会让人感觉混乱。”哥伦比亚大学梅尔曼公共卫生学院的病毒学家Angela Rasmussen说,“归根结底,我们还是知道得太少。”


注意人们的想法


口罩的问题超越了生物学、流行病学和物理学。人类行为是口罩在现实世界中如何发挥作用的核心。明尼苏达大学传染病研究和政策中心主任Michael Osterholm说:“我不希望看到感染者在人口攒动的地方戴着这种布口罩还毫无担心。”


也许幸运的是,一些证据[12]表明,戴上口罩可能会促使佩戴者和周围的人更好地遵守其他规定,如保持社交距离。也许,口罩提醒他们肩负着共同的责任。但这要求大家先戴上口罩。


在全美范围内,自7月下旬以来,口罩的使用率一直稳定在50%左右。根据西雅图华盛顿大学健康计量与评估研究所的数据,这较3月和4月20%的使用率有了大幅提高(见go.nature.com/30n6kxv)。该研究所的模型还预测,截至9月23日,将美国口罩的使用率提高到95%——在新加坡等国家观察到的使用水平——可以在截至2021年1月1日期间挽救近10万条生命。


“我们还想知道更多。”参与分析的Vos说,“但鉴于这种干预方式既简单又廉价,还有可能产生巨大影响,还会有人不想用它吗?”


进一步让公众感到困惑的是有争议的研究和各种混杂的信息。4月的一项研究[13]发现口罩没有效果,但在7月被撤回。另一项发表于6月14的研究支持使用口罩,后来有数十名科学家写信攻击其研究方法(见go.nature.com/3jpvxpt)。作者正在回击要求撤回的呼声。世界卫生组织(WHO)和美国疾控中心(CDC)最初不建议广泛使用口罩,部分原因是担心耗尽医护人员的用品。4月,美国疾控中心建议在无法选择物理距离的情况下,应佩戴口罩;世卫组织于6月跟进。


政治领导人之间也缺乏一致性。美国总统特朗普表示支持使用口罩,但自己很少佩戴。他甚至嘲笑其政治对手拜登一直戴着口罩——就在10月2日特朗普本人新冠病毒检测呈阳性的前几天。其他世界领导人,包括斯洛伐克总统苏珊娜·恰普托娃和和总理伊戈尔·马托维奇,在疫情初期都戴上了口罩,据说是为了给本国国民树立榜样。


丹麦是最后一个规定使用口罩的国家之一——要求从8月22日起在公共交通工具上佩戴口罩。丹麦通过早期的居家令、检测和接触者追踪,总体上良好地控制了病毒传播。此外,丹麦也处于新冠肺炎口罩研究的前沿,这里开展了两个大型随机对照试验。丹麦的一个研究小组招募了大约6000名参与者,要求一半的人在去工作场所时使用外科口罩。虽然研究已经完成,但哥本哈根大学的临床研究员、试验的主要研究者之一Thomas Benfield表示,他的团队还不准备分享任何结果。


Benn的团队独立于Benfield的小组,他们正在几内亚比绍招募大约4万人,随机挑选一半的家庭使用双层布口罩——每个10岁或以上的家庭成员都有两个。然后,该团队将对每个人进行为期数月的跟踪调查,比较口罩的使用率和新冠肺炎类疾病的发生率。她指出,每个家庭都会收到关于如何保护自己免受新冠肺炎感染的建议——但是对照组的人不会得到关于口罩使用的信息。该团队预计将在11月完成招募工作。


一些科学家表示,他们很乐意看到那些实验结果。但另一些人则担心,这种实验是浪费,无意中利用了弱势群体。“如果这是一种更温和的病原体,那就好了。”加州斯克里普斯研究转化研究所主任Eric Topol说。“你不能什么都做随机试验——你也不应该这样做。”正如临床研究人员喜欢说的那句话,降落伞也从未在随机对照试验中进行过测试。


但Benn解释说,对照组的人仍然会从新冠肺炎的研究成果中受益,而且他们会在研究结束时得到口罩。考虑到制造和分发口罩的挑战,“无论在什么情况下,”她说,她的团队都无法在研究一开始就为每个人发放足够的口罩。事实上,他们不得不缩减原来准备招募7万人的计划。她希望这项试验能给每个参与的人带来一些好处。“但社区中的任何人都不会比我们没有做这项试验更糟糕。”她说。由此产生的数据应能为全球围绕口罩的争议提供更多信息,她补充道。


目前,身在明尼苏达州的Osterholm会戴着口罩。但是,他对迄今为止人们对这一话题“缺乏科学严谨性”的态度感到遗憾。“我们一直在批评科学界有人在没有任何数据的情况下做出论断。”他说,“我们现在做了很多同样的事。”


尽管如此,大多数科学家都认为,他们可以就佩戴口罩提一些规范性的看法。Gandhi说,这不是唯一的解决办法,“但我认为这是控制疫情的一个极其重要的支柱。”正如Digard所说:“口罩是有用的,但不是万能的。因此,仍然要保持距离。”


参考文献:

1. Hendrix, M. J., Walde, C., Findley, K. & Trotman, R. Morb. Mortal. Wkly Rep. 69, 930–932 (2020).

2. Dave, D. M., Friedson, A. I., Matsuzawa, K., Sabia, J. J. & Safford, S. Black Lives Matter Protests, Social Distancing, and COVID-19 NBER Working Paper 27408 (National Bureau of Economic Research, 2020).

3.Szablewski, C. M. et al. Morb. Mortal. Wkly Rep.69, 1023–1025 (2020).

4. Leffler, C. T. et al. Preprint at medRxiv https://doi.org/10.1101/2020.05.22.20109231 (2020).

5. Lyu, W. & Wehby, G. L. Health Aff. https://doi.org/10.1377/hlthaff.2020.00818 (2020).

6. Howard, J. Preprint at http://doi.org/10.20944/preprints202004.0203.v3 (2020).

7. Chan, J. F. W. et al. Clin. Infect. Dis. https://doi.org/10.1093/cid/ciaa644 (2020).

8. Gandhi, M., Beyrer, C. & Goosby, E. J. Gen. Intern. Med. https://doi.org/10.1007/s11606-020-06067-8 (2020).

9. Chu, D. K. et al. Lancet 395, 1973–1987 (2020).

10. Konda, A. et al. ACS Nano 14, 6339–6347 (2020).

11. Fischer, E. P. et al. Sci. Adv. 6, eabd3083 (2020).

12. Marchiori, M. Preprint at https://arxiv.org/abs/2005.12446 (2020).

13. Bae, S. et al. Ann. Intern. Med. 173, W22–W23 (2020); retraction 173, 79 (2020).

14. Zhang, R., Li, Y., Zhang, A. L., Wang, Y. & Molina, M. J. Proc. Natl Acad. Sci. USA 117, 14857–14863 (2020).


原文以Face masks: what the data say为标题发表在 2020年10月6日的《自然》新闻版块


本文来自微信公众号:Nature自然科研(ID:Nature-Research),原文作者:Lynne Peeples

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