摘要：高速列车（High-speed train, HST）车厢具有高气密性与高乘客密度特征，增加了空气传播性病原体在乘客间传播与交叉感染的风险。本研究在实际HST车厢中采用模拟真实人体气道形态的体外三维（3D in vitro）呼吸道模型开展现场实验，以表皮葡萄球菌（Staphylococcus lentus, S. lentus）作为非致病性替代微生物（surrogate）代表空气传播性病原体。研究人员通过平板培养、16S rRNA基因测序及实时荧光定量聚合酶链式反应（quantitative polymerase chain reaction, qPCR），量化了不同释放强度与座位距离下S. lentus在各呼吸道区域（respiratory tract regions）的暴露量及其在HST内表面（扶手与行李架）的沉降量，并评估了呼吸道沉积后S. lentus随时间的生长动态，以准确量化发挥感染作用的有效剂量（effective dose）。结果表明：距感染源1.2 m处各气道区域15 min内可培养活菌暴露量为4 500–5 000菌落形成单位（colony-forming units, CFU），距5.0 m处降至检测限以下；扶手与行李架上可培养S. lentus的表面沉降量随距感染源距离增大而持续降低；口腔中S. lentus拷贝数于暴露后12 h内增长超一倍（自6.57×107增至1.48×108copies），所有细胞于48 h内丧失可培养性（culturability）。研究结果为制定HST环境中空气传播性病原体防控策略提供了基于实测数据的支撑。
论文解读：《Person-to-Person Airborne Transmission and Exposure Characterized with Surrogates in High-Speed Train Environments》发表于《BUILDING AND ENVIRONMENT》
一、研究背景与意义
SARS-CoV-2、流感病毒、呼吸道合胞病毒（RSV）等可通过空气（airborne）途径实现人际传播。高速铁路（High-speed rail, HSR / High-speed train, HST）因便利性强而被广泛采用，但其车厢高密闭性（high airtightness）与高密度载客易致病原体在舱内扩散并引发乘客间交叉感染（cross-infection）；加之HST跨区域运行特性可能加速病原体地理范围扩散。既有研究表明交通环境是中国新冠疫情第二大感染场所，意大利新冠病例数与交通可达性高度相关。HST进隧道时常减少或暂停新风供给（fresh air supply）以应对压力波与空气动力学约束，导致通风动态变化，增加吸入暴露（inhalation exposure）的不确定性。现有研究方法各有局限：计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）依赖边界条件精度且含较多假设；现场实验受成本、安全限制极少使用活体非致病微生物作替代物（surrogate）；流行病学研究易受混杂偏倚影响且难做因果推断。此外，不同呼吸道病原体具组织嗜性（tropism）且感染剂量（infectious dose）因解剖部位而异，现行沉积剂量多依赖CFD、动物实验或数学模型，缺乏能区分区域特异性沉积（region-specific deposition）并考量微生物在呼吸道内增殖/失活的实测。近年发展的体外呼吸道模型（in vitro respiratory tract model）可实现非侵入条件下量化区域沉积剂量。基于此，清华大学研究人员在真实HST一等座车厢中，以表皮葡萄球菌（Staphylococcus lentus, S. lentus）为非致病替代微生物，结合仿生三维体外呼吸道模型，量化不同源强（source strength）与座位距离下易感"乘客"各气道区暴露量、可接触表面沉降量，并在沉积后原位培养观测细菌增殖动力学，以模拟发挥感染作用的有效剂量（effective dose that exerts infection），为HST气溶胶传播防控提供依据。
二、主要关键技术方法
研究人员于2024年7月在中国长沙某现役HST一等座车厢（长8.95 m×宽3.05 m×高2.30 m，7排2+2错排座椅带中央过道）开展现场实验。采用三维仿生体外呼吸道模型（模拟真实人体气道形态，含口腔、咽、喉、气管及支气管分支）代表易感乘客，安置于不同座位距释放源不同距离处。以S. lentus（非致病革兰氏阳性菌）雾化释放模拟感染源呼吸排放，设置不同释放强度（source strength）。采集各气道区洗脱液及扶手（armrests）、行李架（overhead luggage racks）表面拭子，分别通过平板菌落计数（plate culture, 菌落形成单位CFU）、16S rRNA基因测序与实时荧光定量PCR（qPCR, copies）定量活菌量与DNA拷贝数。将沉积后呼吸道模型置模拟生理条件培养，定时取样检测S. lentus拷贝数变化与可培养性丧失时间，表征沉积后生长/衰亡动力学。
三、研究结果
Experimental HST carriage（实验HST车厢）
实验在一等座HST车厢进行，内部尺寸与座椅布局明确，座位按单通道客车惯例编号（数字加字母组合），为后续不同座位距离下暴露测定提供空间基准。
Respiratory Exposure Risks of Passengers at Different Source Strengths and Seat Distances（不同源强与座位距离下乘客呼吸道暴露风险）
结果显示：距感染源较近位置（1.2 m）的呼吸道暴露量几乎不受源强变化影响；相同源强下，远距离位置暴露量显著低于近距离。当释放率约109CFU/15 min、模型置于3C座时，可培养S. lentus沉积量在穿透区（penetration region，指深入下呼吸道的气道段）最高；距1.2 m处各气道区域15 min累计可培养活菌暴露量为4 500–5 000 CFU，距5.0 m处降至未检出（undetectable levels）。表面沉降实验表明扶手与行李架上可培养S. lentus随距感染源距离增加而持续递减。口腔沉积S. lentus于暴露后12 h内拷贝数倍增（6.57×107→1.48×108copies），全部细胞于48 h内丧失可培养性（loss of culturability），提示沉积后细菌可短暂增殖但随后进入不可培养但存活（viable but non-culturable, VBNC）状态，初始沉积剂量不等于最终发挥感染作用的有效剂量。
四、讨论与结论翻译
讨论小结：
本研究以S. lentus为替代微生物并结合体外呼吸道模型，在真实HST车厢中开展病原体气溶胶传播与暴露风险评估实验，量化了不同解剖区域乘客呼吸道暴露风险及扶手、行李架等可接触表面的接触传播风险，并初步评估了沉积菌在呼吸道条件下的生长动态，弥补了现场实验缺乏活体替代微生物及忽略呼吸道内微生物增殖影响的不足，为精细化气溶胶感染风险评估提供了实测依据。
结论（翻译）：
通过在真实HST车厢中较大程度还原致病性气溶胶的产生、空间输运、呼吸道沉积及沉积后生长过程，本研究量化了源强与距离对易感乘客呼吸道暴露的影响及源强对可触摸表面沉降的影响，并初步评估了沉积菌在呼吸道条件下的生长情况。结果表明距感染源近距离（1.2 m）15 min内气道可培养活菌暴露量为4 500–5 000 CFU，5.0 m处未检出；表面可培养S. lentus随距离增大持续减少；口腔沉积S. lentus拷贝数12 h内翻倍，48 h内全部丧失可培养性。研究发现为制定HST环境中呼吸道病原体人际空气传播防控策略提供了数据支撑。
