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后大流行时期的生活213——民航飞机与呼吸道传染病感染风险【理论篇】

淡斋达原 淡斋达原
2024-08-22
背景：飞机客舱是非常独特的高空室内微环境，不同于地面上的大多数交通运输载具，其在飞行过程中具有很鲜明的一些特点，比如：空间狭窄且封闭，人口密度很大，乘员不能自由活动。同时舱内还会产生臭氧、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、颗粒物、挥发性有机化合物、微生物真菌等空气污染物，因此机舱内部的空气质量直接影响机组人员和乘客的健康情况。新冠病毒大流行以来，世界上绝大多数的航班都能够在其污水中检测到新冠病毒的存在，这无疑给我们乘机外出带来了新的挑战。随着春节假期的临近，会有很多读者选择乘坐飞机出行。我们在之前《后大流行时期的生活187——民航飞机与机场【实践篇】》当中分享了一次兼顾防疫的乘机流程，这期将会从理论的角度来介绍一下乘机时可能需要注意的呼吸道疾病风险。
结论：相较于其他交通工具，乘坐飞机时的呼吸道传染病感染风险相对较低；呼吸道疾病在机舱中传播较为随机，但近距离的传播风险更高；佩戴口罩可以有效降低感染风险；飞机巡航时的感染风险要低于滑行和降落时；除了空气传播外，还可能存在接触传播的风险。
建议：尽管选取乘客密度较低的座位，比如机舱前段和后段；商务舱要优于经济舱；靠窗的座位略优于过道的座位；过道的座位略优于中间的座位；乘机过程中请注意手卫生。

一、飞机内的通风系统

机舱是一个通风、封闭的环境，乘客面临低压缺氧、干燥潮湿的环境，并且与其他乘客近距离接触。因此，机舱内部空间主要由空调系统进行调节，该系统能够控制飞机上的增压、温度、通风和空气过滤。尽管该系统是完全自动化的，但运行中的空调组数量、区域温度以及输送到机舱的新鲜空气和再循环空气的混合物都可以由驾驶舱控制，在飞机运行的不同阶段会采用不同的通风模式。当飞机停靠在航站楼时，会由辅助动力装置向机舱内提供新鲜空气；在飞行过程中，新鲜空气从发动机供应到机舱内，空气被加热、压缩、冷却，并由通风系统送入机舱进行循环[1]。


标准的商用飞机中的空气循环模式一般采用层流模式，外部的空气从顶部进入机舱，在飞机内进行循环，并在地板附近离开机舱，整个过程中几乎没有纵向气流的影响，这种空气循环模式将机舱内的气流分成不同的部分，从而限制了空气中颗粒在整个客舱内的扩散[2,3]。

不过为了减少飞机高空巡航引入外部空气时的补偿性燃油损失，商用航空公司通常会采用30%~55%的回风量[4]。所谓“回风”就是通过将机舱内的空气重新过滤，与外部的新鲜空气进行混合后再次送入机舱中，具体的回风量设置与不同航空公司的要求有关。为了降低这部分再循环空气对机组人员和常客健康的影响，商用飞机均会采用HEPA高效过滤器对回风进行过滤，正常情况下使用的是对PM0.3的过滤要求为99.97%的H13级滤网，并且需要定期更换[5]。为了确保机舱内空气舒适，在飞机巡航期间通常会按照20~30次/每小时的标准进行换气[5]，理论上平均2~4分钟左右可以完成一次机舱内的空气循环。不过当飞机在起飞前或降落时并不会始终保持如此高的换气效率[6]。

  • 从空气循环的角度看，靠窗座位的感染风险要低于走道座位。

  • 从换气效率的角度看，在起飞前和降落时机舱内的感染风险要高于飞机高空巡航时。


通过具体的颗粒物数值对不同阶段按照风险顺序排列[7]：滑行起飞≥滑行降落＞登机等候（关闭舱门）＞登机等候（未关舱门）＞巡航飞行
下图为飞机高空巡航时使用民用颗粒物检测仪检测到的颗粒物数值。

二、飞机内的实际传播

尽管机舱内的换气效率要好于绝大多数室内环境，但在实际应用中仍然会出现呼吸道疾病进行传染的情况。非常典型的传播案例发生在2003年SARS疫情期间（见下图），一架载有120名乘客由香港飞往北京的航班中在3小时的飞行过程中造成了22人感染[8]。

从这个传播案例可以观察到一个反常识的现象，即受影响的乘客散布在源头病人的前七排和后五排之间的区域内，且并没有明显的分布规律。对于这种散布的可能解释包括：机舱过滤系统出现故障，其他气流因素影响，在乘机前就已经造成了传播等等。

在新冠病毒大流行期间的另一例与机舱内新冠病毒传播相关的案例中[9]，除了紧挨的临近座位，也没有特别明显的传播规律。
三、飞机内的传播因素
造成实际传播中没有明显规律的原因比较复杂，包括但不限于热羽流[10]以及机组人员和乘客的移动[11]造成的影响，甚至还有高效的通风系统带来的负面因素[12]。研究发现在机舱中，设置较高的送风流速可提供更好的稀释效果，但同时也增强了呼出气溶胶的扩散。由于稀释效应更显著，一些靠近源头的乘客对呼出气溶胶的暴露程度较低。然而增强的扩散效应也将更多的气溶胶带到了座位较远的乘客身上，导致这些位置的暴露程度更高。如果病原体传染性高，则高送风速率可能会导致更多感染，但如果病原体传染性低，则可能会减少病例数。气溶胶的扩散取决于尺寸，送风量越大，整体气流对气溶胶扩散的影响越显著。同时大约60~70%的气溶胶会出现沉积，当中很大一部分会沉积在靠近源头的物体表面上，这表明除了空气传播的风险之外，还可能存在通过间接接触传播疾病的风险。

另一项研究也显示机舱内的整体气流模式对气溶胶的输送起着最重要的作用[13]。感染者呼出气溶胶的30秒内，气溶胶会分布到其之前和之后的两排座位，并在4分钟内均匀散布到前后七排中。在机舱通风系统的工作下，在第1、2、3、4分钟后，空气中的总气溶胶含量分别减少到48%、32%、20%和12%。

虽然很多因素都会影响机舱内呼吸道疾病的传播效率，但整体上来说在大流行期间，得益于较高的换气效率，因乘坐飞机而造成新冠病毒感染的概率还是相对较低的[14]。

另一方面，飞行过程中佩戴口罩可以显著降低感染风险。在新冠大流行早期，转移钻石公主号游轮上的游客时，有11人（其中2人处于潜伏期）乘坐一架小型飞机回国，途中他们都佩戴了FFP2级别的口罩，在总计13.5小时的乘机时间中，另外9人并没有感染新冠病毒，期间他们还进行了2顿和合计30分钟的餐食[15]。
四、飞机内的座位选择
尽管在机舱中呼吸道疾病传播的并没有特别明显的规律，但由于民航客机普遍拥有较为优秀的空气净化系统，最大的感染风险其实仍来自于近距离的传染源。所以应该尽量选择乘客密度较小的位置。按照现行的相关规则，民航中A和K两列永远是靠窗户的，C和H两列永远是靠走道的，如果乘坐的是3+4+3的宽体机， D和G两列也靠近走道。
不同机型的座位分布略有不同，但整体来说：

  • 头等舱/商务舱的乘客密度要小于经济舱，但价格也更高。

  • 经济舱中第一排和紧急出口旁边的座位整体空间更大，密度相对较低。

  • 经济舱中最后几排座位有时会出现无人选择的情况，从而使得乘客密度相对较低，但机尾在遇到气流影响时会更加颠簸。

  • 靠窗的座位略优于过道的座位。

  • 过道的座位略优于中间的座位。


总的来说，由于机舱内高效的空气过滤系统，乘坐飞机出行的感染风险是相对较低的，影响乘机体验的更多的是认知恐惧以及非乘机环节的风险。乘机的其他内容可以查看《后流187-民航飞机与机场【实践篇】》。
以上就是本期分享的全部内容，有什么问题欢迎给我留言。

本期封面：Miss lrene Hirst, later the Hon.Mrs Rose by Philip Alexius de Laszlo (1869-1937)
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参考资料：

  • [1]Gendreau M, DeJohn C. Responding to medical events during commercial airline flights. N Engl J Med. 2002;346:1067–1073. 

  • [2]National Research Council . The airline cabin environment: air quality and safety. National Academic Press; Washington, DC: 1986.

  • [3]WHO . Tuberculosis and air travel: guidelines for prevention and control. WHO/TB98.256. World Health Organization; Geneva, Switzerland: 1998.

  • [4]Spengler J, Wilson D (2003) Air quality in aircraft. Proc Inst Mech Eng Part E J Process Mech Eng 217(4):323–336

  • [5]Hunt , E. H. , Reid , D. H. , Space , D. R. and Tilton , F. E. 1995 . Commercial Airliner Environmental Control System: Engineering Aspects of Cabin Air Quality . Presented at the Aerospace Medical Association Annual Meeting, Anaheim, CA

  • [6]World Health Organization . 2006 . Tuberculosis and Air Travel: Guidelines for Prevention and Control , 2nd United Nations

  • [7]后大流行时期的生活187——民航飞机与机场【实践篇】

  • [8]WHO . Consensus document on the epidemiology of severe acute respiratory syndrome (SARS). WHO/CDS/CSR/GAR/ 2003.11. World Health Organization; Geneva: 2003.

  • [9]Speake H, Phillips A, Chong T, Sikazwe C, Levy A, Lang J, et al. Flight-Associated Transmission of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 Corroborated by Whole-Genome Sequencing. Emerg Infect Dis. 2020;26(12):2872-2880. https://doi.org/10.3201/eid2612.203910

  • [10]Y. Yan, X. Li, J. Tu Effects of passenger thermal plume on the transport and distribution characteristics of airborne particles in an airliner cabin section Sci. Technol. Built Environ., 22 (2) (2015), pp. 153-163

  • [11]S.B. Poussou, S. Mazumdar, M.W. Plesniak, P.E. Sojka, Q. Chen Flow and contaminant transport in an airliner cabin induced by a moving body: model experiments and CFD predictions Atmos. Environ., 44 (24) (2010), pp. 2830-2839

  • [12]G. N. Sze To,M. P. Wan,C. Y. H. Chao,L. Fang &A. Melikov,Experimental Study of Dispersion and Deposition of Expiratory Aerosols in Aircraft Cabins and Impact on Infectious Disease Transmission Pages 466-485 | Received 05 Jun 2008, Accepted 07 Jan 2009, Published online: 26 Feb 2009

  • [13]Gupta JK, Lin CH, Chen Q. Transport of expiratory droplets in an aircraft cabin. Indoor Air. 2011 Feb;21(1):3-11. doi: 10.1111/j.1600-0668.2010.00676.x. PMID: 21208287.

  • [14]Bhuvan KC, Shrestha R, Leggat PA, Ravi Shankar P, Shrestha S. Safety of air travel during the ongoing COVID-19 pandemic. Travel Med Infect Dis. 2021 Sep-Oct;43:102103. doi: 10.1016/j.tmaid.2021.102103. Epub 2021 Jun 7. PMID: 34111566; PMCID: PMC8180446.

  • [15]Ran Nir-Paz, Itamar Grotto, Israel Strolov, Asher Salmon, Michal Mandelboim, Ella Mendelson, Gili Regev-Yochay, Absence of in-flight transmission of SARS-CoV-2 likely due to use of face masks on board, Journal of Travel Medicine, Volume 27, Issue 8, December 2020, taaa117, https://doi.org/10.1093/jtm/taaa117


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