COVID-19：誰もがマスクをするべき理由　新たな科学的根拠

COVID-19: WHY WE SHOULD ALL WEAR MASKS — THERE IS NEW SCIENTIFIC RATIONALE

2020年3月27日

概要

欧米では、医療従事者が必要とするマスクが不足することを危惧して、公的見解では一般人のマスク着用は推奨されて来なかった。だが、一般人のマスク着用を「効果がない」とする科学的根拠はない。むしろ、急激な患者数の増加を抑えるためには、サージカルマスクや手作りマスクによる、ウイルス伝染の部分的な減少であっても効果があるだろう。しかもそれらの使用によってN95マスクなどの医療現場で使われるマスクが不足する心配もない。新型コロナウイルス（SARS-Cov-2）の人体組織への侵入経路とくしゃみや咳による飛沫の弾道学的特性に関する最新の科学的発見によると、SARS-Cov-2の主な感染経路は空気中を漂う微細な粒子のエアロゾルではなく、咳やくしゃみで飛び散る比較的大きな粒子であるので、全ての人がマスクを着用するべき十分な根拠となるだろう。

導入部

アメリカ軍医総監は「マスクを買うのはやめよう。感染症予防には効果的ではない。」とツイートし、アメリカ疾病予防管理センター（CDC）はサージカルマスクはN95マスクよりもずっと防御性能が低いと述べている（N95マスクは顔に完全に隙間がないように取り付ける必要があり、専門性のある医療従事者のみが扱えるものである）。CDCは、健康な人はマスクをする必要は全くなく、病気の人だけがするべきだと述べている。このようなガイドラインは科学的根拠に基づくものではなく、マスクの供給が不足する中で医療従事者のためにマスクを確保するという必要性から生じているものである。しかし、このガイドラインは、（ウイルスを保有しており他人に感染させるかもしれない）人々が公共の場でマスクを着用することに対して悪いイメージを植え付けるという、意図しない結果をもたらしてきてしまったようだ。

マスクの着用を文化的慣習という点から比べると、アジア諸国ではマスクの着用は推奨されているか、さらには義務化されており、そのような国では感染者数の急激な増加はすでに抑えられたか、もしくは初めから急増することがなかった。

サージカルマスクや正しく着用されていないN95マスクではウイルスから完全に身を守ることはできないのは確かである。しかし、目的がウイルスの根絶ではなく「感染者数の急増を抑制する」ことであるなら、1か0か白黒はっきりさせたがるのはやめて、その中間のはっきりしない灰色の部分を受け入れよう。もはやマスクが「（全く）効果がない」とは言えない。完璧さを追求するあまり良いことまでせずにいるわけにはいかない（We cannot allow the perfect to be the enemy of the good.）。空気もれだらけのサージカルマスクや手作りマスクが、推奨されている（が同様に不完全な）感染防止策である6フィート（180センチメートル）離れるソーシャルディスタンシングや「手で顔を触らないこと」と同じ程度まで感染の可能性を減らすとしたら？もしそうなら、マスクの着用は、感染拡大防止において、医薬品以外の公衆衛生上の対策（non-pharmacological intervention (NPI)）の効果を2倍近く高めるだろう。

CDCは一般人のマスクの着用は「効果的ではない」とする主張に対して何の科学的根拠も示していないので、この記事ではサージカルマスクに感染を防ぐ効果があることを示す科学的根拠を再確認してみようと思う。我々は疫学・現象学的根拠ではなく、機械学的根拠に着目した。咳の飛沫の弾道性と、COVID-19を引き起こすウイルスであるSARS-CoV2の感染に関する生物学の最新の研究結果に基づいて、我々は、間に合わせの手作りマスクによるものを含むいかなる物理的障壁も、COVID-19の蔓延を補助的に減らす効果があると結論づけた。近いうちに経済を活性化させるために都市封鎖の緩和と限定的な社会活動を求める圧力に屈するならば、一般人のマスクの着用は有効な感染拡大緩和策となるであろうし、新型コロナウイルスとの長い戦いにおいて役立つ手段となるだろう。

CDC、FDAその他の機関による医療従事者以外のマスク着用は効果的ではないという公式見解は、次の3つの観点から正しくない。その3つは、論理的観点、ウイルス伝播機序的観点、ウイルス感染経路の生物学的観点である。

I. 論理的観点

言うまでもなく、アメリカ国立労働安全衛生研究所（NIOSH）認定のN95マスクであろうがゆるゆるのサージカルマスクであろうが、ウイルスを100％完璧に遮断できるマスクはない。しかし、不完全な防護が「完全に無駄」だというわけではない。それは例えば、満杯ではないコップの水が空っぽだとは言えないのと同じことだ。喉が乾いている時なら、コップに水が60％しか入っていなくても喜んで飲むだろう。ウイルスを完全に遮断するという科学的根拠のないことは、ウイルスを全く遮断しないという根拠にはならない。しかし、完全に白黒つけたがる我々の世界では、マスクが「効果的ではない」という公的メッセージが「完全に無駄」だという間違った意味に受け取られてしまっている。残念ながら、当局が作り出した白か黒かの雰囲気により、マスク着用の有効性に関する議論は、産業界がこの一枚たった75セントの防護用品の生産数を増加させる動機付けをする可能性と共に抑え込まれてしまった。

しかし、ウイルスの根絶ではなく、感染者数の急増を抑制するのが目的であるなら、部分的防御という概念が脚光を浴びることになるような、（ウイルスの根絶という）絶対的目標ではなく（感染者数の急増を抑制するという）「相対的」目標を設定しよう。原理的には、（縦軸に感染者数の合計、横軸に日付などの時間の経過をとるような）感染者数増加を示す線グラフにおいて、マスクによる部分的防御X％によって、感染者数増加率を表す傾きを水平（感染者が増加していない状態）に近づけられた程度Yを計算することができるだろう。

（注：以下のようなグラフを念頭においていると思われます。スクリーンショットは5月1日の日本のグラフ。「Cases double every day」と書いてある直線は、感染者数が毎日倍増する場合のグラフの傾きを表しています。傾きが水平に近づくほど増加ペースが遅いことを表します。日本のグラフは「（Cases double）every 10 days」と書いてある直線の少し上にあるので、感染者数が「10日で倍増」よりも少し速いペースで増加しているようです。グラフ引用元：Infection Trajectory: See Which Countries are Flattening Their COVID-19 Curve）

Ⅱ. ウイルス伝播機序的観点

空気伝染病を引き起こすウイルスが咳やくしゃみによって飛び散る粒子によってどのように人から人へと運ばれるのかは、複雑かつ研究が進んでいない分野である。この記事内の議論では、粒子をその大きさに基づいて大まかに2種類に分類することにする。

（ａ）空気中を漂うほど軽い粒子である「エアロゾル」の大きさの上限である直径10μm以下の粒子

この大きさに分類される粒子を「エアロゾル」と呼ぶことにしよう。このような小さなエアロゾルは換気装置や風によって部屋中を運ばれる。N95のマスクと普通のサージカルマスクの違いは、N95のマスクはエアロゾルを防ぐために設計されており、0.3μm未満の粒子を95％防ぐことが出来ることである。

（ｂ）最大0.1mm以上の直径10μmより大きい粒子

ここでは、この大きさに分類される粒子を「噴霧粒子」と呼ぶことにしよう（より詳しい議論は Nicas and Jones, 2009 を参照のこと）。もちろん、咳やくしゃみによって噴射される粒子は肉眼で見えるほど大きいこともある（直径0.1mm以上）。 Xie et al による算定結果によると、大きさ、湿度、温度に左右されるが、直径0.1mm以上の粒子は2m以上広がることなく蒸発するか、地面に落下する。しかし、咳やくしゃみによって、粒子は初速50m/秒（くしゃみ）や10m/秒（咳）でミサイルのように口から発射され、粒子は6m離れたところにまで到達することがある。そうであれば、ソーシャルディスタンシングで言われている「安全距離」である6フィートや2mは、マスクをしていない限り十分とは言えなくなるかもしれない。

エアロゾルと噴霧粒子の生物学的な主な違いは以下のようなものだ。浮遊微小粒子が吸い込まれ、気道を通ってガス交換が行われる肺胞がある肺の深部まで到達するには、粒子が小さくなければならない。直径10μm以下の粒子のみが肺胞に到達することができる。それに対して、噴霧粒子は鼻や喉（鼻咽頭腔）や肺の上気道、気管、大気管支に引っ掛かる。一般的に、咳によって放出される粒子のうちの半数程度がエアロゾルに分類される大きさであるが、放出された粒子全体の体積のうちの10万分の1以下に過ぎない (Nicas et al 2005)。

したがって、非常に小さな粒子を遮るために設計されている精巧なN95マスクは、エアロゾルがウイルスを肺胞まで運ぶことを防ぐのに役立つのである。だが、このことは本当に感染者数の急増を抑えるのに関係があるのだろうか？以下を見てみよう。対照的に、鼻咽頭に付着するような大きな粒子はもっと単純な構造のサージカルマスクや防塵マスクなど、様々な物理的障壁で防ぐことができるようだ。

もちろん、呼気や咳による飛沫中のエアロゾルの大部分はウイルスを含んでいないかもしれないが、ウイルスを含んでいるものが全くないわけではないだろう。SARS-Cov-2に関しては、最小感染量（臨床疾患を引き起こす発病段階に達するのに必要なウイルス粒子数）がどれほどなのか分かっていない。しかし、我々はまず小さなエアロゾルと大きな飛び散る粒子のどちらがより感染と関係があるのか評価することから始めることにする。

肺胞は浮遊粒子がウイルスを届ける目的地である（解剖学的に肺胞は生命を脅かす肺炎が生じる場所である）というCDCの暗黙の了解のような見解によると、N95マスクが明らかに重要であるという意識が高まり、サージカルマスクは効果がないという考えにつながる。メッセージが単純化・簡略化され白か黒かしだけになることにより、微妙な意味合いは今やマスクは役に立たないと思い込んでいる大衆（や自称専門家）には伝わらない。

微小な粒子であるエアロゾルに関しても、サージカルマスクによる部分的な遮断は何もないよりはずっと良いのだということを忘れてはならない。2008年に行われたマスクのフィルター性能試験では、van der Sande とオランダの共同研究者たちは（１）茶巾を使った手作りマスク（２）標準的なサージカルマスク（３）ヨーロッパにおけるN95マスクと同等の性能であるマスクのFFP2マスク、の3種類のマスクの0.2〜1μmの範囲のエアロゾル（下気道に到達可能）の遮断性能を比較した。

マスクの外側から内側への遮断性能を見ると、CDCのマスクは感染症予防に「効果的ではない」というメッセージに対する疑問は正当なものだと分かる。FFP2（N95）マスクが99％以上のエアロゾルを遮断する一方、サージカルマスクはエアロゾル粒子数をマスクの外側の4分の1に減らしたのだ。咳によって飛散するエアロゾルより大きな噴霧粒子では、サージカルマスクとN95などの医療用マスクとの違いはさらに小さくなるだろう。興味深いことに、マスクの内側から外側への遮断性能では、違いはいっそう少なかった（FFP2（N95）マスク：70％遮断、サージカルマスク：50％遮断）。

これらの結果は次のような急を要する疑問を投げかけている。もし我々の誰もが「感染の急激な拡大を抑制する」ことを望んでいるなら、肺に到達する浮遊粒子が4分の1になることによって人から人への感染がどれほど抑制されるだろうか？不完全なマスクでも、少なくとも6フィートの社会的距離や手を洗うことや顔を触らないことと同程度の感染防止効果はあると直感的に感じるだろう。これらの対策も十分な疫学的根拠があるわけではなく、機械的に妥当性がありそうだから推奨されているだけだ。

専門的には基本再生産数の概念を用いることにより、吸い込む飛沫がサージカルマスクによって4分の1に減少し、その場しのぎの茶巾マスクによって3分の1に減ることによって、「再生産数」が初期のR0（基本再生産数）から感染防止対策実施t時間後のRt（実効再生産数）までどれほど減少するかを数値化することができる。おそらく25％ほど減るのではないだろうか？SEIR疫学モデル（SEIR-epidemiological models）を用いることにより、どの程度Rが減少すれば感染の急拡大を医療崩壊を防げる程度まで抑えることができるか計算することができる。

（注：導入部にあるグラフはSEIR疫学モデルに筆者の仮定に基づいた数値を入力して算出したもののようです。以下再掲。アメリカを想定しており、原文のグラフ下部の説明によると、人口3.3億人、Tinc（潜伏期）=5.2日、Tinf（感染期間）＝3.0日、R0＝5.6（アメリカでの感染者数が0日目の100人から20日目に35,000人に増加したことから高めの設定）、0日目＝3月30日、0日目の感染者数＝100人。25日目に再生産数を50％下げる感染防止対策を始めた場合、何もしなかった場合よりもピーク時の感染者数が減り、ピークが来る時期も後ろにずらせることを示しているようです。5月3日時点でアメリカの感染者数は113万人程度なので3月末に書かれたこの記事の予想とは違っているようです。）

しかしながら、基礎部分から全体を組み立てるRの計算は、数値化するのが簡単ではない様々な機械的要因の知識を必要とするため複雑である。例えば、COVID-19感染のうち何割が噴霧粒子によるもので、何割がエアロゾルによるものなのか分かっていない。感染予防としてN95マスクがサージカルマスクよりも優れた効果を発揮することが分かっているのは、エアロゾル経由の感染の場合だけである。さらに、感染予防策が社会的距離を保つこと単体の場合にどれほどRが減少するのかも分かっていない。

そこで、この問題の突破口となる可能性があり、「サージカルマスクは効果的ではない」と主張した公的機関が考慮してこなかった、感染の生物学的側面について見てみよう。

Ⅲ. ウイルス感染経路の生物学的観点

SARS-Cov-2ウイルスも他のウイルスと同様に、かぎとかぎ穴の原理によって人の細胞の表面にドッキングしなければならない。ウイルスが細胞表面にあるかぎ穴にぴったり合うかぎを提示すると、ウイルスは細胞に侵入し、自分と同じウイルスを複製することができる。SARS-Cov-2の場合、「スパイクタンパク質S」が「かぎ」であり、宿主細胞の表面にある「かぎ穴」タンパク質にぴったり合わなければならない。その「かぎ穴」に当たるタンパク質はアンジオテンシン変換酵素2（ACE2）タンパク質である。

ACE2は通常は心配保護機能を持っている。ACE2タンパク質の発現率は高齢者、慢性心疾患、肺高血圧症、全身系動脈高血圧の患者において高くなる。（ウイルスが細胞内に侵入するために必要なプロテアーゼなどの他の宿主タンパク質はACE2よりも多く広範囲に発現しているので、ACE2の発現が律速因子となる。）現在、高血圧がCOVID-19による成人呼吸窮迫症候群や死亡の危険因子であると言われているように、ある種の降圧薬と、皮肉なことに呼吸による機械的なストレスによっても、ACE2の発現は高くなる。

驚いたことに、ACE2タンパク質の肺での発現率は非常に低く、肺深部の肺胞の細胞（AT2細胞）にはごくわずかしかない。しかし、ヒト細胞地図計画（HCA）コンソーシアムに発表されたばかりの論文によると、ACE2の発現はある種の分泌に関わる鼻の内側の細胞で高いことが分かった。

上記のメカニズムより、ACE2は鼻の内側で高発現であるので、新型コロナウイルスは鼻の内側の細胞から感染すると考えられる。噴霧粒子は飛沫全体の体積のうちの大部分を占める上に、この場所に付着するのはエアロゾルではなく噴霧粒子であるので、新型肺炎の感染の大部分は、咳やくしゃみによって飛び散った飛沫がウイルスのかぎ穴に当たるタンパク質を持つ細胞が存在する鼻腔・咽頭部分に付着することによって起こると考えられる。この感染ルートがマスクなどの簡易なバリアで防ぐことが出来るのは明らかである。（鼻腔にACE2が高発現であることで、物の表面→手→顔経由での感染確率も高くなるので、手を洗うことも重要である。）

実際に、 Wölfel et al.が、元のSARSなどの他の空気感染ウイルスと異なり、新型コロナウイルスのウイルス物質は鼻の綿棒採取により容易に発見・分離出来ると報告している。同じようにACE2を介して細胞内に侵入するSARSと比べて、COVID-19の場合はより高濃度のウイルスゲノム（RNA）がより早い段階から鼻の綿棒採取で発見されるので、検出が比較的容易である。事実、FDAは検体の自己採取のために、鼻腔深くではなく鼻の前の方を綿棒で拭って採取することを承認した。分子解析の結果によると、新型コロナウイルスは他の呼吸器疾患系ウイルスが肺のより深部で活性化するのに比べて、早期から鼻腔・咽頭部分で活性化・複製することが分かった。

ウイルスの複製が鼻腔・咽頭の粘膜で行われるということにより、感染初期に鼻の粘膜で陽性を判定出来ること、無症状のキャリアが感染を広げること、初期症状として無嗅覚症が見られることがあることの説明がつく。同時に、肺には到達しないが、上気道に付着する比較的大きな飛沫を防ぐことが、最も有効な感染対策だと言えるだろう。従って、（欧米の）政府の一般人のマスク着用を推奨しない見解に反して、サージカルマスク、目出し帽、バンダナ、スカーフ等の着用は感染予防として有効である可能性がある。N95マスクはサージカルマスクに比べて、期待されているほど高い防護性能はないかもしれない。（一応、CDCは医療機関でマスクが欠乏した場合、最後の手段として医療従事者にスカーフで鼻と口を覆うことを提案している。）

実用的・社会的観点から、サージカルマスクや手作りマスクの着用は、正しく行われれば、感染拡大防止効果が期待されこそすれ、害になることはない。（使用後は必ず表面を触らないように捨てるか洗うかしよう。）シンプルで安価なサージカルマスクや手作りマスクは、ほんの僅かであれ十分な程度であれ、急激な感染拡大を抑制する効果も期待できる。さらに重要なことに、医療従事者が使用するN95マスクを一般人が奪う心配もない。

含意

欧米政府機関がマスクの着用を推奨せず、さらにはマスクの着用に対して悪いイメージを持たせたことによって間違った論理的、ウイルス伝播機序的、生物学的観点が生じ、COVID-19の爆発的感染拡大が起こったとしたら悲劇的なことである。SARS-Cov-2が人体に侵入する主な経路は上気道であるので、鼻や喉に付着する大きな飛沫を防ぐことができるマスクを着用することにより、社会的距離を保ったり手を洗ったりするのと同じくらい、再生産数Rを減らすことができるかもしれない。他の対策にマスク着用も追加することにより、感染拡大防止策の効果が倍増するだろう。

今後のことを考えると、もし経済を支えなければならないという政治的圧力によって近いうちに都市封鎖が緩和されるなら、公共の場でのマスクの着用は、完全な都市封鎖と、ウイルス感染が再燃する危険のある封鎖からの完全な解放との間の良い妥協案になりうるだろう。この記事で示したように、公的機関の「アンチマスクヒステリー」に終止符を打ち、感染急拡大抑制に成功しているアジア諸国のようにマスクの使用を推奨または義務化するのに十分な科学的根拠があるのだから。

2020年4月1日追記：記事で引用した Wölfel et al.による研究がこちらで公開された。

翻訳元記事

COVID-19: WHY WE SHOULD ALL WEAR MASKS — THERE IS NEW SCIENTIFIC RATIONALE

本文中の画像は特に断りがない限り翻訳元記事より引用