以下、目次です。
- ウィルス（飛沫/エアロゾル）とマスクの基本情報
・飛沫、飛沫核、エアロゾル、ウィルスの大きさ
・マスクの繊維径
・マスクの網目の大きさ
2. マスクと微粒子を科学的に理解する
・粒子を捕集（濾過）する５つのメカニズム
①重力沈降（gravity sedimentation）
②慣性による衝突（inertial impaction）
③インターセプト（interception）
④拡散（Diffusion）
⑤静電引力（Electrostatic attraction）
3. 極小サイズの粒子は逆に捕集されやすい
4. マスクと顔の間の隙間問題
5. 普通のマスクで十分効果あり（症例対象研究編）
6. 普通のマスクで十分効果あり（エアロゾル測定編）
7. 崎谷博征氏の医師免許について
前回の記事の最後に布マスクについて追記をしましたので、読んでください。
新型コロナウィルス感染症「まじめに論文チェックシリーズ」
★ 崎谷博征氏のフェイスブック投稿「やはりマスクは危険である」（リンク）
１. 「マスクで低酸素血症にはならない」〜崎谷博征先生、マスクが危険って本当ですか？その１〜（リンク）
２. 【全文和訳】マスクは危険のエビデンス論文【読んでみよう】（リンク）←この論文を査読しています。
３. 「リファレンスを読もう！」〜崎谷博征先生、マスクが危険って本当ですか？その２〜（リンク）
４.「科学的にマスクを知る（前編）」〜崎谷博征先生、マスクが危険って本当ですか？その３〜（リンク）
マスクひとつでも、丁寧にエビデンスと論理的根拠をもとに説明するのは大変です……..アップが遅れました。では、今回も盛りだくさんの内容、いってみましょう。
ウィルス（飛沫/エアロゾル）とマスクの基本情報
ここで一度、基本的な情報を抑えておきましょう。なんでも基本は大事です！
飛沫、飛沫核、エアロゾル、ウィルスの大きさ
エアロゾルの定義は、エアロゾル学会を参照とすると「気体中に浮遊する微小な液体または固体の粒子と周囲の気体の混合体」です(1) 。
上記画像の20nmのウィルスから、100μmを超える花粉まで、気体中に浮遊していれば、それはエアロゾルです。ただし、新型コロナウィルス感染症についてエアロゾルの名前を利用するときに一般的に認識されているのは、空気中を漂う5μm以下の飛沫核のことかと思います。
画像引用：大衛株式会社
呼気や咳からウィルスが放出される時、それは水分に包まれています。これを「飛沫」と言います。飛沫の水分が空気中で蒸発すると、飛沫核となり、長期間空気中に漂います。飛沫核となって浮遊しているものを「エアロゾル」だという認識で語られています。
新型コロナウィルスの大きさは０.１μm（１００nm）前後です。呼吸器からウィルスが裸で出てくるのではありません。前述の通り、飛沫（５μm以上）として吐き出されます。大きなものはすぐに落下しますが、水分が蒸発して小さくなるほどに、長時間空中を浮遊します。
では一体どの程度のサイズのエアロゾルが空気中を浮遊していて、さらに新型コロナウィルス（SARS-COV-2）を含んでいるのか気になります。論文を探すと１件見つかりました。
武漢の病院内の３箇所での調査ですが、データにばらつきがあります。なんとも言えない結果ですが、一般人に当てはまるシチュエーションに近いのは、医療スタッフのオフィスかと思います。ここでは２.５μm以上のエアロゾルが最も多いですが、０.１μm以下のエアロゾルからも新型コロナウィルスのRNAが検出されています(16)。
０.１μmという極小サイズでも、実はマスクはウィルスを捕集する能力があります。詳細は後述します。
マスクの繊維径
１インチあたりの糸数（TPI：Thread per inch）が多い方がウィルスの濾過率が高いことを前回の記事で説明しました。TPIの大きさは「より小さい繊維径の糸を使用している（だから１インチあたりの糸数が多くなる）」ことと相関しています。
Vainshelboimの論文内には、
“現在の知見によると、SARS-CoV-2というウイルスの直径は60nm～140nm［ナノメートル（10億分の1メートル）］［16］［17］であるのに対し、医療用および非医療用フェイスマスクの糸の直径は55μm～440μm［マイクロメートル（100万分の1メートル）］であり、1000倍以上の大きさである［25］。”
と記述があります。新型コロナウィルス（SARS-CoV-2）の大きさ「直径60nm～140nm」については確認されています(2)。マスクの糸の直径「55μm～440μm」については、Vainshelboimが引用している文献２５番（前回の記事で紹介したKondaらの論文）には記載がありません(2)。
どこまでいい加減なのか、驚くばかりです。そして事実と異なります。
不織布の製造メーカーのwebsiteを参照にすると、
“不織布に使用されている、繊維の太さは、大体２デニール～３デニールの糸で出来ています。２ｄ～３ｄの繊維をミクロンに直すと１５μm～３０μm程度です。眼鏡拭きなどの超極細繊維でおおよそ１０分の１の細さです。またマスクなどに使用されている超極細繊維の中には通常の１００分の１の細さの不織布も有ります。”
とありますから、医療用マスクの繊維径は少なくとも３０μm、小さいもので１μm以下のものがあります。それら「ナノファイバー」と呼ばれる繊維を利用したマスクは多種販売されており、購入することができます。
コットンの繊維径は１μmから２２μmとの報告を見つけました(19) 。かなり幅があり、細いものほど高いTPIとなります。
※前回の記事にも追記しましたが、糸が細ければ布マスクの性能が高くなるわけではありません(19) 。様々な要因が布マスクの濾過率と関わりますが、また改めて紹介します。
マスクの網目の大きさ
一般的にはこんな感じで言われています。
（画像引用：サイエンスなび / ミクロの世界 家庭用マスクの観察）
以下は国立大学法人豊橋技術科学大学のプレスリリース資料より引用(3)。
不織布は織っていない布であり、網目は均等ではありませんから、０.５〜１５μmとかなり幅があります。
空気中を漂うエアロゾルのデータは前述しましたが(16)、人から排出される飛沫は、１０μm前後がもっとも多くなると示されています(3)。飛沫のサイズは、１μm〜１００μmがほとんど全部の割合を占めています。
従って、対面で近距離で受ける飛沫に限っては、不織布のマスクは排出も吸入も大部分は防げることが分かります。富岳のシュミレーションでは、布マスクでも７割の飛沫拡散を抑えることを示しています。
これが、素材や組み合わせで性能を向上させられる可能性があることは前回の記事で説明した通りです(4)(5)(6)。
不織布のマスク以外のマスクについても見ていきましょう。
以下はさいたま市健康科学研究センターwebsiteより顕微鏡写真を引用(7) 。
国産不織布マスクのフィルター（５００倍）
ガーゼマスク（７５倍）
ウレタンマスク（７５倍）
これらを見ると、やはり不織布マスクが隙間が小さく、ガーゼマスクやウレタンマスクは大きいようですが、ガーゼマスクはガーゼを多数重ねており、最低でも８層になったものが販売されていると思います。一方、ウレタンマスクは１枚なので、マスクの中でも性能が劣ります。吐き出す飛沫を５割しか抑制できません(3) 。これは問題かもしれませんね。
（画像引用：Nanoxera / Air Queen）
不織布マスクに関しては、ナノファイバーを利用した、非常に隙間の小さなものもあります。それでも０.５μm〜１μm程度の隙間は無数にありますし、顔とマスクの間に隙間も発生します。従って、隙間を埋めることによって完全にウィルスやエアロゾルをブロックすることは不可能です。
では空間を浮遊している微小なエアロゾル（飛沫核）に対しては、マスクはどのように効果を発揮しないのでしょうか？次はそこを考えていきます。
マスクと微粒子を科学的に理解する
マスクは大きさだけで考えた場合、小さな飛沫核、ウィルス、PM2.5などに対しても無力であるように思えます。それにも関わらず、マスクには微小粒子を捕集する能力があります。そのメカニズムを科学的に見ていきましょう。
粒子を捕集（濾過）する５つのメカニズム
マスクの濾過メカニズムに関するレビュー論文(8) のイラストを転載しながら説明します。
A Tcharkhtchi et al. “An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration（マスクによるろ過効率の概要。エアロゾルの透過のメカニズム）” Bioact Mater. 2020 Aug 11;6(1):106-122.(8)
５パターンのマスクの濾過メカニズムがありますが、最初の３つは飛沫を防ぐメカニズムだと考えてください。
①重力沈降（gravity sedimentation）
マスクの層内に侵入した粒子が、重力で落下して繊維に捕集される。
0.5μm以上の大きさの粒子の主要な捕集メカニズムです。
②慣性による衝突（inertial impaction）
勢いよく飛んできた粒子は、慣性で気流を外れて繊維にぶつかって捕集されます。
0.5μm以上の大きさの粒子の主要な捕集メカニズムです。
③インターセプト（interception）
気流に乗って流れてくる粒子が繊維にぶつかって捕集される。
0.1μm以上の大きさの粒子の主要な捕集メカニズムです。
次の２つが、小さなエアロゾルに対して有効となるメカニズムです。
④拡散（Diffusion）
粒子、熱、運動量等が、散らばり、広がる、物理的な現象を拡散と言います。小さな粒子ほど、また温度が高いほど、物質は不規則な方向へ運動し、激しく動き回っています。これをブラウン運動と言います。
以下のリンク先に、0.5μmと、3μmのビーズがブラウン運動をしている動画がありますので見てください。
分子モーターの輸送力をゆらぎから調べる（生命科学DOKIDOKI研究室）
０.５μmのビーズの方が、激しく動いているのが分かります。
上の図は、1μmのビーズが3.3秒間の間に運動した軌跡を線で表したものです。上下方向に2μm以上、左右方向にも1μm程度運動しています。ビーズの周囲に大量に存在する水分子は、なんと500m/sという高速であらゆる方向へ動き回っており、それがビーズに次々と衝突することにより、ビーズもまたランダムに激しく運動します。(9)
大気中でも、大気中に存在する水分子がエアロゾルにぶつかることによって、エアロゾルはブラウン運動します。それによって、小さいながらもマスクの繊維に捕集されやすくなります。0.2μm以下の小さな粒子は、主に拡散（Diffusion）によって捕集されるようです(8) 。
⑤静電引力（Electrostatic attraction）
電荷を帯びた繊維が、反対の電荷を帯びた粒子を気流から吸着する静電引力は、呼吸速度のような低い風圧での有力な捕集メカニズムです(4) 。不織布のマスクでは開発が進んでおり、サブミクロン（<1μm）単位の微粒子を捕集できることが確認され、実用化されています(10)。天然の繊維でも、静電引力はマスクの濾過能の主要なメカニズム（特に通常の呼吸速度における小さな粒子）であると考えられています(8) 。
以上５つの、マスクが粒子を捕集するメカニズムでした。以下、動画でシュミレーションを見ることができますので、興味のある方はご覧ください。
極小サイズの粒子は逆に捕集されやすい
ということで、「ウィルスはあまりに小さく、マスクの網目はそれよりも大きいので意味がない」という主張は、科学というツールで客観的に観測すると間違いであることが分かりました。
０.３μmを境に、小さくなるほどブラウン運動（拡散）によってウィルス粒子、エアロゾルは捕集されやすくなります。また、安静時の呼吸速度においては、静電引力も微小粒子を効率良く捕集します。(4)(8)
逆に言うとN95マスクは、もっとも捕集されにくい０.３μmの粒子を９５%捕集できるので、医療用マスクとして利用されています(11)。
「ウィルス粒子が小さければ小さいほどマスクを通過してしまう訳ではない」という事実は、知らなかった方には意外だったのではないでしょうか？
新型コロナウィルスそのものの大きさは０.０２μm〜０.１４μmという極小サイズですが、もしそれが空気中に漂っていても、０.３μmと比較してマスクによって捕集されやすいのです。人間の単純な直感や感覚による思い込みを、良い意味で外してくれるのが科学ですね。^ ^
とはいえ、１μm以下の微粒子を完全に防ぎ切ることは出来ません。なぜなら、マスクと顔の間に、マスクの網目とは比較にならないほど大きな隙間があるからです。
マスクと顔の間の隙間問題
ここでVainshelboimの主張をもう一度確認します。
”医療用（サージカル）やN95医療用のフェイスマスクでは、マスクと顔の間に少しでも隙間があると、濾過率はそれぞれ15％、58％にまで低下する[25]。”
これがいいかげんな誤引用であったことは前回の記事で説明しましたが、Kondaらの実験でも示されたように、確かに隙間があるとマスクの有効性は大きく落ちてしまいます（こちらも、読んでいない方は前回の記事を参照にしてください）。
N95マスクは「顔と密着させる」ことで効果を発揮します。ですので、医療現場ではフィットテストを指導されます(11)。日本エアロゾル学会も、高機能なフィルター性能を持つマスクも結局は空気の漏れ（侵入）によって濾過能力が決まり、マスクを構成するフィルターの捕集性能は二の次だと声明を出しています(13)。
こちらは、東京工業大学の谷岡名誉教授が発明した最新ナノファイバーフィルターを使用している「分子マスク(14) 」という商品です。
これ、倍率が違わねえか？と思うのですが……
N９５よりも明らかに隙間が少ないように見えます。
実験結果で９９.９%以上、１００ナノメートル（新型コロナウィルスの大きさ）の微粒子をキャッチすることが証明されています。
さらに、N９５マスクと通常の不織布マスクに比べて呼吸もしやすいそうです。肌に当たる部分はオーガニックコットンですから、敏感肌の人にも優しい。
実験データは嘘ではないと思います。良い商品ですし、こうしてマスクの機能が技術によって向上していくことは素晴らしく、高額ですが普及に伴って価格も下がってくるのではないかと思います。
しかし残念ながら、この商品は現実的に「９９.９%以上、１００ナノメートル（新型コロナウィルスの大きさ）の微粒子の侵入と排出が防げる」ことにはならないでしょう。前述の通り、マスクと顔の間には必ず大きな隙間ができるからです。
こちらは現役の研究者さんがマスクの効果を検証している動画ですが、マスクの隙間をなくすことで、普通のマスクでもかなりの効果をあげられることを実験で示しています。おそらく、分子マスクなどの高機能マスクよりも、この方がウィルスの濾過率は良いはずです。
以下は、テレビ番組「ためしてガッテン」の放送紹介(15)から引用ですが、
これらの「すき間ポイント」をチェックして、もう一度同じマスクで実験したところ、高性能の表示がないマスクでもカット率が97.25％となりました！
テレビ放送用の実験結果（97.25%）をそのまま受け取ることはできませんが、結局はそういうことになるかと思います。エアロゾルの吸入と排出を防げるか否かの問題は、マスクの素材だけでなく、フィット感が重要となります。(12)
何かオプションでツールを使わないと完全なフィットは望めませんが、せめて「きちんと着用するという意識」が、人々には求められると思います。また、当然ながら屋内では換気が非常に重要です。
普通のマスクで十分効果あり（症例対象研究編）
なんとなく、隙間のせいでマスクに効果がないかのような印象を持たれる不安が出てきたので（笑）、マスク効果を実証する研究を２つほど紹介しましょう。まずは、エビデンスに基づく医療において国際的に最高水準であると認められているコクラン・レビューの紹介です。(17)
２００３年２月から６月にかけて中国、シンガポール、ベトナムで SARS（-Cov-１）の流行の拡大を抑えるための公衆衛生対策の影響を評価した９つの症例対照研究をメタ分析しています。SARS発症者と非発症者における、マスクの着用率、頻繁な手洗い、徹底した居室の消毒の実践などを調べています。
マスク着用は、９つのうち７つの研究で分析されました。
結果は、マスク着用者がSARSを発症した割合は、非着用者を１として０.３２（Total Odds Ratio）でした。つまりマスクがSars発症を６８%も発症を抑えていることになります。(17)
１日１１回以上の手洗いのTotal Odds Ratioは０.５２でした。なんと手洗いを上回る発症予防効果となっています。
（手洗いをしなくても良いという意味では無いのでご注意を！研究が示す通り、手洗いは発症を半減させています。）
普通のマスクで十分効果あり（エアロゾル測定編）
次はネイチャー・メディスン掲載の、マスクを着用した感染者の呼気中のエアロゾルを測定した研究の紹介です。(18)
２０１３年３月から２０１６年５月まで、香港の市立病院の一般外来クリニックで年間を通じて被験者が募集されました。日常的に来院をする全ての３７.８℃以上の発熱、咳、喉の痛み、鼻水、頭痛、筋肉痛、痰など、少なくとも１つのかぜ症状を報告した人達に声をかけ、合計３３６３人をスクリーニングし、最終的に２４６人の呼気サンプルを採取しました。
１２２名をマスクを着用する群に、１２４名をマスク非着用群に振り分けました。２４６名中１２３名は、季節性ヒトコロナウィルス（風邪コロナ）、インフルエンザウィルス、ライノウィルスのいずれかに感染していました。
被験者の呼気は３０分間採取されました。飛沫とエアロゾルにそれぞれウィルス由来のRNAが含まれるか否かを、PCR検査で確認しました。
コロナウィルスでは、マスク着用群の呼気中エアロゾルの排出が有意に減少しました（飛沫でもマスク着用群のウィルスRNA検出はゼロ）。
インフルエンザウィルスでは、マスク着用群の呼気中飛沫の排出が有意に減少しました。
ライノウィルスでは、両群の飛沫、エアロゾル共にウィルス排出量に有意差はありませんでした。
数値を表にしたものは以下となります（原文）。
まとめますと、「サージカルマスク（普通の不織布マスク）の着用は、ライノウィルスでは呼気からのウィルス排出を防ぐ効果が少なかったが、コロナウィルスではエアロゾルの、インフルエンザでは飛沫のウィルス検出数を有意に減少させた」という結果となりました。(18)
この研究はマスクの効果が特にコロナウィルスに認められたという有意義なものでした。というわけで、マスクに感染拡大の阻止と発症予防に効果があることは明白となっております。まだまだエビデンスはありますので次回以降紹介していきます。
まあ例え話として、古い家のふすまから隙間風が入ってきて寒かったとしても、全開にしているよりも暖かく、風邪をひくのを防げますよね？
今の季節、わずかな窓の開け閉めで家の中に蚊が入ってくることがありますが、窓を常時閉めておくことで、窓を開けっ放しにすると比較したら遥かに蚊に刺されずに済みます。
そんな感覚で捉えてもらって、別に間違ってないかと思います。ただ、この例えだけじゃ説得力ないんで（笑）、科学的根拠を持って説明しています。
次回予告
もはや「マスクは危険ってなんだったっけ？笑」という趣になってきましたが、続きを展開していきます。テーマは以下です。
Vainshelboim
“無症候性の人では、マスクの有無にかかわらず、どの参加者からもコロナウイルスの飛沫やエアロゾルが検出されなかったことから、無症候性の人は他の人に感染・伝播しないことが示唆されました[26]。”
崎谷博征
「無症状の人の呼気からはコロナウィルスの飛沫やエアロゾルが検出されないので、無症状の人は他人に感染させることはない。もちろんマスクも着用する義務はない。という主張ですね。検証してみたいと思います。
投稿は週明けとしますので、両者のリファレンスを先にチェックしておくと勉強になるのでお勧めです。
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「筋が通っているのが科学」〜崎谷博征氏、マスクが危険って本当ですか？その５〜 ＊＊
リファレンス（参考文献、website）
(1) “エアロゾルとは” – 日本エアロゾル学会
(2) W Joost Wiersinga et al.”Pathophysiology, Transmission, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19): A Review. （コロナウイルス感染症2019（COVID-19）の病態生理、感染、診断、治療。レビュー）”
JAMA. 2020 Aug 25;324(8):782-793.
(3) 国立大学法人豊橋技術科学大学 Press Release, ２０２０年１０月１５日, 令和２（2020）年度第３回定例記者会見
(4) Abhiteja Konda et al.”Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks（呼吸用布マスクに使用される一般的な布地のエアロゾルろ過効率）”ACS Nano. 2020 Apr 24 : acsnano.0c03252.
(5)Konda et al. “Response to Letters to the Editor on Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks: Revised and Expanded Results（Carrらへのコメントへの回答）” ACS Nano. 2020 Sep 22;14(9):10764-10770.
(6) Catherine M. Clase MB et al. “Forgotten Technology in the COVID-19 Pandemic: Filtration Properties of Cloth and Cloth Masks—A Narrative Review（COVID-19パンデミックにおける忘れられた技術。布と布マスクのろ過特性-ナラティブ・レビュー）” Mayo Clin Proc. 2020 Oct; 95(10): 2204–2224.
(7) さいたま市健康科学研究センターサイエンスなび 「ミクロの世界 家庭用マスクの観察」
(8) A Tcharkhtchi et al. “An overview of filtration efficiency through the masks: Mechanisms of the aerosols penetration（マスクによるろ過効率の概要。エアロゾルの透過のメカニズム）” Bioact Mater. 2020 Aug 11;6(1):106-122.
(9) 田崎 晴明 – “ブラウン運動と非平衡統計力学”
(10) “便利な繊維／清潔に保つ機能静電ろ材” – 日本化学繊維協会
(11) 職業感染制御研究会ホームページ特設コーナー「N95マスクの選び方・使い方 」
(12) Abhiteja Konda et al. “Correction to Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks（訂正：呼吸用布マスクに使用される一般的な生地のエアロゾルろ過効率）” ACS Nano. 2020 Aug 25;14(8):10742-10743.
(13) 日本エアロゾル学会「新型コロナウイルスや花粉症でのマスク装着に関する日本エアロゾル学会の見解」2020 年 2 月 21 日掲載 2020 年 3 月 26 日一部修正
(14) 微粒子を99.9%以上キャッチするのに２倍呼吸しやすい！新発想のマスクが話題 / Molecular News.
(15) “マスクの疑問あれこれ解決！正しいマスクの使い方” -NHK. ためしてガッテン 2021年5月7日
(16) Yuan Liu et al. “Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals（武漢の2つの病院におけるSARS-CoV-2の空気力学的解析）” Nature. 2020 Jun;582(7813):557-560.
(17) Tom Jefferson et al. “Physical interventions to interrupt or reduce the spread of respiratory viruses（呼吸器系ウイルスの拡散を阻止または軽減するための物理的介入）” Cochrane Database Syst Rev. 2011 Jul 6;2011(7):CD006207.
(18) Nancy H. L. et al. “Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks.（呼気中のウイルスの排出量とフェイスマスクの有効性）” Nat Med. 2020 May;26(5):676-680.
(19) Christopher D Zangmeister et al. “Filtration Efficiencies of Nanoscale Aerosol by Cloth Mask Materials Used to Slow the Spread of SARS-CoV-2（SARS-CoV-2の拡散を遅らせるために使用される布マスク材料によるナノスケールエアロゾルのろ過効率）” ACS Nano. 2020 Jun 25 : acsnano.0c05025.
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新玉ねぎのグリル。ソースは、酒粕、味噌、豆板醤あとは何入れたかな、、、だいぶ前に作ったんで忘れてしまったけど、散らしたピーナッツ、小ネギ、七味などの風味がソースとよく合って美味しかった。 pic.twitter.com/gMzqqm2yNa
— 藤原悠馬 (@honoiro2021) May 30, 2021
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