Goccioline respiratorie e diffusione di Covid-19


Goccioline respiratorie e diffusione di Covid-19

Secondo uno studio sulla fisica delle goccioline condotto da un team internazionale di ingegneri, le goccioline respiratorie scaturite da un colpo di tosse o da uno starnuto viaggiano più lontano e durano più a lungo in climi umidi e freddi rispetto a quelli caldi e asciutti.

I ricercatori hanno incorporato questa comprensione dell'impatto dei fattori ambientali sulla diffusione delle goccioline in un nuovo modello matematico che può essere usato per prevedere la diffusione precoce dei virus respiratori incluso COVID-19 e il ruolo delle goccioline respiratorie in quella diffusione.

Il team ha sviluppato questo nuovo modello, che è stato pubblicato su Physics of Fluids, (1) per comprendere meglio il ruolo delle nuvole di goccioline, che fuoriescono dalla bocca dopo un colpo di tosse o uno starnuto, nella diffusione dei virus respiratori.

Il loro modello è il primo ad essere basato su un approccio fondamentale adottato per studiare le reazioni chimiche chiamato teoria del tasso di collisione, che esamina i coefficienti di interazione e di collisione di una nuvola di goccioline espirata da una persona infetta con persone sane. Il loro lavoro collega l'interazione umana su scala demografica con i risultati della fisica delle goccioline su micro scala su quanto lontano e velocemente si diffondono le goccioline e quanto durano.

«La forma fondamentale di base di una reazione chimica prevede la collisione di due molecole. La frequenza con cui si scontrano ti darà la velocità con cui procede la reazione», ha spiegato il dottor Abhishek Saha, (2) professore di ingegneria meccanica all'Università della California di San Diego e uno degli autori dell'articolo. «Qui è esattamente lo stesso; la frequenza con cui le persone sane entrano in contatto con una nuvola di goccioline infette può essere una misura di quanto velocemente può diffondersi la malattia.»

I ricercatori hanno scoperto che, a seconda delle condizioni meteorologiche, alcune goccioline respiratorie viaggiano tra 2,5 metri e 4 metri di distanza dalla loro fonte prima di evaporare, senza nemmeno tenere conto del vento. Ciò significa che senza maschere, 2 metri di distanza sociale potrebbero non essere sufficienti per impedire alle particelle esalate di una persona di raggiungere qualcun altro.

«La fisica delle goccioline dipende in modo significativo dal tempo», concettualizza Abhishek Saha. «Se sei in un clima più freddo e umido, le goccioline da uno starnuto o una tosse dureranno più a lungo e si diffonderanno più lontano rispetto a quando ti trovi in un clima caldo e secco, dove verranno evaporate più velocemente. Abbiamo incorporato questi parametri in il nostro modello di diffusione dell'infezione non è incluso nei modelli esistenti per quanto ne sappiamo.»

I ricercatori sperano che il loro modello più dettagliato per il tasso di diffusione dell'infezione e di diffusione delle goccioline contribuirà a informare le politiche di salute pubblica a un livello più locale e possa essere utilizzato in futuro per comprendere meglio il ruolo dei fattori ambientali nella diffusione del virus.

Gli scienziati hanno scoperto che a una temperatura di 35°C (95°F) e del 40 percento di umidità relativa, una goccia può spostarsi di circa 2,5 metri. Tuttavia, a 5°C (41°F) e all'80% di umidità, una goccia può viaggiare oltre i 3,5 metri. Il team ha anche scoperto che le goccioline nell'intervallo 14-48 micron presentano un rischio maggiore in quanto impiegano più tempo ad evaporare e percorrono distanze maggiori. Le goccioline più piccole, d'altra parte, evaporano in una frazione di secondo, mentre le goccioline più grandi di 100 micron si depositano rapidamente sul terreno a causa del peso.

Questa è un'ulteriore prova dell'importanza di indossare maschere, che intrappolerebbero le particelle in questo intervallo critico.

Il team di ingegneri dell'University of California - San Diego Jacobs School of Engineering, dell'Università di Toronto e dell'Indian Institute of Science sono tutti esperti in aerodinamica e fisica delle goccioline per applicazioni tra cui sistemi di propulsione, combustione o spray termici. Hanno rivolto la loro attenzione e competenza alle goccioline rilasciate quando le persone starnutiscono, tossiscono o parlano quando è diventato chiaro che l'infezione COVID-19 si diffonde attraverso queste goccioline respiratorie. Hanno applicato modelli esistenti per reazioni chimiche e principi di fisica alle goccioline di una soluzione di acqua salata - la saliva è ricca di cloruro di sodio - che hanno studiato in un levitatore ad ultrasuoni per determinare le dimensioni, la diffusione e la durata di queste particelle in varie condizioni ambientali.

Molti attuali modelli di pandemia utilizzano parametri di adattamento per poter applicare i dati a un'intera popolazione. Il nuovo modello mira a cambiarlo.

«Il nostro modello si basa completamente sui “primi principi” collegando le leggi fisiche che sono ben comprese, quindi non vi è quasi alcun adattamento in questione», ha dichiarato Swetaprovo Chaudhuri, (3) professore all'Università di Toronto e coautore della ricerca. «Certo, facciamo ipotesi idealizzate e ci sono variabilità in alcuni parametri, ma mentre miglioriamo ciascuno dei sottomodelli con esperimenti specifici e includendo le attuali migliori pratiche in epidemiologia, forse potrebbe essere possibile un modello pandemico di primi principi con un'alta capacità predittiva.»

Ci sono limiti a questo nuovo modello, ma il team sta già lavorando per aumentare la versatilità del modello.

«Il nostro prossimo passo è implementare alcune semplificazioni e generalizzare il modello includendo diverse modalità di trasmissione», ha dichiarato il dottor Saptarshi Basu, (4) professore all'Istituto indiano di scienza e coautore. «Sono in corso anche una serie di esperimenti per studiare le goccioline respiratorie che si depositano sulle superfici comunemente toccate.»

Riferimenti:

(1) Modeling the role of respiratory droplets in Covid-19 type pandemics

(2) Abhishek Saha

(3) Swetaprovo Chaudhuri

(4) Saptarshi Basu

Descrizione foto: Una goccia sospesa in un levitatore acustico. / Un diagramma di flusso che delinea le interconnessioni del modello. - Credit: Abhishek Saha, UC San Diego.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: New model connects respiratory droplet physics with spread of Covid-19

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