Os conselhos de saúde pública para evitar doenças respiratórias não foram alterados desde a gripe espanhola de 1918, uma das pandemias mais mortais da história. Mantenha uma distância segura de outras pessoas. Lave as mãos freqüentemente com água e sabão para matar qualquer germe que possa ter contraído. Cubra o nariz e a boca com uma máscara facial - até mesmo uma bandana servirá. Essa orientação é baseada no entendimento de que as infecções respiratórias se propagam por meio de gotículas portadoras de vírus que são expelidas quando as pessoas infectadas tossem, espirrar, ou respirar.

Mas, mais de um século depois que a gripe espanhola matou 50 milhões de pessoas em todo o mundo, como essas gotículas de fluido se comportam permanece um grande mistério. Rajat Mittal, professor de engenharia mecânica na Whiting School of Engineering e especialista em dinâmica de fluidos computacional, acredita que mais pesquisas sobre a física do fluxo de doenças respiratórias serão a chave para conter a atual pandemia de coronavírus.

A ideia ocorreu a Mittal durante uma recente visita ao supermercado, onde ele notou clientes usando máscaras protetoras. Sua mente foi para onde a mente dos pesquisadores costuma ir - para a ciência.

"Comecei a me perguntar se há algum dado sobre a aerodinâmica dessas máscaras para quantificar o que elas realmente estão fazendo, "Mittal diz." Quando comecei a mergulhar na literatura, tornou-se claro que a dinâmica dos fluidos se cruza com quase todos os aspectos desta pandemia. Como as gotículas são formadas e transportadas, como eles infectam outros, os ventiladores que usamos para tratar pacientes com esta doença, até mesmo medidas preventivas, como máscaras faciais - muitos desses problemas estão, em última análise, relacionados ao fluxo de fluido. "

Para ajudar a estimular novas ideias e pesquisas nesta área, Mittal e uma equipe de seus colegas do corpo docente compilou uma visão geral da dinâmica de fluidos conhecida do COVID-19 e as perguntas que permanecem. Este relatório é publicado no Journal of Fluid Mechanics .

Mergulhando em gotículas

As infecções respiratórias propagam-se de pessoa para pessoa através de gotículas portadoras de vírus por transmissão aérea ou pelo contato com uma superfície contaminada por gotículas. As pessoas infectadas geralmente expelem essas gotículas tossindo ou espirrando - um sinal revelador de que outras pessoas devem evitar a infecção. Mas a transmissão, na verdade, depende de uma grande variedade de fatores, incluindo o número de gotas, o tamanho deles, e sua velocidade durante eventos expiratórios, como tosse, espirros, e respirando.

Espirrando, por exemplo, pode expelir milhares de gotas grandes a uma velocidade relativamente alta, enquanto a tosse gera de 10 a 100 vezes menos gotas. Falar expele consideravelmente menos gotas ainda, cerca de 50 por segundo, e eles são menores. Essas pequenas gotículas são mais propensas a ficar suspensas no ar, viajar distâncias mais longas, e transmitir a infecção assim que forem inalados. Gotículas grandes, por outro lado, têm maior probabilidade de contaminar superfícies e transmitir infecções pelo toque.

Como a equipe anotou no jornal, muitos estudos para medir com precisão como as gotas são geradas e transportadas já foram realizados. Contudo, o consenso sobre o comportamento das gotículas permanece indefinido devido à natureza complexa dos fenômenos, bem como a dificuldade de fazer tais medições.

Uma área de interesse para pesquisas futuras concentra-se na formação de pequenas gotículas durante atividades normais, como respirar e falar. Isso pode esclarecer como o COVID-19 está sendo transmitido por portadores assintomáticos que falam ou respiram normalmente.

"Uma hipótese é que o vírus está sendo transportado por gotículas aéreas muito finas, "diz o especialista em fluxo multifásico Rui Ni, professor assistente de engenharia mecânica e colaborador do artigo. "Agora mesmo, não entendemos totalmente como essa névoa fina funciona no transporte do vírus. E isso tem grandes implicações para o distanciamento social, se basearmos essas diretrizes apenas na suposição de que as gotículas podem atingir uma certa distância. "

Na verdade, um estudo citado em seu artigo mostra que grandes gotículas expelidas de espirros podem viajar 6 metros ou mais, portanto, 6 pés podem não ser suficientes para eliminar o risco de transmissão. De acordo com a equipe, outras questões que justificam uma análise mais profunda são a evaporação e inalação de gotículas, como as gotículas se comportam em ambientes internos e externos, e como a temperatura e a umidade afetam as taxas de transmissão.

Simulando soluções

As estratégias de contenção para COVID-19 são baseadas no que os formuladores de políticas pensam que sabem sobre física de fluxo. Mas Mittal e Ni alertam que muito disso é baseado em informações desatualizadas.

"Estamos defendendo uma melhor quantificação, para realmente colocar números por trás dessas ideias, "Mittal diz." Parte do que estamos fazendo agora para combater o COVID-19 em 2020 é baseado na ciência de artigos publicados na década de 1930. Aprendemos muito desde então, mas a política precisa ser atualizada. "

Por exemplo, mesmo com meses de pandemia, muitas questões ainda cercam o uso de máscaras faciais. As máscaras costumam ser projetadas para proteger a pessoa que está usando a máscara - pense em um trabalhador da construção civil tentando evitar inalar poeira perigosa, por exemplo. Mas as máscaras faciais para combater a transmissão COVID-19 devem oferecer proteção interna e externa, protegendo os outros tanto quanto protege o usuário.

Os cientistas podem entender melhor como melhorar a proteção externa, simulando o vazamento de fluxo causado por lacunas ao redor do nariz e da boca, diz Jung-Hee Seo, professor associado de pesquisa de engenharia mecânica. Ele está trabalhando com Mittal e Koroush Shoele da Florida State University em simulações de última geração para analisar o fluxo de ar e a dispersão de gotas em máscaras faciais. Suas simulações levam em consideração diferentes formas faciais e estruturas de máscara, permitindo-lhes avaliar a eficácia de vários designs de máscara.

O estudo está em seus estágios iniciais, mas no final das contas, essas simulações podem fornecer melhores designs para máscaras faciais, especialmente para aquelas máscaras de costura em casa, adiciona Mittal.

“Se alguém está fazendo uma máscara facial em casa, podemos dar a eles uma etapa simples para tornar a máscara facial melhor no que ela deve fazer? ", pergunta ele.

Dinâmica de fluidos em ação

Como tantos cientistas - e legisladores e o público, por falar nisso - a equipe já está pensando no futuro, em um momento em que a vida retornará a algum senso de normalidade. Eles estão se perguntando:como isso pode ser feito e ainda minimizando as novas transmissões?

As decisões de reabertura se beneficiarão de novas descobertas sobre a física de fluxo da transmissão COVID-19, dizem os pesquisadores. "Pense nos alunos que voltam para o campus de uma universidade. Se soubermos mais sobre a aerodinâmica do movimento das gotas, poderíamos redesenhar os sistemas HVAC para reduzir a dispersão de gotículas em um dormitório, por exemplo, "Ni diz." A mesma ideia poderia funcionar com lares de idosos. Se todos nós usarmos máscaras, como isso afeta a prática do distanciamento social? Se colocarmos mais ciência por trás dessa linha de pensamento, podemos abrir o país de forma mais segura. ”

O novo coronavírus é um desafio complexo e em evolução, e os pesquisadores em cada disciplina podem abordar apenas um pequeno aspecto da crise. Ainda, Mittal vê uma tremenda oportunidade para aqueles no campo da dinâmica de fluidos contribuírem para uma solução.

"Isso é o ponto principal da nossa área de especialização, "ele diz." Podemos fornecer insights e ferramentas que irão garantir que estejamos melhor preparados para enfrentar o próximo surto de COVID-19 ou doença semelhante. "