Os pesquisadores que estudam a física dos fluidos estão aprendendo por que certas situações aumentam o risco de que as gotículas transmitam doenças como o COVID-19.

Na 73ª Reunião Anual da Divisão de Dinâmica de Fluidos da American Physical Society, os cientistas ofereceram novas evidências que mostram por que é perigoso reunir-se em ambientes fechados, especialmente se estiver frio e úmido, e mesmo se você estiver a mais de dois metros de distância de outras pessoas. Eles sugeriram quais máscaras irão capturar as gotas mais infecciosas. E eles forneceram novas ferramentas para medir superespalhadores.

"Os modelos epidemiológicos atuais para doenças respiratórias infecciosas não levam em consideração a física de fluxo subjacente da transmissão da doença, "disse o professor de engenharia da Universidade de Toronto, Swetaprovo Chaudhuri, um dos pesquisadores.

Mas os fluidos e sua dinâmica são essenciais para moldar o transporte de patógenos, que afeta a transmissão de doenças infecciosas, explicou a física matemática e professora Lydia Bourouiba, Diretor do Laboratório de Dinâmica de Fluidos de Transmissão de Doenças do MIT. Ela fez uma palestra convidada sobre o corpo de trabalho que vem produzindo nos últimos dez anos elucidando a dinâmica dos fluidos das doenças infecciosas e da transmissão de doenças.

"Meu trabalho mostrou que as exalações não são gotículas isoladas, mas na verdade são turbulentas, nuvem multifásica. Esta nuvem de gás é crítica para aumentar o alcance e mudar a física de evaporação das gotículas dentro dela, "disse Bourouiba." No contexto das doenças infecciosas respiratórias, particularmente agora COVID-19, este trabalho ressalta a importância de mudar as diretrizes de distanciamento e proteção com base na pesquisa de dinâmica de fluidos, particularmente em relação à presença desta nuvem. "

Bourouiba apresentou exemplos de uma série de doenças infecciosas, incluindo COVID-19 e discutiu a descoberta de que a expiração envolve diferentes regimes de fluxo, além da fragmentação de fluido rico e instável de fluido mucosalivar complexo. Sua pesquisa revela a importância da fase gasosa, que pode mudar completamente a imagem física da expiração e das gotículas.

O cientista do Instituto Nórdico de Física Teórica Dhrubaditya Mitra e sua equipe perceberam que poderiam usar as equações matemáticas que regem o perfume para calcular quanto tempo levaria para que as gotículas virais chegassem até você dentro de casa. Acontece:não muito longo.

O perfume usado por alguém da mesa ou cubículo ao lado chega ao nariz graças à turbulência do ar. Pequenas gotículas expelidas por uma pessoa infectada se espalham da mesma maneira. Os pesquisadores descobriram que abaixo de uma distância relativa conhecida como escala integral, as gotas se movem balisticamente e muito rápido.

Mesmo acima da escala integral, existe perigo. Considere um exemplo em que a escala integral é de dois metros. Se você estivesse a três metros - pouco menos de dez pés - de uma pessoa infectada, suas gotas quase certamente chegariam a você em cerca de um minuto.

"Isso nos mostrou como a maioria das regras de distanciamento social são fúteis quando estamos dentro de casa, "disse Mitra, que conduziu a pesquisa com o colega Akshay Bhatnagar no Instituto Nórdico de Física Teórica e Akhilesh Kumar Verma e Rahul Pandit no Instituto Indiano de Ciência.

Além de viajar mais longe e mais rápido, as gotas também podem sobreviver por mais tempo dentro de casa do que se pensava anteriormente.

A pesquisa na década de 1930 analisou quanto tempo as gotículas respiratórias sobrevivem antes de evaporar ou atingir o solo. As descobertas de quase um século formam a base de nosso mantra atual de "ficar a dois metros de distância" dos outros.

Físicos da Universidade de Twente revisitaram o assunto. Eles realizaram uma simulação numérica indicando que a vida útil das gotículas pode se estender mais de 100 vezes mais do que os padrões da década de 1930 sugeriam.

“As regras atuais de distanciamento social baseiam-se em um modelo que já deveria estar desatualizado, "disse o físico Detlef Lohse, quem liderou a equipe.

Em um espaço frio e úmido, as gotas exaladas não evaporam tão rapidamente. O sopro quente e úmido produzido também protege as gotículas e estende sua vida útil, assim como os efeitos coletivos.

Algumas gotas têm maior probabilidade do que outras de deixá-lo doente. Chaudhuri da Universidade de Toronto, com pesquisadores do Indian Institute of Science e da University of California San Diego, investigou o porquê, usando experimentos de gotículas de saliva humana e análises computacionais.

Eles descobriram que algumas das gotículas mais infecciosas começam com 10 a 50 mícrons de tamanho. "Com certas suposições, parece que se todos usarem uma máscara que pode impedir a ejeção de todas as gotículas acima de 5 mícrons, a curva pandêmica pode ser achatada, "disse Chaudhuri.

Resíduos de gotículas secas também representam um risco sério:persistem por muito mais tempo do que as próprias gotículas e podem infectar um grande número de pessoas se o vírus permanecer potente.

A equipe usou suas descobertas para desenvolver um modelo de transmissão de doenças. "Nosso trabalho conecta a física das gotículas em microescala e seu papel fundamental na determinação da disseminação da infecção em macroescala, "disse Chaudhuri.

Para entender melhor a dinâmica das gotículas na pandemia COVID-19, uma equipe da Northwestern University e da University of Illinois em Urbana-Champaign testou as capacidades de um novo dispositivo vestível. O magro, sem fio, sensor flexível anexado como um adesivo na parte inferior do pescoço para capturar sinais vitais. Estudos clínicos em andamento estão usando o dispositivo com pacientes hospitalares.

A equipe descobriu que o dispositivo distingue entre tosse, falando, rindo, e outras atividades respiratórias com seus algoritmos de aprendizado de máquina. Os pesquisadores usaram a velocimetria de rastreamento de partículas e um decibelímetro para analisar as gotículas produzidas pelos usuários do dispositivo.

"Diferentes tipos de fala podem gerar números e dinâmicas de gotículas drasticamente diferentes, "disse o pesquisador de engenharia biomédica Jin-Tae Kim, quem liderou a investigação.

O dispositivo pode ajudar a esclarecer por que alguns indivíduos se tornam invulgarmente infecciosos - os chamados super espalhadores. "Nossas descobertas abordam ainda mais a necessidade crítica de sensores contínuos integrados à pele para compreender melhor a pandemia, "disse Kim.