Dois grupos de pesquisadores do Sandia National Laboratories publicaram artigos sobre as gotas de líquido pulverizadas por tosses ou espirros e a distância que podem viajar em diferentes condições.

Ambas as equipes usaram as décadas de experiência de Sandia com simulações de computador avançadas, estudando como líquidos e gases se movem para sua missão de gerenciamento de estoque nuclear.

Suas descobertas reforçam a importância do uso de máscaras, mantendo o distanciamento social, evitando espaços internos mal ventilados e lavando as mãos com frequência, especialmente com o surgimento de novos, mais variantes transmissíveis de SARS-CoV-2, o vírus que causa COVID-19.

Um estudo usou ferramentas de simulação de computador de alto desempenho desenvolvidas por Sandia para modelar a tosse com e sem brisa e com e sem barreiras de proteção. Este trabalho foi publicado recentemente na revista científica Atomização e Sprays .

Stefan Domino, o principal cientista da computação do jornal, disse que sua equipe descobriu que, embora as barreiras de proteção, como partições de acrílico em supermercados, oferecem proteção contra gotas maiores, partículas muito pequenas podem persistir no ar por um longo tempo e viajar alguma distância dependendo das condições ambientais.

Pesquisas separadas de modelagem por computador na Sandia analisaram o que acontece com as gotículas menores de aerossol em diferentes condições, inclusive quando uma pessoa está usando uma cobertura para o rosto. Esse estudo mostrou que máscaras faciais e protetores evitam que até mesmo as pequenas gotas de uma tosse se dispersem a grandes distâncias, disse o pesquisador Cliff Ho, quem está liderando esse esforço. Este trabalho foi publicado na revista Modelagem Matemática Aplicada em 24 de fevereiro.

Simular tosse mostra partículas persistentes

Em simulações executadas pela equipe da Domino's por meio dos computadores de alto desempenho de Sandia, gotas maiores de uma tosse sem vento cruzado e sem coberturas faciais caíram no máximo cerca de três metros, ou cerca de nove metros de distância. Eles também descobriram que os núcleos de gotículas secas, "ou aerossóis, que sobra após a evaporação do líquido de uma gota que viajou quase a mesma distância, mas ficou presa no ar durante os dois minutos que modelaram.

Adicione uma partição de acrílico à mistura, e suas simulações de computador mostraram que gotículas maiores aderem à barreira, que mitiga o risco de transmissão direta, mas os núcleos de gotículas menores persistem no ar, Domino disse.

Quando eles adicionaram uma brisa de 10 metros por segundo na parte de trás da simulação sem uma barreira, as gotículas maiores viajaram até 11 1/2 pés e os núcleos das gotículas viajaram mais longe.

Este estudo não questiona o padrão de distanciamento social de 6 pés recomendado pelos Centros de Controle e Prevenção de Doenças, projetado para evitar o contato direto da maioria das gotas maiores. Em uma tosse típica de uma pessoa infectada, cerca de 35% das gotículas podem ter o vírus presente, mas os modelos de quanto SARS-CoV-2 e suas variantes são necessários para infectar outra pessoa ainda estão sendo desenvolvidos, Domino disse.

"Um artigo de revisão recente sobre a transmissão do SARS-CoV-2 que apareceu no Annals of Internal Medicine sugere que a transmissão respiratória é a rota dominante de transmissão. Como tal, sentimos que estabelecer uma ferramenta confiável de modelagem e simulação para modelar o transporte de gotículas contendo patógenos que emanam da tosse e como elas persistem em espaços públicos que todos nós habitamos representa uma peça crítica da ciência necessária, "disse ele. Partições, máscaras, distanciamento social, ficar em casa quando se sentir mal e ser vacinado ainda são importantes para ajudar a reduzir a transmissão, especialmente com as novas variantes mais transmissíveis.

A Domino também conduziu modelagem por computador de espaços abertos ao ar livre e descobriu que pessoas em pé expostas a uma tosse de alguém que estava ajoelhado tinham um risco relativamente baixo de exposição em comparação com pessoas que estavam sentadas. Isso ocorreu devido à forma como as gotículas e aerossóis interagem com as brisas complexas que se movem ao redor das pessoas. Este trabalho foi publicado no International Journal of Computational Fluid Dynamics em 1 de abril. As simulações do Domino usaram mais de quatro milhões de horas de processamento de computador e foram executadas em muitos processadores de computador ao mesmo tempo.

Simulações suportam distanciamento social, máscaras

Ho usou um modelo de computador de dinâmica de fluidos disponível comercialmente para simular vários eventos que expelem fluido úmido, como tosse, espirros, falando e até respirando, para entender como eles afetam o transporte e a transmissão de patógenos aerotransportados. Ele presumiu que os patógenos virais foram aerossolizados em gotículas minúsculas e que a distribuição e concentração do patógeno poderiam ser representadas pela concentração do vapor exalado simulado.

"Eu introduzi concentrações espaciais e temporais na modelagem para desenvolver riscos quantificados de exposição com base na distância de separação, duração da exposição e condições ambientais, como fluxo de ar e coberturas faciais, "disse Ho." Eu poderia então determinar a probabilidade de infecção com base nas concentrações espaciais e temporais de aerossol, carga viral, taxa de infectividade, viabilidade viral, probabilidade de deposição pulmonar e taxa de inalação. "

O modelo também confirmou que o uso de uma máscara ou protetor facial reduziu significativamente o deslocamento para a frente do vapor exalado e o risco de exposição em cerca de dez vezes. Contudo, as concentrações de vapor perto do rosto persistiram por mais tempo do que sem as coberturas faciais.

Geral, o modelo mostrou que o distanciamento social reduziu significativamente o risco de exposição a aerossóis em pelo menos dez vezes e permitiu tempo para diluição e dispersão da pluma viral exalada. Outros modelos quantificaram o grau em que estar contra o vento ou contra o vento da fonte da tosse reduziu os riscos de exposição, e o grau diretamente a favor do vento da tosse aumenta os riscos de exposição.

Os riscos de exposição diminuíram com o aumento da distância, mas o maior aumento no benefício foi de três pés. Os modelos de Ho também quantificaram o grau em que o uso de máscara reduz os riscos de exposição em várias distâncias.

Resumidamente, a modelagem computacional confirmou a importância do distanciamento social e do uso de máscaras. Além disso, permanecer contra o vento e aumentar a ventilação de ar fresco em lugares como supermercados, restaurantes e escolas podem ajudar a reduzir o risco de exposição.

Ho também conduziu modelagem computacional de ônibus escolares e descobriu que abrir janelas em ônibus escolares aumentava a ventilação e reduzia os riscos de exposição. Especificamente, para conseguir ventilação suficiente, pelo menos dois conjuntos de janelas devem ser abertos, um perto da frente do ônibus e um perto da parte de trás do ônibus.

O trabalho de administração de estoque de Sandia auxilia nas simulações

Os pesquisadores Sandia foram capazes de aplicar muitas das mesmas ferramentas computacionais usadas em sua missão de gerenciamento de estoque nuclear para simular gotículas de tosses e espirros, bem como os recursos avançados de computação de alto desempenho do Sandia. Para a missão de dissuasão nuclear, essas ferramentas estudam coisas como jatos turbulentos, plumas e fogos de propulsor reagem em diferentes condições.

"Podemos implantar a capacidade de nossa ferramenta de simulação em outros aplicativos, "Domino disse." Se você olhar para a física de uma tosse ou espirro, inclui atributos dessa física que normalmente estudamos em Sandia. Podemos simular a trajetória das gotículas e como elas interagem no ambiente. "

Essas condições ambientais podem incluir variáveis, como temperatura, umidade, trajetória de lançamento, e força e direção do vento cruzado. Eles também podem incluir barreiras naturais e artificiais.

Junto com estudos feitos por outros sobre spray para tosse, Os recursos de simulação por computador do Sandia agregam o valor de ver como as gotículas de uma tosse vão reagir a diferentes condições. As ferramentas de simulação de Sandia combinam a massa, momento e energia das gotículas para capturar a física de evaporação detalhada que oferece suporte à capacidade de distinguir entre as gotículas que se depositam e as que persistem no ambiente.