A última pesquisa dos laboratórios dos cientistas da Penn Paulo Arratia e Douglas Jerolmack foi uma resposta a "um pedido de ajuda", diz Arratia.
Era 2020, e a Orquestra da Filadélfia, como tantas instituições culturais, havia suspendido as apresentações devido à pandemia do COVID-19. Por meio de P.J. Brennan, diretor médico do Sistema de Saúde da Universidade da Pensilvânia, a Orquestra buscou conhecimento para ajudar a entender se seus músicos poderiam voltar a tocar em um arranjo físico seguro que minimizasse as chances de expor uns aos outros, ou seu público, à SARS -CoV-2.

"O diretor da Orquestra não queria que os músicos ficassem distantes, eles precisavam estar próximos para produzir o melhor som", diz Arratia, da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas. "E, no entanto, se eles precisassem ser separados com plexiglass, isso também representava um problema." Os músicos relataram problemas para ouvir uns aos outros e linhas de visão ruins com divisores de plexiglass. "O desafio era como podemos fugir disso ao ponto em que eles possam jogar sem obstruções, mas ainda com segurança", diz Arratia.

Agora, em uma publicação na Física dos Fluidos , Arratia, Jerolmack e colegas relatam suas descobertas, que sugerem que os aerossóis que os músicos produzem se dissipam em cerca de um metro e oitenta. Os resultados não apenas informaram o arranjo da Orquestra da Filadélfia quando retomaram as apresentações no verão de 2020, mas também lançaram as bases para como outros grupos musicais poderiam pensar em se reunir e tocar com segurança.

“Ter especialistas como Paulo e Doug, que podiam medir o tamanho e a trajetória das partículas, a distância e a velocidade, foi muito valioso na tomada de decisões para a orquestra”, diz Brennan, que agora atua no Conselho de Administração da Orquestra. "Essas decisões incluíam o espaçamento entre os jogadores, o distanciamento entre as seções, que precisavam de máscara. À medida que coletavam essas informações, juntamente com os testes e rastreamento de casos que a Penn Medicine estava fazendo, isso nos ajudou a tomar decisões com confiança."

Abordagem experimental

A pesquisa se baseou nas questões de quantas partículas de aerossol os músicos geraram, com que densidade as partículas foram emitidas pelos instrumentos e com que velocidade viajaram pelo ar.

"Você pode ter um grande jato de ar saindo, mas se a concentração de aerossol for muito baixa, não importa muito", diz Jerolmack, da Escola de Artes e Ciências. "Ou você pode ter muitos aerossóis que se concentram em um feixe estreito. Essas coisas são importantes para entender."

Para coletar dados, os pesquisadores convidaram músicos de Orquestra para o campus, trazendo seus instrumentos de sopro, incluindo flautas, tubas, clarinetes, trompetes, oboés e fagotes.

Para visualizar e rastrear os aerossóis saindo dos instrumentos enquanto os músicos tocavam, os pesquisadores operaram um umidificador que emitia gotículas de vapor de água na extremidade do sino dos instrumentos. Esse arranjo só foi alterado para o flautista, para quem o umidificador era colocado próximo à boca do músico ao invés do sino, pois o ar passa pela boquilha enquanto toca aquele instrumento.

Os pesquisadores então lançaram um feixe de laser através da “neblina” criada pelo umidificador, iluminando as partículas de aerossol e permitindo que elas fossem capturadas por uma câmera de alta velocidade e um contador de partículas.

“É como em um dia chuvoso; você verá a água cair se o sol brilhar”, diz Arratia.

Os músicos tocaram escalas continuamente por dois minutos. Foi um tanto surpreendente para os pesquisadores descobrir que os músicos de instrumentos de sopro produziam aerossóis que eram semelhantes em concentração aos emitidos durante a respiração e a fala normais, de cerca de 0,3 a 1 micrômetro de diâmetro.

Partículas desse tamanho, dizem os pesquisadores, são pequenas o suficiente para viajar pelo ar, desde que o fluxo de ar seja forte o suficiente para levá-las até lá. Assim, medir sua concentração e o fluxo tornou-se importante para entender o risco potencial de um músico transmitir potencialmente o SARS-CoV-2 para outra pessoa.

Avaliando a velocidade do fluxo, os pesquisadores mediram velocidades de aproximadamente 0,1 metros por segundo, ordens de magnitude mais lentas do que a tosse de um espirro, que pode viajar de 5 a 10 metros por segundo. A flauta era uma exceção, mas ainda só atingiu velocidades de fluxo de cerca de 0,7 metros por segundo.

"Quando você observa o fluxo, você vê esses sopros e redemoinhos, e sabemos que eles se espalham, mas não sabíamos se haveria algo geral entre esses instrumentos", diz Jerolmack. "Here, we found that by measuring only flow and aerosol concentration and counts, we can make predictions about how far aerosols will travel."

Music's flow

Based on their observations, the aerosols produced by these "mini-concerts" dissipated, settling into the flow of the background air draft, within about 2 meters, or 6 feet—reassuringly similar, the researchers say, to what has been measured for ordinary speaking or breathing. Only flute and trombone-generated aerosols traveled beyond that distance, for the flute perhaps because the air travels over the instrument instead of the instrument acting like a mask to prevent the spread of aerosols.

Overall, woodwind instruments emitted slightly lower concentrations of aerosols than brass instruments, perhaps because the wooden elements of the instrument absorbed some of the humidity and the numerous holes along the instrument may reduce the flow of some of the aerosols, the researchers speculate.

Because the measurements the researchers made were not connected to any specific quality of SARS-CoV-2, they can be used to extrapolate how transmission of other respiratory pathogens could be affected by making music.

"Now you have something to work with for potential future concerns, maybe an outbreak of influenza or something like that," says Arratia. "You can use our findings about flow, plug in your numbers about infectiousness and viral loads, and adapt it to understand risk.

"This was not exactly a problem that we work on routinely, but we felt compelled to take it on," he says. "It was a lot of fun, and we were lucky to have a problem to work on that made a meaningful difference during the difficult times of the pandemic." + Explorar mais

Brass, woodwind instruments emit respiratory particles, study finds