Implicaciones para la transmisión de COVID-19 | 29 SEP 20
Hablar en interiores esparce gotas
La conversación esparce gotas rápidamente dentro de los edificios
Autor/a: Simon Mendez, et al. Fuente: Proceedings of the National Academy of Sciences https://doi.org/10.1073/pnas.2012156117 Speech can produce jet-like transport relevant to asymptomatic spreading of virus
UNIVERSIDAD DE PRINCETON, ESCUELA DE INGENIERÍA
Con implicaciones para la transmisión de enfermedades como COVID-19, los investigadores han descubierto que la conversación ordinaria crea un flujo de aire cónico 'en forma de chorro' que rápidamente transporta un chorro de pequeñas gotas de la boca de un hablante a lo largo de metros de un espacio interior.
"La gente debe reconocer que tiene un efecto a su alrededor", dijo Howard Stone, profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de Princeton, Donald R. Dixon '69 y Elizabeth W. Dixon. "No es solo alrededor de tu cabeza, está en una escala de metros".
Aunque los científicos aún no han identificado completamente los mecanismos de transmisión de COVID-19, la investigación actual indica que las personas sin síntomas podrían infectar a otras a través de pequeñas gotas creadas cuando hablan, cantan o ríen. Stone y el co-investigador principal Manouk Abkarian, de la Universidad de Montpellier en Francia, querían aprender cómo el material exhalado de manera amplia y rápida por un orador promedio podría extenderse en un espacio interior.
"Mucha gente ha escrito sobre la tos y los estornudos y el tipo de cosas que le preocupan con la gripe", dijo Stone. "Pero esas características están asociadas con síntomas visibles, y con esta enfermedad estamos viendo una gran cantidad de propagación por personas sin síntomas".
En un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, los investigadores concluyeron que para las actividades interiores, las conversaciones normales pueden difundir el material exhalado al menos hasta, si no más allá, las pautas de distanciamiento social recomendadas por la Autoridad Sanitaria Mundial ( 1 metro) y funcionarios estadounidenses (2 metros). El trabajo examinó el flujo de partículas en un espacio interior sin buena ventilación.
Stone y Abkarian enfatizaron que no son expertos en salud pública y no están haciendo recomendaciones médicas. Sin embargo, dijeron que los funcionarios de salud pública deberían considerar el movimiento aerodinámico de las partículas en aerosol generadas solo por el habla como un factor importante para la propagación dirigida.
“Las máscaras realmente cortan enormemente este flujo”, dijo Stone. "Esto identifica por qué (la mayoría) de las máscaras juegan un papel importante. Cortan todo".
Los investigadores se especializan en dinámica de fluidos, que describe el movimiento de líquidos y gases. Usando una cámara de alta velocidad, filman el movimiento de una neblina de pequeñas gotas iluminadas por una hoja láser frente a una persona que dice varias oraciones diferentes adyacentes a la hoja. Las frases iban desde declaraciones breves como "venceremos al virus corona" hasta canciones infantiles que incluyen "Peter Piper picó un beso" y "Canta una canción de seis peniques". Los investigadores seleccionaron las frases para incluir diferentes sonidos que afectan los flujos turbulentos en la exhalación de un hablante.
Los investigadores encontraron que los sonidos oclusivos como 'P' crean bocanadas de aire frente al hablante, mientras que una conversación crea lo que los investigadores llamaron un "tren de bocanadas". Cada bocanada crea un pequeño vórtice de aire frente al hablante, y la interacción de estos vórtices crea un flujo de aire en forma de cono en forma de chorro desde la boca del hablante. Los investigadores descubrieron que este flujo de aire podía transportar de forma fácil y muy rápida partículas diminutas lejos del altavoz.
"Si habla durante 30 segundos en voz alta, va a proyectar el aerosol a más de dos metros en la dirección de su interlocutor", dijo Stone.
En el documento, los investigadores encontraron que los aerosoles expulsados durante el habla generalmente alcanzaban la distancia de 2 metros en aproximadamente 30 segundos, y en esa distancia la concentración de aerosoles se diluía a aproximadamente el 3 por ciento del volumen original.
Instantánea de visualización del flujo de la exhalación en una niebla generada en laboratorio y paralela a una lámina láser en dos situaciones de respiración diferentes. (A - D) Respiración tranquila (A) con las velocidades de flujo correspondientes mostradas con el código de color y flechas (B) y un caso de soplo fuerte (C) con el campo de velocidad correspondiente (D). Tenga en cuenta las velocidades mucho más altas asociadas con el soplo. Sin embargo, los flujos en los dos casos son cualitativamente similares durante un período suficientemente largo de unos pocos segundos y exhiben características de chorro. El campo de visión en todas las imágenes es de 1 m. (E) Dibujo de apagar una vela (o no). (F) Esquema del contraste cualitativo entre exhalación e inhalación para respirar y hablar.Estaba más allá del alcance del artículo decir si la dilución fue suficiente para proteger contra la infección, aunque los investigadores notaron que muchos encontrarán que esta concentración es más alta de lo esperado. Los investigadores dijeron que esperaban que la información pudiera ayudar a los funcionarios de salud pública a tomar esa determinación. También notaron que las conversaciones más largas tenían el potencial de difundir más material y propagar el virus a una distancia mayor.
"Sin embargo, las discusiones más extensas y las reuniones en espacios reducidos significan que el ambiente local potencialmente contendrá aire exhalado a una distancia significativamente mayor", escribieron los investigadores.
Los investigadores dijeron que el experimento mostró que una distancia social de 6 pies (2 metros) no funcionaba como una pared para proteger a las personas. Con el tiempo, las conversaciones pueden hacer que el material se mueva más allá de la distancia, particularmente dentro de los edificios.
El tren de soplos creado por una conversación provoca un flujo turbulento más complejo que los chorros de aire únicos y los investigadores tuvieron que tener en cuenta en sus cálculos. Los investigadores utilizaron los datos de los experimentos para crear un marco matemático para cuantificar el transporte de gotas desde la boca del hablante hasta el área circundante. Señalaron que el trabajo no tiene en cuenta el movimiento de la cabeza o el cuerpo del hablante y el movimiento del aire de fondo causado por la ventilación y otros altavoces. Analizar esos factores requeriría más trabajo.
Con implicaciones para la transmisión de enfermedades como COVID-19, los investigadores han descubierto que la conversación ordinaria crea un flujo de aire cónico 'en forma de chorro' que rápidamente transporta un chorro de pequeñas gotas de la boca de un hablante a lo largo de metros de un espacio interior.
"La gente debe reconocer que tiene un efecto a su alrededor", dijo Howard Stone, profesor de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad de Princeton, Donald R. Dixon '69 y Elizabeth W. Dixon. "No es solo alrededor de tu cabeza, está en una escala de metros".
Aunque los científicos aún no han identificado completamente los mecanismos de transmisión de COVID-19, la investigación actual indica que las personas sin síntomas podrían infectar a otras a través de pequeñas gotas creadas cuando hablan, cantan o ríen. Stone y el co-investigador principal Manouk Abkarian, de la Universidad de Montpellier en Francia, querían aprender cómo el material exhalado de manera amplia y rápida por un orador promedio podría extenderse en un espacio interior.
"Mucha gente ha escrito sobre la tos y los estornudos y el tipo de cosas que le preocupan con la gripe", dijo Stone. "Pero esas características están asociadas con síntomas visibles, y con esta enfermedad estamos viendo una gran cantidad de propagación por personas sin síntomas".
En un artículo publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, los investigadores concluyeron que para las actividades interiores, las conversaciones normales pueden difundir el material exhalado al menos hasta, si no más allá, las pautas de distanciamiento social recomendadas por la Autoridad Sanitaria Mundial ( 1 metro) y funcionarios estadounidenses (2 metros). El trabajo examinó el flujo de partículas en un espacio interior sin buena ventilación.
Stone y Abkarian enfatizaron que no son expertos en salud pública y no están haciendo recomendaciones médicas. Sin embargo, dijeron que los funcionarios de salud pública deberían considerar el movimiento aerodinámico de las partículas en aerosol generadas solo por el habla como un factor importante para la propagación dirigida.
“Ciertamente destaca la importancia de la ventilación”, dijo Stone. "Especialmente si tienes una conversación extensa".Los investigadores también dijeron que, si bien las máscaras no bloquean por completo el flujo de aerosoles, desempeñan un papel fundamental en la interrupción del flujo de aire 'en forma de chorro' de la boca del hablante, evitando el transporte rápido de gotas en escalas de gran longitud superiores a 30. cm.
“Las máscaras realmente cortan enormemente este flujo”, dijo Stone. "Esto identifica por qué (la mayoría) de las máscaras juegan un papel importante. Cortan todo".
Los investigadores se especializan en dinámica de fluidos, que describe el movimiento de líquidos y gases. Usando una cámara de alta velocidad, filman el movimiento de una neblina de pequeñas gotas iluminadas por una hoja láser frente a una persona que dice varias oraciones diferentes adyacentes a la hoja. Las frases iban desde declaraciones breves como "venceremos al virus corona" hasta canciones infantiles que incluyen "Peter Piper picó un beso" y "Canta una canción de seis peniques". Los investigadores seleccionaron las frases para incluir diferentes sonidos que afectan los flujos turbulentos en la exhalación de un hablante.
Los investigadores encontraron que los sonidos oclusivos como 'P' crean bocanadas de aire frente al hablante, mientras que una conversación crea lo que los investigadores llamaron un "tren de bocanadas". Cada bocanada crea un pequeño vórtice de aire frente al hablante, y la interacción de estos vórtices crea un flujo de aire en forma de cono en forma de chorro desde la boca del hablante. Los investigadores descubrieron que este flujo de aire podía transportar de forma fácil y muy rápida partículas diminutas lejos del altavoz.
Abkarian dijo que incluso una frase corta puede mover las partículas más allá de la distancia de 1 metro recomendada por la Organización Mundial de la Salud en cuestión de segundos.Los investigadores dijeron que la distancia depende en parte de la duración de la conversación. Alguien que hable durante más tiempo enviará partículas más lejos. Dijeron que la regla de distanciamiento de 6 pies puede no ser una barrera suficiente en un espacio interior sin buena ventilación.
"Si habla durante 30 segundos en voz alta, va a proyectar el aerosol a más de dos metros en la dirección de su interlocutor", dijo Stone.
En el documento, los investigadores encontraron que los aerosoles expulsados durante el habla generalmente alcanzaban la distancia de 2 metros en aproximadamente 30 segundos, y en esa distancia la concentración de aerosoles se diluía a aproximadamente el 3 por ciento del volumen original.
Instantánea de visualización del flujo de la exhalación en una niebla generada en laboratorio y paralela a una lámina láser en dos situaciones de respiración diferentes. (A - D) Respiración tranquila (A) con las velocidades de flujo correspondientes mostradas con el código de color y flechas (B) y un caso de soplo fuerte (C) con el campo de velocidad correspondiente (D). Tenga en cuenta las velocidades mucho más altas asociadas con el soplo. Sin embargo, los flujos en los dos casos son cualitativamente similares durante un período suficientemente largo de unos pocos segundos y exhiben características de chorro. El campo de visión en todas las imágenes es de 1 m. (E) Dibujo de apagar una vela (o no). (F) Esquema del contraste cualitativo entre exhalación e inhalación para respirar y hablar.
"Sin embargo, las discusiones más extensas y las reuniones en espacios reducidos significan que el ambiente local potencialmente contendrá aire exhalado a una distancia significativamente mayor", escribieron los investigadores.
Los investigadores dijeron que el experimento mostró que una distancia social de 6 pies (2 metros) no funcionaba como una pared para proteger a las personas. Con el tiempo, las conversaciones pueden hacer que el material se mueva más allá de la distancia, particularmente dentro de los edificios.
El tren de soplos creado por una conversación provoca un flujo turbulento más complejo que los chorros de aire únicos y los investigadores tuvieron que tener en cuenta en sus cálculos. Los investigadores utilizaron los datos de los experimentos para crear un marco matemático para cuantificar el transporte de gotas desde la boca del hablante hasta el área circundante. Señalaron que el trabajo no tiene en cuenta el movimiento de la cabeza o el cuerpo del hablante y el movimiento del aire de fondo causado por la ventilación y otros altavoces. Analizar esos factores requeriría más trabajo.
| Significado Los informes médicos y las fuentes de noticias plantean la posibilidad de que los flujos creados durante la respiración, el habla, la risa, el canto o el ejercicio puedan ser el medio por el cual las personas asintomáticas contribuyan a la propagación del virus SARS-CoV-2. Usamos experimentos y simulaciones para cuantificar cómo se transporta el aire exhalado en el habla. Las características fonéticas introducen complejidad en la dinámica del flujo de aire y los sonidos oclusivos, como “P”, producen estructuras vorticales intensas que se comportan como “bocanadas” y alcanzan rápidamente 1 m. Sin embargo, el habla, que corresponde a un tren de tales bocanadas, crea un flujo cónico, turbulento, similar a un chorro y produce fácilmente un transporte dirigido a más de 2 m en 30 s de conversación. Este trabajo debe informar la orientación de salud pública para la reducción de riesgos y las estrategias de mitigación de la transmisión de patógenos en el aire. |
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