Modele benchmarkingowe dla przenoszenia SARS-CoV-2 przez aerozole i kropelki

Podczas mówienia, kichania, kaszlu, śpiewu, śmiechu i wydechu ludzie wydychają cząsteczki zawierające płyny oddechowe. Czasami te wydychane cząstki mogą również zawierać zakaźne patogeny.

Stado: Uwarunkowania źródłowe do benchmarkingu modeli transmisji SARS-CoV-2 przez aerozole i kropelki. Źródło obrazu: Design_Cells / Shutterstock.com

tło

Zazwyczaj średnica wydychanych cząstek mieści się w zakresie od 0,01 do 1000 mikrometrów (µm). Cząstki te można sklasyfikować jako cząstki o średnicy mniejszej niż 5 μm, określane jako jądra kropelkowe lub aerozole, lub cząstki o średnicy większej niż 5 μm, zwane kropelkami oddechowymi. Wielkość wydychanych cząstek stale się zmienia w zależności od środowiska, zwłaszcza z powodu parowania.

Rozmiar wydychanych cząstek wpływa na sposób przemieszczania się cząstek unoszących się w powietrzu. Oprócz wielkości przenoszenie cząstek zależy również od wentylacji i przepływu powietrza. Ważne jest, aby odróżnić aerozole od kropelek, ponieważ ich wielkość skutecznie oddziela ich zachowanie aerodynamiczne, zdolność do wdychania i skuteczność interwencji.

Modelowanie do przewidywania losu wydychanych cząstek

Naukowcy opracowali kilka modeli do przewidywania losu wydychanych cząstek w różnych środowiskach. Modele te, charakteryzujące się różnymi zawiłościami i rozdzielczościami do określania przepływu i dyspersji płynu, dostarczają informacji na temat dynamiki aerozolu i kropel, w tym parowania, stabilizacji i transportu wydychanych cząstek w środowisku.

Obecnie dostępnych jest wiele badań dotyczących wytwarzania aerozoli i aerozoli poprzez gwałtowne wydechy, takie jak kaszel i kichanie. Ważne jest, aby powiązać kaszel z przenoszeniem wirusa.

Jak dotąd naukowcy udokumentowali, że głównym motorem transmisji jest miano wirusa. Rozwój metod modelowania umożliwił ocenę różnych procesów fizycznych związanych z wydychanymi cząsteczkami.

Poczyniono szybkie postępy w zakresie modelowania tych cząstek w różnych środowiskach, co jest ważne dla zrozumienia sposobu przenoszenia chorób. Modele te należy zweryfikować, porównując je ze sobą za pomocą wspólnego zestawu parametrów wejściowych. Zapewni to możliwość wywnioskowania różnic w modelu na podstawie fizyki modelu, a nie nieokreślonych różnic w parametrach wejściowych modelu.

o nauce

Nowe badanie zostało opublikowane w dniu medRxiv * Serwer prepress wygenerował ustandaryzowany zestaw parametrów obejmujących wydychanie cząstek. Parametry te mogą służyć jako punkt odniesienia dla wielu podejść do modelowania. W badaniu tym badacze skupili się głównie na określeniu parametrów oddychania i mówienia.

W tym przypadku naukowcy donoszą, że oddychanie można modelować jako zjawisko niestabilne lub uprościć jako stałe natężenie przepływu, ponieważ w obu podejściach zastosowano spójny zestaw parametrów.

W tym celu występuje różnica prędkości przepływu, gdy usta lub nos są otwarte i wydychane tylko przez około połowę okresu oddychania. Niektóre parametry związane z wydechem obejmują obszar otwarcia, kąt kropli, gęstość i warunki środowiskowe, w tym temperaturę, wilgotność względną, średnie natężenie przepływu i skład wydychanych cząstek, takie jak na przykład obecność chlorku sodu lub białek wewnątrz kropelki.

Wyniki

Gdy natężenie przepływu wydychanego powietrza modelowano jako przepływ stały, średnie natężenie przepływu uzyskano dzieląc całkowitą objętość wydechową przez okres oddychania. Autorzy oszacowali średni przepływ wydechowy na 10,6 litra na minutę.¹ Dla przeciętnych mężczyzn 8,3 litra min^-1 Dla przeciętnej kobiety. Wartości te są związane z szybkością wydychanego przepływu podczas oddychania.

Wcześniejsze badania sugerowały, że model BLO można zastosować do analizy rozkładu wielkości cząstek w różnych miejscach dróg oddechowych, które mogą obejmować oskrzela (B), krtań (L) i jamę ustną (O). Co więcej, inne badanie wykazało, że pacjenci hospitalizowani z chorobą koronawirusową 2019 (COVID-19) uwalniają cząstki oddechowe (aerozole) o podobnej wielkości do zdrowych ludzi podczas oddychania, mówienia i kaszlu.

Graficzna reprezentacja rzutowania dżetów (θ) i kątów propagacji (ϕ).

Chociaż wcześniejsze badania wykazały również obecność SARS-CoV-2, czynnika sprawczego COVID-19, w kondensatorze wydechowym (EBC) osoby zakażonej, nadal istnieje luka w badaniach dotyczących miana wirusa o różnej wielkości cząstek . W związku z tym autorzy nie uwzględnili stężeń patogenów w zestawie parametrów dla wydychanych cząstek.

Wnioski

W bieżącym badaniu zidentyfikowano zestaw parametrów, które można wykorzystać jako punkt odniesienia w badaniach modelowania związanych ze zmianami w wydychanych przez osobę cząstkach pod względem wielkości, składu, objętości, szybkości, gęstości i miana wirusa.

Autorzy podkreślili brak dowodów na określenie mediany, mediany lub mediany wartości parametrów w populacji. Co więcej, potwierdzili, że modelowanie losu wydychanych cząstek, gdy przeprowadzane jest z prawidłowymi parametrami, może wyjaśnić potencjalne ścieżki transmisji, a w konsekwencji pomóc w opracowaniu strategii zapobiegawczych.

*Ważna uwaga

medRxiv Publikuje wstępne raporty naukowe, które nie były recenzowane i dlatego nie powinny być traktowane jako rozstrzygające, ukierunkowywać praktykę kliniczną/zachowania związane ze zdrowiem ani być traktowane jako ustalone informacje.