Los consejos de salud pública para evitar enfermedades respiratorias prácticamente no han cambiado desde la gripe española de 1918, una de las pandemias más mortíferas de la historia. Mantenga una distancia segura de otras personas. Lávese las manos con frecuencia con agua y jabón para matar los gérmenes que pueda haber contraído. Cúbrase la nariz y la boca con una mascarilla; incluso una hecha con un pañuelo servirá. Dicha orientación se basa en el entendimiento de que las infecciones respiratorias se propagan a través de gotitas portadoras de virus que se expulsan cuando las personas infectadas tosen. estornudo, o respirar.

Pero más de un siglo después de que la gripe española mató a 50 millones de personas en todo el mundo, cómo se comportan estas gotitas de líquido sigue siendo en gran parte un misterio. Rajat Mittal, profesor de ingeniería mecánica en la Whiting School of Engineering y experto en dinámica de fluidos computacional, cree que una mayor investigación sobre la física del flujo de las enfermedades respiratorias será clave para contener la actual pandemia de coronavirus.

La idea se le ocurrió a Mittal durante una visita reciente a la tienda de comestibles, donde notó que los compradores usaban máscaras protectoras. Su mente se dirigió a donde suelen ir las mentes de los investigadores:a la ciencia.

"Empecé a preguntarme si hay datos sobre la aerodinámica de estas máscaras para cuantificar lo que realmente están haciendo, ", Dice Mittal." Cuando comencé a sumergirme en la literatura, quedó claro que la dinámica de fluidos se cruza con casi todos los aspectos de esta pandemia. Cómo se forman y transportan las gotas, cómo infectan a los demás, los ventiladores que utilizamos para tratar a los pacientes con esta enfermedad, incluso las medidas preventivas como las mascarillas; muchos de estos problemas están relacionados en última instancia con el flujo de líquidos ".

Para ayudar a impulsar nuevas ideas e investigaciones en esta área, Mittal y un equipo de sus colegas de la facultad compilaron una descripción general de la dinámica de fluidos conocida de COVID-19 y las preguntas que quedan. Este informe se publica en la Revista de mecánica de fluidos .

Sumergirse en gotitas

Las infecciones respiratorias se transmiten de persona a persona a través de gotitas portadoras de virus por transmisión aérea o por contacto con una superficie contaminada por gotitas. Las personas infectadas a menudo expulsan estas gotitas al toser o estornudar, una señal reveladora de que otras personas deben mantenerse alejadas para evitar infecciones. Pero la transmisión en realidad depende de una amplia gama de factores, incluido el número de gotas, su tamaño, y su velocidad durante eventos espiratorios como toser, estornudos y respiración.

Estornudos por ejemplo, puede expulsar miles de gotas grandes a una velocidad relativamente alta, mientras que la tos genera de 10 a 100 veces menos gotas. Hablar expulsa considerablemente menos gotas aún, alrededor de 50 por segundo, y son más pequeños. Es más probable que estas pequeñas gotas se suspendan en el aire, viajar distancias más largas, y transmiten la infección una vez que se inhalan. Gotas grandes, por otra parte, tienen más probabilidades de contaminar superficies y transmitir infecciones al tacto.

Como señala el equipo en el documento, Ya se han realizado muchos estudios para medir con precisión cómo se generan y transportan las gotas. Sin embargo, el consenso sobre el comportamiento de las gotas sigue siendo difícil de alcanzar debido a la naturaleza compleja de los fenómenos, así como la dificultad de realizar tales mediciones.

Un área de interés para futuras investigaciones se centra en la formación de pequeñas gotas durante actividades normales como respirar y hablar. Esto puede arrojar luz sobre cómo COVID-19 se transmite por portadores asintomáticos que hablan o respiran normalmente.

"Una hipótesis es que el virus está siendo transportado por gotitas muy finas en el aire, "dice el experto en flujo multifásico Rui Ni, profesor asistente de ingeniería mecánica y colaborador del artículo. "Ahora, no entendemos completamente cómo funciona esta fina niebla para transportar el virus. Y eso tiene grandes implicaciones para el distanciamiento social, si solo basamos esas pautas en la suposición de que las gotas pueden alcanzar una cierta distancia ".

De hecho, un estudio citado en su artículo muestra que las gotas grandes expulsadas por los estornudos pueden viajar 20 pies o más, por lo que 6 pies podrían no ser suficientes para eliminar el riesgo de transmisión. Según el equipo, Otros problemas que merecen un análisis más profundo son la evaporación e inhalación de gotas, cómo se comportan las gotas en ambientes interiores versus exteriores, y cómo la temperatura y la humedad afectan las tasas de transmisión.

Simulando soluciones

Las estrategias de contención para COVID-19 se basan en lo que los legisladores creen saber sobre la física de flujos. Pero Mittal y Ni advierten que gran parte de eso se basa en información obsoleta.

"Abogamos por una mejor cuantificación, por poner realmente números detrás de estas ideas, "Dice Mittal." Parte de lo que estamos haciendo ahora para combatir el COVID-19 en 2020 se basa en la ciencia de los artículos publicados en la década de 1930. Hemos aprendido mucho desde entonces pero la política debe ponerse al día ".

Por ejemplo, incluso meses después de la pandemia, todavía hay muchas preguntas en torno al uso de máscaras faciales. Las máscaras faciales a menudo están diseñadas para proteger a la persona que usa la máscara; piense en un trabajador de la construcción que intenta evitar inhalar polvo peligroso, por ejemplo. Pero las mascarillas para combatir la transmisión de COVID-19 deben ofrecer protección tanto hacia adentro como hacia afuera, protegiendo a los demás tanto como protege al usuario.

Los científicos pueden comprender mejor cómo mejorar la protección exterior simulando la fuga de flujo causada por los espacios alrededor de la nariz y la boca. dice Jung-Hee Seo, profesor asociado de investigación de ingeniería mecánica. Está trabajando con Mittal y Koroush Shoele de la Universidad Estatal de Florida en simulaciones de última generación para analizar el flujo de aire y la dispersión de gotas en máscaras faciales. Sus simulaciones tienen en cuenta diferentes formas faciales y estructuras de máscaras, permitiéndoles evaluar la eficacia de varios diseños de máscaras.

El estudio se encuentra en sus primeras etapas, pero ultimamente, estas simulaciones podrían informar mejores diseños para máscaras faciales, especialmente para esas mascarillas de costura en casa, añade Mittal.

"Si alguien está haciendo una mascarilla en casa, ¿Podemos decirles un paso simple para mejorar la mascarilla en lo que se supone que debe hacer? ”, pregunta.

Dinámica de fluidos en acción

Como tantos científicos, políticos y el público, en realidad, el equipo ya está pensando en un momento en el que la vida volverá a un sentido de normalidad. Se preguntan:¿Cómo se puede hacer eso sin dejar de minimizar las nuevas transmisiones?

Las decisiones de reapertura se beneficiarán de los nuevos hallazgos sobre la física del flujo de la transmisión de COVID-19, dicen los investigadores. "Piense en los estudiantes que regresan a un campus universitario. Si sabemos más sobre la aerodinámica del movimiento de las gotas, potencialmente podríamos rediseñar los sistemas HVAC para reducir la dispersión de gotas en un dormitorio, por ejemplo, "Ni dice." La misma idea podría funcionar con hogares de ancianos. Si todos usamos máscaras, ¿Cómo afecta eso a la práctica del distanciamiento social? Si ponemos más ciencia detrás de esta línea de pensamiento, podemos abrir el país de una manera más segura ".

El nuevo coronavirus es un desafío complejo y en evolución, y los investigadores de cada disciplina solo pueden abordar un pequeño aspecto de la crisis. Todavía, Mittal ve una gran oportunidad para que aquellos en el campo de la dinámica de fluidos contribuyan a una solución.

"Esto es fundamental en nuestra área de especialización, ", dice." Podemos proporcionar información y herramientas que garantizarán que estemos mejor preparados para abordar el próximo brote de COVID-19 o una enfermedad similar ".