Los investigadores que estudian la física de los fluidos están aprendiendo por qué ciertas situaciones aumentan el riesgo de que las gotitas transmitan enfermedades como COVID-19.

En la 73a Reunión Anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Estadounidense de Física, los científicos ofrecieron nueva evidencia que muestra por qué es peligroso reunirse en interiores, especialmente si hace frío y humedad, e incluso si está a más de seis pies de distancia de otras personas. Sugirieron qué máscaras atraparán las gotas más infecciosas. Y proporcionaron nuevas herramientas para medir super esparcidores.

"Los modelos epidemiológicos actuales para las enfermedades respiratorias infecciosas no tienen en cuenta la física del flujo subyacente de la transmisión de enfermedades, "dijo Swetaprovo Chaudhuri, profesor de ingeniería de la Universidad de Toronto, uno de los investigadores.

Pero los fluidos y su dinámica son fundamentales para configurar el transporte de patógenos, que afecta la transmisión de enfermedades infecciosas, explicó la física matemática y profesora Lydia Bourouiba, Director del Laboratorio de Dinámica de Fluidos de Transmisión de Enfermedades del MIT. Dio una charla invitada sobre el conjunto de trabajos que ha producido durante los últimos diez años para dilucidar la dinámica de fluidos de las enfermedades infecciosas y la transmisión de enfermedades.

"Mi trabajo ha demostrado que las exhalaciones no son gotitas aisladas, sino que de hecho salen como turbulentas, nube multifase. Esta nube de gas es fundamental para mejorar el rango y cambiar la física de evaporación de las gotas dentro de ella. ", dijo Bourouiba." En el contexto de las enfermedades respiratorias infecciosas, particularmente ahora COVID-19, este trabajo subraya la importancia de cambiar las pautas de distanciamiento y protección basadas en la investigación de dinámica de fluidos, particularmente con respecto a la presencia de esta nube ".

Bourouiba presentó ejemplos de una variedad de enfermedades infecciosas, incluido COVID-19, y discutió el descubrimiento de que la exhalación implica diferentes regímenes de flujo. además de la rica fragmentación de líquido inestable del complejo líquido mucosalivar. Su investigación revela la importancia de la fase gaseosa, que puede cambiar por completo la imagen física de la exhalación y las gotas.

El científico del Instituto Nórdico de Física Teórica Dhrubaditya Mitra y su equipo se dieron cuenta de que podían usar las ecuaciones matemáticas que gobiernan el perfume para calcular cuánto tardarían las gotas virales en llegar al interior. Resulta:no mucho tiempo.

El perfume usado por alguien en la mesa o cubículo de al lado llega a tu nariz gracias a las turbulencias en el aire. Las gotas finas arrojadas por una persona infectada se propagan de la misma manera. Los investigadores encontraron que por debajo de una distancia relativa conocida como escala integral, las gotas se mueven balísticamente y muy rápido.

Incluso por encima de la escala integral, hay peligro. Considere un ejemplo donde la escala integral es de dos metros. Si estuviera parado a tres metros (poco menos de diez pies) de una persona infectada, es casi seguro que sus gotitas te alcanzarán en aproximadamente un minuto.

"Nos mostró cuán inútiles son la mayoría de las reglas de distanciamiento social una vez que estamos en el interior, "dijo Mitra, quien realizó la investigación con su colega Akshay Bhatnagar en el Instituto Nórdico de Física Teórica y Akhilesh Kumar Verma y Rahul Pandit en el Instituto Indio de Ciencia.

Además de viajar más lejos y más rápido, las gotas también pueden sobrevivir más tiempo en interiores de lo que se creía anteriormente.

La investigación de la década de 1930 analizó cuánto tiempo sobreviven las gotitas respiratorias antes de evaporarse o golpear el suelo. Los hallazgos de casi un siglo forman la base de nuestro mantra actual de "mantenerse a dos metros de distancia" de los demás.

Los físicos de la Universidad de Twente revisaron el tema. Llevaron a cabo una simulación numérica que indica que la vida útil de las gotas puede extenderse más de 100 veces más de lo que sugerirían los estándares de la década de 1930.

"Las reglas actuales de distanciamiento social se basan en un modelo que a estas alturas debería estar desactualizado, "dijo el físico Detlef Lohse, quien lideró el equipo.

En un espacio frío y húmedo las gotitas exhaladas no se evaporan tan rápido. La bocanada húmeda caliente producida también protege las gotas y extiende su vida útil, al igual que los efectos colectivos.

Algunas gotitas son más propensas que otras a enfermarlo. Chaudhuri de la Universidad de Toronto, con investigadores del Instituto Indio de Ciencias y la Universidad de California en San Diego, investigado por qué, utilizando experimentos de gotitas de saliva humana y análisis computacionales.

Descubrieron que algunas de las gotas más infecciosas comienzan con un tamaño de 10 a 50 micrones. "Con ciertas suposiciones, parece que si todo el mundo usa una máscara que puede evitar la expulsión de todas las gotas por encima de 5 micrones, la curva de la pandemia podría aplanarse, "dijo Chaudhuri.

Los residuos de gotitas secas también representan un riesgo grave:persisten mucho más tiempo que las gotitas y pueden infectar a un gran número de personas si el virus sigue siendo potente.

El equipo utilizó sus hallazgos para desarrollar un modelo de transmisión de enfermedades. "Nuestro trabajo conecta la física de las gotas a microescala y su papel fundamental en la determinación de la propagación de la infección a macroescala, "dijo Chaudhuri.

Para comprender mejor la dinámica de las gotas en la pandemia de COVID-19, un equipo de la Universidad Northwestern y la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign probó las capacidades de un nuevo dispositivo portátil. El delgado, inalámbrico, El sensor flexible se adhiere como una pegatina en la parte inferior del cuello para capturar las señales vitales. Los estudios clínicos en curso están utilizando el dispositivo con pacientes hospitalarios.

El equipo descubrió que el dispositivo distingue entre toser, hablando, risa, y otras actividades de respiración con sus algoritmos de aprendizaje automático. Los investigadores utilizaron velocimetría de seguimiento de partículas y un medidor de decibelios para analizar las gotas producidas por los usuarios de dispositivos.

"Los diferentes tipos de habla pueden generar números y dinámicas de gotas drásticamente diferentes, "dijo el investigador de ingeniería biomédica Jin-Tae Kim, quien dirigió la investigación.

El dispositivo puede ayudar a aclarar por qué algunas personas se vuelven inusualmente infecciosas, los llamados superpropagadores. "Nuestros hallazgos abordan aún más la necesidad crítica de sensores continuos integrados en la piel para comprender mejor la pandemia, "dijo Kim.