La última investigación de los laboratorios de los científicos de Penn, Paulo Arratia y Douglas Jerolmack, fue una respuesta a "una llamada de ayuda", dice Arratia.

Era 2020 y la Orquesta de Filadelfia, como tantas instituciones culturales, había suspendido sus funciones debido a la pandemia de COVID-19. A través de P.J. Brennan, director médico del Sistema de Salud de la Universidad de Pensilvania, la Orquesta buscó experiencia para ayudar a comprender si sus músicos podrían volver a tocar en un arreglo físico seguro que minimizaría las posibilidades de exponerse unos a otros, o a su público, al SARS. -CoV-2.

“El director de orquesta no quería que los músicos estuvieran muy separados, necesitaban estar muy juntos para producir el mejor sonido”, dice Arratia, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. "Y, sin embargo, si necesitaban separarse con plexiglás, eso también planteaba un problema". Los músicos informaron problemas para escucharse unos a otros y líneas de visión deficientes con los divisores de plexiglás. "El desafío era cómo podemos alejarnos de esto hasta el punto en que puedan jugar sin obstrucciones pero aún de manera segura", dice Arratia.

Ahora, en una publicación en Physics of Fluids , Arratia, Jerolmack y sus colegas informan sobre sus hallazgos, que sugieren que los aerosoles que producen los músicos se disipan en aproximadamente seis pies. Los resultados no solo informaron la disposición de la Orquesta de Filadelfia cuando reanudó las actuaciones en el verano de 2020, sino que también sentaron las bases de cómo otros grupos musicales podrían pensar en reunirse y tocar de manera segura.

"Tener expertos como Paulo y Doug, que podían medir el tamaño de las partículas, la trayectoria, la distancia y la velocidad, fue realmente valioso para tomar decisiones para la orquesta", dice Brennan, quien ahora forma parte de la Junta Directiva de la Orquesta. "Esas decisiones incluyeron el espacio entre los jugadores, el distanciamiento entre las secciones, quién necesitaba usar mascarilla. A medida que recopilaron esta información, junto con las pruebas y el seguimiento de casos que estaba haciendo Penn Medicine, nos ayudó a tomar decisiones con confianza".

Enfoque experimental

La investigación giró en torno a las preguntas de cuántas partículas de aerosol generaron los músicos, con qué densidad se emitieron las partículas desde los instrumentos y qué tan rápido viajaron por el aire.

"Puede salir un gran chorro de aire, pero si la concentración de aerosol es muy baja, no importa mucho", dice Jerolmack, de la Escuela de Artes y Ciencias. "O puedes tener muchos aerosoles que se concentran en un haz angosto. Es importante entender esas cosas".

Para recopilar datos, los investigadores invitaron a los músicos de la Orquesta al campus, trayendo consigo sus instrumentos de viento, incluidas flautas, tubas, clarinetes, trompetas, oboes y fagotes.

Para visualizar y rastrear los aerosoles que salían de los instrumentos mientras los músicos tocaban, los investigadores operaron un humidificador que emitía gotas de vapor de agua en el extremo de la campana de los instrumentos. Este arreglo solo se cambió para el flautista, para quien el humidificador se colocó cerca de la boca del músico en lugar de la campana, ya que el aire viaja sobre la boquilla mientras se toca ese instrumento.

Luego, los investigadores dirigieron un rayo láser a través de la "niebla" creada por el humidificador, iluminando las partículas de aerosol y permitiéndoles ser capturadas por una cámara de alta velocidad y un contador de partículas.

"Es como en un día lluvioso, verás las gotas de agua si el sol brilla", dice Arratia.

Los músicos tocaron escalas de forma continua durante dos minutos. Resultó algo sorprendente para los investigadores encontrar que los músicos de instrumentos de viento producían aerosoles que eran similares en concentración a los emitidos durante la respiración y el habla normales, de aproximadamente 0,3 a 1 micrómetro de diámetro.

Las partículas de este tamaño, dicen los investigadores, son lo suficientemente pequeñas como para viajar lejos a través del aire, siempre que el flujo de aire sea lo suficientemente fuerte como para llevarlas allí. Por lo tanto, medir su concentración y el flujo se volvió importante para comprender el riesgo potencial de que un músico transmita el SARS-CoV-2 a otra persona.

Al evaluar la velocidad del flujo, los investigadores midieron velocidades de aproximadamente 0,1 metros por segundo, órdenes de magnitud más lentas que la tos o el estornudo, que puede viajar de 5 a 10 metros por segundo. La flauta era un caso atípico, pero aun así solo alcanzó velocidades de flujo de alrededor de 0,7 metros por segundo.

"When you observe the flow, you see these puffs and eddies, and we know that they spread, but we didn't know if there was going to be anything general at all between these instruments," says 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." + Explora más

Brass, woodwind instruments emit respiratory particles, study finds