Pela primeira vez, os pesquisadores visualizaram diretamente como a fala produz e expulsa gotas de saliva no ar. As menores gota­culas podem ser inaladas por outras pessoas e são a principal forma de infecções respirata³rias como o COVID-19 se espalharem de pessoa para pessoa.

Usando imagens de alta velocidade, os pesquisadores mostraram que quando nossas bocas se abrem para produzir sons de fala, uma pela­cula de saliva lubrificante inicialmente se espalha pelos la¡bios. Amedida que os la¡bios se separam, o filme la­quido se divide em filamentos. O fluxo de ar para fora dos pulmaµes estica e afina os filamentos atéque eles eventualmente se rompam e se dispersem no ar como gota­culas minaºsculas - tudo em frações de segundo.

Este mecanismo de produção de gota­culas éespecialmente pronunciado para as chamadas consoantes stop ou “plosivas” como “p” e “b”, que requerem que os la¡bios se pressionem firmemente ao formar o som vocalizado. Outros sons conhecidos como plosivas denti-alveolares, como “t” e “d”, que envolvem a la­ngua tocando os dentes superiores e a crista da manda­bula logo atrás dos dentes, também produzem gota­culas em uma taxa muito maior do que na formação de sons voca¡licos.

Uma compreensão mais profunda desta formação de gota­culas e processo de dispersão deve levar a novas e melhores estratanãgias de mitigação, ajudando a desacelerar a atual pandemia de coronava­rus juntamente com surtos futuros. 

“Fizemos a primeira visualização direta do mecanismo que produz gota­culas na cavidade oral durante a fala cotidiana”, disse Howard Stone , o Donald R. Dixon '69 e Elizabeth W. Dixon Professor de  Engenharia Meca¢nica e Aeroespacial . “Nosso estudo fornece insights sobre a origem das gota­culas quando as pessoas falam, o que pode ajudar a conter a propagação de doenças como COVID-19.”

O estudo foi publicado em 2 de outubro na revista Physical Review Fluids. Stone foi co-autor do estudo com Manouk Abkarian, diretor de pesquisa do Centro Nacional Francaªs de Pesquisa Cienta­fica (CNRS), no Centro de Biologie Structurale de Montpellier. Abkarian havia chegado a Princeton em um curto período saba¡tico planejado no ini­cio de mara§o de 2020, coincidentemente pouco antes da Universidade (e grande parte do resto do mundo) entrar em um bloqueio pandaªmico.

Nas primeiras semanas, quando as taxas de infecção de COVID-19 dispararam, pesquisadores de uma ampla variedade de disciplinas começam a se concentrar em como o va­rus era transmitido. Da mesma forma preocupados, Stone e Abkarian queriam trazer seus conhecimentos em meca¢nica dos fluidos para resolver o problema. Os pesquisadores se concentraram na transmissão assintoma¡tica; isto anã, por pessoas que não estavam tossindo e espirrando e emitindo explosivamentepartículas carregadas de patógenos no ar.

“Escrevemos uma proposta de financiamento em abril para investigar a meca¢nica dos fluidos envolvida na transmissão assintoma¡tica por meio do papel da fala, quando as pessoas que não estãoaparentemente doentes estãoapenas interagindo e conversando normalmente”, disse Stone. 

Para prosseguir com o estudo, Stone e Abkarian receberam permissão da Universidade, incluindo o Comitaª de Revisão Institucional, para acessar o laboratório do campus e prosseguir com esse trabalho urgente, observando um protocolo estrito de distanciamento social. La¡, Abkarian realizou a maioria dos experimentos em si mesmo, com algumas imagens adicionais da fala de Stone. A configuração experimental envolveu Abkarian sentado em uma cadeira em uma sala cheia de nanãvoa de uma ma¡quina de nanãvoa. Ele vocalizou várias fonanãticas enquanto falava em direção a uma folha de laser, que éum plano fino e plano de luz laser. A folha de laser revelou quaisquerpartículas que saiam da boca de Abkarian devido ao efeito de dispersão de luz que causam ao cruzar a folha. Uma ca¢mera de alta velocidade capturou esse espalhamento, permitindo aos pesquisadores avaliar onívelde produção de gota­culas por som falado.

Para visualizar a formação das gotas durante a fala, a mesma ca¢mera deu um zoom na boca do locutor. A ca¢mera gravou em 5000 quadros por segundo extremamente detalhados, sob forte iluminação. A perspectiva quadro a quadro denívelde milissegundo mostrou a deposição de uma camada salivar microsca³pica, lubrificante, nos la¡bios a  medida que os la¡bios se pressionam antes de emitir uma consoante plosiva. A camada la­quida forma uma fina pela­cula vertical a  medida que os la¡bios se separam. O filme torna-se insta¡vel em um milissegundo a  medida que se expande para cerca de um mila­metro de largura. O filme se divide em vários filamentos que afinam e rapidamente se estendem por centa­metros de comprimento para finalmente se quebrar em gotas que saem da boca do locutor pelo ar.

Esta evidência capturada pela ca¢mera contrasta com as hipa³teses anteriores, em sua maioria sem suporte, sobre a formação de gotas aerossolizadas. Presume-se que a formação de gota­culas ocorra de duas maneiras: de filmes finos que explodem profundamente nos pulmaµes ou de gotas de cisalhamento do fluxo de ar desuperfÍcies revestidas de saliva nas vias aanãreas superiores, que incluem a garganta e a boca. O jaºri permanece indefinido sobre se esses outros mecanismos propostos desempenham um papel além do mecanismo documentado por Stone e Abkarian.

“Ninguanãm foi capaz de obter medições diretas ou visualizações da formação de gota­culas nos pulmaµes ou nas vias aanãreas superiores”, disse Abkarian. “Agora, com nosso estudo, háevidaªncias convincentes de que o alongamento e a ruptura dos filamentos da saliva durante a fala estãopor trás da formação do aerossol.”

O uso de ma¡scaras, como équase universalmente recomendado por especialistas em saúde pública e obrigata³rio em muitas jurisdições, deve conter efetivamente uma porção significativa de aerossãois expelidos, apontaram os pesquisadores. Stone e Abkarian sugeriram ainda que a simples intervenção de usar protetor labial deveria reduzir a formação de gotas durante a fala.

Quando as condições pandaªmicas permitirem, Stone e Abkarian gostariam de estender a imagem em seu estudo para mais participantes para confirmar que o mecanismo de geração de gota­culas que documentaram éuma caracterí­stica geral da fala humana.

Os pesquisadores também estãointeressados ​​nas diferenças entre as la­nguas em termos da variedade e frequência dos sons que sua articulação invoca. a‰ possí­vel que falantes de certas la­nguas com muitas consoantes fortes, por exemplo, tendam a produzir mais gotas do que falantes de la­nguas com maior uso de sons voca¡licos mais suaves. No entanto, as pessoas que produzem mais saliva quando falam - apelidadas de “superemissores” - podem não ser necessariamente superespalhadoras de COVID-19 ou outras doenças transmitidas pela saliva. Isso ocorre porque a infecciosidade de qualquer gota éprovavelmente baseada na quantidade de va­rus que ela contanãm, e uma pessoa infectada com COVID-19 que por acaso produz gotas copiosas pode não ter uma carga viral alta na saliva ou no trato respirata³rio.

“Ainda estamos aprendendo muito sobre como o COVID-19 étransmitido”, disse Stone. “Nossa esperana§a éque este estudo ajude na luta geral contra esta pandemia devastadora.”