Saúde

Como exatamente espalhamos as gotas enquanto falamos? Os engenheiros descobriram.
As menores gotículas podem ser inaladas por outras pessoas e são a principal forma de infecções respiratórias como o COVID-19 se espalharem de pessoa para pessoa.
Por Adam Hadhazy - 13/10/2020


Howard Stone, de Princeton, e Manouk Abkarian, do CNRS, visualizaram diretamente como a fala e a respiração produzem e expelem gotas de saliva para o ar. Ilustração deMatilda Luk, Escritório de Comunicações

Pela primeira vez, os pesquisadores visualizaram diretamente como a fala produz e expulsa gotas de saliva no ar. As menores gotículas podem ser inaladas por outras pessoas e são a principal forma de infecções respiratórias 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 película de saliva lubrificante inicialmente se espalha pelos lábios. À medida que os lábios se separam, o filme líquido se divide em filamentos. O fluxo de ar para fora dos pulmões estica e afina os filamentos até que eles eventualmente se rompam e se dispersem no ar como gotículas minúsculas - tudo em frações de segundo.

Este mecanismo de produção de gotículas é especialmente pronunciado para as chamadas consoantes stop ou “plosivas” como “p” e “b”, que requerem que os lábios se pressionem firmemente ao formar o som vocalizado. Outros sons conhecidos como plosivas denti-alveolares, como “t” e “d”, que envolvem a língua tocando os dentes superiores e a crista da mandíbula logo atrás dos dentes, também produzem gotículas em uma taxa muito maior do que na formação de sons vocálicos.

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

“Fizemos a primeira visualização direta do mecanismo que produz gotículas na cavidade oral durante a fala cotidiana”, disse Howard Stone , o Donald R. Dixon '69 e Elizabeth W. Dixon Professor de  Engenharia Mecânica e Aeroespacial . “Nosso estudo fornece insights sobre a origem das gotículas 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 Francês de Pesquisa Científica (CNRS), no Centro de Biologie Structurale de Montpellier. Abkarian havia chegado a Princeton em um curto período sabático planejado no início de março de 2020, coincidentemente pouco antes da Universidade (e grande parte do resto do mundo) entrar em um bloqueio pandêmico.

Nas primeiras semanas, quando as taxas de infecção de COVID-19 dispararam, pesquisadores de uma ampla variedade de disciplinas começaram a se concentrar em como o vírus era transmitido. Da mesma forma preocupados, Stone e Abkarian queriam trazer seus conhecimentos em mecânica dos fluidos para resolver o problema. Os pesquisadores se concentraram na transmissão assintomática; isto é, por pessoas que não estavam tossindo e espirrando e emitindo explosivamente partículas carregadas de patógenos no ar.

“Escrevemos uma proposta de financiamento em abril para investigar a mecânica dos fluidos envolvida na transmissão assintomática por meio do papel da fala, quando as pessoas que não estão aparentemente doentes estão apenas interagindo e conversando normalmente”, disse Stone. 

Para prosseguir com o estudo, Stone e Abkarian receberam permissão da Universidade, incluindo o Comitê de Revisão Institucional, para acessar o laboratório do campus e prosseguir com esse trabalho urgente, observando um protocolo estrito de distanciamento social. Lá, 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 névoa de uma máquina de névoa. Ele vocalizou várias fonéticas enquanto falava em direção a uma folha de laser, que é um plano fino e plano de luz laser. A folha de laser revelou quaisquer partículas que saiam da boca de Abkarian devido ao efeito de dispersão de luz que causam ao cruzar a folha. Uma câmera de alta velocidade capturou esse espalhamento, permitindo aos pesquisadores avaliar o nível de produção de gotículas por som falado.

Para visualizar a formação das gotas durante a fala, a mesma câmera deu um zoom na boca do locutor. A câmera gravou em 5000 quadros por segundo extremamente detalhados, sob forte iluminação. A perspectiva quadro a quadro de nível de milissegundo mostrou a deposição de uma camada salivar microscópica, lubrificante, nos lábios à medida que os lábios se pressionam antes de emitir uma consoante plosiva. A camada líquida forma uma fina película vertical à medida que os lábios se separam. O filme torna-se instável em um milissegundo à medida que se expande para cerca de um milímetro de largura. O filme se divide em vários filamentos que afinam e rapidamente se estendem por centímetros de comprimento para finalmente se quebrar em gotas que saem da boca do locutor pelo ar.

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

“Ninguém foi capaz de obter medições diretas ou visualizações da formação de gotículas nos pulmões ou nas vias aéreas superiores”, disse Abkarian. “Agora, com nosso estudo, há evidências convincentes de que o alongamento e a ruptura dos filamentos da saliva durante a fala estão por trás da formação do aerossol.”

O uso de máscaras, como é quase universalmente recomendado por especialistas em saúde pública e obrigatório em muitas jurisdições, deve conter efetivamente uma porção significativa de aerossóis 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 pandêmicas permitirem, Stone e Abkarian gostariam de estender a imagem em seu estudo para mais participantes para confirmar que o mecanismo de geração de gotículas que documentaram é uma característica geral da fala humana.

Os pesquisadores também estão interessados ​​nas diferenças entre as línguas em termos da variedade e frequência dos sons que sua articulação invoca. É possível que falantes de certas línguas com muitas consoantes fortes, por exemplo, tendam a produzir mais gotas do que falantes de línguas com maior uso de sons vocálicos 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 é provavelmente baseada na quantidade de vírus que ela contém, 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 respiratório.

“Ainda estamos aprendendo muito sobre como o COVID-19 é transmitido”, disse Stone. “Nossa esperança é que este estudo ajude na luta geral contra esta pandemia devastadora.”

 

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