Nuvens turbulentas de gases e emissões de patógenos respiratórios

Introdução

O atual surto da doença de coronavírus 2019 (COVID-19) demonstra vividamente a carga que as doenças respiratórias infecciosas colocam em um mundo intimamente conectado. Políticas de mitigação e contenção sem precedentes foram implementadas em um esforço para limitar a disseminação do COVID-19, incluindo restrições de viagem, detecção e avaliação de viajantes, isolamento e quarentena e fechamento de escolas.

Um objetivo principal de tais políticas é diminuir os encontros entre indivíduos infectados e indivíduos suscetíveis, e diminuir a taxa de transmissão. Embora essas estratégias de distanciamento social sejam críticas no momento atual da pandemia, pode parecer surpreendente que o entendimento atual das rotas de transmissão de host para host em doenças infecciosas respiratórias se baseie em um modelo de transmissão de doenças desenvolvido na década de 1930 que, para os padrões modernos, parece excessivamente simplificado.

A implementação de recomendações de saúde pública com base nesses modelos mais antigos pode limitar a eficácia das intervenções propostas.

Entendendo a transmissão de doenças respiratórias infecciosas

Em 1897, Carl Flügge demonstrou que patógenos estavam presentes em gotículas expiratórias grandes o suficiente para se estabelecerem em um indivíduo infectado. A "transmissão de gotículas" pelo contato com a fase líquida expelida e infectada das gotículas era considerada a principal via de transmissão de doenças respiratórias. Essa visão prevaleceu até William F. Wells focar a transmissão da tuberculose na década de 1930 e dicotomizar as emissões de gotículas respiratórias em gotículas "grandes" e "pequenas".

Segundo Wells, gotas isoladas são emitidas na expiração.

• Gotas grandes se depositam mais rapidamente do que evaporam, contaminando a vizinhança imediata do indivíduo infectado.
   
• Por outro lado, as pequenas gotículas evaporam mais rápido do que se depositam.

Nesse modelo, à medida que as minúsculas gotículas se movem das condições quentes e úmidas do sistema respiratório para o ambiente externo mais frio e seco, elas evaporam e formam partículas residuais feitas do material seco das gotículas originais.

Essas partículas residuais são chamadas de núcleos de gotículas ou aerossóis.

Essas ideias resultaram em uma classificação dicotômica entre gotas grandes versus pequenas, ou gotas versus aerossol, que podem então mediar a transmissão de doenças respiratórias. Estratégias de controle de infecção foram desenvolvidas com base no fato de uma doença infecciosa respiratória ser transmitida principalmente pelo caminho de gotículas grandes ou pequenas.

A dicotomia entre gotículas grandes e pequenas permanece no centro dos sistemas de classificação de rotas de transmissão de doenças respiratórias adotados pela Organização Mundial da Saúde e outras agências, como os Centros de Controle e Prevenção de Doenças. Esses sistemas de classificação empregam vários cortes arbitrários no diâmetro da gota, de 5 a 10 μm, para classificar a transmissão de host a host como gotículas ou rotas de aerossóis.1

Essas dicotomias continuam sob o gerenciamento de risco atual, as principais recomendações e a alocação de recursos para o gerenciamento de respostas associadas ao controle de infecções, inclusive para o COVID-19. Mesmo quando políticas de máxima contenção foram aplicadas, a rápida disseminação internacional do COVID-19 sugere que o uso de limites arbitrários de tamanho de gotícula pode não refletir com precisão o que realmente ocorre com as emissões respiratórias, possivelmente contribuindo para a ineficácia de alguns procedimentos. usado para limitar a propagação de doenças respiratórias.

Novo modelo para emissões respiratórias

Trabalhos recentes mostraram que exalações, espirros e tosse não consistem apenas em gotículas mucosalivares que seguem caminhos de emissão semi-balísticos de curto alcance, mas são compostas principalmente por uma nuvem de gás turbulenta multifásica (uma nuvem) que retém ar ambiente e carrega um continuum de tamanhos de gotas.

 A atmosfera local úmida e quente dentro da turbulenta nuvem de gás permite que as gotículas contidas evitem a evaporação por muito mais tempo do que ocorre com gotículas isoladas. Sob essas condições, a vida útil de uma queda pode ser estendida consideravelmente por um fator de até 1000, de uma fração de segundo para minutos.

Devido ao momento avançado da nuvem, as gotículas que transportam patógenos são lançadas muito mais longe do que se fossem emitidas isoladamente sem serem capturadas e impulsionadas por uma nuvem de nuvens turbulentas.

Nuvem de gás turbulento multifásico de um espirro humano