Gotitas al hablar, respirar o toser, ¿siguen siempre el flujo de aire?

La Organización Mundial de la Salud advirtió recientemente de que se está subestimando la transmisión del COVID-19 en aerosol. Si se confirma que la dispersión de aerosoles es significativa, como se sospecha, será necesario reconsiderar las pautas sobre distanciamiento social, los sistemas de ventilación y los espacios compartidos.

Un grupo de investigadores de la Universidad Heriot-Watt y la Universidad de Edimburgo, en Reino Unido, cree que también se necesita una mejor comprensión de los diferentes comportamientos de las gotas y sus diferentes mecanismos de dispersión basados en el tamaño de las gotas.

En la revista ‘Physics of Fluids’ el equipo investigador presenta un modelo matemático que delimita claramente las gotas pequeñas, intermedias y grandes y se pueden usar fórmulas simples para determinar el rango máximo de una gota.

Esto tiene implicaciones importantes para comprender la propagación de enfermedades transmitidas por el aire, como COVID-19, porque sus pruebas de dispersión revelaron la ausencia de gotas de tamaño intermedio, como se esperaba.

“La física del flujo de alguien que tose es compleja, ya que hay chorros turbulentos y evaporación de gotas --explica Cathal Cummins, de la Universidad Heriot-Watt--. Y el aumento del COVID-19 ha revelado las lagunas en nuestro conocimiento de la física de las estrategias de transmisión y mitigación”.

Una de esas brechas en la física es una descripción clara y simple de dónde van las gotas individuales cuando se expulsan. “Queríamos desarrollar un modelo matemático de alguien que respirara que pudiera explorarse analíticamente para examinar la física dominante en juego”, explica Cummins.

Cuando una persona respira emiten gotas de varios tamaños que no necesariamente siguen fielmente el flujo de aire. “Representamos la respiración como una fuente puntual tanto de aire como de gotitas e incluimos un sumidero puntual para modelar el efecto de la extracción de aire y gotitas --explica--. Para tener en cuenta sus diferencias de tamaño y densidad, utilizamos la ecuación de Maxey-Riley, que describe el movimiento de una esfera rígida pequeña pero de tamaño finito a través de un fluido”.

Este trabajo brinda a los investigadores un marco general para comprender la dispersión de las gotas. La simplicidad del modelo demuestra que la bimodalidad en realidad podría ser una propiedad de las gotas en sí mismas, y el grupo proporciona fórmulas para predecir cuándo tales gotas tendrán rangos cortos.

“Nuestro estudio muestra que no hay una relación lineal entre el tamaño de las gotas y el desplazamiento, con las gotas pequeñas y grandes que viajan más lejos que las de tamaño mediano --añade Felicity Mehendale, coautora y cirujana académica de la Universidad de Edimburgo--. No podemos permitirnos ser complacientes con las gotas pequeñas. Los EPI son una barrera efectiva para las gotas grandes, pero puede ser menos efectivo para las pequeñas”.

Como solución, a Mehendale se le ocurrió la idea de crear un dispositivo extractor de aerosol. El equipo está trabajando en planes para fabricar el extractor para mantener a los médicos seguros durante una amplia gama de procedimientos generadores de aerosol que se realizan de manera rutinaria en medicina y odontología.

Las unidades de extracción colocadas cerca de las fuentes de gotas pueden atrapar gotas de manera efectiva, si sus diámetros caen por debajo del de un cabello humano.

“Esto tiene implicaciones importantes para la pandemia de COVID-19--asegura Cummins--. Las gotas más grandes serían fácilmente capturadas por el EPI, como mascarillas y caretas. Pero las gotas más pequeñas pueden penetrar a través de algunos EPI, por lo que un extractor podría ayudar a reducir la debilidad en nuestra defensa actual contra el COVID-19 y futuras pandemias”.

Mehendale añade que una mejor comprensión del comportamiento de las gotas ayudará a “informar las pautas de seguridad para los procedimientos de generación de aerosoles, y será relevante durante las pandemias actuales y futuras, así como para otras enfermedades infecciosas. Este modelo matemático también puede servir como base para modelar el impacto en la dispersión de gotas de los sistemas de ventilación existentes dentro de una gama de espacios clínicos”. Ep