Una nuova ricerca dell'Università della Florida centrale ha identificato caratteristiche fisiologiche che potrebbero rendere le persone super-diffusori di virus come SARS-CoV-2.

In uno studio apparso questo mese sulla rivista Fisica dei Fluidi, i ricercatori del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'UCF hanno utilizzato modelli generati dal computer per simulare numericamente gli starnuti in diversi tipi di persone e determinare le associazioni tra le caratteristiche fisiologiche delle persone e la distanza in cui viaggiano e indugiano nell'aria le loro goccioline di starnuto.

Hanno scoperto che le caratteristiche delle persone, come un naso tappato o una dentatura completa, potrebbero aumentare il loro potenziale di diffusione dei virus influenzando la distanza percorsa dalle goccioline quando starnutiscono.

Secondo i Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie, il modo principale in cui le persone vengono infettate dal virus che causa il COVID-19 è attraverso l'esposizione a goccioline respiratorie, come da starnuti e tosse che trasportano virus infettivi.

Conoscere di più sui fattori che influenzano la distanza di viaggio di queste goccioline può informare gli sforzi per controllare la loro diffusione, dice Michael Kinzel, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica dell'UCF e co-autore dello studio.

"Questo è il primo studio che mira a comprendere il 'perché' sottostante alla distanza percorsa dagli starnuti, " Dice Kinzel. "Mostriamo che il corpo umano ha influencer, come un complesso sistema di condotti associato al flusso nasale che in realtà interrompe il getto dalla bocca e gli impedisce di disperdere le goccioline a grandi distanze".

Ad esempio, quando le persone hanno il naso pulito, come soffiarlo in un fazzoletto, la velocità e la distanza percorsa dalle goccioline di starnuto diminuiscono, secondo lo studio.

Questo perché un naso pulito fornisce un percorso oltre alla bocca per l'uscita dello starnuto. Ma quando il naso delle persone è congestionato, l'area da cui può uscire lo starnuto è limitata, provocando così un aumento di velocità delle goccioline di starnuto espulse dalla bocca.

Allo stesso modo, i denti limitano anche l'area di uscita dello starnuto e fanno aumentare la velocità delle goccioline.

"I denti creano un effetto di restringimento nel getto che lo rende più forte e più turbolento, " Kinzel dice. "In realtà sembrano guidare la trasmissione. Così, se vedi qualcuno senza denti, puoi effettivamente aspettarti un getto più debole dallo starnuto da parte loro."

Per eseguire lo studio, i ricercatori hanno utilizzato modelli 3D e simulazioni numeriche per ricreare quattro tipi di bocca e naso:una persona con i denti e il naso pulito; una persona senza denti e con il naso pulito; una persona senza denti e con il naso congestionato; e una persona con i denti e il naso congestionato.

Quando hanno simulato gli starnuti nei diversi modelli, hanno scoperto che la distanza dello spruzzo delle goccioline espulse quando una persona ha il naso congestionato e una dentatura completa è circa il 60 percento maggiore rispetto a quando non lo fanno.

I risultati indicano che quando qualcuno tiene il naso pulito, ad esempio soffiandolo in un fazzoletto, che potrebbero ridurre la distanza percorsa dai loro germi.

I ricercatori hanno anche simulato tre tipi di saliva:sottile, medio e grosso.

Hanno scoperto che la saliva più sottile provocava starnuti composti da goccioline più piccole, che creava uno spruzzo e rimaneva nell'aria più a lungo della saliva media e densa.

Ad esempio, tre secondi dopo uno starnuto, quando la saliva densa raggiungeva il suolo e così diminuiva la sua minaccia, la saliva più sottile fluttuava ancora nell'aria come potenziale trasmettitore di malattie.

Il lavoro si ricollega al progetto dei ricercatori per creare una goccia per la tosse COVID-19 che darebbe alle persone una saliva più densa per ridurre la distanza che le goccioline di uno starnuto o tosse avrebbero percorso, e quindi diminuire la probabilità di trasmissione della malattia.

I risultati forniscono nuove informazioni sulla variabilità della distanza di esposizione e indicano come i fattori fisiologici influenzano i tassi di trasmissibilità, dice Kareem Ahmed, professore associato presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell'UCF e coautore dello studio.

"I risultati mostrano che i livelli di esposizione dipendono fortemente dalla fluidodinamica che può variare a seconda di diverse caratteristiche umane, "Ahmed afferma. "Tali caratteristiche potrebbero essere fattori alla base che guidano gli eventi di super diffusione nella pandemia di COVID-19".

I ricercatori affermano di sperare di spostare il lavoro verso studi clinici per confrontare i risultati della simulazione con quelli di persone reali di varia provenienza.

I coautori dello studio erano Douglas Fontes, un ricercatore post-dottorato con il Florida Space Institute e l'autore principale dello studio, e Jonathan Reyes, un ricercatore post-dottorato nel Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale dell'UCF.

Fontes dice di far avanzare i risultati dello studio, il gruppo di ricerca vuole indagare le interazioni tra flusso di gas, film di muco e strutture tissutali all'interno del tratto respiratorio superiore durante gli eventi respiratori.

"Modelli numerici e tecniche sperimentali dovrebbero lavorare fianco a fianco per fornire previsioni accurate della rottura primaria all'interno del tratto respiratorio superiore durante quegli eventi, " lui dice.

"Questa ricerca potrebbe fornire informazioni per misure di sicurezza più accurate e soluzioni per ridurre la trasmissione di agenti patogeni, dando condizioni migliori per affrontare le malattie abituali o le pandemie future, " lui dice.