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
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Dadas as várias combinações da fisiologia de um paciente individual e das condições ambientais, como umidade e temperatura, a nuvem de gás e sua carga de gotículas patogênicas de todos os tamanhos podem viajar de 23 a 27 pés (7-8 m) .3,4 É importante ressaltar que o intervalo de todas as gotículas, grandes e pequenas, é estendido por meio de sua interação e aprisionamento na nuvem de gás turbulenta, em comparação com o modelo de gotícula dicotomizada comumente aceito que não considera a possibilidade de uma nuvem. gás quente e úmido. Além disso, ao longo do caminho, gotículas de todos os tamanhos se depositam ou evaporam em velocidades que dependem não apenas do tamanho, mas também do grau de turbulência e velocidade da nuvem de gás, além das propriedades do ambiente. (temperatura, umidade) e fluxo de ar. Gotas que se depositam ao longo do caminho podem contaminar superfícies, enquanto o restante permanece preso e agrupado na nuvem em movimento. Eventualmente, a nuvem e sua carga útil das gotículas perdem impulso e coerência, e as gotículas restantes dentro da nuvem evaporam, produzindo detritos ou núcleos de gotículas que podem permanecer suspensos no ar por horas, seguindo padrões de fluxo de ar impostos por sistemas de ventilação ou controle climático. A evaporação de gotículas carregadas de patógenos em fluidos biológicos complexos é pouco conhecida. O grau e a taxa de evaporação dependem amplamente das condições de temperatura e umidade do ambiente, mas também da dinâmica interna da nuvem turbulenta, juntamente com a composição do líquido exalado pelo paciente. |
Nuvens de gás demonstram sua capacidade de viajar longas distâncias
Um relatório de 2020 da China mostrou que partículas do vírus da coronavírus 2 da síndrome respiratória aguda grave (SARS-CoV-2) podiam ser encontradas em sistemas de ventilação nos quartos de hospitais de pacientes com COVID-19,5.
Encontrar partículas de vírus nesses sistemas é mais consistente com o modelo turbulento, a hipótese de nuvem de gás transmissora de doenças do que com o modelo dicotômico, porque explica como partículas viáveis ??de vírus podem viajar longas distâncias dos pacientes. Não se sabe se esses dados têm implicações clínicas em relação ao COVID-19.
Implicações para prevenção e precaução
Embora nenhum estudo tenha avaliado diretamente a biofísica de gotículas e a formação de nuvens de gás em pacientes infectados com o vírus SARS-CoV-2, várias propriedades da nuvem de gás exalada e da transmissão respiratória podem ser aplicadas a esse patógeno. Nesse caso, essa possibilidade pode influenciar as recomendações atuais destinadas a minimizar o risco de transmissão da doença.
Nas recomendações mais recentes da Organização Mundial da Saúde para COVID-19, recomenda-se que os profissionais de saúde e outros profissionais mantenham uma distância de 1 metro e 3 pés de uma pessoa com sintomas de doença, como tosses e espirros. Os Centros de Controle e Prevenção de Doenças recomendam uma separação de 6 pés (2 m) 7,8.
No entanto, essas distâncias são baseadas em estimativas de alcance que não consideraram a possível presença de uma nuvem de alto momento que transporta gotículas por longas distâncias. Dado o modelo dinâmico de nuvens turbulentas, as recomendações para separações de 3 a 6 pés (1-2 m) podem subestimar a distância, a escala de tempo e a persistência sobre a qual a nuvem viaja e sua carga patogênica, gerando uma variedade de subestimou a exposição potencial para um profissional de saúde.
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Por esses e outros motivos, o uso de equipamento de proteção individual adequado é de vital importância para os profissionais de saúde que cuidam de pacientes que podem estar infectados, mesmo que estejam a mais de um metro e meio de distância do paciente. |
A dinâmica turbulenta das nuvens de gás deve influenciar o design e o uso recomendado de máscaras cirúrgicas e outras. Essas máscaras podem ser usadas tanto para controlar a fonte (isto é, reduzir a propagação de uma pessoa infectada) quanto para proteger o usuário (isto é, impedir a propagação para uma pessoa não afetada).
A eficácia protetora das máscaras N95 depende de sua capacidade de filtrar o ar recebido dos núcleos de gotículas de aerossol. No entanto, essas máscaras são projetadas apenas para uma certa faixa de condições locais e ambientais e uma duração limitada de uso.9
A eficácia da máscara como controle de origem depende da capacidade da máscara de interceptar ou alterar a emissão de nuvens de gás de alto momento com seus patógenos. Carga útil. As taxas de pico de expiração podem atingir de 10 a 30 m / s (33 a 100 pés por segundo), criando uma nuvem que pode abranger aproximadamente 7-8 m (23 a 27 pés).
As máscaras de proteção e controle de fonte, bem como outros equipamentos de proteção, devem ter a capacidade de suportar repetidamente o tipo de nuvem de gás turbulenta e multifásica de alto momento que pode ser expelida durante um espirro ou tosse e sua exposição. As máscaras cirúrgicas e o N95 atualmente usados não são testados quanto a essas características potenciais de emissão respiratória.
É necessário entender a biofísica da transmissão de doenças respiratórias de hospedeiro para hospedeiro, o que explica a fisiologia, patogênese e disseminação epidemiológica da doença no hospedeiro.
A rápida disseminação do COVID-19 destaca a necessidade de entender melhor a dinâmica da transmissão de doenças respiratórias, melhor caracterizando as rotas de transmissão, o papel da fisiologia do paciente em sua configuração e as melhores abordagens para o controle de fontes para potencialmente melhorar a proteção dos trabalhadores da linha de frente e impedir que a doença se espalhe para os membros mais vulneráveis ??da população.