Forskere identificerer funktioner, der kan gøre nogen til en virus-superspreder

Ny forskning fra University of Central Florida har identificeret fysiologiske træk, der kan gøre folk til super-spredere af vira som SARS-CoV-2.

I en undersøgelse, der vises i denne måned i tidsskriftet Fysik af væsker, forskere ved UCF's afdeling for mekanisk og rumfartsteknik brugte computergenererede modeller til numerisk at simulere nys hos forskellige typer mennesker og bestemme sammenhænge mellem menneskers fysiologiske egenskaber og hvor langt deres nysedråber rejser sig og bliver hængende i luften.

De fandt ud af, at folks træk, som en tilstoppet næse eller et helt sæt tænder, kunne øge deres potentiale til at sprede vira ved at påvirke, hvor langt dråberne bevæger sig, når de nyser.

Ifølge U.S. Centers for Disease Control and Prevention, den vigtigste måde, hvorpå folk bliver inficeret af virussen, der forårsager COVID-19, er gennem eksponering for luftvejsdråber, såsom fra nys og hoste, der bærer smitsom virus.

At vide mere om faktorer, der påvirker, hvor langt disse dråber rejser, kan informere bestræbelserne på at kontrollere deres spredning, siger Michael Kinzel, en adjunkt med UCF's Institut for Maskinteknik og studiemedforfatter.

"Dette er den første undersøgelse, der har til formål at forstå det underliggende 'hvorfor' af, hvor langt nysen rejser, Kinzel siger. "Vi viser, at den menneskelige krop har influencers, såsom et komplekst kanalsystem forbundet med næsestrømmen, der faktisk forstyrrer strålen fra din mund og forhindrer den i at sprede dråber langt væk."

For eksempel, når folk har en klar næse, fra at blæse det ind i et væv, hastigheden og afstanden, som nysedråber rejser, falder, ifølge undersøgelsen.

Dette skyldes, at en klar næse giver en vej ud over munden, så nyset kan komme ud. Men når folks næser er tilstoppede, området, som nysen kan komme ud af, er begrænset, hvilket får nysedråber, der udstødes fra munden, til at stige i hastighed.

Tilsvarende tænder begrænser også nysets udgangsområde og får dråber til at øge hastigheden.

"Tænder skaber en indsnævrende effekt i strålen, der gør den stærkere og mere turbulent, Kinzel siger. "De ser faktisk ud til at køre transmission. Så, hvis du ser nogen uden tænder, du kan faktisk forvente en svagere stråle af nyset fra dem."

For at udføre undersøgelsen, forskerne brugte 3D-modellering og numeriske simuleringer til at genskabe fire mund- og næsetyper:en person med tænder og en klar næse; en person uden tænder og en klar næse; en person uden tænder og en tilstoppet næse; og en person med tænder og tilstoppet næse.

Da de simulerede nys i de forskellige modeller, de fandt ud af, at sprøjteafstanden for dråber, der udstødes, når en person har en tilstoppet næse og et helt sæt tænder, er omkring 60 procent større, end når de ikke har det.

Resultaterne indikerer, at når nogen holder næsen ren, ved at blæse det ind i et væv, at de kunne reducere den afstand, deres bakterier rejser.

Forskerne simulerede også tre typer spyt:tynd, medium og tyk.

De fandt ud af, at tyndere spyt resulterede i nysen bestående af mindre dråber, som skabte en spray og blev i luften længere end mellem og tyk spyt.

For eksempel, tre sekunder efter et nys, når tykt spyt nåede jorden og dermed mindskede dets trussel, det tyndere spyt svævede stadig i luften som en potentiel sygdomssmitter.

Arbejdet knytter sig til forskernes projekt om at skabe en COVID-19 hostedråbe, der ville give folk tykkere spyt for at reducere den afstand, dråber fra et nys eller hoste ville rejse, og dermed mindske sandsynligheden for sygdomsoverførsel.

Resultaterne giver ny indsigt i variabiliteten af ​​eksponeringsafstanden og indikerer, hvordan fysiologiske faktorer påvirker overførselshastigheden, siger Kareem Ahmed, en lektor i UCF's Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik og studiemedforfatter.

"Resultaterne viser, at eksponeringsniveauer er meget afhængige af væskedynamikken, der kan variere afhængigt af flere menneskelige egenskaber, "Siger Ahmed. "Sådanne funktioner kan være underliggende faktorer, der driver superspredningsbegivenheder i COVID-19-pandemien."

Forskerne siger, at de håber at flytte arbejdet i retning af kliniske undersøgelser ved siden af ​​at sammenligne deres simuleringsresultater med dem fra rigtige mennesker med forskellig baggrund.

Studiets medforfattere var Douglas Fontes, en postdoc forsker ved Florida Space Institute og undersøgelsens hovedforfatter, og Jonathan Reyes, en postdoc-forsker i UCF's Institut for Mekanisk og Rumfartsteknik.

Fontes siger for at fremme resultaterne af undersøgelsen, forskerholdet ønsker at undersøge vekselvirkningerne mellem gasflow, slimfilm og vævsstrukturer i de øvre luftveje under respiratoriske hændelser.

"Numeriske modeller og eksperimentelle teknikker bør arbejde side om side for at give nøjagtige forudsigelser af det primære brud inde i de øvre luftveje under disse begivenheder, " han siger.

"Denne forskning vil potentielt give information til mere præcise sikkerhedsforanstaltninger og løsninger til at reducere patogentransmission, at give bedre betingelser for at håndtere de sædvanlige sygdomme eller pandemier i fremtiden, " han siger.