Luftstrømsundersøgelser afslører strategier til at reducere indendørs overførsel af COVID-19

Bær en maske. Hold dig seks fod fra hinanden. Undgå store forsamlinger. Mens verden venter på en sikker og effektiv vaccine, kontrol med COVID-19-pandemien afhænger af udbredt overholdelse af disse retningslinjer for folkesundhed. Men da koldere vejr tvinger folk til at bruge mere tid indendørs, blokering af sygdomsoverførsel vil blive mere udfordrende end nogensinde.

Ved det 73. årlige møde i American Physical Society's Division of Fluid Dynamics, forskere præsenterede en række undersøgelser, der undersøger aerodynamikken af ​​infektionssygdomme. Deres resultater foreslår strategier til at sænke risiko baseret på en streng forståelse af, hvordan infektiøse partikler blandes med luft i lukkede rum.

Forskning tidligt i pandemien fokuserede på den rolle, som store, hurtigt faldende dråber produceret ved hoste og nysen. Imidlertid, dokumenterede super-spreader-begivenheder antydede, at luftbåren overførsel af små partikler fra hverdagens aktiviteter også kan være en farlig smittevej. 53 af 61 sangere i staten Washington, for eksempel, blev smittet efter en 2,5-timers korøvelse i marts. Af 67 passagerer, der tilbragte to timer i en bus med en COVID-19-inficeret person i Zhejiang-provinsen, Kina, 24 testede positive efterfølgende.

William Ristenpart, en kemiingeniør ved University of California, Davis, fandt ud af, at når folk taler eller synger højt, de producerer et dramatisk større antal partikler i mikronstørrelse sammenlignet med, når de bruger en normal stemme. De partikler, der dannes under råben, de fandt, langt overstiger det antal, der produceres under hoste. Hos marsvin, de observerede, at influenza kan spredes gennem forurenede støvpartikler. Hvis det samme gælder for SARS-CoV-2, sagde forskerne, så kan genstande, der frigiver forurenet støv – som væv – udgøre en risiko.

Abhishek Kumar, Jean Hertzberg, og andre forskere fra University of Colorado, Kampesten, fokuseret på, hvordan virussen kan sprede sig under musikoptræden. De diskuterede resultater fra eksperimenter designet til at måle aerosol-emission fra instrumentalister.

"Alle var tidligt meget bekymrede for fløjter, men det viser sig, at fløjter ikke genererer så meget, sagde Hertzberg. På den anden side, instrumenter som klarinetter og oboer, som har våde vibrerende overflader, har tendens til at producere rigelige aerosoler. Den gode nyhed er, at de kan kontrolleres. "Når du lægger en kirurgisk maske over klokken på en klarinet eller trompet, det reducerer mængden af ​​aerosoler tilbage til niveauer i et normalt tonefald."

Ingeniører ledet af Ruichen He ved University of Minnesota undersøgte en lignende risikoreduktionsstrategi i deres undersøgelse af flowfeltet og aerosoler genereret af forskellige instrumenter. Selvom niveauet af producerede aerosoler varierede efter musiker og instrument, de rejste sjældent mere end en fod væk. Baseret på deres resultater, forskerne udtænkte en pandemifølsom sædemodel til levende orkestre og beskrev, hvor man kunne placere filtre og publikumsmedlemmer for at reducere risikoen.

Mens mange tidligere ansatte medarbejdere fortsætter med at arbejde hjemmefra, arbejdsgivere undersøger måder, hvorpå de sikkert kan genåbne deres arbejdspladser ved at opretholde tilstrækkelig social afstand mellem individer. Ved at bruge todimensionelle simuleringer, der modellerede mennesker som partikler, Kelby Kramer og Gerald Wang fra Carnegie Mellon University identificerede forhold, der ville hjælpe med at undgå trængsel og jamming i trange rum som gange.

At rejse til og fra kontorbygninger i personbiler udgør også en smitterisiko. Kenny Breuer og hans samarbejdspartnere ved Brown University udførte numeriske simuleringer af, hvordan luft bevæger sig gennem personbilskabiner for at identificere strategier, der kan reducere infektionsrisikoen. Hvis luft kommer ind og ud af et rum på steder langt væk fra passagererne, så kan det reducere risikoen for overførsel. I en personbil, de sagde, det betyder strategisk at åbne nogle vinduer og lukke andre.

MIT-matematikere Martin Bazant og John Bush foreslog en ny sikkerhedsretningslinje bygget på eksisterende modeller for luftbåren sygdomsoverførsel for at identificere maksimale eksponeringsniveauer i en række indendørs miljøer. Deres retningslinjer afhænger af en metrik kaldet "kumulativ eksponeringstid, " som bestemmes ved at gange antallet af personer i et rum med varigheden af ​​eksponeringen. Det maksimale afhænger af rummets størrelse og ventilationshastighed, dens beboers ansigtsdækning, smitsomheden af ​​aerosoliserede partikler, og andre faktorer. For at lette implementeringen af ​​retningslinjen, forskerne arbejdede sammen med kemiingeniøren Kasim Khan om at designe en app og et online regneark, som folk kan bruge til at måle risikoen for overførsel i en række forskellige indstillinger.

Som Bazant og Bush skrev i et kommende papir om arbejdet, at holde sig seks fod fra hinanden "giver ringe beskyttelse mod patogen-bærende aerosoldråber, der er tilstrækkeligt små til kontinuerligt at blive blandet gennem et indendørs rum." En bedre, flow-dynamik-baseret forståelse af, hvordan inficerede partikler bevæger sig gennem et rum, kan i sidste ende give smartere strategier til at reducere transmission.