Nieuw onderzoek van de University of Central Florida heeft fysiologische kenmerken geïdentificeerd die mensen tot superverspreiders van virussen zoals SARS-CoV-2 kunnen maken.

In een onderzoek dat deze maand in het tijdschrift verschijnt Fysica van vloeistoffen, onderzoekers van de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van UCF gebruikten computergegenereerde modellen om niezen bij verschillende soorten mensen numeriek te simuleren en associaties te bepalen tussen de fysiologische kenmerken van mensen en hoe ver hun niesdruppels reizen en in de lucht blijven hangen.

Ze ontdekten dat de kenmerken van mensen, zoals een verstopte neus of een volledig gebit, zou hun potentieel om virussen te verspreiden kunnen vergroten door te beïnvloeden hoe ver druppeltjes reizen wanneer ze niezen.

Volgens de Amerikaanse Centers for Disease Control and Prevention, de belangrijkste manier waarop mensen worden besmet met het virus dat COVID-19 veroorzaakt, is door blootstelling aan ademhalingsdruppels, zoals van niezen en hoesten die een besmettelijk virus met zich meebrengen.

Als we meer weten over factoren die van invloed zijn op hoe ver deze druppeltjes reizen, kunnen inspanningen worden geleverd om hun verspreiding te beheersen, zegt Michael Kinzel, een assistent-professor bij de afdeling Werktuigbouwkunde van UCF en co-auteur van de studie.

"Dit is de eerste studie die tot doel heeft het onderliggende 'waarom' te begrijpen van hoe ver niest reizen, ', zegt Kinzel. 'We laten zien dat het menselijk lichaam influencers heeft, zoals een complex kanaalsysteem dat verband houdt met de neusstroom die de straal uit je mond daadwerkelijk verstoort en voorkomt dat druppels over verre afstanden worden verspreid."

Bijvoorbeeld, als mensen een heldere neus hebben, zoals door het in een tissue te blazen, de snelheid en afstand niesdruppels reizen afnemen, volgens de studie.

Dit komt omdat een heldere neus naast de mond een pad biedt voor het niezen om te verlaten. Maar als de neuzen van mensen verstopt zijn, het gebied dat het niesgeluid kan verlaten is beperkt, waardoor de niesdruppels die uit de mond worden verdreven in snelheid toenemen.

evenzo, tanden beperken ook het uitgangsgebied van het niezen en zorgen ervoor dat de druppeltjes in snelheid toenemen.

"Tanden creëren een vernauwend effect in de straal waardoor deze sterker en turbulenter wordt, "Zegt Kinzel. "Ze lijken eigenlijk de transmissie aan te drijven. Dus, als je iemand ziet zonder tanden, je kunt eigenlijk een zwakkere straal verwachten van het niezen van hen."

Om de studie uit te voeren, de onderzoekers gebruikten 3D-modellering en numerieke simulaties om vier soorten mond en neus na te bootsen:een persoon met tanden en een heldere neus; een persoon zonder tanden en een heldere neus; een persoon zonder tanden en een verstopte neus; en een persoon met tanden en een verstopte neus.

Toen ze niezen simuleerden in de verschillende modellen, ze ontdekten dat de sproeiafstand van druppeltjes die worden uitgestoten wanneer een persoon een verstopte neus en een volledig gebit heeft, ongeveer 60 procent groter is dan wanneer dat niet het geval is.

De resultaten geven aan dat wanneer iemand zijn neus vrij houdt, zoals door het in een tissue te blazen, dat ze de afstand die hun ziektekiemen afleggen zouden kunnen verkleinen.

De onderzoekers simuleerden ook drie soorten speeksel:dun, middelmatig en dik.

Ze ontdekten dat dunner speeksel resulteerde in niezen bestaande uit kleinere druppeltjes, die een spray creëerde en langer in de lucht bleef dan medium en dik speeksel.

Bijvoorbeeld, drie seconden na een niesbui, toen dik speeksel de grond bereikte en zo de dreiging ervan afnam, het dunnere speeksel zweefde nog steeds in de lucht als een potentiële ziektezender.

Het werk sluit aan bij het project van de onderzoekers om een ​​COVID-19-hoestdruppel te creëren die mensen dikker speeksel zou geven om de afstand te verkleinen die druppels van een niesbui of hoest zouden afleggen, en zo de kans op overdracht van ziekten te verkleinen.

De bevindingen geven een nieuw inzicht in de variabiliteit van de blootstellingsafstand en geven aan hoe fysiologische factoren de overdraagbaarheidssnelheden beïnvloeden, zegt Kareem Ahmed, een universitair hoofddocent bij de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek van UCF en co-auteur van de studie.

"De resultaten laten zien dat blootstellingsniveaus sterk afhankelijk zijn van de vloeistofdynamiek die kan variëren afhankelijk van verschillende menselijke kenmerken, ", zegt Ahmed. "Dergelijke kenmerken kunnen onderliggende factoren zijn die superspreading-gebeurtenissen in de COVID-19-pandemie stimuleren."

De onderzoekers zeggen dat ze hopen het werk naar klinische studies te verplaatsen en hun simulatiebevindingen te vergelijken met die van echte mensen met verschillende achtergronden.

Studie co-auteurs waren Douglas Fontes, een postdoctoraal onderzoeker bij het Florida Space Institute en de hoofdauteur van de studie, en Jonathan Reyes, een postdoctoraal onderzoeker in UCF's Department of Mechanical and Aerospace Engineering.

Fontes zegt om de bevindingen van de studie vooruit te helpen, het onderzoeksteam wil de interacties tussen gasstromen, slijmfilm en weefselstructuren in de bovenste luchtwegen tijdens respiratoire gebeurtenissen.

"Numerieke modellen en experimentele technieken zouden naast elkaar moeten werken om nauwkeurige voorspellingen te doen van de primaire breuk in de bovenste luchtwegen tijdens die gebeurtenissen, " hij zegt.

"Dit onderzoek zal mogelijk informatie opleveren voor nauwkeurigere veiligheidsmaatregelen en oplossingen om de overdracht van pathogenen te verminderen, het scheppen van betere omstandigheden om in de toekomst de gebruikelijke ziekten of pandemieën het hoofd te bieden, " hij zegt.