De vitale rol van ventilatie bij de verspreiding van COVID-19 is gekwantificeerd door onderzoekers, die hebben geconstateerd dat in slecht geventileerde ruimtes, het virus verspreidt zich in seconden verder dan twee meter, en het is veel waarschijnlijker dat het zich verspreidt door langdurig praten dan door hoesten.

De resultaten, gerapporteerd in het journaal Proceedings van de Royal Society A , aantonen dat maatregelen voor sociale afstand alleen niet voldoende bescherming bieden tegen het virus, en benadrukt verder het vitale belang van ventilatie en gezichtsmaskers om de verspreiding van COVID-19 te vertragen.

De onderzoekers, van de Universiteit van Cambridge en Imperial College London, gebruikte wiskundige modellen om te laten zien hoe SARS-CoV-2 – het virus dat COVID-19 veroorzaakt – zich verspreidt in verschillende binnenruimtes, afhankelijk van de grootte, bezetting, ventilatie en of er maskers worden gedragen. Deze modellen vormen tevens de basis van een gratis online tool, Airborne.cam, die gebruikers helpt te begrijpen hoe ventilatie en andere maatregelen het risico van overdracht binnenshuis beïnvloeden, en hoe dat risico in de loop van de tijd verandert.

De onderzoekers ontdekten dat wanneer twee mensen zich in een slecht geventileerde ruimte bevinden en geen van beiden een masker draagt, langdurig praten heeft veel meer kans om het virus te verspreiden dan een korte hoest. Bij het spreken, we ademen kleinere druppeltjes uit, of spuitbussen, die zich gemakkelijk door een kamer verspreiden, en accumuleren als de ventilatie niet voldoende is. In tegenstelling tot, hoesten verdrijft meer grote druppels, die meer kans hebben om zich op oppervlakken te vestigen nadat ze zijn uitgestoten.

Het duurt slechts enkele seconden voordat spuitbussen zich over twee meter verspreiden als er geen maskers worden gedragen, wat inhoudt dat fysieke afstand bij afwezigheid van ventilatie niet voldoende is om veiligheid te bieden bij lange blootstellingstijden. Wanneer maskers van welke aard dan ook worden gedragen, ze vertragen het momentum van de adem en filteren een deel van de uitgeademde druppels, op zijn beurt het verminderen van de hoeveelheid virus in aerosolen die zich door de ruimte kan verspreiden.

De wetenschappelijke consensus is dat de overgrote meerderheid van de gevallen van COVID-19 wordt verspreid via overdracht binnenshuis, hetzij via aërosolen of druppeltjes. En zoals voorspeld in de zomer en herfst, nu de winter is aangebroken op het noordelijk halfrond en mensen meer tijd binnenshuis doorbrengen, er is een overeenkomstige stijging van het aantal gevallen van COVID-19.

"Onze kennis van de overdracht van SARS-CoV-2 via de lucht is in een ongelooflijk tempo geëvolueerd, als je bedenkt dat het nog maar een jaar geleden is dat het virus werd geïdentificeerd, " zei Dr. Pedro de Oliveira van Cambridge's Department of Engineering, en de eerste auteur van het papier. "Er zijn verschillende manieren om dit probleem aan te pakken. In ons werk, we beschouwen het brede scala aan ademhalingsdruppeltjes die mensen uitademen om verschillende scenario's van virale overdracht via de lucht te demonstreren - de eerste is de snelle verspreiding van kleine infectieuze druppeltjes over meerdere meters in een kwestie van een paar seconden, wat zowel binnen als buiten kan gebeuren. Vervolgens, laten we zien hoe deze kleine druppeltjes zich op de lange termijn in binnenruimtes kunnen ophopen, en hoe dit kan worden verzacht met voldoende ventilatie."

De onderzoekers gebruikten wiskundige modellen om de hoeveelheid virus in uitgeademde deeltjes te berekenen, en om te bepalen hoe deze verdampen en bezinken op oppervlakken. In aanvulling, ze gebruikten kenmerken van het virus, zoals de vervalsnelheid en virale lading bij geïnfecteerde personen, om het risico van overdracht in een binnenomgeving als gevolg van normale spraak of een korte hoest door een besmettelijke persoon in te schatten. Bijvoorbeeld, ze laten zien dat het infectierisico na een uur spreken in een typische collegezaal hoog was, maar het risico kan aanzienlijk worden verminderd met voldoende ventilatie.

Op basis van hun modellen, de onderzoekers hebben nu Airborne.cam gebouwd, een gratis, open source-tool die kan worden gebruikt door degenen die openbare ruimtes beheren, zoals winkels, werkplaatsen en klaslokalen, om te bepalen of ventilatie voldoende is. De tool wordt al gebruikt in verschillende academische afdelingen van de Universiteit van Cambridge. De tool is nu een vereiste voor ruimtes met een hoger risico op de universiteit, waardoor afdelingen gemakkelijk gevaren kunnen identificeren en veranderingen in controlemaatregelen kunnen nemen die nodig zijn om ervoor te zorgen dat aerosolen geen risico voor de gezondheid worden.

"De tool kan mensen helpen stromingsmechanica te gebruiken om betere keuzes te maken, en hun dagelijkse activiteiten en omgeving aanpassen om risico's te onderdrukken, zowel voor zichzelf als voor anderen, " zei co-auteur Savvas Gkantonas, die samen met Dr. de Oliveira de ontwikkeling van de app leidde.

"We kijken naar alle kanten van aerosol- en druppeltransmissie om te begrijpen, bijvoorbeeld, de vloeistofmechanica betrokken bij hoesten en spreken, " zei senior auteur professor Epaminondas Mastorakos, ook van de afdeling Engineering. "De rol van turbulentie en hoe het beïnvloedt welke druppeltjes door de zwaartekracht bezinken en die in de lucht blijven drijven, is, vooral, niet goed begrepen. We hopen dat deze en andere nieuwe resultaten zullen worden geïmplementeerd als veiligheidsfactoren in de app terwijl we doorgaan met onderzoeken."

De voortdurende ontwikkeling van Airborne.cam, die binnenkort beschikbaar zal zijn voor mobiele platforms, wordt gedeeltelijk ondersteund door Cambridge Enterprise en Churchill College.