Опубликовано : Сен 29, 2020

Маски могут блокировать капли, переносящие коронавирус

Маски могут блокировать капли, переносящие коронавирус
Доцент кафедры машиностроения Сайкат Басу (слева) и докторант Эшли Йоргенсен из Тома, штат Висконсин, работают над моделированием аэрозоля, направленным на разработку маски с многоразовым респиратором, который улавливает и уничтожает новый коронавирус. Предоставлено: Государственный университет Южной Дакоты.

Если вы заразились новым коронавирусом, какова вероятность того, что вы заразитесь?

Сколько вирусных частиц вы вдыхаете и куда они попадают в дыхательных путях, это может повлиять на ваши шансы заразиться COVID-19, по словам доцента Саикат Басу из факультета машиностроения Университета Южной Дакоты.

«Чтобы заразиться, вы должны сначала вдохнуть вирус, поэтому характер вдыхания очень важен», — сказал Басу. Он разработал модель, которая использует частоту дыхания для отслеживания размеров капель, которые могут достичь наиболее уязвимой области дыхательных путей. Это моделирование является частью исследовательского проекта, финансируемого Национальным научным фондом, по разработке маски с многоразовым респиратором, который улавливает и уничтожает новый коронавирус.

Хорошая новость заключается в том, что маски, надеваемые на нос, могут блокировать размеры капель, которые с наибольшей вероятностью достигнут первоначального места заражения. Плохая новость заключается в том, что переносчики вируса COVID-19 выделяют обезвоженные капли в воздух, что увеличивает их способность вызывать болезни.

«Капли, вдыхаемые после обезвоживания на внешнем воздухе, несут большую вирусную нагрузку», — пояснил Басу. Вместо этого более высокая относительная влажность в таких странах, как Бразилия и Индия, возможно, была выгодна этим летом.

Результаты моделирования вдыхания капель были проверены научной группой medRxiv, сервера препринтов для медицинских наук, и доступны в Интернете. Рукопись соответствующего исследования также в настоящее время проходит рецензирование в PLOS One, научном журнале с открытым доступом. Высокопроизводительный вычислительный кластер SDSU использовался для части моделирования аэрозолей.

Капли попадают через нос

Исследование клеточной культуры в Чапел-Хилле, проведенное в Университете Северной Каролины, показало, что верхняя часть глотки за носовыми ходами и над пищеводом и голосовым ящиком, известная как носоглотка, является наиболее доступной зоной посева, пояснил Басу. Другие исследования, в том числе исследование Оксфордского университета, подтвердили это.

«Слизистый слой в передних носовых ходах затрудняет заражение вирусом этих клеток», — отметил Басу. Кроме того, реснитчатые клетки, выстилающие носоглотку, расположенную за передней носовой полостью, имеют поверхностный рецептор, известный как ACE2, который вирус использует для проникновения в клетки. Затем инфекция распространяется из этого первоначального очага инфекции в легкие путем аспирации насыщенных вирусом носоглоточной жидкости.

Чтобы определить, какой размер капель с наибольшей вероятностью попадет в носоглотку, Басу разработал цифровые модели носового воздушного пространства двух здоровых взрослых на основе компьютерной томографии и смоделировал четыре скорости вдоха — 15, 30, 55 и 85 литров в минуту.

«Норма 15 литров происходит, когда вы сидите неподвижно и мягко дышите, а 30 примерно соответствуют вашей частоте дыхания при ходьбе», — пояснил он. Скорость вдоха и вдоха составляет от 60 до 75 литров в минуту.

«Когда вирусная передача усредняется по разной частоте дыхания, капли размером от 2,5 до 19 микрон лучше всего попадают в носоглотку», — отметил он. Размер этих капель больше ожидаемого.

«Большинство масок блокируют капли такого размера, поэтому носить маску очень полезно», — сказал Басу. «Это также те размеры капель, которые нам нужны, чтобы обеспечить захват нашей новой конструкции респиратора».

Кроме того, эти данные будут полезны при разработке ингаляционных противовирусных препаратов и таргетных интраназальных вакцин, которые достигают этого первоначального очага инфекции.

Конденсация увеличивает вирусную нагрузку

Основываясь на отчетах о хоровой группе в долине Скагит, в которой один человек передал COVID-19 52 из 61 члена хора, Басу получил консервативную оценку около 300 вирусных частиц или вирионов в качестве порога заражения.

«Тот факт, что количество вирусных частиц, необходимых для запуска заражения, составляет порядка сотен, очень примечателен и показывает, насколько заразен этот конкретный вирус», — сказал Басу. Обычно для ингаляционной вирусной инфекции, такой как грипп, требуется от 1950 до 3000 вирионов.

Чтобы оценить вероятность того, что капля будет содержать хотя бы один вирион, Басу использовал исследование количества вируса в мокроте и слизи пациентов с COVID-19, а затем учел обезвоживание, вызванное окружающей средой.

Прогнозируемое уменьшение размера капли на треть означает, что вероятность того, что капля размером 10 микрон будет содержать хотя бы один вирион, возрастает с 0,37% до 13,6%, пояснил он. Для капли размером 15 микрон эта вероятность увеличивается до 45,8%. Это происходит потому, что компоненты содержащих вирус капель нелетучие. Когда эти компоненты испаряются, концентрация вирусных частиц в каплях значительно увеличивается.

Spread the love

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *