Modelagem 3D e simulação do impacto do uso de máscara na dispersão de partículas portadoras do SARS

Oct 11, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8929 (2023) Citar este artigo

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Ainda que a pandemia de Covid-19 pareça estar estagnada ou em declínio em todo o mundo, não se pode descartar um ressurgimento da doença ou a ocorrência de outras epidemias causadas pela disseminação aérea de agentes biológicos patogênicos. Esses agentes, em particular os vírions da doença Covid-19, são encontrados nas partículas provenientes do escarro de pessoas infectadas sintomáticas ou assintomáticas. Em pesquisas anteriores, utilizamos um modelo tridimensional de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD) para simular o transporte e dispersão de partículas em espaços semiconfinados ventilados. A título de ilustração, consideramos um vagão de trem suburbano no qual um passageiro infectado emitiu gotículas (1 e 10 µm) e gotas (100 e 1000 µm) ao respirar e tossir. Usando uma abordagem Euleriana e uma abordagem Lagrangiana, modelamos a dispersão das partículas no fluxo turbulento gerado pela ventilação do ônibus. As simulações retornaram resultados semelhantes em ambas as abordagens e demonstraram claramente a aerodinâmica muito distinta do aerossol de gotículas transportadas pelo ar e, no outro extremo do espectro, de gotas caindo ou se comportando como projéteis dependendo de sua velocidade inicial. Esse estudo numérico considerou passageiros sem máscaras de proteção. Nesta nova fase de pesquisa, primeiro usamos dados da literatura para desenvolver um modelo de máscara cirúrgica típica para uso em um manequim digital que representa um ser humano. Em seguida, retomamos a experiência gêmea do vagão ferroviário, mas desta vez, os passageiros (incluindo o infectado) receberam máscaras cirúrgicas. Comparamos as distribuições espacial e temporal das partículas, dependendo se o passageiro espalhador usava uma máscara e se a máscara estava perfeitamente ajustada (sem vazamentos) ou usada frouxamente (com vazamentos). Além de demonstrar o valor óbvio do uso de máscara na limitação da disseminação de partículas, nosso modelo e nossas simulações permitem quantificar a proporção de partículas suspensas no ônibus dependendo se o passageiro infectado usa máscara ou não. De resto, os cálculos efetuados constituem apenas uma aplicação ilustrativa entre muitas outras, não só em transportes públicos, mas em qualquer outro espaço público ou privado ventilado com base nos mesmos modelos físicos e gémeos digitais dos locais considerados. O CFD permite assim estimar a criticidade da ocupação de locais por pessoas com ou sem máscara e recomendar medidas de forma a limitar a contaminação aérea por qualquer tipo de agente patogénico transportado pelo ar, como os viriões do Covid-19.

Desde meados de 2021, as preocupações globais parecem centrar-se em outros flagelos que não a pandemia de Covid-19. Esta doença pode, no entanto, ressurgir sazonalmente, assim como outras infecções respiratórias, especialmente a gripe. O Covid-19 é transmitido principalmente pelo contato com objetos sujos e previamente contaminados (também chamados de “fômites”) e pelo transporte e dispersão de partículas emitidas por pessoas infectadas. A esse respeito, foi estabelecido que os virions, a forma extracelular dos vírus, estão presentes e são patogênicos em partículas líquidas produzidas por pessoas infectadas quando espirram ou tossem, mas também quando falam ou simplesmente respiram. Os vírions são encontrados no escarro de pessoas sintomáticas, mas também de pessoas assintomáticas, que podem transmitir a infecção sem saber para outras pessoas que, por sua vez, não saberão que foram contaminadas. A transmissão aérea de agentes infecciosos transportados em partículas líquidas de diferentes tamanhos é discutida posteriormente na introdução. Isso levanta preocupações, especialmente porque não é específico para o Covid-19; de fato, é comum em muitas outras doenças respiratórias, como outras síndromes respiratórias agudas graves (SARS), síndrome respiratória do Oriente Médio (MERS) ou muitos tipos de influenza (H1N1) e suas variantes.