17 Apr 2020
GOCCIOLINE DI FLUIDO ORALE GENERATE DAL PARLATO
Posted by Forrest Group Minerva
Creato: 17 Aprile 2020

Visualizzazione con luce laser a dispersione di goccioline di fluido orale generate dal parlato 

Gli aerosol e le goccioline generate durante il parlato sono stati implicati nella trasmissione di virus da persona a persona, [1, 2] e vi è attualmente interesse a comprendere i meccanismi responsabili della diffusione della Covid-19 con questi mezzi. L'atto di parlare genera goccioline di fluido orale di dimensioni molto diverse, [1] e queste goccioline possono ospitare particelle di virus infettivi. Mentre le grandi goccioline cadono rapidamente a terra, le piccole goccioline possono disidratarsi e permanere come "nuclei di goccioline" nell'aria, dove si comportano come un aerosol e quindi espandono l'estensione spaziale delle particelle infettive emesse. [2] Riportiamo i risultati di un esperimento con luce laser a diffusione in cui sono state visualizzate le goccioline generate dal parlato e le loro traiettorie.

L'energia prodotta da un laser a luce verde da 532 nm funzionante a una potenza ottica di 2,5 W è stata trasformata in un foglio luminoso che aveva uno spessore di circa 1 mm e un'altezza di 150 mm. Abbiamo diretto questo foglio di luce attraverso delle fessure sui lati di una scatola di cartone di dimensioni pari a 53 × 46 × 62 cm. L'interno della scatola era dipinto di nero. La custodia è stata posizionata sotto un filtro ad aria ad alta efficienza (HEPA) per eliminare la polvere.

Quando una persona parlava attraverso l'estremità aperta della scatola, le goccioline generate durante il discorso percorrevano circa 50-75 mm prima di incontrare il foglio luminoso. Una videocamera dell’iPhone 11 Pro rivolta verso il foglio luminoso, attraverso un foro (7 cm di diametro) sul lato opposto della scatola, ha registrato il suono e il video degli eventi di dispersione della luce con una frequenza di 60 fotogrammi al secondo. La dimensione delle goccioline è stata stimata da registrazioni ad altissima risoluzione. Il video clip degli eventi, mentre la persona parlava con e senza maschera, è disponibile sulla pagina del sito NEJM.org.

Abbiamo scoperto che quando la persona ha pronunciato “stay healthy" [stai in buona salute], sono state generate numerose goccioline che vanno da 20 a 500 micron. Queste goccioline hanno prodotto lampi (flash) mentre attraversavano il foglio luminoso (Figura 1). La luminosità dei lampi rifletteva la dimensione delle particelle e la frazione di tempo in cui erano presenti in un singolo fotogramma (di 16.7 ms) del video. Il numero di lampi in un singolo fotogramma del video era massimo quando veniva pronunciato il suono "th" nella parola " healthy" (Figura 1A). La stessa frase ripetuta tre volte, con brevi pause tra le frasi, produceva un modello simile di particelle generate, con un numero massimo di lampi pari a 347 con il parlato a voce alta e più basso a 227 quando il tono di voce era leggermente diminuito rispetto alle tre prove (vedi la traccia superiore in Figura 1A). Quando la medesima frase è stata pronunciata tre volte attraverso un panno leggermente umido posto sopra la bocca di chi parlava, il conteggio dei flash è rimasto vicino al livello di fondo (media, 0.1 lampo); ciò ha mostrato una diminuzione del numero di goccioline che si muovevano in avanti (vedi la traccia inferiore nella Figura 1A).

Abbiamo scoperto che il numero di lampi aumentava con il volume della voce; questa constatazione era coerente con le precedenti osservazioni di altri investigatori. [3] In uno studio, le goccioline emesse durante il discorso erano più piccole di quelle emesse durante la tosse o lo starnuto. Alcuni studi hanno dimostrato che il numero di goccioline prodotte parlando è simile al numero prodotto dalla tosse. [4]

Non abbiamo valutato i ruoli relativi delle goccioline generate durante il parlato, i nuclei delle goccioline, [2] e gli aerosol nella trasmissione dei virus. Il nostro obiettivo era quello di fornire prove visive di goccioline generate dal parlato e di descrivere, qualitativamente, l'effetto di una copertura di panno umido sulla bocca, per frenare l'emissione delle goccioline medesime.

Questa lettera è stata pubblicata il 15 aprile 2020 su NEJM.org.
Philip Anfinrud, Ph.D. - Valentyn Stadnytskyi, Ph.D. - National Institutes of Health, Bethesda, MD 
Christina E. Bax, BA - Perelman School of Medicine at the University of Pennsylvania, Philadelphia, PA
Adriaan Bax, Ph.D.- National Institutes of Health, Bethesda, MD

Figura 1. Emissione di goccioline mentre una persona dice " Stay Healthy [stai in buona salute]".

gif covid 19 044
Number of flash produced = n° di lampi (flash) prodotti
Seconds = secondi
Flash count = n° di flash

Frame number = n° del fotogramma
Flash in a single video frame = Flash in un fotogramma video
In questo esperimento le goccioline generate durante il parlato hanno prodotto i lampi (flash) mentre attraversavano il foglio luminoso. Il pannello A mostra il conteggio dei lampi durante ogni singolo fotogramma di un video ripreso con una frequenza di 60 fotogrammi al secondo, con e senza un panno umido che copre la bocca dell'oratore. Il verde indica le parole pronunciate. Il numero di lampi era massimo (freccia) quando veniva pronunciato il suono "th" nella parola " healthy ". L'offset della traccia sotto il grafico mostra che quando la bocca dell'oratore era coperta da un panno umido, non vi era alcun aumento qualitativo del conteggio dei lampi durante il parlato rispetto al livello di fondo osservato precedentemente alla prima prova del parlato. Il conteggio dei lampi durante i periodi di silenzio tra le frasi pronunciate, è rimasto al di sopra del livello di fondo, una scoperta che suggerisce che alcune delle goccioline vocali hanno stazionato all'interno della scatola per alcuni secondi. Il pannello B mostra il fotogramma n° 361 del video, che corrisponde alla freccia rossa nel pannello A, e al numero più alto di goccioline vocali visualizzate in un singolo fotogramma nella registrazione video. Le macchie variano in luminosità in funzione delle diverse dimensioni delle particelle. Alcuni punti sono striati, il che suggerisce che la velocità di 60 fotogrammi al secondo era insufficiente per congelare il movimento delle goccioline. Il punto evidenziato da un cerchio giallo tratteggiato corrisponde alla punta di un filo molto sottile posizionato proprio dietro il foglio luminoso; il filo ha fornito un riferimento per l'impostazione della messa a fuoco e del guadagno della videocamera prima della registrazione. (Vedi il video, disponibile sulla pagina del sito NEJM.org)

 

 

Riferimenti

1. Duguid JP. The size and the duration of air-carriage of respiratory droplets and droplet-nuclei. J Hyg (Lond) 1946;44:471-479.

2. Marr LC, Tang JW, Van Mullekom J, Lakdawala SS. Mechanistic insights into the effect of humidity on airborne influenza virus survival, transmission and incidence. J R Soc Interface 2019;16(150).

3. Asadi S, Wexler AS, Cappa CD, Barreda S, Bouvier NM, Ristenpart WD. Aerosol emission and superemission during human speech increase with voice loudness. Sci Rep 2019;9:2348-2348.

4. Chao CYH, Wan MP, Morawska L, et al. Characterization of expiration air jets and droplet size distributions immediately at the mouth opening. J Aerosol Sci 2009;40:122-133.

 
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Meselson Matthew. (2020) Droplets and Aerosols in the Transmission of SARS-CoV-2. N Engl J Med DOI: 10.1056/NEJMc2009324.


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