Оказывается, когда мы чихаем или кашляем, мы можем распространять инфекции на очень большое расстояние. Ученым удалось узнать, как именно это происходит и как нужно проектировать системы вентиляции, чтобы избежать заражения окружающих людей.
Согласно недавнему исследованию, проведенному в Массачусетском технологическом институте, когда мы чихаем или кашляем, в воздухе образуются так называемые «облака газа», которые позволяют мелким инфекционным частицам распространяться на куда большие расстояния, чем считалось раньше. «Когда вы чихаете, вы видите эти мелкие капельки или же ощущаете их, если кто-то чихает на вас», – поясняет Джон Буш, профессор прикладной математики Массачусетского института и соавтор исследования. «Но вы не можете увидеть само облако – невидимую газовую фазу. Это облако газа может расширять зону действия отдельных инфекционных частиц, особенно наиболее мелких капель».
Ученым удалось обнаружить, что самые мелкие капли, образующиеся при кашле или чихании, могут перемещаться в 5-200 раз дальше, чем считалось ранее (считалось, что они представляют собой группу не связанных друг с другом частиц). Способность этих капель оставаться в воздухе в виде газовых облаков означает, что системы вентиляции могут быть ответственны за распространение потенциально опасных инфекций. В связи с этим, архитекторам и инженерам необходимо еще раз проверить правильность и безопасность устройства рабочих мест, конструкции больниц и систем циркуляции воздуха в самолетах, для того, чтобы снизить вероятность передачи инфекций воздушно-капельным путем.
«Масштабы загрязнения, связанного с системами вентиляции, могут оказаться куда большими, чем мы ожидали», – отмечает Лидия Буруиба, профессор Массачусетского технологического института и один из авторов работы. Полученные в ходе исследований данные были опубликованы в Journal of Fluid Mechanics.
Ученые использовали технологию высокоскоростных изображений для изучения процессов кашля и чихания, а также различные типы лабораторных симуляций и математического моделирования. Все это было необходимо для понимания вышеуказанных процессов с точки зрения жидкостной механики. Выводы, к которым пришли ученые, противоречат многим традиционным взглядам на эту проблему. К примеру, ранее считалось, что более крупные капли слизи разлетаются дальше мелких, так как имеют больший импульс (в классической механике – произведение массы на скорость). Это было бы правдой, если бы траектория каждой отдельной капли не была связана с траекториями остальных. Однако наблюдения показывают, что это не так: взаимодействие между каплями в газовом облаке приводит к изменению их траекторий.
«Если не учитывать наличие облака газа, то гипотеза будет такова: более крупные частицы перемещаются дальше, чем мелкие, причем максимальное расстояние составляет всего несколько метров», – рассказывает Буш. «Но благодаря изучению динамики газового облака мы смогли показать, что внутри него существует определенная циркуляция. В то время как крупные капли могут оседать, более мелкие переносятся на большие расстояния внутри облака газа».
Ученые из Массачусетского института сейчас продолжают свою работу по этой теме. Они пытаются определить, на какое расстояние может перемещаться определенный патоген при заданных настройках вентиляции воздуха в помещении. «Нам важно определить параметры различных инфекционных частиц», – отмечает Буш. «Как именно перемещается патоген? Наш ответ на этот вопрос полностью изменился после того, как мы взглянули на проблему с новой точки зрения и пересмотрели физическую концепцию».
Дальнейшие исследования в этой области фокусируются на изучении динамики жидкости, от которой зависит образование патогенных частиц. А так как именно они зачастую являются причиной распространения инфекционных заболеваний (таких как грипп и простуда), эта работа имеет очень большое значение для всей современной эпидемиологии.
