чихание на какое расстояние
Вирус при чихании может разлетаться очень далеко. Но нас защитит дистанция в 2 метра — и вот почему
Физик из США выяснил, что при чихании капельки жидкости, в которых живут вирусы, отлетают на восемь метров от больного. Так почему же медики убеждены, что расстояния в два метра достаточно, чтобы не подцепить коронавирус?
В магазинах, аптеках и общественном транспорте России рекомендуется держаться друг от друга на расстоянии в полтора-два метра. Такую же рекомендацию контактирующим с инфицированными медикам дает ВОЗ.
Однако недавно физик из Массачусетского технологического института Лидия Буруиба установила, что воздушно-капельная взвесь, выделяющаяся при чихании, распространяется не на полтора-два, а на семь-восемь метров от источника. Для этого она записала процесс на рапидную камеру, способную делать две тысячи кадров в секунду. Отчет ученого опубликован в журнале Journal of American Medical Association.
Выдохи, чихание и кашель состоят не только из мельчайших капель жидкости, но и из турбулентного газового облака, которое захватывает окружающий воздух. Оно позволяет содержащимся в нем каплям избегать испарения и находиться в воздухе гораздо дольше, чем изолированным. Благодаря поступательному движению облака капли, несущие патогены, могут улететь на семь-восемь метров. А рекомендации ВОЗ и других медицинских организаций, отмечает автор, основываются на дихотомированной модели распространения капель, которая не учитывает возможности образования этого облака.
По всей траектории капли оседают или испаряются с разной скоростью, которая зависит не только от их размера, но и от степени турбулентности, скорости газового потока и свойств окружающей среды.
Физик не уверена, что ее открытие поможет в борьбе с коронавирусом. Однако напоминает, что в докладе Китая за 2020 год было показано, что частицы вируса могут быть проникать в системы вентиляции в больничных палатах пациентов с COVID-19. Это, по ее мнению, в большей степени согласуется с гипотезой турбулентного газового облака, чем со старой дихотомической моделью, поскольку объясняет, как жизнеспособные частицы вируса могут перемещаться на большие расстояния от пациентов.
Научно, но не жизненно
Этот опыт изучения турбулентных потоков и траектории движения капель, возникающих при чихании и кашле, интересен в качестве фундаментального исследования. Но имеет мало отношения к реальной жизни, сообщил «360» член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе Университетской клиники МГУ имени Ломоносова Симон Мацкеплишвили.
«Какие-то капельки могут долетать до семи-восьми метров, это показано в эксперименте. Но не думаю, что это возможно в реальной жизни. Но я могу сделать из этого выводы, что наука очень важна, что мы обязательно должны носить маски. Поэтому дистанции в полтора-два метра достаточно», — добавил он.
Есть инфекции, которые разносятся на километры, — та же ветрянка. Нельзя исключить, что и коронавирус способен преодолевать большие расстояния, об этом свидетельствуют случаи заражения через вентиляцию. Но полутора-двух метров будет достаточно, если люди носят маски и перчатки, тщательно моют руки и дезинфицируют поверхности.
«Большая часть заражений происходит не от вдыхания этих частиц и попадания их на слизистую, например, глаз. А от того, что мы прикасаемся руками к чему-то, на чем есть осевшие частицы, а потом этими руками прикасаемся к лицу, глазам и так далее», — пояснил Мацкеплишвили.
Защитить слизистую
Медицине давно известно, что при чихании капли отлетают на пять-семь метров и, пока они не испарились, в них продолжает жить вирус. Но дело не в увеличении расстояния, а в том, что для защиты слизистой необходимо носить маску, согласен Юрий Ульянов, врач-отоларинголог, профессор Первого московского медицинского университета имени Сеченова. Дело в том, что здоровая слизистая ткань имеет механизм, защищающий организм от любых вирусов. Но если она пересохла, начинается простуда.
«А вирус садится только на простуженную слизистую. Поэтому если мы носим маску, мы защищаем слизистые носа и рта от пересыхания и охлаждения. И вирус на нее не приземляется. На эти маски сейчас наносят прополис. Он уничтожает вирусы, и это второй барьер», — рассказал Ульянов.
Коронавирус — РНК-содержащий вирус, сообщил «360» врач-отоларинголог Иван Лесков. Такие вирусы нестойкие и выживают только в крупных капельках жидкости, которые не отлетают на большие расстояния от больного. Инфицированные практически не чихают, зато кашляют. Но при этом взвесь не распространяется на большие расстояния.
«Поэтому, действительно, полутора-двух, но лучше двух метров должно хватить. Увеличивать безопасное расстояние не стоит, двух метров вполне достаточно», — заключил он.
Ученые пересмотрели физику и «радиус поражения» чихания
Облако взвешенных частиц, которое получается при чихании
Lydia Bourouiba / Journal of American Medical Association, 2020
Американский физик Лидия Буруиба (Lydia Bourouiba) показала, что капли при чихании распространяются в виде облака на 7–8 метров от источника и находятся в воздухе гораздо дольше, чем считалось раньше. Существующие модели распространения капель взвеси, которая получается при чихании, основаны на устаревших данных 1930-х годов. Об этом сообщается в Journal of American Medical Association.
Еще в первой половине XX века стало понятно, что возбудители некоторых инфекционных заболеваний передаются от человека к человеку с воздушно-капельной взвесью при чихании или кашле. Один из главных исследователей этого вопроса Уильям Уэллс предположил, что капли в такой взвеси условно делятся на две группы: большие и маленькие.
Большие, по мнению Уэллса, быстро оседают в небольшом радиусе от того, кто чихнул или кашлянул, а маленькие сохраняются в воздухе дольше, но затем вода из них испаряется и патогены остаются в подсушенном виде. Эти данные, как писал сам Уэллс, во многом теоретические, однако их до сих пор используют в рекомендациях по предотвращению распространения ряда инфекционных заболеваний.
Лидия Буруиба (Lydia Bourouiba) из Массачусетского технологического института решила записать рапидной камерой (частота 2000 кадров в секунду) процесс чихания, оценить скорость оседания капель разных размеров и измерить, насколько далеко они разлетаются. Получилось, что облако капель распространяется на 7–8 метров. Оседая, они загрязняют поверхности патогенами. Важен не только диаметр капель: в зависимости от влажности воздуха их взвесь может задерживаться от нескольких секунд до нескольких минут.
Автор предполагает, что эти данные могут оказаться важными и для борьбы с нынешней пандемией COVID-19. Они не противоречат тому, что обнаружили сотрудники сингапурских больниц: там пациенты заражались коронавирусом, даже когда в воздухе комнат его не находили: вероятно, SARS-CoV-2 с облаками частиц, выброшенных больными при кашле или чихании, попадал в вентиляцию и распространялся по ней. Обеззараживание поверхностей помогало избавиться от вируса.
Пока для ограничения распространения болезни Центр по контролю и профилактике заболеваемости США советует медицинским работникам держаться на расстоянии примерно два метра от заболевших, Всемирная организация здравоохранения — на расстоянии метра. Но, вероятно, это расстояние стоит увеличить.
Lydia Bourouiba, Eline Dehandschoewercker and John W. M. Bush / Journal of Fluid Mechanics, 2014
Физики уточнили, на какое расстояние разлетаются микробы при чихании
Американские физики из Массачусетского технологического института доказали, что воздушное облако при чихании распространяются на 7-8 метров от источника и находятся в воздухе гораздо дольше, чем считалось раньше.
Они провели следующий эксперимент. С помощью рапидной камеры, способной делать 2000 кадров в секунду, зафиксировали процесс чихания. На полученных кадрах сумели оценить скорость оседания капель разных размеров и измерить расстояние, на которое они разлетаются.
Один из авторов исследования Уильям Уэллс разделил капли условно на две группы: большие и маленькие. Большие под собственным весом оседают быстрее в небольшом радиусе от источника. Маленькие же сохраняются в воздухе дольше и, в зависимости от влажности воздуха, могут находиться в атмосфере от нескольких секунд до нескольких минут. Причем оседая на поверхности, и те, и другие капли постепенно теряют влагу и патогенные микробы остаются на поверхностях в подсушенном виде. При кашле капли распространяются примерно на 2,5 метра.
Эти данные могут оказаться важными и для борьбы с коронавирусом, который также распространяется воздушно-капельным путем. Авторы исследования приводят пример, когда в сингапурских больницах пациенты заражались коронавирусом, даже когда в воздухе комнат его не находили. Дело в том, что вирус в облаке частиц от кашля или чихания больных мог попасть в вентиляцию и распространиться по ней. Поэтому столь важно обеззараживание поверхностей, влажная санитарная уборка помещений.
Ученые установили рекордную дальность чихания
Еще недавно ответ вопрос о том, как далеко разлетаются капли выделений при чихании, мог бы претендовать на Шнобелевскую премию. Однако в условиях пандемии коронавируса эта информация имеет, как выясняется, жизненно важное значение.
При чихании микрокапли выделений, содержащих коронавирус, могут распространяться на расстояние более восьми метров, заявляет доцент Массачусетского технологического института Лидия Буруиба. Она поясняет, что при чихании образуется турбулентное облако, которое может содержать опасные вирионы. Работа была опубликована в журнале Journal of the American Medical Association.
Пандемия COVID-19 вынудила правительства многих стран закрыть школы, магазины и другие общественные места, запретить пересекать граници городов и по возможности вообще не выходить из дома. В случае выхода на улицу рекомендуется держать дистанцию от других людей не менее 1,5-2 м — именно на такое расстояние, как считается, способны перемещаться вирусные частицы при чихании или кашле.
Однако, по мнению исследовательницы, эта дистанция сильно недооценивается, что ограничивает эффективность предлагаемых мер по борьбе с пандемией коронавируса.
«Последние данные показывают, что при выдохах, чихании и кашле выбрасываются не только капли слизистых выделений, следующих по коротким полубаллистическим траекториям, но, что важно, образуется многофазное турбулентное газовое облако, которое рассеивает в окружающем воздухе множество капель разного размера», — говорит она.
Крупные капли оседают быстрее, чем испаряются, загрязняя поверхности вокруг зараженного человека. Мелкие же, наоборот, испаряются достаточно быстро, образуя остаточные частицы, которые играют важную роль в распространении респираторных заболеваний. Стратегии борьбы с инфекциями основываются на том, какие капли играют в их распространении основную роль, поясняет Буруиба — крупные или мелкие.
В качестве доказательства своих слов исследовательница приводит видео, на котором продемонстрировано распространение капель выделений от человека при чихании.
По ее словам, диапазон перемещения как крупных, так и мелких капель выделений расширяется из-за того, что они взаимодействуют с турбулентными потоками воздуха. Кроме того, в турбулентном облаке сохраняется теплая и влажная атмосфера, что продлевает время существования капель до момента их испарения.
«Из-за поступательного движения облака капель частицы патогенных микроорганизмов движутся гораздо дальше, чем если бы они выбрасывались поодиночке без турбулентного облака, захватывающего и уносящего их вперед, — уверена Буруиба. — С учетом различных особенностей физиологии отдельных больных и условий окружающей среды, таких как влажность и температура,
патогены могут переноситься на расстояние до 7-8 м».
Капли выделений движутся со скоростью до 30 м/с. Часть из них оседает на поверхностях, остальные же продолжают двигаться вперед, рассказывает она. В итоге, даже когда облако теряет первоначальный импульс, а выделения испаряются, сами вирусные частицы могут оставаться в воздухе в течение нескольких часов и переноситься воздушными потоками, в том числе попадая в системы вентиляции.
Буруибу раскритиковал доктор Энтони Фаучи, директор Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США.
«Этот доклад меня беспокоит, так как вводит в заблуждение», — говорит он.
По словам Фаучи, чтобы патогены разлетелись на восемь метров, нужно крайне интенсивное чихание. На брифинге Белого дома он даже показал, как именно надо чихать, чтобы распространить вирус настолько далеко.
«Нужно откинуться назад, резко наклониться вперед, и — апчхи!, — прокомментировал он свои действия. — Если сделать так, то можно чихнуть и на восемь метров. Но это не практично».
Впрочем, соблюдать дистанцию в несколько метров все же стоит. Кроме того, как недавно предупредила другая группа исследователей, вирусные частицы могут попадать в вентиляционные системы и перемещаться на довольно большие расстояния, что стало причиной одной из вспышек коронавирусной инфекции в Сингапуре.
По этой причине ученые рекомендуют воздержаться от полетов на самолетах в период пандемии — даже если зараженный человек будет сидеть в другом конце салона, вирионы могут попасть в систему кондиционирования самолета и заразить людей, находящихся далеко от него.
Как далеко летит чих? На каком расстоянии вы в безопасности?
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.