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The sneezing speed for four different nose and mouth types is shown. A) is an open nasal passage with teeth, B) is an open nasal passage without teeth, C) is a blocked nasal passage without teeth, and D) is a blocked nasal passage with teeth. Credit: University of Central Florida
People who have a stuffy nose and full set of teeth travel about 60% farther than people who don’t.
New research from the University of Central Florida has identified physiological characteristics that could make people super-spreaders of viruses such as COVID-19[feminine.
Dans une étude parue ce mois-ci dans la revue Physique des fluides, des chercheurs du Département de génie mécanique et aérospatial de l’UCF ont utilisé des modèles générés par ordinateur pour simuler numériquement les éternuements chez différents types de personnes et déterminer les associations entre les caractéristiques physiologiques des personnes et la distance parcourue par leurs gouttelettes d’éternuement dans l’air.
Ils ont constaté que les caractéristiques des gens, comme un nez bouché ou un ensemble complet de dents, pouvaient augmenter leur potentiel de propagation de virus en affectant la distance parcourue par les gouttelettes lorsqu’elles éternuent.
Selon les Centers for Disease Control and Prevention des États-Unis, la principale façon dont les gens sont infectés par le virus qui cause le COVID-19 est l’exposition à des gouttelettes respiratoires, telles que les éternuements et la toux porteurs de virus infectieux.
En savoir plus sur les facteurs affectant la distance parcourue par ces gouttelettes peut éclairer les efforts visant à contrôler leur propagation, explique Michael Kinzel, professeur adjoint au Département de génie mécanique de l’UCF et co-auteur de l’étude.
«Il s’agit de la première étude qui vise à comprendre le« pourquoi »sous-jacent de la distance parcourue par les éternuements», explique Kinzel. «Nous montrons que le corps humain a des influenceurs, comme un système de conduits complexe associé au flux nasal qui perturbe en fait le jet de votre bouche et l’empêche de disperser des gouttelettes sur de longues distances.»
Par exemple, lorsque les gens ont le nez clair, par exemple en le soufflant dans un tissu, la vitesse et la distance parcourue par les gouttelettes d’éternuement diminuent, selon l’étude.
C’est parce qu’un nez clair fournit un chemin en plus de la bouche pour que l’éternuement sorte. Mais lorsque le nez des gens est congestionné, la zone dans laquelle l’éternuement peut sortir est restreinte, ce qui fait augmenter la vitesse des gouttelettes d’éternuement expulsées de la bouche.
De même, les dents restreignent également la zone de sortie de l’éternuement et font augmenter la vitesse des gouttelettes.
«Les dents créent un effet de rétrécissement dans le jet qui le rend plus fort et plus turbulent», dit Kinzel. «Ils semblent en fait conduire la transmission. Donc, si vous voyez quelqu’un sans dents, vous pouvez vous attendre à un jet plus faible de l’éternuement de sa part.
Pour réaliser l’étude, les chercheurs ont utilisé la modélisation 3D et des simulations numériques pour recréer quatre types de bouche et de nez: une personne avec des dents et un nez clair; une personne sans dents et au nez clair; une personne sans dents et un nez congestionné; et une personne avec des dents et un nez congestionné.
Lorsqu’ils ont simulé des éternuements dans les différents modèles, ils ont constaté que la distance de pulvérisation des gouttelettes expulsées lorsqu’une personne a le nez congestionné et un ensemble complet de dents est d’environ 60% plus élevée que lorsqu’elle ne le fait pas.
Les résultats indiquent que lorsque quelqu’un garde son nez dégagé, par exemple en le soufflant dans un mouchoir en papier, il pourrait réduire la distance parcourue par ses germes.
Les chercheurs ont également simulé trois types de salive: mince, moyenne et épaisse.
Ils ont découvert qu’une salive plus fine entraînait des éternuements composés de gouttelettes plus petites, ce qui créait un spray et restait dans l’air plus longtemps que la salive moyenne et épaisse.
Par exemple, trois secondes après un éternuement, quand une salive épaisse atteignait le sol et diminuait ainsi sa menace, la salive plus mince flottait toujours dans l’air en tant que transmetteur potentiel de maladie.
Le travail est lié au projet des chercheurs de créer une pastille contre la toux COVID-19 qui donnerait aux gens une salive plus épaisse afin de réduire la distance parcourue par les gouttelettes d’un éternuement ou d’une toux, et donc de réduire la probabilité de transmission de la maladie.
Les résultats donnent un nouvel aperçu de la variabilité de la distance d’exposition et indiquent comment les facteurs physiologiques affectent les taux de transmissibilité, explique Kareem Ahmed, professeur agrégé au Département de génie mécanique et aérospatial de l’UCF et co-auteur de l’étude.
«Les résultats montrent que les niveaux d’exposition dépendent fortement de la dynamique des fluides qui peut varier en fonction de plusieurs caractéristiques humaines», explique Ahmed. «Ces caractéristiques peuvent être des facteurs sous-jacents à la propagation des événements dans la pandémie de COVID-19.»
Les chercheurs disent qu’ils espèrent faire évoluer les travaux vers des études cliniques afin de comparer leurs résultats de simulation avec ceux de personnes réelles provenant de milieux variés.
Les co-auteurs de l’étude étaient Douglas Fontes, chercheur postdoctoral au Florida Space Institute et auteur principal de l’étude, et Jonathan Reyes, chercheur postdoctoral au Département de génie mécanique et aérospatial de l’UCF.
Fontes dit que pour faire avancer les conclusions de l’étude, l’équipe de recherche souhaite étudier les interactions entre le flux de gaz, le film muqueux et les structures tissulaires dans les voies respiratoires supérieures lors d’événements respiratoires.
«Les modèles numériques et les techniques expérimentales devraient fonctionner côte à côte pour fournir des prévisions précises de la rupture primaire à l’intérieur des voies respiratoires supérieures pendant ces événements», dit-il.
«Cette recherche fournira potentiellement des informations pour des mesures de sécurité plus précises et des solutions pour réduire la transmission des agents pathogènes, offrant de meilleures conditions pour faire face aux maladies habituelles ou aux pandémies à l’avenir», dit-il.
Référence: «Une étude de la dynamique des fluides et des facteurs de physiologie humaine entraînant la dispersion des gouttelettes à partir d’un éternuement humain» par D. Fontes, J. Reyes, K. Ahmed et M. Kinzel, 12 novembre 2020, Physique des fluides.
DOI: 10.1063 / 5.0032006
Le travail a été financé par la National Science Foundation.
Kinzel a obtenu son doctorat en génie aérospatial de la Pennsylvania State University et a rejoint l’UCF en 2018. En plus d’être membre du département de génie mécanique et aérospatial de l’UCF, qui fait partie du College of Engineering and Computer Science de l’UCF, il travaille également avec le Center for UCF. Recherche avancée sur les turbomachines et l’énergie.
Ahmed est professeur agrégé au Département de génie mécanique et aérospatial de l’UCF, membre du corps professoral du Center for Advanced Turbomachinery and Energy Research et du Florida Center for Advanced Aero-Propulsion. Il a servi pendant plus de trois ans en tant qu’ingénieur aéronautique / thermique senior chez Pratt & Whitney, travaillant sur des programmes et des technologies de moteurs avancés. Il a également été membre du corps professoral de l’Université Old Dominion et Université d’État de Floride. À l’UCF, il dirige la recherche en propulsion et en énergie avec des applications pour la production d’électricité et les moteurs à turbine à gaz, les moteurs à réaction, l’hypersonique et la sécurité incendie, ainsi que la recherche liée à la science des supernova et au contrôle de la transmission COVID-19. Il a obtenu son doctorat en génie mécanique de l’Université d’État de New York à Buffalo. Il est membre associé de l’American Institute of Aeronautics and Astronautics et membre du corps professoral du laboratoire de recherche de l’US Air Force et du bureau de recherche navale.
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