Dr. Carlos Alberto Díaz. Profesor Titular Universidad ISALUD.
A medida que aumenta el número de virus inhalados o partículas de aerosol que contienen el virus, aumenta la probabilidad de infección. Como tal, deberíamos prestar atención a la dosis inhalada, o mejor aún la dosis depositada inhalada, como un valor que queremos reducir para escenarios que involucren a dos o más personas en un espacio interior.
He estado hablando de la importancia de la dosis depositada inhalada durante varios meses. Este concepto muy importante parece un espectador inocente de una gran cantidad de angustia específica de la disciplina en torno a la semántica que involucra partículas en el aire, gotas, aerosoles, contacto cercano, etc. Si una partícula está en el aire y la inhala, puede provocar la inhalación de la dosis depositada. No me importa cómo lo llame nadie o dónde se inhaló la partícula portadora del virus. Puede haber sido inhalado mientras es desafiado por una corriente de aerosol concentrada en estrecho contacto con un infector (campo cercano) o a una concentración más baja en el campo lejano (ver Figura 1). Si se inhala puede depositar en el sistema respiratorio. periodo. Al sistema inmunitario no le importa qué vía se tomó para llegar allí.
Es importante destacar que la concentración en el aire NO es dosis. La exposición NO es una dosis inhalada. Y se debe prestar más atención a la dosis depositada inhalada (IDD) de aerosoles, que después de todo son el rideshare eficaz para el SARS-CoV-2 en su sistema respiratorio. ¿Por qué es importante el IDD? Porque entender los factores básicos que influyen en la IDD proporciona una hoja de ruta para reducir la dosis y la respuesta asociada (riesgo de infección). Además, una vez que se desarrolle una relación dosis-respuesta, tendremos que ser capaces de modelar eficazmente la dosis inhalada o la dosis depositada inhalada para utilizar una relación dosis-respuesta de manera eficaz. Estos conocimientos ayudarán con estrategias para prevenir la infección, así como con los forenses apropiados después del brote. He estado dedicando mi tiempo «libre» al desarrollo de modelos de emisiones a IDD.
¿Cuál es la dosis depositada inhalada?
El IDD (Di) es el número total de partículas en el rango de tamaño «i» que se inhalan y que se depositan en el sistema respiratorio de una persona. En forma matemática, es el producto de cuatro variables.
DYo = CYo x B x t x fYo
Vale la pena examinar más de cerca cada una de estas variables, ya que entender los factores que afectan a estas variables produce información valiosa sobre cómo reducir DYo, y, por lo tanto, cómo implementar estrategias eficaces de reducción del riesgo.
El término DYo corresponde al número total de partículas en el rango de tamaño i que realmente se depositan en el sistema respiratorio, desde la nariz hasta los recovecos más profundos de los pulmones, es decir, la región alveolar. Las unidades son simplemente número (#), como en número de partículas depositadas en un rango de tamaño específico. Un diámetro de partícula específico se utiliza para representar el rango i y a menudo se toma como la media geométrica de los puntos finales de un rango de tamaño pequeño. Por ejemplo, si un rango de tamaño de partícula es de 1 a 1,5 μm, la media geométrica se toma como la raíz cuadrada del producto de estos puntos finales, o (1 x 1,5)0.5 = 1,22 μm. Más información sobre cómo usamos esto más tarde.
The term CYo is the concentration of particles in size range i in the breathing zone of a susceptible receptor. This is taken to be a particle count in size range i per volume of air, e.g., # of particles per liter or air or #/L. This concentration depends on the number of particles emitted from an infector, which can vary significantly between infectors, by activities for the same infector, e.g., coughing or singing versus breathing while at rest, and as a function of time during infection. The value of CYo can be considerably lower if the infector is wearing a mask, especially in the near field if an infector faces the receptor, and even to some extent in the indoor far field. Further, CYo será más bajo si el receptor también lleva una máscara (reduce la concentración en la zona respiratoria dentro de la máscara).
Una mayor ventilación reduce CYo, especialmente en el campo lejano, mediante la sustitución de aire interior que contiene partículas portadoras de virus con aire exterior. También puede reducir CYo para un contacto cercano (campo cercano) mediante una mezcla mejorada y dispersión de plumas de aerosol concentradas emitidas por un infector.
Valores de CYo también se puede reducir eficazmente por filtración (limpiadores de aire centrales o portátiles). He tuiteado sobre matices relacionados con la filtración y no repetiré esa información aquí. Otros también lo han hecho. Nada de esto es nuevo ni es ciencia de cohetes.
Por último, tendemos a centrarnos en cuánto tiempo pasamos en interiores para reducir nuestra exposición. Pero recuerde que la cantidad de tiempo que un infector pasa en un espacio también afecta a CYo. Si un infector entra en una farmacia y pasa 5 minutos allí, la concentración promediada en el tiempo en el campo lejano asociado con su visita será mucho menor que si pasan 30 minutos en la farmacia. Las partículas pequeñas se acumularán en el aire interior y, si el infector permanece en el medio ambiente durante mucho tiempo, pueden alcanzar una concentración de estado estacionario en la que la tasa de emisiones es igual a la tasa de pérdida debido a la ventilación, la deposición de la superficie, la filtración, etc. Cuando el infector sale del espacio interior, la concentración de partículas portadoras de virus disminuirá a una velocidad definida por estos mismos mecanismos de eliminación. Esto puede ser muy importante para un escenario que involucre a un infector que acaba de salir de un aula al final de una conferencia. Los estudiantes que ingresen al aula inmediatamente después estarán expuestos a un valor mucho mayor de CYo, y por lo tanto la dosis inhalada, que si hubieran entrado una hora más tarde. Esta es una buena razón para dejar un período de clase desocupado entre cada período ocupado en un aula determinada.
La variable B es el volumen de minutos respiratorios y tiene unidades de L/min de aire inhalado. Su variabilidad a menudo se pasa por alto, pero puede ser muy importante. El volumen medio de minutos de un adulto normalmente oscila entre 5 y 10 L/min para descansar hasta un esfuerzo simple, por ejemplo, conducir. Pero durante el ejercicio aeróbico pesado, este valor puede aumentar a 50 a 60 L/min o más, hasta 10 x o mayor caudal volumétrico que lo que probablemente esté experimentando al leer esto. Esta amplia gama es la razón por la que he expresado tal preocupación por los gimnasios que incluyen una actividad aeróbica significativa. La respiración intensa puede aumentar significativamente tanto las emisiones de un infector como la dosis depositada inhalada. Hemos escuchado mucha preocupación por los riesgos de pasar tiempo en bares y restaurantes llenos de gente y mal ventilados, y por una buena razón. Pero los gimnasios llenos de gente y mal ventilados con aquellos que se dedican a ejercicios aeróbicos podrían ser aún peores debido al elevado volumen de minutos respiratorios.
La variable «t» es bastante obvia y se relaciona con la cantidad de tiempo que un receptor pasa en un campo lejano interior con un infector o aerosol residual de un infector (después de que el infector se ha ido), o en la pluma directa de campo cercano de un infector que está respirando, hablando, cantando, tosiendo, etc., en su dirección. Para la consistencia con las unidades de otros términos utilizados aquí, el tiempo debe tener unidades de minutos (min). Minimizar el tiempo en entornos interiores distintos de su propia casa es importante. No vaya si no es esencial. Si es esencial, vaya y averigüe cómo salir en la menor cantidad de tiempo.
La variable fYo es la fracción de partículas de un rango de tamaño específico que se depositan en el sistema respiratorio (sin unidades). Donde las partículas se depositan es probablemente muy importante. Las partículas pueden depositarse en cualquier lugar desde la nariz (región de la cabeza) hasta los recovecos más profundos de los pulmones (región alveolar) y en todas partes en el medio (en gran parte la región traqueobronchial). Cuando los depósitos de partículas dependen del modo de respiración (nariz versus boca), tamaño de las partículas y, en cierta medida, de la frecuencia de respiración. Diferentes modelos pueden tener en cuenta estas diferencias y se pueden utilizar para predecir la deposición de partículas. Es importante destacar que no todas las partículas inhaladas se depositan en el sistema respiratorio y pueden volver a salir durante la exhalación. Por ejemplo, sólo alrededor del 45% de las partículas de 1 μm (1 micra) realmente se depositarán en el sistema respiratorio (principalmente en la nariz) para los respiradores de nariz que hacen ejercicio ligero (Figura 2). Eso significa que el 55% vuelve a salir con aliento exhalado.
Es útil convertir el número de partículas de varios tamaños depositadas en diferentes partes del sistema respiratorio en un volumen, por ejemplo, la Figura 3 para una conferencia simulada de 75 minutos en el aula con un profesor infectado. Los resultados muestran el número de partículas depositadas en tres regiones principales del sistema respiratorio de cada estudiante que respira nariz para diferentes escenarios de ventilación y control. Los valores en la parte superior de cada barra corresponden al volumen de partículas depositadas. El volumen total de partículas se puede aproximar asumiendo partículas esféricas y determinando el volumen de una partícula en un rango de tamaño utilizando el valor medio geométrico descrito anteriormente. Este volumen se puede multiplicar por el número de partículas depositadas en ese rango de tamaño para obtener el volumen total de esas partículas. Y la suma del volumen sobre los tamaños de partículas produce un volumen total. Si se conoce una carga viral en número de virus por ml, es posible que deba ajustarse para la evaporación del agua de las partículas cuando se liberan al aire interior (un aumento efectivo de la carga viral/ml de partículas). Esta carga viral ajustada se puede corregir para la fracción de virus que son infecciosos.
Por ejemplo, supongamos que un cálculo de IDD conduce a una estimación de 20 picolitros (pL), o 10-12 L, de volumen de partículas depositado en todas las regiones del sistema respiratorio. Una carga viral de 1011/mL es igual a 1014/L. Si el 1% de estos virus son realmente infecciosos, la fracción infectada es 0.01. Esto significa que 1014/L x 0.01 = 1012/L son virus infecciosos. Este valor se puede ajustar en función de las tasas de desactivación del virus y el tiempo entre la liberación de partículas y la inhalación. Si multiplicamos 1012/L por 20 x 10-12 L para el volumen depositado tenemos 20 virus infecciosos depositados. Por supuesto, esto supone la misma carga viral en todos los tamaños de partículas, y no está claro que este sea el caso del SARS-CoV-2. Sin embargo, no es difícil ajustar el cálculo si algún día tenemos cargas virales resueltas por tamaño y fracciones infectadas.
Espero que este sea un blog útil. He estado desarrollando modelos de diferentes complejidades que utilizan este concepto para ilustrar cómo las diferencias en el diseño y operación de edificios, las actividades humanas y las emisiones afectan a la dosis depositada inhalada. El desarrollo y lanzamiento de modelos han sido un proceso muy lento mi trabajo diario es casi todo consumía. Espero sacar uno de los modelos más simples pronto con la ayuda de algunos colegas que son gurús de la interfaz de usuario.
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