くしゃみのこの高速ビデオは、パンデミックがどのように広がるかを明らかにします

疫学 fluid dynamics 理科 sneezes
2020-12-24 08:48.

MITの科学者たちは、くしゃみの際に痰が排出される高速ビデオを撮影しました。それはあなたが想像するのと同じくらいグロスです。しかし、唾液と鼻水のこの混合物がどのように液滴に分裂し、広範囲に広がるかについてさらに学ぶことは、いつの日か、病気の発生の広がりを制御するためのより良い戦略につながる可能性があります。

くしゃみは、体が侵入する病原体を取り除くのを助けるように設計された自然な反射ですが、くしゃみは、ウイルスなどの微生物のキャリアとして機能する液滴を介して、風邪からはしかやSARSなどの深刻なものまですべての病気を広めるのにも役立ちます。次に、これらの液滴は、感染性の貨物とともに空中または表面に堆積し、無防備な通行人が息を吸ったり表面に触れたりするのを待つだけで、感染します。

しかし、長い間、科学者たちは、それらの液滴が鼻から排出された後、どれだけ遠くまで移動できるかについて、暗闇の中にとどまりました。答え:あなたが思っているよりもはるかに—MITのFluidDynamics of Disease TransmissionLaboratoryの責任者であるLydiaBourouibaによると、3フィートから26フィートの最悪のシナリオ(コンピューターシミュレーションによる)までのどこかです。彼女、マサチューセッツ州ボストンで開催された米国物理学会の流体力学部門の会議で、このような液滴がどのように形成され、広がるかについてのチームの最新の調査結果について報告しました

MITチームは、くしゃみをする人々の高速動画を作成する際に、1894年にまでさかのぼる長い伝統を引き継いでいます。そのとき、トーマスエジソンのアシスタントであるフレッドオットは、ウィリアムKLディクソンに撮影され、くしゃみをします。に応じて。わずか5秒でクロックインし、米国の著作権を取得した最初の映画でした。もともとはキネトスコープ(エジソンの発明)で再生されましたが、YouTubeの栄光のおかげで、私たちは皆、オットの時代を超越したパフォーマンスを見ることができます。

Bourouibaの研究室は昨年、くしゃみのダイナミクスがいかに複雑であるかを詳述した論文で見出しを作りました。ほとんどの研究者は、液滴が移動する距離は質量に依存すると想定していました。液滴が大きいほど、移動できる距離は長くなります。これは基本的なニュートン物理学です。大きいものほど勢いがあります。しかし、MITラボの2014年の高速映像は、この見方が単純すぎることを示していました。くしゃみをするとガス雲が発生し、その中に(潜在的な病原体を含む)液滴が浮遊します。その雲はさらに小さな液滴を上空に保持することができ、ニュートンの方程式が通常許可するよりもはるかに遠くまで移動することができます。

今、Bourouibaと彼女の同僚は、くしゃみをする人々の高速ビデオ映像に基づいて、くしゃみをするときに放出する動きの速い雲の中で実際に液滴がどのように形成されるかについての新しい発見返しています。(フレッドオットは、彼の映画でくしゃみを誘発するために嗅ぎタバコを使用しました。MITラボは、Bourouibaによると、「鼻をくすぐる」が最も効率的な方法であると考えました。)そうではないことが判明しました。

むしろ、最新の映像は3つの異なる段階を示しました。流体は最初にシート状に出て、次に靭帯に分裂し、流体が体を出るとそれらの靭帯は液滴に分解します。

この最新の作品は、2人の健康な人がくしゃみをすることに焦点を当てていました(1日に約50回なので、彼らは原因に専念していました)。次のステップ:チームは、くしゃみを介してさまざまな病原体がどのように広がるかを理解することを目的として、病気の被験者に対して同じことを行うことを計画しています。結局のところ、多くの変動性があります。繊細にくしゃみをする人もいれば、ただ裂けるだけの人もいます。唾液と粘液の混合は、人によって少し異なります。そして、一部の人々は「スーパースプレッダー」であるかもしれません:彼らは平均的な人よりはるかに効果的に病原体を感染させるかもしれません。

これらの変数はすべて、特定の集団の感染パターンに影響を与える可能性が高いため、科学者が物理学をよく理解すればするほど、疫学的モデルを構築できるようになります。そして、優れた建築家やエンジニアは、飛沫の広がりに対抗するための建物の換気システムを設計できます。

ブルーイバはまた、くしゃみをする理由とウイルスなどの微生物がどのように進化したかとの間に進化の関連がある可能性があると考えています。これは、ウイルスの「素晴らしい推進メカニズム」であり、ウイルスをより遠く、より速く拡散させるためです。彼女が今年初めに発表した論文基づくと、これは確かに植物の場合のようです。はい、そうです。植物は流行の後で「くしゃみ」をすることもできますが、雨滴の助けを借りてのみ、「さび」として知られる真菌寄生虫やその他の病原体を作物に広めるのに役立ちます。

ですから、みんなのために、くしゃみをするときは口を覆ってください。

参照

Bourouiba、L.。(2014)「激しい呼吸イベント:咳とくしゃみについて」、Journal of Fluid Mechanics 745:537-563。

Gilet、T。and Bourouiba、L。(2015)「流体の断片化は、雨によって誘発される葉の病気の伝染を形作る」、Journal of the Royal Society Interface 12:20141092

Scharfman、BE etal。(2015)「くしゃみの噴出物の可視化:呼吸器飛沫につながる体液の断片化のステップ」、体液の実験[印刷中]。

Techet、A.、Scharfman、B。、およびBourouiba、L。(2015)「くしゃみにおける3Dスプレー液滴分布」、プレゼンテーションG25.1、第68回流体力学会議、2015年11月23日。

トップビデオと画像:L。Bourouibaet al / MIT。フレッドオットーのくしゃみのビデオ:米国議会図書館/パブリックドメイン。

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