Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan: Qual é a ciência por trás do uso de uma máscara?

Uma máscara facial caseira de 2 camadas mostra como as partículas escapam quando o usuário tosse em tempos de 0,2s, 0,47s e 1,68s após o início da tosse. Essa máscara em particular reduziu a distância média máxima que as gotículas viajaram de 8 pés para 2,5 polegadas. (S. VERMA, M. DHANAK, E J. FRANKENFILD, FÍSICA DE FLUIDOS 32, 061708 (2020))

Em um nível muito simples, não é nada além de física. Veja por que você deve se importar.

Não é muito frequente que um problema de física se torne uma questão politizada, mas é exatamente o que aconteceu quando se trata da ciência do uso de máscara durante a atual pandemia de coronavírus. Os vírus são partículas minúsculas; se você está infectado, eles existem dentro do seu corpo. Toda vez que você expira, fala, canta, espirra, tosse ou exala, algumas dessas partículas podem escapar junto com as gotículas que deixam seu corpo. Uma máscara serve como uma barreira, capturando uma fração dessas gotículas, enquanto retarda o movimento das restantes que passam. Mas quão eficazes eles são e qual é a ciência completa por trás deles? Isso é o que Apoiador do Patreon Josiah Wolf quer saber, perguntando:

Eu adoraria que você realmente quebrasse a ciência das máscaras. Quão eficazes são de bandanas através de respiradores adequados. Como as partículas são desaceleradas e não podem viajar tão longe e como [vírus] e bactérias se ligam às partículas de umidade. O que realmente acontece com as coisas que saem da sua boca com e sem máscara? Há muita polêmica e desinformação nas redes sociais.

Com certeza há. Vamos decompô-lo.

Jonas Gray, como todas as criaturas de sangue quente que expiram quando o tempo está frio, vê uma nuvem se formar a partir do vapor d'água em sua respiração exalada em 2015. A distância que essa nuvem percorreria seria bastante reduzida usando uma máscara ou outro cobertura do rosto. (Jim Davis/The Boston Globe via Getty Images)

Vamos começar com um experimento muito simples que todos nós realizamos se já experimentamos o clima frio: o ato de ver sua própria respiração ao expirar. Sua respiração vem de dentro do seu corpo, onde está próxima da sua própria temperatura central: 37 ° C (98,6 ° F). Sua respiração contém uma mistura de vários gases, dominados por nitrogênio, oxigênio, dióxido de carbono e vapor de água.

Esse último é extremamente importante por dois motivos. Primeiro, quando você expira no frio, os gases expirados começam a entrar em contato com o ambiente, fazendo com que esfriem rapidamente. Quando o vapor de água esfria abaixo de um certo limite - o ponto de condensação da água — muda de fase de gás para líquido, permitindo que você a veja. Mas a segunda razão é vital para entender a transmissão viral: gotículas de água permitir a transmissão de partículas de vírus de uma pessoa para outra .

Quando alguém espirra, gotículas salivares são emitidas em uma grande variedade em forma de cone. Esta foto de 2009 ilustra dramaticamente como os germes se espalham de uma boca descoberta durante um espirro. (JAMES GATHANY/CDC)

Para ir para o próximo passo, temos que entender um pouco de biologia. Seu corpo tem defesas contra patógenos potencialmente infecciosos, e essas defesas estão sempre em vigor. Cada partícula de vírus que entra em contato com seu corpo tenta entrar em você, onde tem apenas um objetivo: sequestrar uma de suas células e usá-la para se reproduzir. Se o vírus for bem-sucedido nessa frente, seu corpo gerará uma resposta imune específica para combatê-lo. Neste ponto, você está infectado e seu sistema imunológico está lutando por sua vida.

Mas não é verdade que a infecção ocorra se até mesmo uma partícula de vírus chegar até você; isso é um mito. Embora não seja totalmente impossível, seu risco de contrair um vírus como o SARS-CoV-2 depende da sua exposição total: o número de partículas de vírus com as quais você entra em contato durante um período de tempo. É por isso que o distanciamento físico, estar ao ar livre, lavar as mãos e não tocar no rosto (especialmente nos olhos, nariz, boca e ouvidos) são intervenções tão eficazes: reduzem sua exposição ao vírus.

A combinação de uso de máscara e distanciamento físico, principalmente quando combinada com a restrição de contato com outras pessoas em um ambiente externo, pode essencialmente fazer com que cada pessoa 'guarde seus germes para si mesma', reduzindo bastante o risco de espalhar uma doença como o COVID-19. (ROBIN UTRECHT/SOPA IMAGES/LIGHTROCKET VIA GETTY IMAGES)

É também a ideia por trás do uso de uma máscara. Todo o objetivo de usar uma máscara é reduzir a carga viral que você provavelmente transmitirá e receberá de outra pessoa. A principal teoria científica é que as gotículas criadas quando tossimos, espirramos, cantamos, falamos, etc., são a principal forma de propagação do novo coronavírus de pessoa para pessoa. Atualmente, está sendo estudado se outros mecanismos, como partículas de aerossol, também podem transmitir o vírus.

Embora a Organização Mundial da Saúde tenha declarado que essas gotículas podem viajar até 1 metro (3,3 pés), todos os estudos apoiam a noção de que as gotículas viajam muito mais longe do que isso. Pesquisadores do MIT descobriram que as gotículas expelidas por um indivíduo infectado podem viajar até 8 metros (26 pés), e a maior meta-análise da transmissão do COVID-19 descobriu que continuar a aumentar sua distância física em cada 1 metro adicional reduziu significativamente a taxa de infecção .

Manter uma distância física suficiente de 2 metros ou mais é uma intervenção altamente recomendada para reduzir nossa exposição às cargas virais uns dos outros, mas é muito menos eficaz quando não é combinada com o uso de máscaras. (Marijan Murat/picture aliança via Getty Images)

A situação ideal da máscara seria se você pudesse colocar algo sobre a boca e o nariz que fosse tão eficaz que bloqueasse 100% das gotículas, 100% das partículas do vírus, mas ainda permitisse gases como oxigênio, dióxido de carbono e nitrogênio ser livremente trocado com o ambiente externo. Claro, isso não é realista; gotículas vêm em uma ampla variedade de tamanhos e com uma grande variedade de velocidades; alguns deles passarão desde que sua máscara não seja hermética.

O Máscaras respiratórias N95 são o padrão no setor de saúde: são de uso único e bloqueiam aproximadamente 95% das partículas potencialmente infecciosas, incluindo gotículas grandes e pequenas. (Daí o nome.) Eles são extremamente úteis na manutenção de um ambiente estéril e são considerados como fornecendo proteção respiratória adequada.

Todas as outras máscaras, como máscaras de pano, bandanas, e até máscaras cirúrgicas , não são.

Uma máscara respiratória N95, como mostrado aqui, é eficaz para bloquear 95% das partículas de entrar ou sair da máscara, um valor extremamente alto. As máscaras de pano são muito menos eficazes, mas ainda oferecem um nível substancial de proteção em relação a nenhuma máscara. (ASHASHYOU / WIKIMEDIA COMMONS)

A eficácia das máscaras de pano no bloqueio de partículas de gotículas pode variar muito, com uma máscara de pano de camada única (semelhante ao tecido de camiseta) bloqueando menos de 10% das partículas de gotículas, enquanto o algodão firmemente tecido pode bloquear até 80% das partículas . Embora bloquear mais partículas seja melhor, a conclusão esmagadora é que todas as máscaras oferecem algum nível de proteção na redução da carga viral, e qualquer proteção é melhor do que nenhuma proteção.

O engenheiro mecânico Matthew Staymates, que trabalha no NIST, usou uma câmera de alta velocidade para se filmar tossindo com e sem máscara , testando um total de 26 tipos de máscara de pano. Suas descobertas chegaram às seguintes conclusões:

mesmo as coberturas de rosto mais simples, como bandanas ou aquecedores de pescoço, impediram que grande parte da sua tosse pousasse em outra pessoa,
uma boa vedação ao redor do nariz, queixo e bochechas evita que a tosse vaze,
e que puxar a cobertura do rosto abaixo do nariz remove a maioria dos efeitos protetores, tanto para você quanto para os outros.

Um indivíduo desmascarado fazendo algo tão simples quanto exalar (topo) pode enviar partículas de gotículas a grandes distâncias, com alto potencial de disseminação do novo coronavírus SARS-CoV-2. Usar uma máscara (abaixo) reduz significativamente a distância que as gotículas viajam, oferecendo alguma medida de proteção a outras pessoas e, em menor grau, ao usuário. (MATTHEW E. STAYMATES / NIST)

Mas sem dúvida a descoberta mais importante desse estudo foi isto:

Outra observação interessante foi a impressionante redução na velocidade do fluxo de ar ao falar com todas as coberturas faciais – uma coisa boa, considerando que a maioria das pessoas em público deveria estar falando muito mais do que tossindo.

Outros estudos descreva isso com mais detalhes , demonstrando que usar máscaras faz três coisas importantes. Primeiro, eles reduzem a massa total e o volume de gotículas colocadas no ambiente. Segundo, eles reduzem a distância que as gotículas viajam e tornam o distanciamento físico uma medida preventiva muito mais eficaz. E terceiro, usar uma máscara facial sempre reduz a massa total de gotículas em relação a não usar máscara, devido a uma combinação de filtragem de máscara (especialmente de gotículas maiores) e evaporação de gotículas (que é mais eficaz para gotículas menores).

Outro estudo independente mostrou que uma tosse descoberta faz com que suas gotículas percorram uma distância média de 8 pés, enquanto o uso de várias máscaras reduziu essa distância em mais da metade em todos os casos, com as melhores máscaras reduzindo-a para meros 2,5 polegadas (6,4 centímetros).

Em todos os casos em que as máscaras foram estudadas, todas as variedades de máscara reduzirão a distância média que as gotículas viajam, a massa total de gotículas potencialmente infecciosas e eliminarão preferencialmente as gotículas de maior tamanho sobre a situação não mascarada. (T. DBOUK E D. DRIKAKIS, FÍSICA DOS FLUIDOS 32, 063303 (2020))

Em 2015, foi realizado um estudo que comparou máscaras de pano com máscaras médicas padrão: o primeiro ensaio clínico randomizado fazer isso. Se você já ouviu a afirmação de que as máscaras de pano podem aumentar o risco de infecção, este é o estudo em que se baseou e é relativo às máscaras médicas, não a nenhuma máscara. Embora você possa encontrar vários artigos de opinião on-line que afirmam que isso pode aumentar o risco de infecção, não há (até 9 de julho de 2020) estudos que apoiem essas afirmações. O chaves que você deve lembrar são :

não toque na sua máscara facial enquanto a estiver usando,
lave / higienize as mãos imediatamente se o fizer (especialmente antes de tocar em outras superfícies),
coloque-o/tire-o pelos ganchos das orelhas,
e lave sua máscara após cada uso.

O grande perigo de como uma máscara pode aumentar a transmissão é atuar como um local de encontro para uma carga viral, por isso é importante não colocar essa superfície externa em contato com os olhos, nariz, boca ou ouvidos de um indivíduo.

Somente quando você colocar sua máscara pela primeira vez, você deve entrar em contato com as superfícies externas ou internas dela com os dedos. A superfície da máscara pode abrigar um número significativo de partículas de vírus, e muitos estão preocupados que o uso inadequado da máscara possa fornecer uma falsa sensação de segurança e levar a um comportamento insalubre. (POLINA TANKILEVITCH / PEXELS)

Há também outro mito perigoso: que pessoas assintomáticas que têm COVID-19 não podem transmitir o vírus a outras pessoas. Apesar a Organização Mundial da Saúde declarou isso , foram explícitos ao afirmar que a transmissão assintomática pode ser rara, não que não ocorra.

Além disso, assintomáticos, como a OMS usou, referiam-se a pacientes infectados por COVID-19 que nunca apresentaram sinais de sintomas; exclui explicitamente indivíduos pré-sintomáticos na fase de incubação, que vários estudos descobriram são responsáveis por muitos , e possivelmente até mais , de infecções por COVID-19.

Porque não podemos, no momento, saber quem tem COVID-19 e quem corre o risco de transmiti-lo a outras pessoas, usar máscara sempre que sair de casa e estiver em contato potencial com pessoas de outras famílias é uma medida de saúde pública fortemente recomendada .

Mesmo uma pequena porcentagem de pessoas que não usam máscaras pode aumentar as taxas de infecção entre uma grande população de usuários de máscaras, devido às grandes cargas virais que podem se espalhar por distâncias significativas, principalmente em espaços fechados onde muitos indivíduos estão próximos. proximidade uma da outra. (SULTAN MAHMUD MUKUT/SOPA IMAGES/LIGHTROCKET VIA GETTY IMAGES)

Aqui está a coisa. Todos nós queremos que as escolas abram no outono. Todos nós queremos que as crianças recebam a educação de qualidade que podem receber melhor com a instrução presencial. Queremos que professores, pais e todos que vivem nos Estados Unidos possam retornar às suas profissões sem colocar a si mesmos e suas famílias em risco. Não queremos forçar as pessoas a aceitar uma escolha cruel e desumana: ou colocar você e seus filhos em condições inseguras e potencialmente letais ou arriscar perder seu emprego, sua casa e seu sustento.

Parte da razão pela qual a ciência existe é exatamente para situações como essa. Todos os especialistas concordam que lavar as mãos, se distanciar fisicamente e usar uma máscara sempre que estiver fora – além de sair apenas para tarefas essenciais e não permanecer em espaços fechados e fechados — é a melhor maneira de alcançar uma sociedade segura, dadas as atuais condições de pandemia. A ciência apoia esmagadoramente esta conclusão. O resto depende de nós.

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Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .