Modellazione 3D e simulazione dell'impatto dell'uso di una maschera sulla dispersione delle particelle portatrici della SARS

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8929 (2023) Citare questo articolo

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Anche se la pandemia di Covid-19 sembra stagnare o in diminuzione in tutto il mondo, non è da escludere una recrudescenza della malattia o il verificarsi di altre epidemie causate dalla diffusione aerea di agenti biologici patogeni. Questi agenti, in particolare i virioni della malattia Covid-19, si trovano nelle particelle provenienti dall’espettorato di persone infette sintomatiche o asintomatiche. In ricerche precedenti, abbiamo utilizzato un modello tridimensionale di fluidodinamica computazionale (CFD) per simulare il trasporto e la dispersione delle particelle in spazi semi-confinati ventilati. A titolo illustrativo, abbiamo considerato una carrozza di un treno pendolare in cui un passeggero infetto emetteva goccioline (1 e 10 µm) e gocce (100 e 1000 µm) mentre respirava e tossiva. Utilizzando un approccio Euleriano e un approccio Lagrangiano, abbiamo modellato la dispersione delle particelle nel flusso turbolento generato dalla ventilazione della carrozza. Le simulazioni hanno restituito risultati simili da entrambi gli approcci e hanno dimostrato chiaramente l’aerodinamica molto distinta dell’aerosol di goccioline trasportate dall’aria e, all’altra estremità dello spettro, delle gocce che cadono o si comportano come proiettili a seconda della loro velocità iniziale. Quello studio numerico considerava i passeggeri senza maschere protettive. In questa nuova fase di ricerca, abbiamo innanzitutto utilizzato i dati della letteratura per sviluppare un modello di una tipica maschera chirurgica da utilizzare su un manichino digitale che rappresenta un essere umano. Successivamente abbiamo ripreso l’esperimento gemello della carrozza ferroviaria, ma questa volta i passeggeri (compreso quello infetto) sono state dotate di mascherine chirurgiche. Abbiamo confrontato la distribuzione spaziale e temporale delle particelle a seconda che il passeggero dello spandiconcime indossasse o meno una maschera e se la maschera fosse perfettamente aderente (senza perdite) o indossata allentata (con perdite). Oltre a dimostrare l’evidente valore di indossare una maschera nel limitare la diffusione delle particelle, il nostro modello e le nostre simulazioni consentono una quantificazione del rapporto di particelle sospese nel pullman a seconda che il passeggero infetto indossi o meno una maschera. Inoltre, i calcoli effettuati costituiscono solo un’applicazione illustrativa tra tante altre, non solo nel trasporto pubblico, ma in qualsiasi altro spazio ventilato pubblico o privato sulla base degli stessi modelli fisici e gemelli digitali dei luoghi considerati. La CFD consente quindi di stimare la criticità dell’occupazione dei luoghi da parte di persone con o senza maschera e di raccomandare misure al fine di limitare la contaminazione aerea da parte di qualsiasi tipo di agente patogeno aereo, come i virioni del Covid-19.

Dalla metà del 2021, le preoccupazioni globali sembrano concentrarsi su flagelli diversi dalla pandemia di Covid-19. Questa malattia potrebbe tuttavia subire ricadute stagionali, così come altre infezioni respiratorie, in particolare l'influenza. Il Covid-19 si trasmette principalmente attraverso il contatto con oggetti sporchi e precedentemente contaminati (detti anche “fomiti”) e attraverso il trasporto e la dispersione di particelle emesse da persone infette. A questo proposito, è stato accertato che i virioni, la forma extracellulare dei virus, sono presenti e patogeni nelle particelle liquide prodotte dalle persone infette quando starnutiscono o tossiscono, ma anche quando parlano o semplicemente respirano. I virioni si trovano nell’espettorato delle persone sintomatiche, ma anche in quello delle persone asintomatiche, che possono trasmettere inconsapevolmente l’infezione ad altri che, a loro volta, non si accorgeranno di essere stati contaminati. La trasmissione aerea di agenti infettivi trasportati da particelle liquide di diverse dimensioni verrà discussa più avanti nell'introduzione. Solleva preoccupazioni, soprattutto perché non è specifico del Covid-19; è infatti comune in molte altre malattie respiratorie come le altre sindromi respiratorie acute gravi (SARS), la sindrome respiratoria del Medio Oriente (MERS) o i numerosi tipi di influenza (H1N1) e le loro varianti.