Explicado: taxa de respiração e o risco de infecção por vírus

Os pesquisadores descobriram que uma frequência respiratória mais baixa - e prender a respiração - aumenta o risco de gotículas carregadas de vírus atingirem o pulmão profundo.

Um médico examina tomografias computadorizadas dos pulmões de um paciente. (The New York Times: Yue Wu, Arquivo)

Respirar devagar pode trazer vários benefícios à saúde - mas não no que diz respeito à transmissão de doenças pelo ar. Em um novo estudo publicado na Physics of Fluids, um jornal do American Institute of Physics, os pesquisadores do IIT Madras descobriram que uma frequência respiratória mais baixa - e prender a respiração - aumenta o risco de gotículas carregadas de vírus atingirem o pulmão profundo.

O pulmão complexo

Nossos corpos lutam contra muitos dos aerossóis que inalamos antes que eles possam se depositar no pulmão interno, graças à geometria complexa da região extratorácica e dos pulmões. Parte dos aerossóis são liberados na forma de muco, enquanto aqueles que cruzam a passagem nasal ainda teriam que navegar pela complexa estrutura ramificada que define o pulmão.

O estudo analisou a dinâmica de gotículas de tamanho micrométrico através desses microcanais, imitando o ambiente pulmonar. O transporte de material - partículas ou gases - no pulmão profundo (conforme nos aproximamos do ácino ou barreira sanguínea) é puramente difusivo. Essa natureza difusiva garante que os gases sejam capazes de se difundir muito mais rápido do que as partículas. Isso faz parte da proteção do próprio corpo contra partículas de aerossol que atingem o sangue, disse Mahesh Panchagnula, professor de mecânica aplicada no IIT Madras.

Uma vez que indivíduos diferentes provavelmente têm morfometria pulmonar diferente (dimensões associadas aos bronquíolos), sua proteção inerente provavelmente será diferente, disse ele esse site . O professor Panchagnula e colegas realizaram trabalhos anteriores destacando a variabilidade na absorção de aerossol de indivíduo para indivíduo - uma possível razão pela qual algumas pessoas são mais suscetíveis a doenças transmitidas pelo ar do que outras.

Como a deposição de aerossol varia ao longo do tempo para diferentes frequências de respiração e tempos de retenção da respiração. O eixo y representa a fração de aerossóis inalados que é depositada no pulmão. (Fonte: Mallik, Mukherjee & Panchagnula, Physics of Fluids)

Modelando o fluxo

Como um substituto para as vias aéreas no pulmão chamadas bronquíolos, os pesquisadores usaram microcapilares de diâmetro variando de 0,3 a 2 mm. Uma bomba de seringa simulou a respiração nesses microcapilares. Gerados a partir de água misturada com partículas fluorescentes, os aerossóis podiam ser rastreados à medida que se moviam e se depositavam nos capilares. Após medir a deposição de aerossóis, os pesquisadores caracterizaram a quantidade de aerossol que seria depositada em um bronquíolo em função de suas dimensões.

as evidências

Os experimentos mostraram que a baixa frequência respiratória - o número de respirações por minuto - aumenta o tempo de permanência do vírus no interior e, portanto, aumenta as chances de deposição e, conseqüentemente, de infecção.

A pesquisa encontrou uma correlação entre a deposição e a proporção de aspecto dos capilares, sugerindo que as gotículas provavelmente se depositam em bronquíolos mais longos.

As medições mostraram que quando o fluxo do movimento do aerossol é constante, as partículas se depositam por difusão; quando o fluxo é turbulento, as partículas se depositam por impactação.

A difusão e a impactação são dois dos três mecanismos pelos quais os aerossóis são depositados em várias regiões do pulmão, sendo o terceiro a sedimentação (sob o efeito da gravidade). A impactação ocorre quando as gotículas se movem tão rápido que não seguem fielmente o ar e, em vez disso, impactam as paredes dos brônquios. A difusão é um efeito em que as pequenas gotículas são transportadas em direção às paredes dos bronquíolos por 'passeio aleatório'. Isso é auxiliado pelas flutuações no ar, fazendo com que as gotas se movam em direção às paredes dos bronquíolos, disse o professor Panchagnula.

A turbulência - que o estudo associa à deposição por impactação - é o principal modo de deposição nos brônquios superiores, onde a velocidade do ar é alta. Mas uma vez que o ar atinge o pulmão profundo, ele é desacelerado significativamente, resultando no transporte de gás auxiliado principalmente pela difusão, disse o professor Panchagnula.

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