Ny forskning från University of Central Florida har identifierat fysiologiska egenskaper som kan göra människor till superspridare av virus som SARS-CoV-2.

I en studie som visas denna månad i tidskriften Vätskors fysik, forskare vid UCF:s institution för mekanisk och rymdteknik använde datorgenererade modeller för att numeriskt simulera nysningar hos olika typer av människor och fastställa samband mellan människors fysiologiska egenskaper och hur långt deras nysande droppar färdas och hänger kvar i luften.

De upptäckte att människors egenskaper, som en tilltäppt näsa eller en hel uppsättning tänder, kan öka deras potential att sprida virus genom att påverka hur långt dropparna färdas när de nyser.

Enligt U.S. Centers for Disease Control and Prevention, det huvudsakliga sättet som människor infekteras av viruset som orsakar covid-19 är genom exponering för luftvägsdroppar, till exempel från nysningar och hosta som bär på smittsamt virus.

Att veta mer om faktorer som påverkar hur långt dessa droppar färdas kan informera ansträngningar för att kontrollera spridningen, säger Michael Kinzel, en biträdande professor vid UCF:s institution för maskinteknik och studiemedförfattare.

"Detta är den första studien som syftar till att förstå det underliggande "varför" till hur långt nysningar reser, " säger Kinzel. "Vi visar att människokroppen har influencers, till exempel ett komplext kanalsystem associerat med näsflödet som faktiskt stör strålen från din mun och hindrar den från att sprida droppar långt."

Till exempel, när människor har en klar näsa, till exempel från att blåsa in det i en vävnad, hastigheten och avståndet som nysdroppar reser minskar, enligt studien.

Detta beror på att en tydlig näsa ger en väg utöver munnen för nysningen att komma ut. Men när folks näsor är trånga, området som nysningarna kan lämna är begränsat, vilket gör att nysningsdroppar som drivs ut från munnen ökar i hastighet.

Liknande, tänder begränsar också nysningens utgångsområde och gör att dropparna ökar i hastighet.

"Tänder skapar en avsmalnande effekt i strålen som gör den starkare och mer turbulent, Kinzel säger. "De verkar faktiskt köra transmission. Så, om du ser någon utan tänder, du kan faktiskt förvänta dig en svagare stråle av nysningen från dem."

För att utföra studien, forskarna använde 3D-modellering och numeriska simuleringar för att återskapa fyra mun- och nästyper:en person med tänder och en klar näsa; en person utan tänder och en klar näsa; en person utan tänder och en tilltäppt näsa; och en person med tänder och nästäppt.

När de simulerade nysningar i de olika modellerna, de fann att spridningsavståndet för droppar som släpps ut när en person har en övertäppt näsa och en hel uppsättning tänder är cirka 60 procent större än när de inte har det.

Resultaten visar att när någon håller näsan ren, till exempel genom att blåsa in det i en vävnad, att de skulle kunna minska avståndet som deras bakterier reser.

Forskarna simulerade också tre typer av saliv:tunn, medium och tjock.

De fann att tunnare saliv resulterade i nysningar bestående av mindre droppar, som skapade en spray och stannade i luften längre än medel- och tjock saliv.

Till exempel, tre sekunder efter en nysning, när tjock saliv nådde marken och därmed minskade dess hot, den tunnare saliven svävade fortfarande i luften som en potentiell sjukdomssändare.

Arbetet knyter an till forskarnas projekt för att skapa en COVID-19 hostdroppe som skulle ge människor tjockare saliv för att minska avståndet som droppar från en nysning eller hosta skulle resa, och därmed minska sannolikheten för sjukdomsöverföring.

Fynden ger ny insikt i variationen i exponeringsavståndet och indikerar hur fysiologiska faktorer påverkar överföringshastigheten, säger Kareem Ahmed, en docent vid UCF:s institution för maskin- och rymdteknik och studiemedförfattare.

"Resultaten visar att exponeringsnivåer är mycket beroende av vätskedynamiken som kan variera beroende på flera mänskliga egenskaper, "Säger Ahmed. "Sådana funktioner kan vara bakomliggande faktorer som driver superspridande händelser i covid-19-pandemin."

Forskarna säger att de hoppas kunna flytta arbetet mot kliniska studier för att jämföra deras simuleringsfynd med de från verkliga människor från olika bakgrunder.

Medförfattare till studien var Douglas Fontes, en postdoktor vid Florida Space Institute och studiens huvudförfattare, och Jonathan Reyes, en postdoktor vid UCF:s institution för maskin- och rymdteknik.

Fontes säger att för att främja resultaten av studien, forskargruppen vill undersöka växelverkan mellan gasflöden, slemfilm och vävnadsstrukturer i de övre luftvägarna under andningshändelser.

"Numeriska modeller och experimentella tekniker bör fungera sida vid sida för att ge korrekta förutsägelser om det primära uppbrottet i de övre luftvägarna under dessa händelser, " han säger.

"Denna forskning kommer potentiellt att ge information för mer exakta säkerhetsåtgärder och lösningar för att minska patogenöverföring, ge bättre förutsättningar att hantera de vanliga sjukdomarna eller pandemier i framtiden, " han säger.