Investigadores de la Universitat Rovira i Virgili han desarrollado un simulador capaz de replicar episodios respiratorios intensos —como la tos o los estornudos— para estudiar la dispersión de aerosoles, es decir, nubes de partículas que transportan enfermedades respiratorias.
Los resultados del estudio demuestran el impacto de la cavidad nasal en el comportamiento de los aerosoles en cuanto a su alcance y dispersión. Los nuevos datos ofrecen información para mejorar los equipos de protección individual, como por ejemplo las mascarillas, y diseñar sistemas de ventilación que reduzcan la exposición a patógenos en entornos compartidos y la consiguiente transmisión de enfermedades.
Los aerosoles respiratorios son uno de los principales mecanismos de transmisión de enfermedades como la gripe, la COVID-19 o la tuberculosis. Se producen cuando tosemos o estornudamos y están formados por nubes de partículas minúsculas que se dispersan en el ambiente. Aun con los avances en la comprensión de estos procesos, la variabilidad anatómica en los aparatos respiratorios humanos y la intensidad de los episodios respiratorios intensos han dificultado la obtención de datos para entender cómo se dispersan los aerosoles y cómo podemos mitigar la transmisión de los patógenos que transportan.
Para superar estas limitaciones, el grupo de investigación ECoMMFiT ha creado un simulador que reproduce de manera precisa y controlada las nubes de partículas generadas por la tos y los estornudos. Se trata de un modelo tridimensional del tracto respiratorio superior, imprimido en tres dimensiones, que incluye la cavidad nasal, órgano que determina la trayectoria de evacuación de los aerosoles.
El aparato utiliza flujos de aire para reproducir los episodios respiratorios con varias configuraciones, variando el grado de apertura de las fosas nasales. Este dispositivo permite ajustar parámetros como la velocidad, el volumen de aire y la duración de la exhalación para conseguir una reproducción precisa de los flujos respiratorios en diferentes condiciones. En la recolección de datos, el equipo investigador utilizó cámaras de alta velocidad y un haz láser, que les permitieron estudiar con detalle la dispersión de partículas en tiempo real.
Los resultados de la investigación revelan que la cavidad nasal tiene un impacto significativo en la dinámica de los aerosoles. Cuando la nariz participa en la exhalación —cuando estornudamos con la nariz— los aerosoles tienden a dispersarse más verticalmente y menos horizontalmente. Esto puede reducir el riesgo de transmisión directa entre personas próximas, pero también facilita que las partículas se mantengan en suspensión más tiempo y se distribuyan uniformemente en el espacio. En entornos cerrados con poca ventilación, esta acumulación aumenta la concentración de aerosoles y, por lo tanto, el riesgo de exposición a largo plazo por parte otros individuos.
En cambio, en ausencia de flujo nasal —cuando estornudamos por la boca— los aerosoles siguen una trayectoria más horizontal y cubren una distancia más grande. Este patrón incrementa el riesgo de transmisión en proximidad, puesto que las partículas tienen más probabilidad de depositarse directamente sobre personas cercanas, especialmente en situaciones como conversaciones frente a frente o en entornos compartidos.
“Estos resultados nos ayudan a entender cómo se dispersan las nubes de partículas en espacios interiores y, en consecuencia, como se transmiten enfermedades por vía aérea”, explica Nicolás Catalán, investigador del Departamento de Ingeniería Mecánica de la URV.
En este sentido, se trata de un conocimiento crucial en el diseño de equipos de protección individual, como por ejemplo las mascarillas, o en la mejora de los sistemas de ventilación en entornos de riesgo como hospitales, laboratorios o centros educativos para reducir el riesgo de contagio.
Además, en el proceso de la investigación, el equipo diseñó un modelo analítico capaz de predecir la evolución de las nubes de aerosoles en función de variables como la velocidad de salida, el volumen de aire exhalado y las condiciones del sistema respiratorio. “Es una herramienta que hemos podido validar experimentalmente; es aplicable en diferentes situaciones y puede ser un recurso útil en futuros proyectos”, recuerda Catalán, coautor de la investigación.
El método utilizado en esta investigación representa una mejora respecto a los estudios anteriores —que recogían datos estudiando los episodios respiratorios intensos de personas voluntarias—, elimina la variabilidad individual y ofrece datos más consistentes. Aun así, los investigadores subrayan la necesidad de ampliar la investigación para “incluir factores ambientales, como la temperatura y la humedad, y explorar la dispersión de los aerosoles a largo plazo”.
