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Los científicos desarrollan una nueva solución para evaluar la transmisión aérea del virus SARS-CoV-2

Científicos de Alemania han desarrollado un nuevo modelo matemático para estudiar la transmisión aérea del SARS-CoV-2 (SARS-CoV-2). Los científicos afirman que el nuevo modelo es efectivo para evaluar cualitativamente el riesgo de exposición. El estudio fue publicado en la revista MAS UNO.

estancia: Modelización de la transmisión aérea del SARS-CoV-2 a escala local. Crédito de la imagen: NIAID

antecedentes

El SARS-CoV-2, el patógeno que causa la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), es un virus de ARN envuelto que se transmite principalmente entre humanos a través de gotitas respiratorias y aerosoles.

Se han desarrollado varios modelos matemáticos, incluido el modelo de particiones susceptibles de infección y eliminación (SIR), el modelo de red y el modelo basado en agentes, durante la pandemia para comprender la dinámica de transmisión del SARS-CoV-2. Sin embargo, los enfoques de simulación adoptados en estos modelos no son adecuados para determinar la transmisión aérea que no siempre depende de la proximidad entre personas infectadas y susceptibles.

Varios estudios han utilizado modelos dinámicos de fluidos segmentados, basados ​​en agentes y computacionales para comprender la dinámica general de la pandemia de COVID-19. Por el contrario, se han utilizado modelos microscópicos para comprender la transmisión del SARS-CoV-2 entre individuos.

En el estudio actual, los científicos han desarrollado un nuevo modelo matemático para describir el transporte aéreo del SARS-CoV-2 entre individuos en situaciones cotidianas.

diseño del estudio

Los científicos han combinado la simulación de multitudes microscópicas con el nuevo modelo de transmisión de enfermedades a través de nubes de aerosol. Simularon una situación de la vida cotidiana en la que los peatones caminaban en fila y utilizaron el modelo para evaluar la dinámica de transmisión del SARS-CoV-2 entre peatones.

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Inspirándose en los modelos de compartimentos, los científicos han identificado una salud peatonal hipotética (agente modelo) como sensible o contagiosa. En las simulaciones, los agentes infecciosos SARS-CoV-2 asociados a aerosoles se liberan en el aire, inhalados por agentes sensibles mientras caminan a través de nubes de aerosol.

El grado de transmisión depende de la cantidad de partículas virales en la nube de aerosol, que cambia con el tiempo. En la simulación, el agente sensible que inhaló más patógenos fue considerado de ‘alto riesgo’.

El modelo de transmisión está integrado en el bucle de simulación Vadere, una herramienta científica para investigar la dinámica de los peatones. Esta integración ayudó a mejorar el modelo e incorporar características adicionales.

Estado de referencia de validación del modelo

En el modelo se presentó una condición de referencia que representaba un «contacto cercano», donde dos factores hipotéticos se mantuvieron muy cerca (<1,5 m) durante 10 min. El agente infectado emite constantemente nubes de aerosol, lo que provoca un aumento de la concentración de SARS-CoV-2. Se predijo que el agente sensible inhalaría aproximadamente 3,2 x 103 Partículas virales en 10 minutos. Un agente sensible se considera de «alto riesgo» si inhala una dosis de partículas virales superior a la esperada.

Validación de formulario

El modelo se validó con datos obtenidos de dos estudios que investigaron la transmisión del SARS-CoV-2 en eventos de propagación.

El primer estudio involucró a diez personas sentadas en mesas adyacentes en un restaurante, divididas en tres grupos. La persona infectada estuvo presente en un grupo, que compartió el restaurante con los otros dos grupos durante 53 minutos y 73 minutos, respectivamente. Después de visitar el restaurante, todas las personas dieron positivo por SARS-CoV-2.

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Escenario del restaurante.  Modelo de terreno de restaurante que incluye mesas y sillas según la disposición de los asientos.  Los sujetos vulnerables (azul) se sientan en los grupos A, B y C alrededor de las mesas (en gris).  La persona afectada (roja) emite nubes nebulosas (naranja).Escenario del restaurante. Modelo de terreno de restaurante que incluye mesas y sillas según la disposición de los asientos. Los sujetos vulnerables (azul) se sientan en los grupos A, B y C alrededor de las mesas (en gris). La persona afectada (roja) emite nubes nebulosas (naranja).

La misma situación se simuló en el nuevo modelo para comprobar su eficacia. El modelo es cualitativamente válido si predice menos casos infecciosos que los observados en el estudio original.

Según las predicciones del modelo, cinco personas estuvieron expuestas al virus. Entre ellos, tres pertenecen al primer grupo donde estaba presente el puntero, y dos pertenecen al segundo grupo. Ninguno del tercer grupo estuvo expuesto. Estas predicciones indican que la simulación es cualitativamente correcta.

El segundo estudio describió otro evento generalizado durante un ensayo coral, en el que resultaron heridos 52 de los 61 asistentes. Las predicciones obtenidas al simular esta situación también validaron la efectividad del modelo.

Formulario de aplicación

El modelo se utilizó para evaluar la transmisión de SARS-CoV-2 en una cola frente a una unidad de servicio en una habitación sin ventilación. La simulación incluyó a una persona altamente infecciosa entre varios peatones susceptibles. Dado que la habitación no estaba ventilada, se esperaba que todas las nubes de aerosol permanecieran en su lugar original.

El modelo predijo la aparición de concentraciones virales más altas donde se superponen muchas nubes. Se esperaba que las personas que estaban directamente detrás de la persona afectada estuvieran en riesgo de exposición. Se esperaba que estos sujetos tuvieran la misma cantidad de partículas virales que el contacto cercano en el caso de referencia. Además, se predijo la posibilidad de reducir el grado de exposición aumentando la distancia entre las personas que hacían cola.

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Estudia la importancia

El estudio describe el desarrollo y validación de un nuevo modelo matemático adecuado para la evaluación cualitativa del riesgo de exposición al SARS-CoV-2.

Según las predicciones del modelo, las largas colas en salas sin ventilación suponen un alto riesgo de exposición. Muchas personas en una lista de espera pueden alcanzar un alto riesgo incluso si no se ponen de pie inmediatamente después de una persona infectada.