Fallen von Speicheltröpfchen innerhalb von sechs Sekunden, nachdem eine Person 25 Sekunden lang laut den Satz "Bleib gesund" ausgesprochen hat
In einer in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichten Studie wurde festgestellt, dass Speicheltröpfchen, die beim lauten Sprechen aus dem Mund fliegen, weitere 8-14 Minuten in der Luft hängen. Für jede Sekunde des Sprechens erzeugt ein Mensch durchschnittlich zweieinhalbtausend Tropfen mit einem Durchmesser von 10-20 Mikrometern. Unter Berücksichtigung der durchschnittlichen Viruslast bei COVID-19 enthalten etwa 40 Prozent dieser Tröpfchen Viruspartikel und können Menschen in der Umgebung des Erkrankten infizieren.
Es ist seit langem bekannt, dass Atemwegsviren durch Speichelpartikel beim Husten, Niesen oder sogar beim normalen Sprechen übertragen werden können. Während wir sprechen, werden jede Sekunde Tausende von Speicheltröpfchen mit einer Größe von einem bis 500 Mikrometern in die Luft geschleudert. Diese Tropfen können Partikel verschiedener Viren und Bakterien enthalten, einschließlich des Coronavirus SARS-CoV-2. Die Rolle der kleinen Tröpfchen, die sich beim Sprechen bilden, bei der Übertragung des Virus ist jedoch kaum bekannt.
Die Ablagerungsgeschwindigkeit der Tröpfchen auf der Oberfläche hängt von ihrer Größe und dem Gehalt an nichtflüchtigen Stoffen (zB Proteine, Zucker, DNA) ab. In der Luft verdunstet Wasser schnell aus einem Tropfen und beginnt langsamer zu fallen: Wenn ein Partikel von 50 Mikrometern Größe auf 10 Mikrometer trocknet, sinkt seine Fallgeschwindigkeit von sieben auf 0,35 Zentimeter pro Sekunde. Je kleiner der Tropfen und je höher der Gehalt an nichtflüchtigen Stoffen darin ist, desto länger bleibt er in der Luft.
Die Wahrscheinlichkeit einer Infektionsübertragung durch Tröpfchen in der Luft wird auch von der Anzahl der Viruspartikel beeinflusst, die sich im Tröpfchen befinden. In diesem Fall ist die Größenabhängigkeit umgekehrt: Je größer der Tropfen, desto mehr Viren enthält er und desto höher die Ansteckungswahrscheinlichkeit. Die durchschnittliche Viruslast eines Milliliters Speichel eines COVID-19-Patienten beträgt 7 Millionen Partikel. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Tropfen mit einem Durchmesser von 50 Mikrometern mindestens ein Viruspartikel enthält, beträgt 37 Prozent; bei Partikeln mit einem Durchmesser von 10 Mikrometern reduziert sich die Wahrscheinlichkeit auf 0,37 Prozent.
Philip Anfinrud von den US National Institutes of Health und seine Kollegen visualisierten die Tröpfchen mit einem flachen Laserstrahl von 1 Millimeter Dicke und 15 Zentimeter Höhe. Durch einen schmalen Spalt gelangte der Strahl in eine 60 Zentimeter hohe dunkle Kiste, in der ein Fächer Partikel gleichmäßig in der Luft verteilte. Einer der Forscher sang 25 Sekunden lang laut „Bleib gesund“in die Box. Diese Formulierung wurde gewählt, weil beim Aussprechen des Lautes th Speichelpartikel besonders aktiv freigesetzt werden. Der Ventilator wurde 10 Sekunden nach dem Ende der Rede ausgeschaltet. Die Verteilung der Partikel, die in der Luft erschienen, wurde 80 Minuten lang auf Video aufgezeichnet; die Gesamtanzahl der Partikel im Kammervolumen wurde aus der Anzahl der Tropfen im ebenen Strahl berechnet.
Im ersten Moment nach dem Ausschalten des Ventilators flogen durchschnittlich neun Tropfen in das Beobachtungsfenster (30 Quadratzentimeter). Dies bedeutet, dass sich im gesamten Volumen der Kammer mehr als 60.000 Partikel befanden, und beim Aussprechen des Satzes wurden jede Sekunde etwa zweieinhalbtausend Tropfen ausgeworfen. Die hellsten und dementsprechend größten Partikel haben sich innerhalb von acht Minuten vollständig abgesetzt. Kleinere Tröpfchen flogen 14 Minuten lang in der Luft.
Änderung der Anzahl der Tropfen, die Bild für Bild beobachtet wurde, mit der Zeit. Rot ist 25 Prozent der hellsten Partikel, Grün ist der Rest
Zum Zeitpunkt des Absetzens der Tröpfchen berechneten die Autoren der Arbeit die durchschnittliche Fallgeschwindigkeit eines hellen Teilchens - 0, 06 Zentimeter pro Sekunde. Diese Absetzgeschwindigkeit entspricht einer Partikelgröße von etwa vier Mikrometern. Wasser verdampft aus dem Tröpfchen in den ersten Sekunden und der anfängliche Tröpfchendurchmesser betrug 12-21 Mikrometer. Wenn die Viruslast des Speichels eines COVID-19-Patienten 7 Millionen Partikel beträgt, setzt eine Person in einer Sekunde lauter Sprache mindestens tausend virushaltige Tröpfchen frei, die mindestens acht Minuten in der Luft bleiben.
Wir haben kürzlich über die amerikanische Physik geschrieben, die gezeigt hat, dass Flüssigkeitstropfen beim Niesen 7-8 Meter weit zerstreut werden. Diese Entdeckung ist die Grundlage für eine Überarbeitung aktueller medizinischer Empfehlungen, die auf Forschungen aus den 1930er Jahren basieren.
