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La curva de Wells (o curva de caída de gotas de evaporación de Wells ) es un diagrama, desarrollado por WF Wells en 1934, que describe lo que se espera que suceda con las pequeñas gotas una vez que han sido exhaladas en el aire. [1] Toser, estornudar y otras exhalaciones violentas producen un gran número de gotitas respiratorias derivadas de la saliva y/o el moco respiratorio, con tamaños que varían entre aproximadamente 1 μm y 2 mm. [2] [3] La idea de Wells fue que tales gotas tendrían dos destinos distintos, dependiendo de su tamaño. La interacción de la gravedad y la evaporación significa que las gotas más grandes que un umbral determinado por la humedad caerían al suelo debido a la gravedad, mientras que las gotas más pequeñas que este tamaño se evaporarían rápidamente, dejando un residuo seco que flota en el aire. Dado que las gotitas de una persona infectada pueden contener bacterias o virus infecciosos, estos procesos influyen en la transmisión de enfermedades respiratorias. [4] [5]
Un límite tradicional de tamaño duro de 5 μm entre las gotitas transportadas por el aire y las respiratorias ha sido criticado como una falsa dicotomía no basada en la ciencia, ya que las partículas exhaladas forman un continuo de tamaños cuyo destino depende de las condiciones ambientales además de sus tamaños iniciales. Sin embargo, ha informado sobre precauciones basadas en la transmisión hospitalaria durante décadas. [6]
La respiración tranquila produce pocas gotas, pero las exhalaciones forzadas como estornudos, tos, gritos y cantos pueden producir miles o incluso millones de pequeñas gotas. Las gotitas de personas sanas consisten en saliva de la boca y/o moco que recubre el tracto respiratorio. La saliva es >99% agua, con pequeñas cantidades de sales, proteínas y otras moléculas. [7] El moco respiratorio es más complejo, 95% agua con grandes cantidades de proteínas mucina y cantidades variables de otras proteínas, especialmente anticuerpos, así como lípidos y ácidos nucleicos, tanto secretados como derivados de células muertas de las vías respiratorias. Los tamaños de las gotitas respiratorias varían ampliamente, desde más de 1 mm hasta menos de 1 μm, pero la distribución de tamaños es más o menos similar entre las diferentes actividades generadoras de gotitas. [3]
En el aire saturado de humedad y sin perturbaciones, todas las gotas respiratorias caen debido a la gravedad hasta llegar al suelo u otra superficie horizontal. Para todas las gotas, excepto las más grandes, la ley de Stokes predice que las velocidades de caída alcanzan rápidamente un límite establecido por la relación entre masa y área de sección transversal, y las gotas pequeñas caen mucho más lentamente que las grandes. [8]
Si el aire no está saturado con vapor de agua, todas las gotas también están sujetas a evaporación a medida que caen, lo que disminuye gradualmente su masa y, por tanto, ralentiza la velocidad a la que caen. Las gotas suficientemente grandes aún llegan al suelo u otra superficie, donde continúan secándose, dejando residuos potencialmente infecciosos llamados fómites . Sin embargo, la alta proporción entre superficie y volumen de las gotas pequeñas hace que se evaporen tan rápidamente que se secan antes de llegar al suelo. Los residuos secos de dichas gotitas (llamados "núcleos de gotitas" o "partículas de aerosol") dejan de caer y se desplazan con el aire circundante. Por lo tanto, la distribución continua del tamaño de las gotas produce rápidamente sólo dos resultados dicotómicos: fómites en las superficies y núcleos de gotas flotando en el aire. [1]
Wells resumió esta relación gráficamente, con el tamaño de la gota en el eje X y el tiempo para evaporarse o caer al suelo en el eje Y. El resultado es un par de curvas que se cruzan en el tamaño de la gota que se evapora exactamente cuando golpea el suelo. [1]
La idea de Wells fue ampliamente adoptada debido a su relevancia para la propagación de infecciones respiratorias. [5] La eficiencia de la transmisión de virus y bacterias específicos depende tanto de los tipos de gotitas y núcleos de gotitas que causan como de su capacidad para sobrevivir en gotitas, núcleos de gotitas y fómites. Enfermedades como el sarampión , cuyos virus causantes siguen siendo altamente infecciosos en los núcleos de gotitas, pueden transmitirse sin contacto personal, a través de una habitación o a través de sistemas de ventilación y se dice que se transmiten por vía aérea . [4] Aunque estudios posteriores demostraron que el tamaño de la gota al que la evaporación supera la caída es más pequeño que el descrito por Wells, y el tiempo de sedimentación es más largo, su trabajo sigue siendo importante para comprender la física de las gotas respiratorias. [3]
Humedad relativa: la distinción efectiva entre gotas "grandes" y "pequeñas" depende de la humedad. El aire exhalado se ha saturado de vapor de agua durante su paso por las vías respiratorias, pero el aire interior o exterior suele ser mucho menos húmedo. Con una humedad del 0%, sólo las gotas de 125 μm o más llegarán al suelo, pero el umbral cae a 60 μm para una humedad del 90%. Dado que la mayoría de las gotitas respiratorias tienen menos de 75 μm, [2] incluso con alta humedad, la mayoría de las gotitas se secarán y se transportarán por el aire. [9]
Movimiento del aire exhalado y ambiental: el aire que ha sido expulsado violentamente al toser o estornudar se mueve como una nube turbulenta a través del aire ambiental. Estas nubes pueden viajar hasta varios metros, con gotas grandes que caen de la nube y las pequeñas que se dispersan y evaporan gradualmente a medida que se mezclan con el aire ambiental. La turbulencia interna de dichas nubes también puede retrasar la caída de gotas grandes, aumentando la posibilidad de que se evaporen antes de llegar al suelo. Dado que el aire exhalado suele ser más cálido y, por tanto, menos denso que el aire ambiente, estas nubes también suelen elevarse. Las gotitas y partículas secas del aire exhalado también se dispersan por el movimiento del aire ambiente, debido a los vientos y las corrientes de convección. [10] [11]
Un protector facial protege al usuario contra los impactos de gotas grandes que pueden ser expulsadas horizontalmente por la tos o el estornudo de una persona infectada o durante tratamientos médicos. [12] Dado que el escudo es una barrera impermeable a través de la cual el aire debe atravesar, proporciona poca protección contra pequeñas gotas y partículas secas que viajan con el aire. Las mascarillas quirúrgicas y las mascarillas caseras pueden filtrar gotas grandes y pequeñas, pero sus poros son demasiado grandes para bloquear el paso de pequeñas partículas de aerosol. Se cree que son más eficaces cuando los usa una persona infectada, evitando la liberación de gotitas infecciosas, que cuando los usa una persona no infectada para proteger contra la infección. El aire que viaja alrededor de una mascarilla mal ajustada no se filtra ni se expulsa violentamente el aire producido al toser o estornudar. [13] [14] Las máscaras respiratorias N-95 están diseñadas para filtrar incluso pequeñas partículas secas, pero deben ajustarse y comprobarse individualmente para evitar fugas de aire por los lados. [14]
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