Muito além dos dois metros

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Autor: Fernando Kokubun

Revisores: Rute Maria Gonçalves de Andrade  (@rutemga2)/Luciana Santana (@lucfsantana1812)

Infelizmente, mesmo com o alto número de casos e óbitos de Covid-19 no Brasil, algumas cidades têm reduzido as medidas de contenção da pandemia, mantendo apenas um mínimo de protocolos de proteção, normalmente a manutenção de distanciamento de 2 metros, higienização de superfícies e utilização de máscaras.  Será que estes protocolos são suficientemente seguros?

Para responder a esta pergunta, é importante sabermos como uma pessoa pode ser infectada e adquirir a COVID-19. Hoje sabemos que a transmissão ocorre de  uma pessoa infectada para outra, através de vírions que a pessoa infectada  libera no ambiente, esta liberação ocorre através da  exalação de gotas de líquidos contendo vírions. Estas gotas são produzidas pela pessoa infectada em seu trato respiratório superior e inferior, sendo liberadas ao exalar o ar, seja pela respiração ou pela fala.  Estas gotículas, que são exaladas e transportam os vírions, são as responsáveis pela transmissão para outras pessoas. 

Uma pessoa produz gotículas de diversos tamanhos, desde alguns micrômetros até frações  de milímetros, e entender a dinâmica destas gotículas é fundamental para entendermos como ocorre a transmissão de  uma pessoa infectada para uma pessoa não-infectada. Este vídeo  (ver   Turbulent Gas Clouds and Respiratory Pathogen Emissions ) ilustra a produção de gotículas por espirro de uma pessoa. A figura 1 (adaptado de  Aerosol emission and superemission during human speech increase with voice loudness ) ilustra a distribuição de gotículas  (número de gotículas em função do diâmetro) para diferentes volumes de voz. Notamos que são produzidas gotículas de diferentes tamanhos, mas a grande maioria na faixa de 1 micrômetro (como comparação, um fio de cabelo típico tem espessura de cerca de 100 micrometros). E dentro destas gotículas que  uma pessoa infectada pode liberar os vírions que poderão contaminar outras pessoas. 

Figura 1. Distribuição de partículas em função do seu tamanho e do volume de voz de uma pessoa.

Conhecer esta distribuição das gotículas produzidas pelo ser humano é extremamente importante, pois nos permite fazer estimativas robustas sobre a possibilidade de uma pessoa ser contaminada por qualquer doença que seja transmitida por estas gotículas.

Um dos protocolos mais difundidos para a  redução da transmissão na atual pandemia da Covid-19 é o distanciamento mínimo de dois metros entre as pessoas.  Este protocolo está baseado na ideia de que uma possível rota de transmissão de virions ocorre devido à    transferência direta de gotas de saliva contaminada da pessoa infectada  para uma outra pessoa. De fato, é possível demonstrar que  as gotas de saliva, a partir de certo tamanho, tendem a percorrer distâncias menores que 2 metros . Estas gotas  também podem repousar em diferentes superfícies (fômites), e ao serem tocadas podem ser responsáveis por uma nova rota de propagação . Para evitar esta contaminação por contato, um outro protocolo é a higienização de superfícies.  Estes dois protocolos , distanciamento interpessoal de ao menos dois metros  e higienização de superfícies conjuntamente com a utilização de máscaras tem sido o padrão proposto como medidas de redução da transmissão na atual pandemia. No entanto, estes protocolos não são eficientes  para conter a transmissão, pois atualmente, sabemos que a transmissão por contato tem menos  relevância  e que ocorre transmissão considerável, mesmo em distâncias maiores que 2 metros. Com base nestas observações, destaca-se que  a máscara é  o item que realmente tem importância  significativa  no protocolo de proteção.   A  figura 2 (adaptado de  Transmissibility and transmission of respiratory viruses ) ilustra estas três possibilidades de transmissão.

Figura 2. Três possíveis rotas de transmissão.

Atualmente, as evidências indicam  que a transmissão do novo coronavírus  ocorre, principalmente, pelo transporte aéreo de pequenas gotículas (aerossóis) contendo  virions. Esta  proeminência da  transmissão por via aérea, está  de acordo com os processos físicos envolvidos na produção e transporte de gotas de salivas /mucos produzidas por pessoas infectadas.

A figura 3 (adaptado de Relative humidity in droplet and airborne transmission of disease ) ilustra duas possibilidades para as gotículas produzidas por uma pessoa infectada: as maiores tendem a assentar em alguma superfície e as menores são transportados pelo ar, podendo ficar suspensas por muito tempo. [Existe uma terceira possibilidade que é da gotícula evaporar completamente antes de atingir o solo ou ser inspirada por uma outra pessoa, mas esta evaporação completa somente ocorre se a gotícula for constituída  apenas por  água. Em geral as gotículas que produzimos contêm outros componentes  (por exemplo, sais, proteínas e eventuais patógenos) de forma que não evaporam por completo].

Figura 3. Dinâmica das gotículas produzidas por uma pessoa.

As maiores gotículas tendem a assentar rapidamente em alguma superfície – em tempo da ordem de alguns segundos – e sua dinâmica é controlada, basicamente, entre o equilíbrio da força da gravidade e a força de arrasto devido ao movimento da gotícula pelo ar (ver figura 4    By Kraaiennest, CC BY-SA 3.0 ) .

Figura 4. Forças atuando na gotícula: a força da gravidade e a força de arrasto.

Estas forças rapidamente entram em equilíbrio, de forma que as gotas atingem uma velocidade constante que depende do raio da gotícula formada elevado  ao quadrado , Assim sendo, quanto maior o raio, mais rapidamente a gotícula se assenta no solo (ou em alguma superfície). E a distância que estas maiores gotículas percorrem varia em média cerca de um metro a um metro e meio, o que justifica o distanciamento de 2 metros, para evitar a transmissão direta da pessoa infectada para uma pessoa suscetível. No entanto, isto NÃO evita a transmissão pelas gotículas que ficam suspensas no ar, e que podem ser transportadas para distâncias muito além dos 2 metros. Além disso, percentualmente, produzimos muito mais gotículas na faixa de micrômetros, que são justamente as que ficam suspensas no ar! Um fator importante que devemos considerar, e que ainda não discutimos, é a importância da umidade relativa do ar, ao considerarmos a dinâmica das gotículas (veja por exemplo  Mechanisms of Airborne Infection via Evaporating and Sedimenting Droplets Produced by Speaking ). Em  ambientes secos, as gotículas evaporam e atingem um raio final pequeno. Com a evaporação,  sua composição fica reduzida  basicamente para  solutos presentes inicialmente na gotícula (proteínas, virions, sais, etc) que podem ser responsáveis por cerca de 6-10% do volume total. Em ambientes com alta umidade relativa, as gotículas, ao invés de diminuir de tamanho, podem aumentar devido à presença de materiais higroscópicos no soluto. Aumentar o tamanho significa que a gotícula pode deixar de ser transportada pelo ar e sedimentar em alguma superfície. Assim,  as condições ambientais, em particular a umidade relativa do ar, devem ser consideradas na análise da dinâmica das gotículas.

Uma das  possibilidades para retirar estas gotículas de um ambiente fechado é promover a   troca de ar, ou pode-se recorrer à  filtragem do ar circulante . Assim, seria possível  imaginar que um ambiente fechado poderia se tornar um local  seguro se o ar  fosse trocado rapidamente e, concomitantemente, utilizar  um excelente filtro de ar (a OMS no documento  Roadmap to improve and ensure good indoor ventilation in the context of COVID-19 fornece um fluxograma com informações de como proceder para melhorar a circulação de ar no contexto da atual pandemia da COVID-19). Existem normas específicas em cada país, estabelecendo a taxa de renovação de ar em cada ambiente, e quanto mais crítico for o ambiente, maior deve ser a taxa de renovação de ar.  A questão que devemos conseguir responder, é se existe alguma taxa de renovação ou filtragem de ar, que torne um ambiente fechado, em um ambiente livre de contaminação (ou pelo menos com baixíssima probabilidade de ocorrer a transmissão para uma pessoa saudável). A resposta é que, assumindo determinadas  condições, podemos sim fazer algumas estimativas sobre os riscos de contaminação em ambientes fechados. Algumas das condições são as que discutimos acima , por exemplo, a transmissão por transporte aéreo  (aerossóis no ambiente) e a taxa de produção de gotículas em função do tipo de vocalização (volume da voz).  Se  considerarmos um ambiente em que o ar é bem misturado (devido a ventilação natural ou forçada, e mesmo pelo movimento das pessoas), é possível fazer boas estimativas sobre a segurança em diferentes tipos de ambientes. No artigo A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19, os autores discutem os limites de transmissão por aerossóis em ambientes fechados, em particular, consideram dois ambientes em especial: escolas e casas de repouso para idosos. 

Os autores analisaram quais os riscos de ocorrer alguma contaminação caso uma pessoa infectada entre no ambiente (um ambiente na qual se assume que o ar esteja bem misturado, o que significa que as gotículas produzidas por uma pessoa infectada, está uniformemente distribuída pelo ambiente). Um resultado muito importante que os autores obtiveram foi   a constatação da importância de utilizar máscaras, de forma adequada, nestes ambientes e que as mesmas são muito mais importantes do que a filtragem de ar. No modelo desenvolvido pelos autores, uma máscara ineficiente (com capacidade de filtragem de apenas 10% ) tem eficiência comparável a  de a utilização de filtros de ar com 100% de eficiência! Isto pode ser explicado pelo tempo necessário para que todo o ar seja filtrado/retirado do ambiente (lembrando que este processo deve ser realizado, de forma a manter o conforto ambiental, isto é , manter a umidade relativa do ar em torno de 50-60%, manter o fluxo de ar confortável, etc) comparado ao tempo que uma pessoa permanece exposta às gotículas com possíveis virions aptos a  contaminar pessoas suscetíveis).

Considerando uma situação de sala de aula, com os alunos respirando normalmente e em silêncio ou falando em voz baixa (portanto, uma situação que  pode não ser realista) e em uma sala com 19 alunos e o professor, a presença de uma pessoa infectada na sala com ventilação natural, somente será segura (baixa probabilidade de contaminar outra pessoa, risco de 10%) por cerca de 1,2 horas. Com ventilação mecânica, este intervalo de tempo pode chegar a 7,2 horas. Isto considerando que não se utilizem máscaras durante este período. O uso de máscara (mesmo de baixa qualidade, cerca de 30% de filtragem) este período passa a ser de 8 horas (com ventilação natural)   e  80 horas (com ventilação mecânica). Neste caso, significaria que se a permanência diária for de 4 horas em ambiente fechado, com ventilação de boa qualidade (filtragem e troca de ar) seriam necessários cerca de 2 dias (com ventilação natural) e  20 dias (com ventilação mecânica) com a pessoa infectada para que uma outra pessoa também seja infectada; com  tempos inferiores a probabilidade de infecção seria muito baixa.

Na figura 5 (adaptado da figura 3A de  A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19 ) apresentamos o resultado para o caso de uma sala de aula com alunos em silêncio, considerando o número de pessoas na sala de aula (eixo  vertical) em função do tempo (no eixo horizontal inferior, o número de horas considerando que ninguém utiliza máscaras e no eixo horizontal superior, o número de dias, considerando que todos utilizam máscaras com 30% de eficiência ).

Figura 5. Simulação de tempos de segurança máxima em uma sala de aula.

Os autores consideraram a existência de ventilação natural (a curva cheia em azul) e ventilação mecânica (curva cheia vermelha), com taxas de renovação de ar de acordo com as normas americanas. A sala de aula foi considerada com  com volume de cerca de  300m³ (uma sala com  área de cerca de 85 m² e altura de cerca de 3,5 m). Mas independente de ser o padrão americano, o resultado indica que existe uma relação entre o tempo máximo de permanência em sala de aula, em função do número de alunos e do tipo de ventilação existente nas salas de aula. 

Mesmo com o uso de máscaras, de forma adequada,  e com ventilação mecânica de qualidade, uma sala com mais de 20 alunos , o tempo máximo sem que ocorra uma nova contaminação é cerca de 3 dias.  

Um  ponto importante que deve ser ressaltado, é que no gráfico da figura 4, os autores assumem uma sala de aula onde os alunos falam baixo.  Os autores ressaltam que “ Períodos longos de atividades físicas, falas coletivas ou alunos cantando podem reduzir o tempo limite por cerca de uma ordem de magnitude”. (Extended periods of physical activity, collective  speech, or singing would lower the time limit by an order of  magnitude.)

ou seja, o tempo mínimo pode ser muito menor do que o apresentado no gráfico. De acordo com os dados apresentados no artigo, os tempos do gráficos da figura 5, se considerarmos uma sala de aula com pessoas falando em voz moderada, os tempos devem ser divididos por 2.5, assim com máscara o tempo máximo passaria de cerca de 3 dias para apenas  1 dia.  Outra consideração importante, é que foi assumida uma pessoa infectada por sala de aula, o que é possível em situações com um número baixo de casos, o que não ocorre infelizmente no Brasil, com mais pessoas infectadas, os tempos máximos também seriam reduzidos (de uma forma simplificada, se x pessoas estiverem infectadas, o tempo máximo seria dividido por x, reduzindo drasticamente o intervalo de tempo  máximo). No modelo dos autores como a área da sala é 85 m², e existem  20 pessoas (19  alunos e um professor)  teríamos    cerca de 4.25 m² por pessoa. Por comparação, no  RS o código de edificações exige um mínimo de 1,2 m² por aluno, ou considerando a norma para o período de pandemia, cerca de 2,25m² por aluno, o que resultaria em uma redução  no tempo máximo de segurança em sala de aula.

Apesar das condições apresentadas no artigo A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19, serem específicas  para o caso americano, os resultados podem ser aplicados para a situação que estamos vivenciando no Brasil, adaptando os dados para a realidade brasileira. E neste caso, infelizmente, devido  ainda ao alto número de novos casos, e às  condições estruturais na maioria das escolas brasileiras, a abertura completa das escolas é uma escolha que não é segura, e deveria ser evitada, principalmente nas grandes cidades, onde a questão da mobilidade urbana ainda  é muito precária. E se considerarmos ainda o baixo número de pessoas vacinadas, principalmente entre os mais jovens, a abertura completa das escolas é um risco muito alto que deve ser evitado.  

Saindo do ambiente escolar, a situação de locais públicos fechados como bares e  restaurantes, locais  onde as pessoas não utilizam máscaras para fazer o consumo de bebidas e alimentos, a situação se torna muito mais perigosa, pois o tempo máximo de permanência teria que ser  muito curto com um baixo número de ocupantes, o que não é a situação que observamos normalmente nestes locais.

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