Curva de Wells

La curva de Wells (o curva de caída por evaporación de Wells de gotitas ) es un diagrama, desarrollado por WF Wells en 1934, que describe lo que se espera que suceda con las gotitas pequeñas una vez que han sido exhaladas al aire. ^{[ 1 ]} La tos, los estornudos y otras exhalaciones violentas producen una gran cantidad de gotitas respiratorias derivadas de la saliva y/o el moco respiratorio, con tamaños que van desde aproximadamente 1 μm hasta 2 mm. ^{[ 2 ] [ 3 ]} La intuición de Wells fue que dichas gotitas tendrían dos destinos distintos, dependiendo de su tamaño. La interacción de la gravedad y la evaporación significa que las gotitas más grandes que un tamaño umbral determinado por la humedad caerían al suelo debido a la gravedad, mientras que las gotitas 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 ]}

El tradicional límite de tamaño de 5 μm entre las gotículas aéreas y respiratorias ha sido criticado por ser una falsa dicotomía sin fundamento científico, ya que las partículas exhaladas forman un continuo de tamaños cuyo destino depende de las condiciones ambientales, además de su tamaño inicial. Sin embargo, ha servido de base para las precauciones de transmisión en hospitales durante décadas. ^{[ 6 ]}

La respiración tranquila produce pocas gotitas, pero las exhalaciones forzadas como estornudar, toser, gritar y cantar pueden producir miles o incluso millones de gotitas pequeñas. Las gotitas de las personas sanas consisten en saliva de la boca y/o el 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 mucínicas 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 aproximadamente similar en las diferentes actividades generadoras de gotitas. ^{[ 3 ]}

En aire húmedo y sin perturbaciones, todas las gotitas respiratorias caen por gravedad hasta alcanzar el suelo u otra superficie horizontal. Para todas las gotitas, excepto las más grandes, la ley de Stokes predice que la velocidad de caída alcanza rápidamente un límite determinado por la relación entre la masa y el área de la sección transversal, y las gotitas pequeñas caen mucho más lentamente que las grandes. ^{[ 8 ]}

Si el aire no está saturado de vapor de agua, todas las gotitas también se evaporan al caer, lo que disminuye gradualmente su masa y, por lo tanto, reduce su velocidad de caída. Las gotitas suficientemente grandes aún alcanzan el suelo u otra superficie, donde continúan secándose, dejando residuos potencialmente infecciosos llamados fómites . Sin embargo, la elevada relación superficie-volumen de las gotitas 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 dispersan con el aire circundante. Así, la distribución continua de tamaños de gotitas produce rápidamente solo dos resultados dicotómicos: fómites en superficies y núcleos de gotitas flotando en el aire. ^{[ 1 ]}

Wells resumió esta relación gráficamente, con el tamaño de la gota en el eje X y el tiempo de evaporación o caída al suelo en el eje Y. El resultado es un par de curvas que se cruzan en el tamaño de gota que se evapora justo al tocar el suelo. ^{[ 1 ]}

Implicaciones para la epidemiología

La intuición de Wells fue ampliamente adoptada debido a su relevancia para la propagación de infecciones respiratorias. ^{[ 5 ]} La eficiencia de 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 permanecen altamente infecciosos en los núcleos de gotitas, pueden propagarse sin contacto personal, a través de una habitación o mediante sistemas de ventilación y se dice que tienen transmisión aérea . ^{[ 4 ]} Aunque estudios posteriores demostraron que el tamaño de gotita en el que la evaporación supera la caída es menor que el descrito por Wells, y el tiempo de sedimentación es mayor, su trabajo sigue siendo importante para comprender la física de las gotitas respiratorias. ^{[ 3 ]}