Туберкулез является одной из основных причин смертности от инфекционных заболеваний, ежегодно унося более миллиона жизней. При этом все большую озабоченность вызывают устойчивые к лекарствам штаммы. Борьба с их передачей — важнейшая задача здравоохранения, однако ученые до сих пор не понимают, как на распространение болезни влияют потоки воздуха и другие факторы окружающей среды.
Исследования передачи инфекционных заболеваний в основном сосредоточены на оценке ситуации на уровне популяции или индивидуальных иммунных реакциях. Но для понимания того, как воздушные потоки и перемешивание влияют на передачу инфекции в закрытых помещениях, необходимы знания в области гидродинамики и вычислительного моделирования. Поэтому междисциплинарная группа американских ученых объединила эксперименты по передаче инфекции от животных с количественным отслеживанием частиц и моделированием потоков. Это помогло понять, как одни условия могут способствовать распространению респираторных инфекционных заболеваний, таких как туберкулез, а другие — препятствовать ему.
Команда переработала и смоделировала ранние исследования для современных лабораторий с высоким уровнем биологической защиты, а также провела количественный анализ выбросов и распространения частиц и бактерий. Индикаторные частицы и бактерии помещали в камеру и моделировали их обнаружение в воздухе, взятом с другой стороны, при различных скоростях воздушного потока, конструкциях и конфигурациях утечек.
Ключевым фактором в прогнозировании передачи инфекции была не только общая интенсивность вентиляции, но локальная структура воздушного потока, связанная с особенностями помещения: утечкой воздуха, расположением приточных и вытяжных отверстий, а также силой воздушного потока, создаваемого зараженным человеком.
Локальные особенности воздушного потока оказываются ключевыми. Результаты нашей команды — одно из самых убедительных доказательств важности учета неоднородности воздушного потока и ее последствий при проектировании. Это понимание крайне важно при строительстве или модернизации внутренних помещений для снижения риска передачи инфекции воздушно-капельным путем, а также при планировании исследований в этой области.
Систематически определяя, как воздушный поток и конструкция здания влияют на биологическое воздействие, ученые в конечном итоге смогли восстановить передачу инфекции и создать систему, которую можно использовать для изучения фундаментальных вопросов о бактериях, организме-хозяине и факторах окружающей среды, определяющих распространение туберкулеза.
Ранее мы рассказывали, как засухи повлияют на распространение инфекций и паразитов.