Por que algumas pessoas são supertransmissoras e como o corpo emite partículas infectadas

EM 2003, QUANDO o vírus SARS infectou milhares, matou centenas e causou um susto mundial, Lidia Morawska estudava os efeitos da inalação de partículas finas de poluição. Mas então a Organização Mundial da Saúde pediu a Morawska, física da Universidade de Tecnologia de Queensland, para se juntar a uma equipe em Hong Kong que tentava entender a propagação do coronavírus causador da SRAG.

Morawska decidiu adotar uma abordagem pouco convencional. Em vez de estudar a forma de inalação de partículas contagiosas entre as pessoas, ela examinou o processo inverso: a expiração.

“Encontrei três pesquisas com alguma relação com a emissão de partículas devido a atividades respiratórias humanas. Não havia praticamente nada”, conta ela. “Fiquei surpresa porque esse é um campo de estudos muito importante e crucial.”

Passadas quase duas décadas, a rápida transmissão do novo vírus SARS-CoV-2 reacendeu o interesse por pesquisas sobre como nossos pulmões liberam material infeccioso no ar, ou seja, as gotículas respiratórias ínfimas denominadas aerossóis. Entender como os aerossóis se formam no corpo é crucial para descobrir por que esse vírus é transmitido tão facilmente e o que está impulsionando os eventos de supercontágio, em que um pequeno número de portadores da doença acaba contaminando inúmeros indivíduos. Esses incidentes são marcas distintivas  da covid-19.

Desde o início dos estudos de Morawska, os cientistas aprenderam muito sobre fluidos respiratórios transmitidos pelo ar e, em especial, o que pode tornar alguém um supertransmissor ou superemissor. Determinados atributos, como o formato do corpo, e certos comportamentos, como falar alto ou respirar rápido, parecem exercer um papel importante na transmissão da doença.

“Os supertransmissores não espirram. Não tossem. Apenas respiram e conversam”, afirma Donald Milton, especialista em transmissão por aerossóis da Universidade de Maryland. “Talvez os supertransmissores gritem. Ou pode ser que cantem. Bares de karaokê vêm sendo uma grande fonte de eventos de supercontágio. Identificamos um clube de ciclismo indoor em Hamilton, Ontário, como sendo um foco supertransmissor porque seus frequentadores respiram intensamente.”

No entanto identificar quem são os produtores mais prodigiosos de aerossóis tem se revelado uma tarefa árdua — muitos fatores biológicos e físicos afetam a produção de aerossóis, difíceis de analisar ou até mesmo mensurar.

Fale, mas não cuspa

Para cientistas que estudam aerossóis com um enfoque maior na física, como Morawska, aerossol se refere a qualquer partícula, úmida ou seca, que pode permanecer suspensa no ar por minutos ou horas. Em geral, os aerossóis possuem menos de 100 micrômetros de tamanho, ou aproximadamente a largura de um fio de cabelo. O trato respiratório humano produz uma grande variedade de aerossóis, como gotículas ínfimas de apenas alguns micrômetros, glóbulos em torno de 100 micrômetros e até mesmo gotas maiores do que aerossóis, visíveis a olho nu e normalmente descritas como gotículas respiratórias.

“Os menores aerossóis são gerados nas partes mais profundas do trato respiratório”, afirma Morawska. Esses são especialmente importantes para a transmissão de doenças porque podem permanecer no ar por mais tempo e percorrer maiores distâncias em comparação com as gotas grandes que caem rapidamente.

Esses aerossóis menores são produzidos no interior dos bronquíolos, as vias aéreas delgadas ramificadas dentro de nossos pulmões. Por meio da medição exata dos aerossóis produzidos pelas pessoas ao respirar de diferentes formas, Morawska e seu colega Graham Richard Johnson propuseram, em um estudo pioneiro de 2009, que o revestimento de fluidos respiratórios desses tubos cria películas que explodem como bolhas de sabão durante a contração e expansão dos bronquíolos. Atualmente, esse é considerado o principal mecanismo produtor de aerossóis nas regiões profundas dos pulmões.

Algo semelhante ocorre mais acima no trato respiratório, na laringe, que é responsável pela produção de sons.

“As cordas vocais abrem e fecham a uma velocidade tão rápida que é imperceptível a olho nu”, afirma William Ristenpart, engenheiro químico da Universidade da Califórnia, em Davis, que estuda a transmissão de doenças. Assim como os bronquíolos, essas cordas separam o fluido respiratório durante o atrito entre elas ao falar e cantar, criando pequenas gotículas. Para fins de comparação, se lavarmos vigorosamente as mãos, a película de sabão formada entre elas será rompida ao separá-las.

Esse processo ocorre muito rapidamente, cerca de cem vezes por segundo, e as gotículas criadas pegam carona no ar expirado — passando à cavidade oral. As maiores gotículas do trato respiratório são formadas na boca por meio da movimentação dos lábios e das acrobacias da fala repletas de saliva, com as quais provavelmente estamos mais familiarizados.

“Sobretudo ao falar, às vezes é possível sentir pequenas gotículas, chamadas perdigotos, saindo da boca”, afirma Ristenpart. “Essa é a origem do célebre pedido ‘fale, mas não cuspa’”.

Embora o nariz também seja uma via de saída de aerossóis, a rota principal é pela boca. Todos os aerossóis e gotículas ficam presos em um explosivo sopro de gás, que determina sua movimentação e disseminação nos primeiros segundos.

“Aliás, a nuvem de gás mantém coesas as gotas lançadas ao se deslocar para frente em uma sala, transportando-as em seu interior”, afirma Lydia Bourouiba, cientista de dinâmica de fluidos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts.

Mais gotículas a caminho

Embora o mecanismo geral que cria aerossóis respiratórios seja igual para todos, há uma grande variação na quantidade de gotículas produzidas. Ao analisar um grupo de pessoas em um ponto de ônibus em um dia frio, é possível observar que o vapor expelido ao respirar varia de tamanho de uma pessoa para outra.

Isso não é surpresa, em vista da complexidade do trato respiratório. Morawska faz uma analogia com a névoa homogênea emitida por um frasco de perfume: “ao contrário do frasco de perfume, que possui apenas um tubo, há muitas passagens diferentes no trato respiratório — passagens com diferentes larguras e diferentes comprimentos.”

É uma tarefa difícil quantificar essa complexidade até mesmo para uma única pessoa, mas os cientistas ainda podem identificar aqueles que se sobressaem na produção de aerossóis. Em um estudo conduzido em 2019, Ristenpart e seus colegas demonstraram que quanto mais alto alguém fala, mais aerossóis são emitidos. No entanto os cientistas também constataram que alguns participantes de seu estudo produziram dez vezes mais aerossóis do que os demais – até mesmo ao falar na mesma intensidade. Essas pessoas passaram a ser denominadas como supertransmissores.

“Logicamente, deve haver algum motivo fisiológico oculto que faz com que pessoas que falam na mesma amplitude e no mesmo tom emitam quantidades extremamente distintas de partículas”, afirma Ristenpart. Uma possibilidade, segundo ele, é que a espessura do fluido e sua reação à deformação podem variar entre as pessoas. Pesquisas anteriores demonstraram que inalar névoa de água salgada, que é menos viscosa do que fluido respiratório repleto de muco, em geral reduziu a produção de partículas de aerossol pelas pessoas. Por outro lado, pessoas que produzem naturalmente fluidos com maior viscosidade podem emitir mais aerossóis.

Um dos aspectos que aumenta a complexidade é que uma infecção respiratória pode causar alterações nos fluidos respiratórios. Por exemplo, a viscosidade do revestimento respiratório aumenta durante infecções brônquicas como pneumonia bacteriana e casos graves de gripe devido à perda de água e ao aumento da produção de proteínas celulares. Doenças crônicas como asma e fibrose cística também podem espessar os fluidos.

Estudando características individuais

Responder às inúmeras perguntas remanescentes é um desafio devido à natureza dos próprios aerossóis. Por exemplo, as partículas são sensíveis às condições ambientais e, além disso, as maiores que contêm mais líquido podem secar rapidamente, deixando para trás sobretudo partículas menores e mais concentradas que deturpam as leituras. A temperatura, a umidade e o fluxo de ar dentro de instrumentos científicos também podem alterar os aerossóis que se busca medir.

Essas nuances lembram as peculiaridades da mecânica quântica, em que a medição em uma partícula subatômica influencia o resultado. Embora esses aerossóis sejam muito maiores, medir sua natureza efêmera é igualmente desafiador.

Morawska reconhece o desafio com uma risada. “Conseguir medir e fornecer uma resposta que represente o que de fato está ocorrendo é extremamente difícil”, afirma ela.

Essas dificuldades são alguns dos empecilhos para a conclusão dos estudos sobre transmissão de doenças por aerossóis há décadas. “Ainda hoje, em 2020, a forma de transmissão da gripe é uma questão polêmica”, afirma Ristenpart, que publicou recentemente um estudo que demonstra que o vírus da gripe pode pegar carona em partículas de poeira.

Mas esse campo da ciência está momentaneamente no centro das atenções agora devido à covid-19. Os aerossóis ajudaram a explicar por que o coronavírus SARS-CoV-2 é ainda mais transmissível pelo ar do que o SARS original de 2003. Agora, muitos especialistas concordam que uma melhor ventilação de ambientes internos e o uso de máscaras podem ajudar a conter essa doença transmitida por aerossóis. É por esse motivo que Morawska, Milton e muitos de seus colegas especialistas em ciência de aerossóis pediram em julho um enfoque maior na transmissão aérea do SARS-CoV-2 via aerossóis, que os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos Estados Unidos e a OMS estão começando a enfatizar.

Mas manter o enfoque nessa pesquisa tem se revelado difícil, apesar do fascínio de mentes científicas e públicas pela supertransmissão desde a era da Maria Tifoide há quase um século. Assim como Morawska, Bourouiba também mudou o enfoque de sua pesquisa de dinâmica de fluidos para epidemiologia após o surto de SARS em 2003. Ela notou que o interesse por pesquisas sobre aerossóis disparou durante surtos de doenças respiratórias causadas pelos vírus da SRAG, MERS e gripe H1N1, mas depois desapareceu. É fundamental mudar essa perspectiva, afirma ela.

“Se os responsáveis por tomar decisões e financiar as pesquisas continuarem a adotar essa visão limitada, só haverá abordagens paliativas para resolver essas questões”, afirma Bourouiba.