你是否想过,一个喷嚏能“打”多远?虽然我们都知道,呼吸道疾病患者很可能通过咳嗽或打喷嚏传染他人,但具体到底能传多远,多大的范围?而每次在呼吸道流行病高发时期,专家呼吁戴口罩、勤洗手、勤通风,也都有人不以为然。根本原因是我们对病毒的传播细节知之甚少,之前关于病毒的感染控制指南大多是基于模型研究和专家推测,而不是实测数据。
2014年,终于有数学家做了这样的实验。数学家莉迪亚·布卢伊巴利用高速视频解析了喷嚏和咳嗽时的产生的流场,并用数学模型计算出了两者的传播距离。结果可能让你大吃一惊!
喷嚏和咳嗽的时候喷出来的是什么?
喷嚏和咳嗽的产生开始于深呼吸,然后肺部的空气被压缩,最后被吸入的空气在几分之一秒内被肺压出来。咳嗽喷出的东西不止有气体,还伴随着液滴(气溶胶),液滴的大小在100微米以下,相当于人类头发丝的宽度。这些液滴产生于气体喷射的过程中,将肺部、支气管、气管黏附的体液一并带出,喷涌出数万个小液滴。在重力的作用下,一些较大的液滴很快落到地板上,较小的液滴(直径小于或等于5微米的颗粒)就飞得比较远,而且会随着气流扩散开来。而这时候,大量的病毒和细菌就乘着这些小液滴一起传播了出来。
如何观察咳嗽、喷嚏的气体流动?
气溶胶是很小东西,人的肉眼是很难看清的。科学家用2个摄影机和多个光源,在高帧率下拍摄喷嚏下的大量细节,最后用慢动作播放观察,建立数学模型计算。实验中,科学家招募来10名健康志愿者,站在摄影机前方,然后刺激他们的呼吸道,让志愿者忍不住打喷嚏、咳嗽,通过高速摄像机捕捉到喷嚏、咳嗽时的瞬间。通过这个可以每秒捕捉几千帧的高速摄影机,科学家可以观察到人们咳嗽或打喷嚏时产生的液滴。
喷嚏和咳嗽的喷射物到底能飞多远?
通过慢动作视频,我们可以看到喷嚏、咳嗽产生的过程。在咳嗽、喷嚏的过程中,我们可以看到液滴组成的高密度喷射物,科学家将之称之为“云”。较大的液滴不受气相流动的影响,下坠速度较快,距离比较近,在1米范围内;而较小的液滴以不同程度的湍流气云悬浮,射程较远。这团“云”在喷射过程中,会将周围的空气卷入,“云”的体积会不断增大,但速度也会逐渐减慢。
通过大量测量,然后将数据输入数学模型后,科学家得出结论:打喷嚏产生的较大液滴可以最远到达8米远的地方,而咳嗽则达到6米远。并且根据不同的环境条件,喷嚏和咳嗽最多可以在空中停留长达10分钟。由此可见,咳嗽和喷嚏不管在传播距离还是停留空中的时间方面,都足够长,如果是在室内打喷嚏或咳嗽的话,“云”肯定可以从房间一端飘到另一端,这是完全没问题的。
所以是不是人站在患者10米开外就没问题了呢?并不是。前面说了,实验的计算结果的是均值,并不是所有的数据,一些颗粒较小(5微米以下)的液滴会飞得很远,甚至有可能会在空中一直飘浮,而这些飘在空中的到底能飘多久这就很难说了,所以室内通风很重要。另外,有的人肺活量大,传播距离会更远,人与人之间能呼出的距离是有一定差异的。最终小液滴落了下来,有的落在了桌子上,有的落在了手机上,有的落在了你的键盘上,有的落在了把柄上,有的落在了你的手上……而你无意中触摸了这些液滴,最后又不洗手,就在不知不觉中染上了病毒,所以勤洗手也很重要。
在这特殊的时期,请大家出门都一定戴上口罩呀!