La última investigación de los laboratorios de los científicos de Penn, Paulo Arratia y Douglas Jerolmack, fue una respuesta a «una llamada de ayuda», dice Arratia.
Era 2020 y la Orquesta de Filadelfia, como tantas instituciones culturales, había suspendido sus funciones debido a la pandemia de COVID-19. A través de PJ Brennan, director médico del Sistema de Salud de la Universidad de Pensilvania, la Orquesta buscó experiencia para ayudar a comprender si sus músicos podrían volver a tocar en un arreglo físico seguro que minimizaría las posibilidades de exponerse unos a otros, o a sus audiencias, al SARS. -CoV-2.
“El director de orquesta no quería que los músicos estuvieran muy separados, necesitaban estar muy juntos para producir el mejor sonido”, dice Arratia, de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. «Y, sin embargo, si necesitaban separarse con plexiglás, eso también planteaba un problema». Los músicos reportaron problemas para escucharse unos a otros y líneas de visión deficientes con los divisores de plexiglás. «El desafío era cómo podemos alejarnos de esto hasta el punto en que puedan jugar sin obstrucciones pero aún de manera segura», dice Arratia.
Ahora, en una publicación en Comunicaciones de la naturaleza, Arratia, Jerolmack y sus colegas informan sobre sus hallazgos, que sugieren que los aerosoles que producen los músicos se disipan en aproximadamente seis pies. Los resultados no solo informaron la disposición de la Orquesta de Filadelfia cuando reanudaron las actuaciones en el verano de 2020, sino que también sentaron las bases de cómo otros grupos musicales podrían pensar en reunirse y tocar de manera segura.
«Contar con expertos como Paulo y Doug, que podían medir el tamaño de las partículas, la trayectoria, la distancia y la velocidad, fue realmente valioso para tomar decisiones para la orquesta», dice Brennan, quien ahora forma parte de la Junta Directiva de la Orquesta. «Esas decisiones incluyeron el espacio entre los jugadores, el distanciamiento entre las secciones, quién necesitaba mascarilla. A medida que recopilaron esta información, junto con las pruebas y el seguimiento de casos que estaba haciendo Penn Medicine, nos ayudó a tomar decisiones con confianza».
Enfoque experimental
La investigación giró en torno a las preguntas de cuántas partículas de aerosol generaron los músicos, con qué densidad se emitieron las partículas desde los instrumentos y qué tan rápido viajaron por el aire.
«Puede salir un gran chorro de aire, pero si la concentración de aerosol es muy baja, no importa mucho», dice Jerolmack, de la Escuela de Artes y Ciencias. «O puede tener muchos aerosoles que se concentran en un haz angosto. Es importante entender esas cosas».
Para recopilar datos, los investigadores invitaron a los músicos de la Orquesta al campus, trayendo consigo sus instrumentos de viento, incluidas flautas, tubas, clarinetes, trompetas, oboes y fagotes.
Para visualizar y rastrear los aerosoles que salían de los instrumentos mientras los músicos tocaban, los investigadores operaron un humidificador que emitía gotas de vapor de agua en el extremo de la campana de los instrumentos. Este arreglo solo se cambió para el flautista, para quien el humidificador se colocó cerca de la boca del músico en lugar de la campana, ya que el aire viaja sobre la boquilla mientras toca ese instrumento.
Luego, los investigadores dirigieron un rayo láser a través de la «niebla» creada por el humidificador, iluminando las partículas de aerosol y permitiéndoles ser capturadas por una cámara de alta velocidad y un contador de partículas.
«Es como en un día lluvioso, verás las gotas de agua si el sol brilla», dice Arratia.
Los músicos tocaron escalas continuamente durante dos minutos. Resultó algo sorprendente para los investigadores encontrar que los músicos de instrumentos de viento producían aerosoles que eran similares en concentración a los emitidos durante la respiración y el habla normales, de aproximadamente 0,3 a 1 micrómetro de diámetro.
Las partículas de este tamaño, dicen los investigadores, son lo suficientemente pequeñas como para viajar lejos a través del aire, siempre que el flujo de aire sea lo suficientemente fuerte como para llevarlas allí. Por lo tanto, medir su concentración y el flujo se volvió importante para comprender el riesgo potencial de que un músico transmita el SARS-CoV-2 a otra persona.
Al evaluar la velocidad del flujo, los investigadores midieron velocidades de aproximadamente 0,1 metros por segundo, órdenes de magnitud más lentas que la tos o el estornudo, que puede viajar de 5 a 10 metros por segundo. La flauta era un caso atípico, pero aún así solo alcanzó velocidades de flujo de alrededor de 0,7 metros por segundo.
«Cuando observas el flujo, ves estos soplos y remolinos, y sabemos que se propagan, pero no sabíamos si iba a haber algo general entre estos instrumentos», dice Jerolmack. «Aquí, descubrimos que al medir solo el flujo y la concentración y los recuentos de aerosoles, podemos hacer predicciones sobre la distancia que viajarán los aerosoles».
El fluir de la música
Con base en sus observaciones, los aerosoles producidos por estos «mini-conciertos» se disiparon, asentándose en el flujo de la corriente de aire de fondo, dentro de unos 2 metros, o 6 pies, tranquilizadoramente similar, dicen los investigadores, a lo que se ha medido para hablar o respirar normalmente. Solo los aerosoles generados por la flauta y el trombón viajaron más allá de esa distancia, para la flauta quizás porque el aire viaja sobre el instrumento en lugar de que el instrumento actúe como una máscara para evitar la propagación de aerosoles.
En general, los instrumentos de viento de madera emitieron concentraciones de aerosoles ligeramente más bajas que los instrumentos de metal, tal vez porque los elementos de madera del instrumento absorbieron parte de la humedad y los numerosos agujeros a lo largo del instrumento pueden reducir el flujo de algunos de los aerosoles, especulan los investigadores.
Debido a que las mediciones que realizaron los investigadores no estaban conectadas con ninguna cualidad específica del SARS-CoV-2, se pueden usar para extrapolar cómo la transmisión de otros patógenos respiratorios podría verse afectada al hacer música.
«Ahora tiene algo con lo que trabajar para posibles preocupaciones futuras, tal vez un brote de influenza o algo así», dice Arratia. «Puede usar nuestros hallazgos sobre el flujo, conectar sus números sobre la infecciosidad y las cargas virales, y adaptarlos para comprender el riesgo.
«Este no era exactamente un problema en el que trabajáramos de manera rutinaria, pero nos sentimos obligados a abordarlo», dice. «Fue muy divertido y tuvimos la suerte de tener un problema en el que trabajar que marcó una diferencia significativa durante los tiempos difíciles de la pandemia».
