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Vírus como SARS-CoV-2, vírus influenza e outros viajam de pessoa para pessoa essencialmente pegando carona em aerossóis. São partículas finamente dispersas contendo líquido suspenso no ar que uma pessoa infectada expele ao tossir, espirrar ou simplesmente expirar, podendo ser inalado por outra pessoa.
É por isso que é geralmente considerado importante ventilar os quartos de forma eficaz e filtrar o ar interno: reduzir as concentrações de partículas de aerossol em residências, escritórios e veículos de transporte público pode reduzir o risco de infecção.
Como as partículas suspensas se tornam ácidas?
Não está claro por quanto tempo os vírus em aerossóis permanecem infecciosos. Alguns estudos sugerem que a umidade e a temperatura do ar podem desempenhar um papel na persistência do vírus. Um fator até agora subestimado é a composição química dos aerossóis exalados, em particular sua acidez e suas interações com o ar interno. Muitos vírus, como o vírus influenza A, são sensíveis a ácidos; as partículas de aerossol exaladas podem absorver ácidos voláteis e outras substâncias transportadas pelo ar, entre elas ácido acético, ácido nítrico ou amônia, do ar interno, o que, por sua vez, afeta os níveis de acidez (pH) das partículas.
Nenhuma pesquisa havia sido realizada sobre o efeito da acidificação dos aerossóis após a expiração na carga viral que eles carregam. Agora, uma equipe de pesquisadores da ETH Zurich, EPFL e da Universidade de Zurique investigou exatamente isso.
Em um novo estudo, eles mostram pela primeira vez como o pH das partículas de aerossol muda nos segundos e horas após a expiração em diferentes condições ambientais. Além disso, eles mostram como isso afeta os vírus contidos nas partículas. O estudo acaba de ser publicado na revista Environmental Science & Technology.
Pequenas partículas de aerossol exaladas tornam-se ácidas rapidamente
Segundo os pesquisadores, os aerossóis exalados acidificam muito rapidamente, mais rápido do que alguns poderiam esperar. A rapidez com que fazem isso depende da concentração de moléculas de ácido no ar ambiente e do tamanho das partículas do aerossol. A equipe examinou pequenas gotículas – com alguns micrômetros de diâmetro – de muco nasal e de fluido pulmonar sintetizado especificamente para o estudo. No ar interno típico, essas gotículas levaram apenas cerca de 100 segundos para atingir um pH de 4, que é aproximadamente equivalente à acidez do suco de laranja.
O valor do pH é uma medida de acidez: uma solução neutra tem um pH de 7; o pH das soluções ácidas é inferior a 7; o das soluções básicas é maior que 7.
Os pesquisadores afirmam que a acidificação dos aerossóis se deve em grande parte ao ácido nítrico que entra do ar externo. Ele entra em espaços internos através de janelas abertas ou quando os sistemas de ventilação extraem o ar de fora. O ácido nítrico é formado pela transformação química de óxidos de nitrogênio (NOx), que são liberados no meio ambiente principalmente como produto de processos de combustão junto com os gases de escape de motores a diesel e fornos domésticos. Assim, há um abastecimento permanente de óxidos de nitrogênio e, portanto, de ácido nítrico nas cidades e áreas metropolitanas.
O ácido nítrico adere rapidamente a superfícies, móveis, roupas e pele – mas também é absorvido pelas minúsculas partículas de aerossol exaladas. Isso aumenta a acidez e diminui o pH.
O pH do aerossol é a chave para a inativação do vírus
A equipe de pesquisa mostra ainda que o ambiente ácido pode ter um impacto decisivo na rapidez com que os vírus presos nas partículas de muco exaladas são inativadas. Verificou-se que os dois tipos de vírus têm diferentes sensibilidades a ácidos: o SARS-CoV-2 é tão resistente a ácidos que, a princípio, os especialistas não acreditaram em suas medições. Foi necessário um pH abaixo de 2, ou seja, condições muito ácidas, como as do suco de limão não diluído, para inativar o coronavírus. Tais condições não podem ser alcançadas no ar interno típico.
Os vírus influenza A, por outro lado, são inativados após apenas um minuto em condições ácidas de pH 4. As partículas de muco exaladas recentemente atingem esse nível em menos de dois minutos em ambientes internos típicos. Adicionando o tempo necessário para acidificar o aerossol ao tempo necessário para inativar os vírus da gripe em pH 4 ou inferior, rapidamente fica claro que 99% dos vírus influenza A serão inativados no aerossol após aproximadamente três minutos. Esse curto intervalo de tempo surpreendeu os pesquisadores.
O SARS-CoV-2 é uma história diferente: como o pH do aerossol quase nunca cai abaixo de 3,5 em espaços internos típicos, leva dias para que 99% dos coronavírus sejam inativados.
O estudo mostra que em salas bem ventiladas, a inativação do vírus influenza A em aerossóis funciona de forma eficiente, e a ameaça de SARS-CoV-2 também pode ser reduzida. Em salas mal ventiladas, no entanto, o risco de os aerossóis conterem vírus ativos é 100 vezes maior do que em salas com forte suprimento de ar fresco.
Isso leva os pesquisadores a aconselhar que as salas internas sejam ventiladas com frequência e bem, de modo que o ar interno carregado de vírus e substâncias básicas, como amônia das emissões de pessoas e atividades internas, sejam transportadas para fora, enquanto os componentes ácidos do ar externo podem entrar no ambiente. quartos em quantidades suficientes.
A filtragem remove os ácidos do ar
Mesmo sistemas de ar condicionado normais com filtros de ar podem levar a uma redução de ácidos voláteis. “A remoção de ácido é provavelmente ainda mais pronunciada em museus, bibliotecas ou hospitais com filtros de carvão ativado. Nesses prédios públicos, o risco relativo de transmissão da gripe pode aumentar significativamente em comparação com prédios abastecidos com ar externo não filtrado”, escreve a equipe no artigo.
Em resposta, a equipe de pesquisa poderia imaginar a adição de pequenas quantidades de ácidos voláteis, como ácido nítrico, ao ar filtrado e a remoção de substâncias básicas, como amônia, na tentativa de acelerar a acidificação dos aerossóis. De acordo com o estudo, uma concentração de ácido nítrico em níveis em torno de 50 ppb (partes por bilhão de ar, que é 1/40 do limite legal de 8 horas no local de trabalho) pode reduzir mil vezes o risco de infecção por COVID-19.
Um longo caminho para um clima interno mais saudável
No entanto, os pesquisadores também estão cientes de que tal medida será altamente controversa, pois não está claro quais consequências tais níveis de ácido podem ter. Museus ou bibliotecas filtram muito bem o ar para evitar danos a obras de arte e livros. Os engenheiros civis também ficariam insatisfeitos, pois a adição de ácidos pode danificar materiais ou conduítes. Os pesquisadores envolvidos no estudo concordam, portanto, que estudos de longo prazo são necessários para avaliar os riscos para pessoas e estruturas. Portanto, o uso de ácidos voláteis para inativar vírus de forma eficiente em partículas de aerossol pode não ser facilmente estabelecido como uma medida de controle de vírus, enquanto a remoção de amônia – um composto prontamente emitido por pessoas e uma substância que estabiliza vírus à medida que eleva o pH – não deve ser polêmica.
Colaboração bem-sucedida
O presente estudo é o resultado de uma colaboração interdisciplinar entre pesquisadores da ETH Zurich, EPFL e da Universidade de Zurique. Após anos de preparação, esse trabalho começou em 2019 como um projeto exclusivo para influenza. À luz da pandemia do COVID-19, os pesquisadores expandiram o escopo para incluir o novo coronavírus.
A forma como esses dois vírus reagem a ambientes ácidos foi investigada por pesquisadores do grupo liderado por Silke Stertz, do Instituto de Virologia Médica da Universidade de Zurique, juntamente com colegas do Laboratório de Química Ambiental da EPFL, liderados por Tamar Kohn, que também é o líder geral do este projeto SNSF Sinergia. Eles testaram a sensibilidade da influenza A e dos coronavírus a diferentes condições ácidas no fluido pulmonar gerado artificialmente e no muco nasal ou pulmonar, que os cientistas haviam colhido anteriormente de culturas de células de muco especialmente cultivadas.
Pesquisadores do Grupo de Química Atmosférica da ETH Zurich, liderados por Thomas Peter e Ulrich Krieger, investigaram o comportamento de aerossóis de muco usando uma armadilha de partículas eletrodinâmicas. Com este aparelho, os pesquisadores podem “segurar” partículas individuais suspensas por dias ou semanas e estudá-las sem contato com superfícies, por exemplo, para ver como as mudanças na umidade as afetam.
O grupo de Peter também foi responsável por realizar simulações de modelos. Essa abordagem baseada em modelagem pode ser uma fraqueza no estudo geral; como os vírus transportados pelo ar realmente se comportam em aerossóis ácidos é algo que ainda precisa ser visto em experimentos posteriores. Com isso em mente, os pesquisadores liderados por Athanasios Nenes da EPFL, que inicialmente propuseram que a acidez pode ser um importante modulador da atividade do vírus, desenvolveram técnicas experimentais e abordagens de modelagem que permitirão que experimentos futuros sejam realizados sob condições estritas de biossegurança e usando diferentes composições de ar interior.
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