Distribuição de Tamanho

Pela discussão desenvolvida, pode-se afirmar que uma boa estimativa do risco de infecção através do ar começa por uma correta verificação do tamanho das partículas do bioaerossol infeccioso. Quanto maior a quantidade de partículas inaladas com deposição majoritariamente pulmonar, maiores serão as chances do organismo ser infectado e da doença iniciar-se.

Uma análise cuidadosa deste assunto impõe a necessidade de se avaliar dois aspectos fundamentais: a distribuição de tamanho na emissão e a interação subseqüente das partículas com o meio. O segundo aspecto será abordado na última seção do presente capítulo e determina a evolução do tamanho, da composição, da densidade e da viabilidade dos micróbios, enquanto que o primeiro representa a condição inicial desta interação.

Como qualquer população que apresenta especificidades individuais, a nuvem de partículas de um aerossol é caracterizada dimensionalmente através de diversas variáveis estatísticas, revisadas em detalhes por HEINSOHN (1991), HINDS (1999) e SIRIGNANO (1999). Uma distribuição de tamanho nada mais é que uma representação gráfica ou matemática (numérica, mássica, volumétrica, relativa à área superficial, etc) que expressa quantas partículas de um determinado tamanho estão contidas no aerossol. Para os propósitos atuais, serão fundamentais as curvas de distribuição dos diâmetros aerodinâmico e médio dos aerossóis respiratórios, este último com ponderações volumétrica ou mássica.

Dentre as diversas alternativas para prever a distribuição de tamanho de gotas produzidas por um atomizador, SIRIGNANO (1999) destaca três: i) Correlações Empíricas; ii) Solução de Equações de Transporte (Navier-Stokes); iii) Formulação pelo Princípio da Entropia Máxima. O primeiro resulta de experimentos e deu origem a equações consagradas na área da combustão como a de Rosin-Rammler, a de Nukiyama-Tanasawa e a distribuição log-normal. As previsões hidrodinâmicas, por outro lado, vão até a ruptura inicial do filme líquido e não se ajustam à fenomenologia da desintegração de gotas subseqüente, impossibilitando-as de avaliar a distribuição final de tamanho. O terceiro caminho ainda é bastante recente, ainda controverso e requer mais pesquisa antes de ser aplicado a situações práticas (SIRIGNANO, 1999).

Apesar da disponibilidade de técnicas experimentais para avaliar estas curvas, sua aplicação aos bioaerossóis ainda é bastante incipiente, visto a escassez de trabalhos sobre as características deste tipo de aerossol. ZETERBERG (1973), por exemplo, cita que a distribuição de diâmetro das gotículas respiratórias é ditada pela velocidade da corrente de ar, pela viscosidade do muco e pela eficiência de captura do aerossol produzido nas vias respiratórias subseqüentes à emissão. Não há, entretanto, um único valor explicitado no trabalho sobre o intervalo dimensional destas partículas, apesar de indicar que a tosse produz até 5.000 gotículas e que um único espirro emite cerca de 1 milhão de gotículas usualmente menores que 100 µm.

Em relação à quantidade, COLE e COOK (1998) apresentam valores diferentes e indicam que cerca de 3.000 gotículas são produzidas em uma tosse e um espirro pode gerar no máximo 40.000 que se evaporam e adquirem tamanhos entre 0,5 e 12 µm. Nesta mesma linha, uma outra referência (SEPKOWITZ, 1996) informa que uma tosse gera a mesma quantidade de gotículas que 5 minutos de fala em alto volume e que a quantidade e o tamanho das gotículas produzidas pelo ato de cantar é semelhante às observadas no ar decorridos 30 minutos após uma tosse.

O Centro para Controle de Doenças (CDC, 1994), dos Estados Unidos, estima que os núcleos de gotículas carregando a M. tuberculosis têm tamanhos que variam entre 1,0 a 5,0 µm. COLE e COOK (1998) observam que o tamanho do núcleo de gotícula respiratório depende da quantidade de matéria sólida contida na gotícula expelida e acrescentam mais uma propriedade

importante para sua determinação: a higroscopicidade. Segundo eles, uma partícula higroscópica com 1,5 µm cresce para 2,0 µm após passar pelo nariz e para 4,0 µm depois de entrar em contato com o ar saturado da região nasofaríngea e do pulmão. Estes números confirmam a afirmação de ZETERBERG (1973) sobre as partículas inaladas que chegam a dobrar de tamanho antes de atingir a região pulmonar em função da rehidratação desde as vias superiores. É de se esperar que isto também ocorra fora do corpo humano em posições do ambiente onde a partícula entra em contato com ar saturado ou próximo a esta condição.

Também vinculado à tuberculose, há o trabalho de SCHAFER, FERNBACK e JENSEN (1998) constatando a escassez de estudos sobre os aerossóis respiratórios. Segundo eles, apesar do sucesso em detectar aerossóis contaminados com a M. tuberculosis em laboratório, tal êxito ainda não foi alcançado em situações reais nem quando o bacilo está contido no bioaerossol expulso do trato respiratório, tão pouco quando ele viaja nos núcleos de gotícula. Comentam que, em estudos empregando impactadores de vários estágios ou em cascata (tipo Andersen, por exemplo), as culturas resultaram em formação de colônia nula ou no predomínio de fungos, impossibilitando a correta mensuração da concentração do bacilo. Este comportamento é atribuído às dificuldades inerentes à cultura do bacilo tuberculoso capturado por amostradores em ambientes (longo tempo de reprodução) ou ao fato dele apresentar baixo nível de viabilidade, comprometendo o seu cultivo e a formação de colônias.

Uma explicação mais adequada para esta deficiência pode ser a baixa concentração dos bioaerossóis, insuficiente para que estes amostradores consigam capturar uma quantidade de partículas microbiológicas suficiente para o desenvolvimento de cultura. Conforme discutido no Apêndice B do presente documento, a baixa eficiência de coleção, o tempo e a vazão de amostragem inadequadas e a perda de viabilidade das poucas partículas coletadas estão entre os aspectos que contribuem para tal.

Tabela 3-2 Distribuição de tamanho de aerossol artificial. dp (µm)

Fase Líquida

Espectro 0,65 - 2,1 (%) Saliva Artificial 0,65 a 3,3 94

Solução Salina 0,65 até > 7,0 88

Fonte: LEVER, WILLIAMS et BENNETT (2000).

Para avaliar aerossóis contendo microorganismos semelhantes ao agente da tuberculose, LEVER, WILLIAMS e BENNETT (2000) conduziram experimentos com saliva artificial e uma solução salina atomizadas por um nebulizador à colisão de jato e também estimaram a distribuição de tamanho com um amostrador tipo Andersen. Alguns destes resultados constam da Tabela 3-2 onde o percentual de partículas com tamanho entre 0,65 e 2,1 µm para cada um dos fluidos testados é exposto na terceira coluna.

A informação mais detalhada a este respeito, no entanto, deve-se aos trabalhos de LOUDON e ROBERTS (1967; 1968) quando avaliaram experimentalmente o tamanho de partículas de aerossóis produzidos pela tosse, fala e canto. Nestes procedimentos, foram avaliados um total de 90 tosses, 6 eventos de fala e 6 de canto. Buscando reproduzir a emissão quando se fala e canta, respectivamente, as pessoas testadas contavam em voz alta e cantavam de 1 a 100 durante os ensaios de emissão. A despeito das limitações técnicas e da precária metodologia adotada, as informações expostas na Figura 3-6 constituem os únicos dados sobre distribuição de tamanho conseguidos na vasta busca bibliográfica empreendida. Os resultados confirmam o largo espectro de tamanho dos aerossóis respiratórios e indicam que cerca de 50% das partículas têm tamanhos até 10, 40 e 70 µm para a tosse, canto e fala, respectivamente.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Percentual Acumulado (%) 1 10 100 1000 d_p (µm) Tosse Fala Canto

Figura 3-6 Distribuição cumulativa de tamanho de partículas emitidas pela tosse, fala e canto.

[Dados de LOUDON et ROBERTS, 1967; 1968]