Süper Bulaştırıcı Fiziği: Hapşırma Sırasında Basit Bir Sprey Değil, Karmaşık Bir Sıvı Şelalesi Oluşuyor!

İşte size bir sonraki sefer hapşırırken ağzınızı kapatmak için bir teşvik: MIT araştırmacıları tarafından hapşırma sırasında çekilen yüksek hızlı kamera videolarına göre, hapşıran bir kişi bir "akışkan plakası" yayıyor. Bu plaka, balon gibi şişiyor ve sonrasında uzun iplikler (filamentler) halinde parçalara ayrılıyor ve nihayetinde bir damlacık spreyi olarak saçılıyor. Tıpkı bir kutu boyayı havaya fırlattığınızda olduğu gibi...

2 adet yüksek hızlı kamera kullanan uzmanlar, sağlıklı insan deneklere ait 100'den fazla hapşırığı kaydettiler ve sonrasında 1 saniyeden binlerce kat kısa zaman dilimlerinde inceleyerek, akışkanların ağızdan ve ciğerlerden nasıl çıktığını gözlediler.

Hemen hemen her hapşırık, aynı "boya-benzeri akışkan parçalanması" örüntüsünü gösteriyor. Ama bazı farklar da var: Akışkan (ya da tükürük) ne kadar elastikse, damlacıklara ayrılmadan önce havada kat ettiği mesafe de o kadar uzun oluyor.

Bu karmaşık akışkan parçalanması örüntüsü, birçok insanın hapşırıklara yönelik beklentisinden farklı. Birçok insan, hapşırık sırasında basit ve düzgün dağılmış bir sprey görmeyi bekliyor. MIT İnşaat ve Çevre Mühendisliği bölümünde yardımcı doçent olan ve Hastalık Bulaşımının Akışkanlar Mekaniği Laboratuvarı'nın başı olan Lydia Bourouiba şöyle diyor:

Akışkan dağılması (ya da parçalanması) sürecinin nasıl olduğunu anlamak önemlidir. Damlacık büyüklüğünün dağılımının fiziği bize ne söyler? Peki ya bunun sonucunda, hastalık bulaşım zinciri hakkında neler öğrenebiliriz?

Bourouiba'nın dediğine göre hapşırık sırasında damlacıkların nasıl yayıldığını anlamak, araştırmacıların bir enfeksiyonun çevrede nasıl yayıldığını ve "süper bulaştırıcı" olarak bilinen kişileri tespit etmelerini sağlayabilir.

Bu araştırmalar, insan denekleri arasındaki çeşitliliği daha iyi anlamamızın da önünü açıyor. Mukus ve tükürükten oluşan akışkanın parçalanma sürecine bakarak, bir konağın iç fizyolojisi hakkında bilgi sahibi olabiliyoruz.

Bourouiba ve çalışma arkadaşları arasında bulunan MIT eski lisansüstü öğrencisi Barry Scharfman, Makina Mühendisliği'nde doçent olan Alexandra Techet ve matematik profesörü olan John Bush, araştırmalarını Experimental Fluids dergisinde yayınladılar.

Balonu Patlatmak

Bu çalışma, Bourouiba ve Bush'un 2014 yılında yayınladıkları araştırmaların üzerine inşa ediliyor. Araştırmacılar o çalışmalarında, öksürük ve hapşırmalar sırasında oluşan ve damlacıklar taşıyan gaz bulutlarının, eğer sadece birbiriyle bağlantısız damlacıklardan oluşacak olsalardı seyahat edeceklerine kıyasla 200 kat daha uzağa fırladığını göstermişlerdi.

Bu sefer Bourouiba, yüksek hızlı görüntüleme yöntemlerini kullanarak hapşırmadan kaynaklanan damlacıkların dağılımına odaklandı. Hapşırık, öksürüğe kıyasla daha şiddetli bir fışkırmadır.

Araştırmacılar, bu deney için üç insan deneğin her birini siyah bir zemine ve bazı diğer arka planların önünde konumlandırdılar ve deneklerin ağzının hemen önüne odaklanan iki adet yüksek hızlı tek renkli kamera kurdular. Hapşırmayı teşvik etmek için deneklerin burunlarını “gıdıkladılar” ve hapşırmanın olabildiğince fazla kısmını kaydetmeye çalıştılar. Bu zor bir iş, çünkü bir hapşırık 200 milisaniyeden daha kısa sürebilir!

100'den fazla hapşırmayı analiz ettikten sonra, araştırmacılar ortak bir örüntü tespit ettiler: Fışkıran akışkan, ağızdan çıktıktan sonar geniş bir plaka oluşturuyordu ve bu plaka havada ilerlerken balon gibi şişiyordu.

Ekip, ayrıca ilginç bir çeşitlilik de gözlemledi. Daha elastik tükürüğü olan deneklerde, dışarı atılan akışkan, iplikçik formunda daha uzun kalmaya meyilliydi. Ayrıca bu kişilerin ağzından saçılanlar, iplikçikler boyunca boncuklar oluşturuyordu ve bunlar, sonrasında damlacıklara dönüşüyordu. Bourouiba şöyle diyor:

Gördüğümüz, birçok açıdan şaşırtıcıydı. Solunum yolundan, son haliyle oluşmuş damlacıkların fışkırdığını görmeyi bekliyorduk. Ama durum hiç de böyle değildi. Bu da bize, şiddetli fışkırmalara ilişkin mekanik anlayışımızı genişletmek için iyi bir temel sağlıyor.

Akışkan Verisi

Bourouiba şu anda MIT'de, çeşitli hastalık bulaşma modlarını anlamaya yönelik paralel deneyler sürdürmeyi mümkün kılacak biçimde, özel olarak tasarlanmış yeni bir laboratuvar kuruyor. Bu laboratuvar, aynı zamanda, tıp uzmanlarıyla işbirliği içinde hapşırma, öksürük ve diğer hastalık bulaşma şekillerini görselleştirebileceği daha küçük ve iklim kontrollü bir oda da içerecek. Bourouiba şöyle diyor:

Bu laboratuvara yönelik önemli hedeflerimden biri, soğuk algınlığı ve griple mücadele etmek. Bazen semptomları ayırt etmek zordur. Önümüzdeki yıl, farklı soğuk ve grip mevsimlerinde, hem sağlıklı hem de enfekte olmuşken inceleyebileceğimiz denekleri de deneylerimize dahil edeceğiz.

Bourouiba yakın gelecekte yeni laboratuvara gönüllü çağrısı yapacak.

Nihayetinde damlacık dağılımları hakkındaki katı verilerin, bir hastalığın yayılmasını daha iyi tahmin etmeye ve önlemeye yardımcı olacağını söylüyor:

Bugün bile iletim yollarının ölçülme şekli, yüzlerce yıldır hüküm süren geleneksel yöntemlere dayanıyor. Bu yöntemler çerçevesinde bir hastanın kiminle konuştuğu, nereye gittikleri, vb. araştırılıyor. Bu süreçle elde edilen verilerin doğruluğu konusunda bariz kısıtlar var ve bizler, daha kesin kontaminasyon ölçümleri ve fiziksel bilimler çerçevesinde geliştirilen daha temel hastalık kontrolü ve önleme stratejileri geliştirmeye çalışıyoruz.

Bu araştırma, kısmen Ulusal Bilim Vakfı ve MIT'deki Reed ve Edgerton fonları tarafından desteklenmiştir.