Уравнение охоты на инопланетян помогло создать способ прогнозирования распространения коронавируса


290
290 points

Известное уравнение, используемое при поиске инопланетной жизни, вдохновило учёных на создание новой модели, которая оценивает шансы передачи коронавируса.

Новая модель, которая по сути представляет собой одно уравнение с несколькими перемноженными членами, оценивает риск передачи коронавируса по воздуху.

модель заражения воздушно-капельным путем
Изображение: Marissa Lanterman/Johns Hopkins University

В своей работе исследователи руководствовались другой простой, но исторически значимой математической формулой, известной как уравнение Дрейка, которая оценивает шансы найти разумную внеземную жизнь в нашей галактике.

По словам авторов, уравнение, разработанное в 1961 году астрономом Фрэнком Дрейком, основано всего на 7 переменных и обеспечивает «легкую для понимания структуру» для изучения чего-то столь же, казалось бы, непостижимого, как количество инопланетных цивилизаций.

Они хотели предоставить аналогичную основу для понимания риска передачи COVID-19.

«По-прежнему существует большая путаница в отношении путей передачи COVID-19. Причиной отчасти является то, что не существует общего «языка», который позволяет легко понять вовлеченные факторы риска», — заявил соавтор исследования Раджат Миттал, профессор кафедры машиностроения в Университете Джона Хопкинса.

«Что на самом деле должно произойти, чтобы человек заразился? Если мы сможем визуализировать этот процесс более четко и количественно, мы сможем принимать более обоснованные решения о том, какие действия следует предпринимать, а какие избегать».

Новая модель, опубликованная 7 октября в журнале Physics of Fluids, разбивает процесс передачи коронавируса на три этапа: выброс вирусосодержащих капель от инфицированного человека в воздух, дисперсия этих капель и вдыхание этих капель восприимчивым человеком.

В целом, модель состоит из 10 переменных, участвующих в передаче коронавируса, включая частоту дыхания инфицированных и восприимчивых людей, количество вирусных частиц в выдыхаемых каплях и количество времени, в течение которого восприимчивый человек подвергается воздействию.

После этого авторы использовали созданную модель, которую они называют моделью неравенства заражения воздушно-капельным путем, для оценки риска передачи коронавируса в различных сценариях, включая те, в которых люди используют маски для лица или практикуют социальное дистанцирование, а также когда люди тренируются.

В модели неравенства, если количество вдыхаемого вируса больше, чем количество, необходимое для заражения, другой человек заболеет.

Однако есть одно большое предостережение: в настоящее время мы не знаем, сколько частиц необходимо, чтобы вызвать инфекцию. В результате модель не может рассчитать абсолютный риск заражения, а может только сравнить уровень риска различных видов деятельности.

Что касается масок для лица, учёные подсчитали, что при прочих равных условиях сценарий, в котором как инфицированные, так и восприимчивые люди носят маски N95, может снизить риск передачи в 400 раз по сравнению со сценарием, в котором оба человека не носят маски вообще. Хирургические маски способны снизить передачу инфекции в 10 раз, а тканевые маски — в 7 раз, если обе стороны носят маски.

При этом модель показала, что риск передачи коронавируса резко возрастает в сценарии, когда люди активно тренируются, например в тренажерном зале.

«Представьте себе двух человек на беговых дорожках в тренажерном зале; оба дышат тяжелее, чем обычно. Инфицированный человек выделяет больше капель, а неинфицированный человек вдыхает больше капель. В этом замкнутом пространстве риск передачи увеличивается в 200 раз, «по сравнению со сценарием, в котором люди не тренируются, — сказал Миттал.

Что касается социального дистанцирования, исследователи обнаружили линейную зависимость между расстоянием и риском передачи.

«Если вы удвоите дистанцию, вы, как правило, удвоите свою защиту, — заявил Миттал. — Такой вид масштабирования или правила могут помочь в разработке политики».

Исследователи отмечают, что им хотелось создать простую и интуитивно понятную модель, чтобы она была доступна не только ученым, но и политикам и даже широкой публике. В то же время они признают, что их модель делает ряд предположений и включает ключевые неизвестные переменные.

Тем не менее авторы надеются, что их работа «может послужить источником информации для будущих исследований, которые устранят эти пробелы в нашем понимании COVID-19», — сказал Миттал.


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

290
290 points
Василий Вдовиченко
Южная научно-исследовательская лаборатория