L’Hubei dello Stivale (Parte 48): Le relazioni pericolose: contagio solo per droplets o anche per via aerea? (Prima parte)

Come si trasmette il SARS-nCoV2? Tutti hanno sentito parlare delle cosiddette droplets o “goccioline”. All’interno di queste minuscole goccioline che noi emettiamo parlando, tossendo o starnutendo si possono trovare anche i microorganismi (virus, funghi o batteri).

Droplets. Una famiglia sterminata

Secondo l’ISS (Le parole dell’epidemia – 6 marzo 2020):

Si definiscono droplets le goccioline prodotte naturalmente dall’uomo con la respirazione, con la fonazione, con gli starnuti e con la tosse.

I droplets di diametro maggiore (> 5 micron, quelli comunemente prodotti starnutendo) tendono a cadere al suolo a distanze variabili (almeno 1 metro) in base alla loro dimensione, dalla velocità alla quale vengono emessi e da condizioni ambientali (flusso d’aria, temperatura e umidità relativa) le quali possono anche influenzarne la massa tramite l’evaporazione. Se inalati, tendono ad arrestarsi nelle vie aeree superiori (naso e orofaringe).

Il grassetto l’ho messo io.

Il diavolo spesso si cela nei dettagli.

  • Tendono a cadere al suolo è molto vago: cadono o non cadono?
  • A distanze variabili: quanto variabili?
  • Ci sono altre condizioni da prendere in considerazione:Velocità alle quali vengono emesse e le condizioni ambientali che ne influenzano la massa tramite l’evaporazione.

Tanta roba.

Dimensioni e confronti delle droplets

Partiamo dalle dimensioni. Un micron è pari a 0,001 millimetri. Il che equivale a dire che 1 millimetro è pari a 1.000 micron. Un capello ha il diametro di 100 micron.

Il particolato atmosferico, i microorganismi, le spore, i pollini, i virus e i batteri hanno queste dimensioni (con la stellina rossa la dimensione del SARS-nCoV2):

Nella figura sono anche rappresentate due entità ormai a tutti note: PM10 e PM2,5.

La sigla a tutti nota come PM10 (le iniziali stanno per “Particular Matter”) è ormai entrata nell’uso comune dato che da essa dipende la qualità dell’aria nelle nostre città e determina anche i periodici blocchi della circolazione delle auto. Il numero 10 sta ad indicare la dimensione in micron di questo particolato che può giungere fino ai bronchi (il PM10 viene anche denominato “frazione toracica”) mentre il PM2,5 (o “frazione respirabile”, ovvero il particolato di dimensione fino a 2,5 micron) può invece arrivare ancora più in profondità nei polmoni. Esistono anche particelle con diametro piccolissimo, dette particolato ultrafine (PUF), che possono penetrare fino agli alveoli polmonari. Alle polveri di differenti dimensioni possono aderire idrocarburi e vari metalli (quali piombo, nichel, cadmio, arsenico, vanadio, cromo) determinando effetti sulla salute della popolazione esposta1.

Le nostre “goccioline” invece trasportano agenti infettivi.

Droplets maggiori e goccioline aerosolizzate (droplets nuclei)

Queste particelle di liquido, in gran parte invisibili ad occhio nudo, sono state scoperte nel 1899 dal microbiologo tedesco Carl Flugge. Molto spesso i clinici ed i ricercatori parlano infatti di goccioline di Flugge. Flugge ed i suoi allievi riuscirono a dimostrare che queste goccioline potevano contenere microorganismi potendo essere espulsi con tosse, starnuti o semplicemente parlando.

La questione ovviamente fu di notevole importanza per studiare la trasmissione delle malattie contagiose.

Gli studi di Wells nel 19342 dominarono per decenni la teoria relativa al destino delle goccioline dopo l’espulsione dal naso o dalla bocca di una persona. Wells studiò la relazione tra la dimensione delle droplets ed il loro comportamento (evaporazione, caduta, sospensione in aria). La curva è nota come curva di evaporazione-caduta di Wells3.

Wells scoprì che in normali condizioni di temperatura e di umidità dell’aria le droplets più piccole vanno incontro ad evaporazione prima di prima di cadere a terra e lasciano un residuo secco (droplet nuclei) che rimane in aria. Quelle di diametro maggiore invece cadevano a terra entro i due metri.

Questo studio influenzò profondamente le teorie sulla trasmissione delle patologie infettive. Sulla base di questa distinzione le patologie infettive vennero separate tra quelle che si trasmettevano tramite le goccioline più grandi (tra cui l’influenza) e altre che si trasmettevano tramite quelle aerosolizzate sospese per via aerea (es. morbillo, varicella e tubercolosi).

Sulla base del valore di cut-off pari a 5 micron l’Organizzazione Mondiale della Sanità e il CDC di Atlanta distinguono:

  • droplets le goccioline superiori a 5 micron
  • aerosol o droplet nuclei quelle al di sotto dei 5 micron

Ci sono molti scienziati che contestano ormai questa semplicistica distinzione tra droplets superiori o inferiori ai 5 micron e che ritengono che le raccomandazioni sul contagio da droplets vadano completamente riviste.

La disputa scientifica sulle goccioline

Lo screenshot che vedete sopra non è solo un articolo scientifico. E’ una vera e propria petizione4 indirizzata all’OMS firmata da 239 scienziati e clinici appartenenti a differenti discipline tra cui fisici, chimici, biologi, medici, esperti di aerodinamica delle maggiori Istituzioni mondiali. L’elenco lo potete scaricare qui.

L’OMS non ha fatto però una piega ed ha ribattuto che la diffusione per aerosol riguarda solo quelle situazioni in cui esso viene generato artificialmente in ambienti sanitari attraverso procedure quali l’intubazione, la broncoscopia, l’aspirazione di secrezioni e l’impiego di caschi ventilati.

L’OMS, supportata da altri scienziati sostiene che:

  • finora nessuno studio ha dimostrato la diffusione “airborne” del SARS-CoV-2;
  • Il tracciamento dei casi ha dimostrato che nella stragrande maggioranza dei contagi dipende da una trasmissione per mezzo di droplets di maggiori dimensioni ;
  • Il valore basale di R0 (tra 2 e 3) depone per una trasmissione non di tipo “airborne” (a differenza di patologie come il morbillo dove si arriva a R0 tra 10 e 18)

L’R0 (numero basale di riproduzione) è definito come il numero medio di casi secondari che un persona affetta dalla patologia può contagiare.

La notevole differenza nell’indice di riproduzione è un argomento piuttosto forte. Il contagio in caso di trasmissione aerea (come per morbillo e varicella) si riflette in un indice di riproduzione molto elevato proprio perchè il virus “viaggia” letteralmente in aria.

Quali sono le dimostrazioni su una modalità di contagio anche di tipo aereo per il SARS-nCoV-2?

La disputa sollevata dai fautori della trasmissione “airborne” si basa però su dati scientifici molto solidi.

E’ stato dimostrato che i virus sono rilasciati5 attraverso la respirazione6, parlando e tossendo attraverso droplets sufficientemente piccole da poter rimanere sospese in aria7 a distanza ben oltre i canonici 2 metri8.

In una stanza con velocità dell’aria tipica degli ambienti chiusi una gocciolina di 5 micron può viaggiare per decine di metri e restare sospesa ad altezze di 1,5 metri9.

Nella epidemia di SARS del 2003 fu dimostrato il contagio per via aerea in 187 casi che insorsero nel complesso residenziale Amoy Gardens di Hong Kong. Il virus della SARS come sappiamo è uno stretto parente del SARS-nCoV-2 essendo ambedue coronavirus10.

Articolo del New England del 2004 (cit.)
Articolo del New England del 2004 (cit.)

Ci sono molti studi relativi al virus sinciziale respiratorio (RSV), alla MERS 11 ed al virus influenzale 12 che dimostrano come essi possano essere esalati nell’ambiente13. Non vi è motivo per dubitare che ciò avvenga anche per SARS-CoV-2.

Infine non solo l’RNA virale associato alle droplets più piccole è rilevabile in aria ma i virus raccolti tramite campionamenti dell’aria sono in grado di sopravvivere in coltura anche meglio di quelli raccolti sulle superfici14.

La fisica delle goccioline

La soluzione come spesso accade si trova nel mezzo. Il comportamento delle droplets, a seconda delle loro dimensioni, ha a che fare con le leggi della fisica e della aerodinamica ed è molto complicato da spiegare. Flussi turbolenti, numero di Reynolds, moti browniani ed una valanga di formule da far venire il mal di testa.

Per semplificare bisogna tenere a mente che anche le droplets superiori a 10 micron possono evaporare e aerosolizzare sulla base di vari parametri (viscosità, velocità di flusso, densità e resistenze aerodinamiche)15:

Il destino delle varie droplets può essere pertanto ben diverso anche se superiori ai 5 micron. Entrano infatti in gioco diversi fattori:

Le goccioline aerosolizzate restano in aria (quelle più a sinistra). La forza gravitazionale è decisamente meno intensa di quelle che consentono ad esse di rimanere sospese in aria F(lift)>>F(grav). Le droplets più pesanti (quelle più a destra) oltre i 10 micron tendono invece a cadere per la prevalenza della gravità F(grav)>>F(lift).

Nel range tra 1 e 20 micron vi sono invece goccioline che possono avere un destino diverso a seconda di diverse condizioni tra cui quelle della umidità dell’aria. Queste goccioline possono infatti evaporare rapidamente, riducendone la massa. Le forze in gioco potrebbero destinarle al suolo come renderle leggere e farle veleggiare nell’ambiente portando in giro ospiti indesiderati.

Ma esistono prove di una tale trasmissione per il SARS-nCoV-2?

Il classico cut-off di 5 micron andrebbe abbandonato?

Nei video del prossimo post potrete giudicare voi stessi. Ed evitare di prendere spritz al bar e non prenotare al ristorante per un po’.

(Continua….alla puntata 49)


  1. ISS salute: https://www.issalute.it/index.php/la-salute-dalla-a-alla-z-menu/p/pm10-particolato-atmosferico-o-polveri-sottili#fonti-di-esposizione
  2. Wells, W. F. 1934. ‘ON AIR-BORNE INFECTION: STUDY II. DROPLETS AND DROPLET NUCLEI.’ American Journal of Epidemiology 20 (3): 611–18. https://doi.org/10/ghnj3c.
  3. Xie, X., Li, Y., Chwang, A.T.Y., Ho, P.L. and Seto, W.H. (2007), How far droplets can move in indoor environments – revisiting the Wells evaporation–falling curve. Indoor Air, 17: 211-225. https://doi.org/10.1111/j.1600-0668.2007.00469.x
  4. Lidia Morawska, Donald K Milton, It Is Time to Address Airborne Transmission of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19), Clinical Infectious Diseases, Volume 71, Issue 9, 1 November 2020, Pages 2311–2313, https://doi.org/10.1093/cid/ciaa939
  5. Lindsley WG, Noti JD, Blachere FM, et al. Viable influenza A virus in airborne particles from human coughs. J Occup Environ Hyg 2015; 12:107–13.
  6. Yan J, Grantham M, Pantelic J, et al. ; EMIT Consortium. Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community. Proc Natl Acad Sci U S A 2018; 115:1081–6.
  7. Xie X, Li Y, Chwang AT, Ho PL, Seto WH. How far droplets can move in indoor environments: revisiting the Wells evaporation-falling curve. Indoor Air 2007; 17:211–25.
  8. Morawska L, Johnsona GR, Ristovski ZD, et al. Size distribution and sites of origin of droplets expelled from the human respiratory tract during expiratory activities. J Aerosol Sci 2009; 40:256–69.
  9. Matthews TG, Thompson CV, Wilson DL, Hawthorne AR, Mage DT. Air velocities inside domestic environments: an important parameter in the study of indoor air quality and climate. Environ Int 1989; 15:545–50.
  10. Yu IT, Li Y, Wong TW, et al. Evidence of airborne transmission of the severe acute respiratory syndrome virus. N Engl J Med 2004; 350:1731–9.
  11. Buonanno G, Morawska L, Stabile L. Quantitative assessment of the risk of airborne transmission of SARS-CoV-2 infection: perspective and retrospective applications. medRxiv 2020; doi: 10.1101/2020.06.01.20118984. Accessed 23 June 2020.
  12. Yan J, Grantham M, Pantelic J, et al. ; EMIT Consortium. Infectious virus in exhaled breath of symptomatic seasonal influenza cases from a college community. Proc Natl Acad Sci U S A 2018; 115:1081–6.
  13. Cai J, Sun W, Huang J, Gamber M, Wu J, He G. Indirect virus transmission in cluster of COVID-19 cases, Wenzhou, China. 2020.
  14. Lin K, Marr LC. Humidity-dependent decay of viruses, but not bacteria, in aerosols and droplets follows disinfection kinetics. Environ Sci Technol 2020; 54:1024–32
  15. Effect of COVID-19 on Indoor Air Quality – CERN HSE

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