通过吸入呼吸道气溶胶传播天花的机制模型

关于病原体空气传播的研究是一个快速发展的领域，主要侧重于理解受感染宿主呼吸道微粒的排出模式及其在密闭空间中的扩散。流体动力学在引导吸入的携带病毒微粒进入呼吸腔，从而将病原体导向易感染的上呼吸道部位方面的关键作用在很大程度上被忽视了。在这里，我们讨论了一种基于流动物理学对气道感染起始参数进行建模的多尺度方法。研究结果得到了吸入气流的大涡模拟以及在两个临床健康且解剖学上真实的气道几何结构（由计算机断层扫描成像重建）中计算的携带病原体的气溶胶/液滴轨迹的支持。作为一种代表性的可空气传播的各向异性病原体，我们选择了痘病毒科的天花病毒来演示该方法。将吸入传播趋势的流体动力学发现与天花的病毒学和流行病学参数（例如，宿主排出物中的病毒浓度、病毒粒子的物理特性和典型暴露持续时间）相结合，以建立相应的感染剂量（即，足以在暴露个体中引发感染的病毒粒子数量），其最大量级为O(2)，或更精确地说为1到180。该预测与已知的天花病毒学参数吻合得非常好。