Impact de l'évaporation sur la propagation des maladies respiratoires

Les Maladies respiratoires désignent un ensemble de maladies qui touchent les poumons et les voies respiratoires. Ces maladies peuvent aller de bénignes à graves et peuvent avoir des effets sérieux sur la santé des gens. Elles peuvent mener à la mort, à des maladies et à des coûts économiques importants à travers le monde. Une grande partie des maladies respiratoires est causée par des virus comme la grippe, le SARS et les coronavirus. Ces infections virales peuvent rendre une personne plus susceptible de développer des Infections bactériennes secondaires.

Deux bactéries, Klebsiella Pneumoniae et Pseudomonas Aeruginosa, sont souvent responsables de pneumonies et sont des causes fréquentes d'infections acquises lors des séjours à l'hôpital. Il y a un lien clair entre les infections respiratoires virales et les infections bactériennes, surtout dans des conditions comme la rhinite, la bronchiolite et la fibrose kystique. Dans ces cas-là, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus contribuent beaucoup à la détérioration de la santé respiratoire. Les infections bactériennes aggravent aussi la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC).

Des cas récents ont montré des infections par des Salmonella non typhoïdales chez des patients avec d'autres conditions sous-jacentes comme le COVID-19. De plus, Mycobacterium tuberculosis et d'autres bactéries non tuberculeuses sont des causes significatives de maladies pulmonaires à l'échelle mondiale. Les taux de maladies pulmonaires causées par des mycobactéries non tuberculeuses ont augmenté ces dernières années dans divers endroits, y compris aux États-Unis.

#Comment se propagent les maladies respiratoires

Quand une personne tousse, éternue ou parle, de minuscules gouttelettes contenant des virus et des bactéries sont libérées dans l'air. Ces gouttelettes peuvent transmettre des maladies respiratoires aux autres de plusieurs façons, y compris par contact direct, contact avec des surfaces contaminées, grosses gouttelettes et aérosols fins.

Les gouttelettes peuvent être classées selon leur taille. Les plus petites gouttelettes peuvent voyager dans l'air sur une certaine distance, tandis que les plus grandes ont tendance à se poser rapidement. Beaucoup de chercheurs pensent que les petites gouttelettes s'évaporent rapidement, mais la dynamique exacte de cette évaporation n'est pas bien comprise.

Des études montrent que quand les gouttelettes s'évaporent, elles peuvent laisser derrière elles de petites particules appelées noyaux de gouttelettes. Ces noyaux peuvent être inhalés et provoquer des maladies pulmonaires. Les gouttelettes qui atterrissent sur des surfaces peuvent aussi transmettre des infections quand quelqu'un touche ces surfaces puis son visage.

#Importance de la taille des gouttelettes

La taille des gouttelettes que l'on respire joue un rôle important dans leur capacité à causer des maladies. Par exemple, les particules de moins de 5 micromètres (μm) tendent à atteindre les parties les plus profondes des poumons, tandis que les particules plus grosses se retrouvent bloquées dans le nez. D'autres études suggèrent que les particules de moins de 10 μm peuvent atteindre les poumons, tandis que celles entre 10 μm et 100 μm se posent généralement dans les voies respiratoires supérieures.

Étudier le comportement des jets de gouttelettes est compliqué car ils sont composés de minuscules gouttelettes dans de l'air humide, où les conditions sont uniques. Il est important de comprendre comment les gouttelettes se comportent pour en apprendre davantage sur les maladies transportées par gouttelettes. Des expériences peuvent être menées avec un équipement spécial pour contrôler l'environnement autour des gouttelettes.

#Rôle de la précipitation dans la virulence bactérienne

Des recherches montrent que la façon dont les bactéries se comportent durant l'évaporation affecte leur capacité à causer des maladies. Cette étude compare le comportement des bactéries dans des gouttelettes qui flottent dans l'air à celles qui se posent sur des surfaces. Les résultats suggèrent que les bactéries dans des gouttelettes lévitantes sont plus susceptibles de survivre et d'être infectieuses par rapport à celles qui atterrissent sur des surfaces.

L'étude utilise des gouttelettes d'environ 650 μm de taille, simulant des conditions similaires à celles trouvées dans un climat humide. À mesure que les gouttelettes s'évaporent, la concentration de sel augmente, ce qui peut inactiver les bactéries en raison d'une pression osmotique élevée. Les résultats indiquent que les gouttelettes lévitantes tendent à contenir plus de bactéries actives par rapport à celles qui sont sessiles (reposant sur une surface). Cette viabilité bactérienne accrue est liée à des niveaux plus élevés d'Espèces réactives de l'oxygène (ROS), qui peuvent affecter la capacité des bactéries à survivre.

#Méthodes expérimentales pour étudier le comportement bactérien

#Préparation d'un fluide respiratoire de substitution

Pour étudier le comportement bactérien, un fluide respiratoire de substitution a été créé, imitant les conditions trouvées dans les sécrétions respiratoires humaines. Le mélange contient une petite quantité de sel, un type de protéine trouvée dans l'estomac, et un lipide. Ce mélange est ensuite traité et préparé pour utilisation.

#Mise en place des expériences

Les expériences ont été menées à une température et une humidité contrôlées, en utilisant une technologie qui lévite les gouttelettes dans l'air. Cette configuration permet aux chercheurs de capturer des images des gouttelettes pendant qu'elles s'évaporent, fournissant des informations sur leur comportement dans différentes conditions.

Pour les gouttelettes qui se sont posées sur des surfaces, des méthodes similaires ont été utilisées, mais elles ont été placées sur des lames de verre. Les chercheurs ont surveillé les changements de taille et de forme à mesure que les gouttelettes séchaient.

#Préparation des échantillons bactériens

Des bactéries qui causent couramment des infections respiratoires ont été utilisées dans les expériences. Ces bactéries ont été cultivées en laboratoire puis mélangées avec le fluide respiratoire de substitution pour des tests.

#Microscopie confocale pour l'imagerie bactérienne

Pour visualiser comment les bactéries se comportent dans les gouttelettes, la microscopie confocale a été utilisée. Cette technique permet aux chercheurs de regarder de près les bactéries et comment elles interagissent avec le fluide pendant qu'il s'évapore.

#Évaluation de la viabilité bactérienne

Après évaporation, les bactéries des gouttelettes lévitantes et sessiles ont été collectées et testées pour voir combien étaient encore vivantes. Les chercheurs ont ensemencé les bactéries sur des plaques d'agar et compté les colonies après les avoir laissées se développer. Cette évaluation aide à déterminer comment les bactéries ont survécu dans différentes conditions.

#Résultats et discussion

#Dynamiques d'évaporation des gouttelettes

L'étude a trouvé que les bactéries dans les gouttelettes lévitantes avaient des taux de survie plus élevés comparés à celles dans les gouttes sessiles. Cette différence est pensée due aux diverses conditions environnementales vécues par les bactéries durant l'évaporation.

Pour les gouttelettes lévitantes, l'évaporation est plus lente par rapport aux gouttelettes sur des surfaces. Ce taux plus lent permet aux bactéries de passer plus de temps à absorber des nutriments du fluide environnant, augmentant ainsi leurs chances de survie.

L'étude a trouvé des différences notables dans le comportement des gouttelettes lévitantes et sessiles. Le taux d'évaporation dans les gouttelettes lévitantes diminuait avec le temps, tandis que le taux d'évaporation dans les gouttelettes sessiles restait constant.

#Taux de survie bactérienne

Dans les tests, les quatre types de bactéries ont montré des taux de survie accrus dans les gouttelettes lévitantes par rapport aux sessiles. Les bactéries étaient généralement plus infectieuses dans l'état aérien, soulignant l'importance de la façon dont les gouttelettes sont libérées dans l'environnement.

#Virulence bactérienne dans les macrophages

Lorsque les bactéries des deux types de gouttelettes ont été utilisées pour infecter des cellules immunitaires de souris, les bactéries dans les échantillons lévitants avaient moins de chances d'être absorbées par les cellules immunitaires mais montraient une capacité accrue à se multiplier une fois à l'intérieur. En revanche, les bactéries des échantillons sessiles étaient absorbées plus facilement mais ne se multipliaient pas aussi bien à l'intérieur des cellules immunitaires.

Cela suggère que tandis que les bactéries des gouttelettes sessiles pourraient être plus facilement détectées et absorbées par le système immunitaire, elles ont également tendance à être plus faibles et moins capables de causer des infections.

#Production d'espèces réactives de l'oxygène

L'étude a aussi examiné les niveaux d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) à l'intérieur des bactéries, qui sont des indicateurs de stress pouvant mener à la mort cellulaire. Des niveaux plus élevés de ROS ont été trouvés dans les bactéries sessiles, beaucoup montrant des signes de mort.

Les résultats ont indiqué que les bactéries dans les gouttelettes sessiles sont plus exposées au stress de l'évaporation, entraînant des niveaux plus élevés de ROS et, finalement, des taux de mortalité plus élevés. Cette découverte suggère que les bactéries aériennes sont non seulement plus susceptibles de survivre mais peuvent aussi avoir une meilleure chance de provoquer des maladies.

#Implications pour la transmission des maladies

Les résultats soulignent comment la façon dont les gouttelettes s'évaporent affecte la transmission des maladies respiratoires. Quand les gens toussent ou éternuent, les gouttelettes qui restent en suspension dans l'air peuvent transporter des bactéries viables qui posent un risque d'infections.

À l'inverse, les gouttelettes qui se déposent sur des surfaces peuvent abriter des bactéries moins capables de causer des maladies parce qu'elles subissent des niveaux de stress plus élevés durant l'évaporation. L'étude met en avant l'importance de la transmission par voie aérienne dans la propagation des maladies respiratoires.

#Conclusion

En résumé, cette recherche montre comment la dynamique d'évaporation influence la survie et la virulence des bactéries dans les gouttelettes respiratoires. Elle met en évidence que les gouttelettes aériennes peuvent transporter plus de pathogènes viables que celles qui se posent sur des surfaces. Comprendre ces dynamiques peut être crucial pour gérer et prévenir la propagation des maladies respiratoires à l'avenir.

Les implications de cette étude sont significatives pour la santé publique, car elles suggèrent un besoin accru de sensibilisation à la transmission aérienne, en particulier dans des espaces bondés ou mal ventilés où les maladies respiratoires peuvent se propager facilement. En reconnaissant l'importance du comportement des gouttelettes, les efforts pour contrôler et prévenir les infections peuvent être mis en œuvre de manière plus efficace.

#Directions futures

D'autres études sont nécessaires pour explorer différentes conditions environnementales et leurs effets sur le comportement des gouttelettes et la survie bactérienne. Des recherches supplémentaires pourraient se concentrer sur d'autres types de bactéries et de virus, élargissant ainsi la compréhension de la transmission des maladies respiratoires. Des techniques comme l'analyse génétique pourraient fournir un aperçu des facteurs influençant la virulence bactérienne, aidant ainsi au développement de meilleures stratégies de prévention et de traitement.