Fonetyka rozsiewania wirusów

4 kwietnia 2020
Blog szalonych naukowców

Czytelnicy pewnie zauważyli, że mam słabość do tematów, w których mowa jest przedmiotem badań nauk przyrodniczych. Nie mogłem więc odpuścić najnowszej publikacji tego typu.

Powszechnie wiadomo, że koronawirus SARS-CoV-2 rozprzestrzenia się przede wszystkim drogą kropelkową. Wiadomo też, że jego nosiciele zakażają w dużej mierze nawet przy braku objawów.

Czy to nie paradoks? Droga kropelkowa kojarzy się z kaszlem i kichaniem, a więc objawami. Piotr Rzymski, który tu pisuje, przypomniał mi, że droga kropelkowa to także zwykłe oddychanie i mówienie. Kaszel i kichanie są bardziej spektakularne, bo rozsiewają aerozol z dróg oddechowych (z jamą nosową i ustną) na większe odległości.

Wydawać się może, że siła wyrzutu w kaszlu jest duża, więc ilość aerozolu też będzie duża. Ostatecznie po nakaszleniu na jakąś powierzchnię można zauważyć jej zwilżenie. Według badań jednego z zespołów badaczy sprzed kilkunastu już lat w wykaszliwanym powietrzu znajduje się średnio 678 cząstek na litr. W porównaniu ze zwykłym oddychaniem (wydech przez usta), dającym 98 cząstek, to istotnie więcej. Podczas szeptu (uczestnikom badania kazano liczyć przez 10 sekund) liczba ta jest praktycznie taka sama jak podczas oddychania – 100 cząstek. A podczas liczenia na głos – niewiele więcej, 130 cząstek. Wystarczy zamienić liczenie szeptem na szeptanie przez 10 sekund „aaaaa” i ta liczba wzrasta do 672 – prawie tyle samo, co przy kaszlu. Natomiast mówienie głośno „aaaa” dawało aż 1088 cząstek – ponad półtora razy tyle co kaszel!

Widać więc, że różnice między różnymi formami mowy są znaczne. Kilka lat później zbadano ilość cząstek aerozolu emitowanego przy wymowie różnych głosek. Szczerze mówiąc, wyniki mnie zaskoczyły. Intuicyjnie spodziewałbym się, że im szerzej otwiera się usta (najbardziej przy wymowie „a”, najmniej „i” i „u”), tym więcej się wydycha aerozolu. I podobnie, im coś jest lepiej słyszalne (w fonologii odpowiada temu nieco pojęcie szeregu sonorności: najbardziej sonorne są otwarte samogłoski, a najmniej zwarte bezdźwięczne spółgłoski).

Otóż wcale nie. Najwyraźniej zacieśnianie artykulatorów sprawia, że ilość śliny, którą się mimochodem wydmuchuje, ma kluczowe znaczenie. Przy wymowie angielskiego długiego przedniego „i” jest dwa razy więcej emitowanych cząstek (średnio) niż przy wymowie angielskich wersji „a”, „e” i „o” (choć już zrobienie dyftongu „ej” daje efekt podobny co „i”). Pośrednie wartości mają angielskie wersje „u” oraz środkowe, krótkie „i”.

W tym świetle nie dziwi, że w przypadku spółgłosek więcej aerozolu wydziela się przy wymowie głosek zwartych (i dźwięcznych) – zarówno ustnych („d”, „b”, „g”), jak i nosowych („m”, „n”). Nieco mniej przy zwartych bezdźwięcznych („t”, „p”, „k”), jeszcze mniej – dźwięcznych szczelinowych („v”, „z”), a jeszcze mniej – bezdźwięcznych szczelinowych („h”, „f”, „s” i „sz”).

Zatem fonetyka artykulacyjna i foniatria mają też taki nieoczywisty na pierwszy rzut oka aspekt. Oczywiście, sama liczba cząstek aerozolu nie do końca wyjaśnia jego potencjał jako wektora zarazków. Tu ważny jest też rozmiar i waga cząstek, nie mówiąc o zasięgu wydechu.

Piotr Panek

ilustracja: Asadi i in. licencja CC BY 4.0

  • L. Morawska, G.R. Johnson, Z.D. Ristovski, M. Hargreaves, K. Mengersen, S. Corbett, C.Y.H. Chao, Y. Li, D. Katoshevski (2009) Size distribution and sites of origin of droplets expelled from the humanrespiratory tract during expiratory activities Journal of Aerosol Science 40 (3): 256-269, doi:10.1016%2Fj.jaerosci.2008.11.002
  • S. Asadi, A.S. Wexler, C.D. Cappa, S. Barreda, N.M. Bouvier, W.D. Ristenpart (2020) Effect of voicing and articulation manner on aerosol particle emission during human speech. PLoS ONE 15(1): e0227699, doi: 10.1371/journal.pone.0227699