Une étude montre comment les instruments à vent varient pour le risque de transmission de virus

L'une des principales victimes de la pandémie du COVID-19 a été le partage d'activités créatives, en particulier le chant et la production de musique ensemble. Celles-ci sont d'autant plus difficiles à atténuer que le chant et le jeu d'instruments à vent, au moins, ne sont pas adaptés à l'utilisation de masques. Dans le même temps, il est dangereux de pratiquer ces activités sans s'assurer que le risque est compris, et des mesures appropriées sont mises en place pour réduire le risque de transmission virale.

Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université du Minnesota et publiée sur le serveur de pré-impression medRxiv * en août 2020 montre que les instruments à vent, en particulier, sont une source de production d'aérosols importante et donc de transmission virale. Cette étude intéressante fournit les bases pour établir des stratégies appropriées pour l'inclusion de ces instruments dans les futurs ensembles ou même dans les performances en solo ou pendant les cours de musique.

Étude: Génération d'aérosols à partir de différents instruments à vent. Crédit d'image: Mr Twister / Shutterstock

Propagation tragique pendant la pratique chorale

Le souvenir d'au moins deux épisodes d'infection massive de membres de la chorale, avec plusieurs morts, à la suite de répétitions avec une bonne distance sociale, est encore frais et prouve qu'il s'agit d'une pandémie aéroportée. Les instruments de chant et à vent produisent des aérosols encore plus élevés (jusqu'à 104 fois) que la respiration ou la parole normales, ce qui indique que ces activités peuvent tomber dans la catégorie de la diffusion si le chanteur ou le joueur est infecté de manière asymptomatique.

Des recherches antérieures se sont concentrées sur les flux d'air résultant de l'utilisation de tels instruments. Alors que les cuivres induisent un flux d'air à moins d'un demi-mètre de la sortie, les instruments à vent ont une portée plus étendue de plus d'un mètre. L'étude actuelle est basée sur la mesure des aérosols de 10 instruments à vent à différents niveaux dynamiques et modèles d'articulation de jeu. Les chercheurs montrent que la génération d'aérosols varie selon des ordres de grandeur entre les différents instruments et styles de musique, ainsi qu'avec la conception de l'instrument et les caractéristiques respiratoires.

Images de 10 instruments utilisés pour les mesures d'aérosols. Les cuivres comprennent (a) le tuba, (b) le cor français, (c) le trombone basse et (d) la trompette. Les bois à jet d'air comprennent (e) piccolo et (f) flûte. Les bois à anche unique comprennent (g) clarinette et (h) clarinette basse. Les bois doublés comprennent (i) le hautbois et (j) le basson. La ligne en pointillés marque le chemin d'écoulement principal de chaque instrument.

Images de 10 instruments utilisés pour les mesures d'aérosols. Les cuivres comprennent (a) le tuba, (b) le cor français, (c) le trombone basse et (d) la trompette. Les bois à jet d'air comprennent (e) piccolo et (f) flûte. Les bois à anche unique comprennent (g) clarinette et (h) clarinette basse. Les bois doublés comprennent (i) le hautbois et (j) le basson. La ligne en pointillés marque le chemin d'écoulement principal de chaque instrument.

Aperçu

L'étude a impliqué 15 musiciens en bonne santé entre 35 et 60 ans, jouant les instruments suivants: trompette, trombone basse, cor français, tuba, flûte, piccolo, basson, hautbois, clarinette et clarinette basse. Pour chaque instrument, trois niveaux dynamiques et deux modèles d'articulation ont été testés, deux techniques spéciales étant en outre testées pour la flûte.

Les chercheurs ont découvert que les aérosols de ces dix instruments couvraient ~ 20 à ~ 2400 particules / L, englobant la plage de respiration normale et de parler à ~ 90 et ~ 230 particules / L, respectivement. Le tuba a moins d'aérosols que si l'interprète respirait normalement, tandis que la trompette, le hautbois et le trombone basse produisent plus, par rapport à la parole normale. Cela signifie que le tuba est un instrument à faible risque pour la transmission aérienne, tandis que ce dernier est associé au risque le plus élevé.

La concentration et la distribution de taille des aérosols générés par différents jeux d'instruments de musique. (a) Niveaux de concentration d'aérosols mesurés à la sortie de 10 instruments d'orchestre. Ces niveaux sont moyennés sur différents niveaux dynamiques, modèles d'articulation et individus. Les lignes pointillées vertes et rouges indiquent les concentrations de respiration et de parole en moyenne sur tous les participants, respectivement (voir la figure S3 pour les résultats de respiration et de parole pour les musiciens jouant de chaque instrument). Les régions ombrées correspondantes représentent l'écart type (SD) de ces mesures. (b) La taille moyenne (symboles) et l'écart-type de taille (colonnes) des aérosols générés au cours de différents jeux d'instruments en comparaison et les résultats de respiration et d'élocution correspondants (c'est-à-dire, l'écart moyen et standard illustré de la même manière que ceux de la Fig. . 1a). La barre d'erreur pour la colonne est de ± 1 écart-type obtenu à l'aide d'une analyse bootstrap en sélectionnant au hasard 80% de données (sur 1200 groupes de données: deux participants, 600 groupes de données: un participant disponible) pour représenter l'incertitude dans les statistiques moyennes d'ensemble de la variation de taille ici. Notez que l'un des musiciens de trompette répète trois fois au lieu de cinq fois le test et que le test de trompette comporte 960 groupes de données. Cependant, nous avons vérifié la robustesse statistique des résultats pour nous assurer que cette petite incohérence des mesures n'influence pas nos résultats expérimentaux.

La concentration et la distribution de taille des aérosols générés par différents jeux d'instruments de musique. (a) Niveaux de concentration des aérosols mesurés aux sorties de 10 instruments d'orchestre. Ces niveaux sont moyennés sur différents niveaux dynamiques, modèles d'articulation et individus. Les lignes pointillées vertes et rouges indiquent les concentrations de respiration et de parole en moyenne sur tous les participants, respectivement (voir la figure S3 pour les résultats de respiration et de parole pour les musiciens jouant de chaque instrument). Les régions ombrées correspondantes représentent l'écart type (SD) de ces mesures. (b) La taille moyenne (symboles) et l'écart-type de taille (colonnes) des aérosols générés au cours de différents jeux d'instruments en comparaison et les résultats de respiration et d'élocution correspondants (c'est-à-dire, l'écart moyen et standard illustré de la même manière que ceux de la Fig. . 1a). La barre d'erreur pour la colonne est de ± 1 écart-type obtenu à l'aide d'une analyse bootstrap en sélectionnant au hasard 80% de données (sur 1200 groupes de données: deux participants, 600 groupes de données: un participant disponible) pour représenter l'incertitude dans les statistiques moyennes d'ensemble de la variation de taille ici. Notez que l'un des musiciens de trompette répète trois fois au lieu de cinq fois le test et que le test de trompette comporte 960 groupes de données. Cependant, nous avons vérifié la robustesse statistique des résultats pour nous assurer que cette petite incohérence des mesures n'influe pas sur nos résultats expérimentaux.

Type d'instrument

Les cuivres produisent des aérosols en proportion inverse de la longueur de leur tube, car avec des tubes plus longs et plus étroits, l'aérosol a tendance à se déposer à l'intérieur du tube et à ne pas atteindre la sortie. L'embout buccal a également un impact sur l'aérosol dans le cas des bois, en particulier avec la flûte et le piccolo, qui ont une conception à jet d'air. Cela produit la plus faible concentration car la plupart des particules se déposent près de l'entrée. La fuite d'air près de l'entrée est également maximale avec les instruments à jet d'air.

Au fur et à mesure que la conception évolue vers une anche simple, comme pour la clarinette et la clarinette basse, puis les anches doubles (hautbois et basson), ce type de dépôt diminue. Cependant, le long tube du basson signifie que bien qu'il soit une anche double, il produit la plus faible concentration d'aérosol. La clarinette basse a également une concentration plus faible que la clarinette pour la même raison. Et enfin, si le basson est un bois comparable au trombone basse en longueur, l'aérosol est d'un ordre de grandeur inférieur, du fait de la forme de l'embout buccal (demi-cercle ou cône) par rapport à l'orifice circulaire de ce dernier .

Outre la concentration de particules, les instruments à vent génèrent tous des particules de même distribution de taille, qui est plus grande que celle de la respiration ou de la parole normales, en raison de l'expiration énergique avec la lecture de ces instruments.

Dynamique et modèle d'articulation

Lorsque la force de soufflage augmente, le flux d'air augmente, mais les fuites et les dépôts d'aérosols à l'entrée augmentent également, conduisant à une concentration plus faible aux sorties. Ainsi, lorsque les instruments sont principalement constitués de tubes droits comme le hautbois, la clarinette et le basson, un niveau dynamique accru produit une génération d'aérosols accrue. Cependant, avec les instruments de type jet d'air, le facteur de dépôt domine et conduit à une corrélation négative. Avec les instruments longs et complexes, notamment le tuba, il n'y a pas de corrélation, alors qu'avec les autres de ce groupe, le pic d'aérosol est vu avec un niveau dynamique intermédiaire.

Avec des schémas de jeu brouillés, les instruments à anche libre montrent une production d'aérosols plus élevée qu'avec les instruments articulés, ainsi que la clarinette basse et le basson. Avec le hautbois et la clarinette, le mécanisme de jeu produit un aérosol plus élevé avec des notes articulées, ce qui dépasse le facteur de dépôt, conduisant à une tendance à la hausse. Ceci est absent avec la clarinette basse et le basson.

Influence de techniques spéciales sur la concentration d'aérosol pour les performances de la flûte. (a) Concentrations d'aérosols générées à partir de la performance de la flûte à l'aide de techniques spéciales, y compris le piston à langue et le sifflet à jet avec deux variantes (c'est-à-dire, sifflet à jet 1 qui a tous les trous fermés et sifflet à jet 2 qui laisse les trois derniers trous ouverts) par rapport à celui de la technique de base. Les barres d'erreur représentent l'écart type de la mesure. Les figures en médaillon pour chaque technique spéciale comprennent un schéma illustrant l'écoulement des aérosols dans le tube principal de la flûte et la note de musique correspondante. (b) Fonctions de densité de probabilité (PDF) de la taille de l'aérosol à partir de la performance de la flûte en utilisant des techniques spéciales de base et différentes. La ligne pointillée rouge dans chaque histogramme est la courbe d'ajustement log-normal du PDF. Au total, 16 bacs sont utilisés dans la plage de 1,4 à 20 μm.

Influence de techniques spéciales sur la concentration d'aérosol pour les performances de la flûte. (a) Concentrations d'aérosols générées à partir de la performance de la flûte à l'aide de techniques spéciales, y compris le piston à langue et le sifflet à jet avec deux variantes (à savoir, le sifflet à jet 1 qui a tous les trous fermés et le sifflet à jet 2 qui laisse les trois derniers trous ouverts) par rapport à celui de la technique de base. Les barres d'erreur représentent l'écart type de la mesure. Les figures en médaillon pour chaque technique spéciale comprennent un schéma illustrant l'écoulement des aérosols dans le tube principal de la flûte et la note de musique correspondante. (b) Fonctions de densité de probabilité (PDF) de la taille de l'aérosol à partir de la performance de la flûte en utilisant des techniques spéciales de base et différentes. La ligne pointillée rouge dans chaque histogramme est la courbe d'ajustement log-normal du PDF. Au total, 16 bacs sont utilisés dans la plage de 1,4 à 20 μm.

Facteurs individuels

Les joueurs qui génèrent naturellement plus d'aérosols en parlant ou en respirant, appelés super émetteurs, génèrent également plus d'aérosols lorsqu'ils jouent. Les chercheurs ont vu des corrélations positives, négatives et aucune corrélation avec l'utilisation de la clarinette, du hautbois et du basson, respectivement. Cela est dû à l'utilisation de techniques de contrôle de la respiration spécifiques pour les instruments à anche libre, produisant un schéma de respiration artificielle prédominant, ce qui diminue les effets des caractéristiques de respiration naturelle individuelles sur la production d'aérosols.

Techniques de jeu

L'utilisation du vérin à langue et du sifflet à jet est liée à une augmentation de près de cinquante et cinq fois de la production d'aérosols, respectivement. Cela est dû à l'étanchéité de l'entrée avec les lèvres, empêchant les fuites d'air et les dépôts à proximité du tube.

Les chercheurs disent: «Nos résultats peuvent être généralisés à d’autres instruments à vent et cuivres non inclus dans la présente étude et pour l’arrangement sûr de différents paramètres de performance musicale.»

*Avis important

medRxiv publie des rapports scientifiques préliminaires qui ne sont pas évalués par des pairs et, par conséquent, ne doivent pas être considérés comme concluants, guider la pratique clinique / les comportements liés à la santé, ou traités comme des informations établies.

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