Mascarillas P2, N95, y P3 en hospitales, ¿sí o no? ¿qué dice la ciencia?

editado 19 de abril en Ciencia y datos
Este artículo pretende ser algo en constante expansión conforme llegue más evidencia en forma de publicaciones en revistas revisadas por pares (sin sospechas de ser predatory journals).

Nos centraremos en los virus que quedan en suspensión, que son los menos problemáticos en situaciones normales, porque la mayor carga vírica estará en las gotas grandes de saliva que caerán al suelo o serán paradas por los EPIs (esto es, por cualquier barrera física), pero que en ambientes infecciosos de hospital sí son un problema por acumulación, detectándose a 4 metros de pacientes en UCIs, en el aire [1]. Esto es así porque tanto en estornudo, tos como simple exhalación se liberan gotas submicrométricas que por su elevado ratio área/volumen acaban por evaporarse y dejar los virus en suspensión [2], dependiendo de la humedad relativa del ambiente. Este es el abstract de [1], publicado por el CDC el 10 de abril de 2020:


En suspensión el SARS-CoV-2 se ha visto que se mantiene activo por 3 horas (con mucha probabilidad más, porque ahí paraba el estudio) [3], esto unido al hecho de que los pacientes infectados exhalen constantemente estos aerosoles y que se generen en muchos procedimiento llevados a cabo en las UCIs es lo que hace los ambientes tipo UCI tan hostiles para los profesionales sanitarios:

Esta gráfica está sacada de [3], se ve como tras 3 horas la cantidad de virus viable en aerosol baja un orden de magnitud, pero desde luego se puede afirmar que tras estas 3 horas se mantienen también activos, habría que continuar el estudio para comprobar con que rate bajan, pero asuminedo un decaimiento lineal fácilmente otras 3 horas serán viables.

Ahora veamos la razón física por la que estos virus en aerosol no sedimentan (imagen reproducida con permiso del Prof. Lucio Isa):


Tenemos por un lado la velocidad de sedimentación v_s que extraemos de la gravedad menos el rozamiento por viscosidad del fluido/gas, en nuestro caso aire. Para una distancia característica R (radio del virus, tomamos el más pequeño publicado, 30 nm [4]) tenemos un tiempo característico t_s= R/v_s. Cuanto más pequeño sea este tiempo más grande es v_s y domina la sedimentación.

Por otro lado tenemos la difusión Browniana con la expresión de Einstein-Stokes. En este caso t_D es tanto más pequeño cuanta más difusión haya y por lo tanto más domina la difusión.

Queremos comparar ambas así que hacemos t_D/t_s y nos sale esa expresión que veis escrita en la imagen. En la imagen se igualan a 1 para ver el caso en que son del mismo orden, pero en nuestro caso será un número, el que sea, al sustituir valores.

Para dar números vamos a necesitar la densidad de los virus que es de unos 1700-1000 kg/m3 = 700 kg/m3 (1700 kg/m3 es la densidad de flotabilidad, que es el exceso sobre la de agua) [5]. El radio de virus más pequeño es 30e-9 m (60/2 nm = 30 nm), g= 9.8 m/s2 y K_BT= 4.11e-21 J a temperatura ambiente.

Con estos datos:

t_D = 1e-6 t_s

t_D es 6 órdenes de magnitud menor que t_S, claramente está dominado por la difusión y por lo tanto no sedimentarán.

En lo que al virus le da tiempo a caer un radio por sedimentación ya ha sufrido del orden de 6 órdenes de magnitud más moviento Browniano. Esto quiere decir que en aire estándar en reposo el virus se queda en suspensión mucho tiempo, potencialmente infinito.

Una visión microscopica del fenómeno es que al ser tan pequeños, aunque puedan sedimentar por densidad, los choques con las moléculas de gas en el que están suspendidas no les dejan, en tanto que estos son aleatorios y también ocurren desde abajo a hacia arriba, manteniendo a la partícula en suspensión por un tiempo potencialmente infinito.

Pero esto es en aire estándar en reposo, una corriente de aire lo arrastra, la lluvia lo precipita, etc.

En filtros anti partículas como P1, P2, N95 o P3, tienes un material con muchos poros muy pequeños (no menores de 300 nm para los mejores filtros), claramente insuficientes para un virus de 60 nm. Pero es un laberinto de filamentos con las condiciones necesarias para que el virus se quede rebotando ahí por movimiento Browniano y en uno de estos rebotes se quede adherido a las fibras del filtro, es lo llaman el regimen de captura por difusión, encima esta captura se ve mejorada si el filtro está cargado electrostáticamente (muchos materiales plásticos lo están).

Veamos ahora cuántos virus necesitamos juntos formando una sola entidad o aglomerado para que el tiempo de sedimentación sea comparable al de difusión y podamos considerar que con tiempo sedimentarán:

t_D/t_s=1,

esto nos sale un radio de “aglomerado” de virus de 615 nm, en los que caben del orden de 100 virus (aquí estamos considerando que todo el agua del aerosol se ha evaporado, en primera y burda aproximación).

Probablemente la mayoría de aglomerados cumplan este tamaño o mayor y terminen por sedimentar con el tiempo. Pero habrá una fracción de estos aerosoles que sea menor y se mantenga en suspensión por mucho tiempo, y esto no es despreciable en un entorno donde se incorporan estos aerosoles infecciosos todo el tiempo, por la exhalación, tos, estornudos y procedimientos médicos de pacientes infectados.


Ok, esto explica porqué tenemos que dar algo con muchas garantías para personal sanitario en ambientes hostiles como el de una UCI. ¿Y para el resto de personal sanitario? Pues tenemos ya meta análisis, este publicado el 4 de abril de 2020 [6]. Estudio de estudios, un compendio que resume lo siguiente sobre usar mascarillas quirúrgicas (medical masks) o N95 (un 1% mejores que FFP2), en su abstract:




O sea, que si el personal sanitario hace procedimientos médicos que generan aerosoles, no hay duda de que hay que usar N95, pero con este meta análisis recomiendan que si hay carencia de estas mascarillas antipartículas, se restrinja al uso de mascarillas quirúrgicas para otros ambientes de menor riesgo. Teniendo en cuenta lo dicho por el artículo del CDC [1], las UCIs entrarían dentro del ambiente hostil que necesita sí o sí filtrado antipartículas y no solo mascarillas quirúrgicas, como ya se viene haciendo con buen criterio.

Nosotros no podemos decir nada al respecto, pero todo apunta al sentido común, si estás en ambiente de bajo riesgo una quirúrgica puede ser suficiente. Si estás en ambiente hostil como el de una UCI, necesitas mascarillas antipartículas P3 o P2 en su defecto. Por la misma razón, para la población en general no inmunodeprimida una protección tipo mascarilla quirúrgica debería ser suficiente. Y ante la falta de estas, y hablando solo para población en general, los tapabocas son la siguiente opción [7].


[1] Aerosol and Surface Distribution of Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 in Hospital Wards, Wuhan, China, 2020. https://wwwnc.cdc.gov/eid/article/26/7/20-0885_article

[2] https://www.csic.es/sites/default/files/informe_caracteristicas_sars-cov-2_y_opciones_filtracion_idaea-csic_15_abril.pdf

[3] Aerosol and Surface Stability of SARS-CoV-2 as Compared with SARS-CoV-1. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc2004973

[4] A Novel Coronavirus from Patients with Pneumonia in China, 2019. https://dx.doi.org/10.1056/NEJMoa2001017

[5] https://ls.beckmancoulter.co.jp/files/cases/Fundamentals_of_Ultracentrifugal_Virus_Purification.pdf

[6] Medical Masks vs N95 Respirators for Preventing COVID‐19 in Health Care Workers A Systematic Review and Meta‐Analysis of Randomized Trials, 2020. https://doi.org/10.1111/irv.12745

[7] https://foro.coronavirusmakers.org/index.php?p=/discussion/743/tapabocas-para-tod-s



Comentarios

  • En relación a las diferencias, según tengo entendido, las mascarillas quirúrgicas son denominadas producto sanitario (PS) y las FFPX son equipos de protección individual EPI.

    Los PS evitan que tú contagies al paciente y los EPI evitan que se contagie quien lo lleve puesto.

    Pero me surge la duda, ya que he visto comentarios al respecto, sobre la disposición de la mascarilla quirúrgica, es decir, dependiendo del sentido como nos la coloquemos en así actúa (zona azul hacia afuera, tú proteges al paciente) y al contrario, nos estaríamos protegiendo frente a contagio, sin embargo, en una FFPX cumple la protección por ambos lados, de dentro hacia fuera y de fuera hacia adentro.

    La composición del tejido de la quirúrgica es efectiva en un única dirección?

    En general creo que hay mucha desinformación sobre esto y desde aquí se están aclarando y justificando muchas dudas entre otras cosas, gracias.

  • ManuG dijo:
    En relación a las diferencias, según tengo entendido, las mascarillas quirúrgicas son denominadas producto sanitario (PS) y las FFPX son equipos de protección individual EPI.

    Los PS evitan que tú contagies al paciente y los EPI evitan que se contagie quien lo lleve puesto.

    Pero me surge la duda, ya que he visto comentarios al respecto, sobre la disposición de la mascarilla quirúrgica, es decir, dependiendo del sentido como nos la coloquemos en así actúa (zona azul hacia afuera, tú proteges al paciente) y al contrario, nos estaríamos protegiendo frente a contagio, sin embargo, en una FFPX cumple la protección por ambos lados, de dentro hacia fuera y de fuera hacia adentro.

    La composición del tejido de la quirúrgica es efectiva en un única dirección?

    En general creo que hay mucha desinformación sobre esto y desde aquí se están aclarando y justificando muchas dudas entre otras cosas, gracias.


    Esto es un bulo que hemos visto de manera recurrente. Una explicación al respecto la tenéis en https://www.politifact.com/factchecks/2020/feb/14/facebook-posts/medical-masks-should-be-worn-colored-side-out/


    El resumen es que la composición de una quirúrgica suelen ser tres capas: una de material absorbente, la que debe ir a la cara, para capturar humedad y no condensar en forma de gotas, mientras que la capa intermedia y exterior son hidrófobas. Ponértela al revés solo compromete el funcionamiento, no es un hackeo de la máscara que te permita hacer nada que no hace ya.
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