Andrés Pascual / 13 Mayo 2020

Descontaminación térmica de mascarillas filtrantes como alternativa de emergencia durante la crisis del COVID-19

La crisis del COVID-19 ha generado una gran demanda de mascarillas “filtrantes” dado que entre los diferentes tipos de mascarillas y funcionalidades disponibles en el mercado son las que ofrecen una mayor eficacia para evitar la inhalación de partículas infecciosas. La situación de desabastecimiento ha despertado interés por tratamientos excepcionales de descontaminación que pudieran incrementar la protección del usuario durante su reutilización más tiempo del recomendado. En este sentido, AINIA está desarrollando un estudio para evaluar la viabilidad de los tratamientos térmicos como una de las medidas excepcionales de descontaminación de mascarillas filtrantes para que puedan ser utilizadas durante más tiempo.

Problemática de desabastecimiento durante la crisis del COVID-19

Las mascarillas filtrantes tipo FFP2 (norma UE) o sus equivalentes internacionales (KN95, N95, DS/DL2, KF94 …) pueden ofrecer una eficacia de filtración frente a partículas del 95%, a priori suficiente, para la protección frente a aerosoles víricos. Las mascarillas filtrantes son Equipos de Protección Individual (EPI) y durante la crisis del COVID-19 se recomienda su uso a personas que desarrollen su actividad en situaciones de riesgo, como es el caso de los profesionales sanitarios en los hospitales y centros de salud, el personal al cuidado de enfermos en residencias de mayores, y en general, a cualquier persona que no pueda guardar la distancia interpersonal de seguridad con personas potencialmente infecciosas.

Curiosamente, antes de la crisis, el mayor consumo de este tipo de mascarillas se producía en industrias como la cerámica, química, farmacéutica, alimentaria, etc. o en laboratorios, aplicación de fitosanitarios, etc. para proteger al personal de partículas líquidas o sólidas de distinta naturaleza contaminante. A la demanda urgente en el sector salud, y la habitual en la industria, se le ha unido la demanda del público en general, que hipersensibilizado por la crisis, las emplea antes que las mascarillas higiénicas o quirúrgicas para así conseguir una mayor protección, pese al bajo riesgo de contagio al que en realidad están sometidos. El desabastecimiento es tal, que está provocando que el personal sanitario tenga que emplearlas durante más tiempo del recomendado por el fabricante, o incluso en el peor de los casos, a tener que emplear mascarillas quirúrgicas o higiénicas, que no les protegen suficientemente del virus. La situación en los próximos meses no parece vaya a mejorar por lo que es necesario hacer una llamada general al uso adecuado de estos dispositivos de seguridad, dando máxima prioridad a los profesionales de la salud.

Reutilización excepcional de mascarillas filtrantes no reutilizables

La mayoría de los modelos FFP2 y FFP3 son modelos “no reutilizables” y habitualmente el fabricante recomienda su uso durante tan sólo un solo turno de trabajo de unas 8 horas, variable según cada marca. Sin embargo, debido al desabastecimiento, muchos hospitales están en la práctica reutilizando unipersonalmente las mascarillas aplicando buenas prácticas de retirada y conservación. También están recomendando a sus profesionales ponerse mascarillas quirúrgicas por encima de las filtrantes para evitar que se ensucien y así poder alargar más su vida útil. Los fabricantes consultados sobre posibles métodos de descontaminación no disponen de estudios propios, o bien, no son tan concluyentes como para que puedan comprometer su marca con una posible efectividad que no pueden garantizar.

Algunos hospitales bajo presión o en previsión de pérdida de stock han ido más allá, y han hecho sus propias pruebas de descontaminación con autoclaves para la esterilización de utensilios y material sanitario, hornos u otros equipos disponibles en sus instalaciones. Sin embargo, pese que algunos de los ensayos han mostrado resultados positivos a nivel visual, las dudas permanecen sobre la eficacia en la inactivación del Sars-Cov-2, así como sobre la pérdida de eficacia filtrante. Aunque la solución definitiva es evidentemente disponer de más mascarillas y desecharlas tras su uso, mientras dure la situación de desabastecimiento, puede ser de interés para los centros sanitarios y usuarios en general, disponer de resultados sobre ensayos de descontaminación.

Estructura, composición y funcionamiento de las mascarillas filtrantes

Para desarrollar una estrategia de descontaminación de mascarillas filtrantes de emergencia es imprescindible conocer su estructura y composición, así como entender su funcionamiento y los factores claves de su eficacia filtrante.

Las mascarillas filtrantes se componen de varias capas de textil no tejido (en inglés, nonwoven fabric) hechas de polipropileno (ver imagen A de la Figura 1). De entre ellas, la más crítica es la producida mediante la técnica de soplado “melt-blown”. En las mascarillas filtrantes, la capa de melt-blown tiene entre 100-1000 µm de espesor y está compuesta por microfibras de polipropileno orientadas al azar con diámetros en el rango entre 1-10 µm (ver imagen C de la figura 1). Gracias a su método de producción, las fibras melt-blown se apilan formando una red tridimensional que tiene una alta porosidad y permite la permeabilidad al aire. Sin embargo, dado que el diámetro de las fibras es relativamente pequeño y los espacios vacíos entre las fibras son grandes, la eficiencia de filtración de las capas melt-blown no sería adecuada para la filtración de pequeñas partículas. Para mejorar su capacidad de filtración manteniendo la alta permeabilidad al aire, las fibras son cargadas de manera casi permanente a través de la técnica de descarga corona y/o medios triboeléctricos en dipolos cuasi permanentes llamados “electrets”.  Una vez cargada, la capa melt-blown incrementa su eficiencia filtrante sin necesidad de añadir ningún componente adicional de masa y se mantiene con similar capacidad incluso cuando se incrementa la carga a filtrar. En el esquema DE de la Figura 1, se observa cómo pequeñas partículas son capaces de pasar a través de la capa filtrante melt-blown (esquema D de la izquierda), pero son capturadas electrostáticamente cuando es cargada (esquema E de la derecha).

Estructura multi-capa de textil no tejido de polipropileno
Figura 1. Estructura multi-capa de textil no tejido de polipropileno. Esquema del efecto filtrante por fijación electrostática de la capa melt-blown, antes y después de su carga. (Liao et al., 2020)
 

Requisitos de los posibles métodos de descontaminación

Al diseñar una estrategia de emergencia para la descontaminación de mascarillas filtrantes cabría marcarse dos objetivos.

  1. eliminar el virus que pudiera haberse quedado fijado en el filtro de la mascarilla durante su uso,
  2. que el tratamiento de eliminación del virus no comprometa la eficacia filtrante, durante el nuevo uso/s.

Respecto al segundo objetivo, un buen ajuste de las mascarillas a la cara y mantener la capacidad de inspiración/expiración son otros elementos clave del funcionamiento de las mascarillas que no deben olvidarse. Estos aspectos y otros se encuentran referenciados en las normas UNE EN 149:2001+A1:2009, así como en la norma UNE-EN 13274-7:2008.

El tratamiento debería aplicarse exclusivamente a mascarillas en buen estado general, sin defectos, descartando las que estuvieran sucias, interna o externamente, deformadas o rotas.  Además, los métodos deberían permitir un uso unipersonal de la mascarilla y evitar posibles contaminaciones cruzadas durante el tratamiento.

La humedad puede alterar la retención electrostática de algunas capas filtrantes de las mascarillas reduciendo significativamente su eficacia, por lo que, de entrada, cabría descartar métodos que empleen agua o líquidos como soluciones alcohólicas, lejía o soluciones jabonosas. Es importante remarcar que la limitación del uso de soluciones líquidas para la limpieza de las mascarillas aplica a las filtrantes, pero no a otro tipo de mascarillas como las higiénicas reutilizables para adultos y niños, las cuales siguen la norma UNE 0065, y en la que se indican las condiciones de higienización.

Existen numerosas técnicas de desinfección o esterilización que a priori se podrían aplicar para destruir el virus: aire caliente y humedad, aire seco, plasma de peróxido de hidrógeno, detergentes, esterilización con vapor de agua, ultravioleta, ozono, vapor con peróxido de hidrógeno, microondas, virucidas, óxido de etileno, etc.

Al tratarse de una medida de carácter excepcional y provisional habría que tener muy presente al valorar las diferentes opciones su accesibilidad y facilidad de implantación. En este sentido, realizar el tratamiento de descontaminación “in situ” resultaría a priori más operativo y menos complejo que gestionar el transporte de mascarillas contaminadas hasta un lugar externo.

También sería preferible emplear equipos de descontaminación ya disponibles en los centros sanitarios bastando con modificar las condiciones de operación, o bien, con nuevos equipos pero que existieran ya en el mercado, estuvieran disponibles y suministrables de manera rápida.  Por último, el protocolo no debería alteran demasiado el día a día del personal del centro evitando asumir nuevos riesgos o labores difíciles que requieran cualificación.

Descontaminación mediante procesos térmicos

La aplicación de procesos térmicos en autoclaves o estufas, habitualmente disponibles en los centros sanitarios, podría ser una opción adecuada teniendo en cuenta los requisitos y aspectos prácticos analizados en el apartado anterior.  La posibilidad de replicar estos tratamientos de emergencia en la industria, laboratorios, e incluso en el ámbito doméstico añade interés al estudio.

Diferentes tratamientos térmicos podrían ser aplicables: calor seco o húmedo, vapor, diferentes temperaturas y tiempos de residencia, o uso de bolsas contenedoras con diferentes materiales, entre otras variables.

La entrada o fuga de micropartículas hacia el interior puede producirse no sólo por una pérdida de eficacia filtrante de los filtros debido al tratamiento térmico sino también por falta de ajuste de la mascarilla con la cara, o por la válvula de exhalación, si la incluye el modelo. El efecto del tratamiento sobre la hermeticidad de la mascarilla o funcionamiento de la válvula debe tenerse en consideración al evaluar la viabilidad de la técnica térmica de descontaminación. Evitar altas temperaturas conseguiría evitar deformaciones negativas que restaran funcionalidad.

Los procesos térmicos de inactivación se basan en desnaturalizar térmicamente el virus con temperaturas por encima de los 70ºC durante un tiempo mínimo, pudiendo influir el % de humedad relativa. Además de destruir el virus, debemos mantener la eficacia de las mascarillas evitando perder eficacia filtrante por pérdida de la fijación electrostática, o dificultando la respiración, entre otras prestaciones.

Un dato interesante es que entre los ensayos de acondicionado de las mascarillas filtrantes incluidas en las normas UNE EN 149:2001+A1:2009, se incluye un ciclo térmico por el que las mascarillas permanecen 24h a 70ºC en una atmósfera de calor seco, para permanecer a continuación 24h a -30ºC. La aplicación rutinaria de este acondicionado térmico antes de la realización de otras pruebas de eficacia filtrante para la certificación de modelos comerciales indicaría que los tratamientos con calor seco en el entorno de los 70ºC no alteran la carga electrostática de los filtros en mascarillas nuevas.

Un reciente estudio de la (Liao et al., 2020)1 ha experimentado distintos tratamientos térmicos con mascarillas de varios modelos equivalentes a las FFP2 y de diferentes marcas comerciales. La conclusión alcanzada es que tratamientos por debajo de 100ºC a diferentes humedades relativas 30% (calor seco), o húmedo a 70% o incluso 100%, apenas alteraron la eficacia filtrante o la resistencia a la respiración de las mascarillas, incluso tras 20 ciclos de tratamiento. Aunque los ensayos se realizaron con mascarillas no usadas los resultados son prometedores.

Estudio de descontaminación de mascarillas filtrantes realizado por AINIA

AINIA está realizando un estudio sobre descontaminación de mascarillas in situ mediante diferentes procesos térmicos. El objetivo final es obtener resultados experimentales propios que junto a otras referencias de estudios en curso en España o a nivel internacional, permitan desarrollar protocolos de emergencia para situaciones de desabastecimiento en hospitales y centros de salud, o en otros entornos, como el industrial. Ya se ha puesto en marcha un procedimiento de inoculación de mascarillas con microorganismos que presentan una resistencia térmica similar al virus, metodologías de experimentación en autoclaves y estufas, y técnicas de medición de la pérdida de eficacia filtrante de las mascarillas. En el estudio, financiado por IVACE, está participando activamente un equipo multidisciplinar de investigadores de AINIA,  con la colaboración del Departamento de Salud Xàtiva-Ontinyent de la Comunidad Valenciana gracias a la mediación de FISABIO.

Esta acción se suma a los servicios que AINIA ofrece a las empresas para garantizar la seguridad de los productos e instalaciones.   Esta iniciativa ha sido financiada por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial) en el marco del convenio de colaboración con AINIA para desarrollar actividades de I+D+i que sean transferibles al tejido industrial. Ivace-promece-mayo-2019  

REFERENCIAS

1Liao, L., Xiao, W., Zhao, M., Yu, X., Wang, H., Wang, Q., … Cui, Y. (2020). Can N95 Respirators Be Reused after Disinfection? How Many Times? [published online ahead of print, 2020 May 5]. ACS Nano. 2020;acsnano.0c03597. doi:10.1021/acsnano.0c03597)

 

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