Implicaciones para reducir la transmisión de COVID-19 | 01 ABR 20

Nubes de gas turbulentas y emisiones de patógenos respiratorios

Comprender cómo se transmiten las enfermedades infecciosas respiratorias es urgente e imprescindible para una prevención racional y científica
Autor/a: Lydia Bourouiba, PhD Fuente: JAMA. Published online March 26, 2020. doi:10.1001/jama.2020.4756 Turbulent Gas Clouds and Respiratory Pathogen Emissions

Introducción

El brote actual de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19) demuestra vívidamente la carga que imponen las enfermedades infecciosas respiratorias en un mundo íntimamente conectado. Se han implementado políticas de mitigación y contención sin precedentes en un esfuerzo por limitar la propagación de COVID-19, incluidas restricciones de viaje, detección y evaluación de viajeros, aislamiento y cuarentena, y cierre de escuelas.

Un objetivo clave de tales políticas es disminuir los encuentros entre individuos infectados e individuos susceptibles y desacelerar la tasa de transmisión. Aunque tales estrategias de distanciamiento social son críticas en el momento actual de la pandemia, puede parecer sorprendente que la comprensión actual de las rutas de transmisión de huésped a huésped en enfermedades infecciosas respiratorias se base en un modelo de transmisión de enfermedades desarrollado en la década de 1930 que, según los estándares modernos, parece demasiado simplificado.

La implementación de recomendaciones de salud pública basadas en estos modelos más antiguos puede limitar la efectividad de las intervenciones propuestas.

Comprensión de la transmisión de enfermedades infecciosas respiratorias

En 1897, Carl Flügge demostró que los patógenos estaban presentes en gotas espiratorias lo suficientemente grandes como para asentarse alrededor de un individuo infectado. Se pensó que la “transmisión de gotitas” por contacto con la fase líquida expulsada e infectada de las gotitas era la ruta principal para la transmisión respiratoria de enfermedades. Esta opinión prevaleció hasta que William F. Wells se centró en la transmisión de la tuberculosis en la década de 1930 y dicotomizó las emisiones de gotitas respiratorias en gotitas "grandes" y "pequeñas".

Según Wells, se emiten gotas aisladas al exhalar.

  • Las gotas grandes se depositan más rápido de lo que se evaporan, contaminando la vecindad inmediata del individuo infectado.
     
  • En contraste, las pequeñas gotas se evaporan más rápido de lo que se asientan.

En este modelo, a medida que las pequeñas gotas pasan de las condiciones cálidas y húmedas del sistema respiratorio al ambiente exterior más frío y seco, se evaporan y forman partículas residuales hechas del material seco de las gotas originales.

Estas partículas residuales se denominan núcleos de gotitas o aerosoles.

Estas ideas dieron como resultado una clasificación dicotómica entre gotas grandes versus pequeñas, o gotas versus aerosol, que luego pueden mediar la transmisión de enfermedades respiratorias. Las estrategias de control de infección se desarrollaron en función de si una enfermedad infecciosa respiratoria se transmite principalmente a través de la ruta de gotitas grandes o pequeñas.

La dicotomía entre las gotas grandes y las pequeñas sigue siendo el núcleo de los sistemas de clasificación de las rutas de transmisión de enfermedades respiratorias adoptadas por la Organización Mundial de la Salud y otras agencias, como los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Estos sistemas de clasificación emplean varios cortes arbitrarios de diámetro de gota, de 5 a 10 μm, para clasificar la transmisión de host a host como gotas o rutas de aerosol.1

Dichas dicotomías continúan bajo la gestión actual del riesgo, las principales recomendaciones y la asignación de recursos para la gestión de la respuesta asociado con el control de infecciones, incluso para COVID-19. Incluso cuando se aplicaron políticas de máxima contención, la rápida propagación internacional de COVID-19 sugiere que el uso de límites de tamaño de gota arbitrarios puede no reflejar con precisión lo que realmente ocurre con las emisiones respiratorias, posiblemente contribuyendo a la ineficacia de algunos procedimientos utilizados para limitar la propagación de enfermedades respiratorias .

Nuevo modelo para emisiones respiratorias

Un trabajo reciente ha demostrado que las exhalaciones, los estornudos y la tos no solo consisten en gotas mucosalivares que siguen trayectorias de emisión semibalísticas de corto alcance, sino que, principalmente, están formadas por una nube de gas turbulento multifásico (una nube) que atrapa el aire ambiental y transporta un continuo de tamaños de gotas.

 La atmósfera localmente húmeda y cálida dentro de la nube de gas turbulento permite que las gotas contenidas evadan la evaporación durante mucho más tiempo que lo que ocurre con las gotas aisladas. En estas condiciones, la vida útil de una gota podría extenderse considerablemente por un factor de hasta 1000, de una fracción de segundo a minutos.

Debido al impulso hacia adelante de la nube, las gotas portadoras de patógenos se impulsan mucho más lejos que si se emitieran en forma aislada sin que una nube de nubes turbulentas las atrapara y las llevara hacia adelante.

Nube de gas turbulento multifase de un estornudo humano

Dadas las diversas combinaciones de la fisiología y las condiciones ambientales de un paciente individual, como la humedad y la temperatura, la nube de gas y su carga útil de gotitas patógenas de todos los tamaños pueden viajar de 23 a 27 pies (7-8 m) .3,4

Importantemente, el rango de todas las gotas, grandes y pequeñas, se extiende a través de su interacción y atrapamiento dentro de la nube de gas turbulento, en comparación con el modelo de gota dicotomizado comúnmente aceptado que no tiene en cuenta la posibilidad de una nube de gas caliente y húmedo.

Además, a lo largo de la trayectoria, las gotas de todos los tamaños se asientan o se evaporan a velocidades que dependen no solo de su tamaño, sino también del grado de turbulencia y velocidad de la nube de gas, junto con las propiedades del entorno (temperatura, humedad) y flujo de aire.

Las gotas que se asientan a lo largo de la trayectoria pueden contaminar las superficies, mientras que el resto permanece atrapado y agrupado en la nube en movimiento.

Finalmente, la nube y su carga útil de gotas pierden impulso y coherencia, y las gotas restantes dentro de la nube se evaporan, produciendo residuos o núcleos de gotas que pueden permanecer suspendidos en el aire durante horas, siguiendo los patrones de flujo de aire impuestos por la ventilación o los sistemas de control climático.

La evaporación de gotitas cargadas de patógenos en fluidos biológicos complejos es poco conocida. El grado y la velocidad de evaporación dependen en gran medida de la temperatura ambiente y las condiciones de humedad, pero también de la dinámica interna de la nube turbulenta junto con la composición del líquido exhalado por el paciente.

Las nubes de gas demuestran su capacidad de viajar grandes distancias

Un informe de 2020 de China demostró que las partículas del virus del coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2) se podían encontrar en los sistemas de ventilación en habitaciones de hospital de pacientes con COVID-19.5.

Encontrar partículas de virus en estos sistemas es más consistente con el modelo turbulento, la hipótesis de la nube de gas de transmisión de la enfermedad que con el modelo dicotómico porque explica cómo las partículas de virus viables pueden viajar largas distancias desde los pacientes. Se desconoce si estos datos tienen implicaciones clínicas con respecto a COVID-19.

Implicaciones para la prevención y precaución

Aunque ningún estudio ha evaluado directamente la biofísica de las gotas y la formación de nubes de gas para pacientes infectados con el virus SARS-CoV-2, pueden aplicarse a este patógeno varias propiedades de la nube de gas exhalado y la transmisión respiratoria. De ser así, esta posibilidad puede influir en las recomendaciones actuales destinadas a minimizar el riesgo de transmisión de la enfermedad.

En las últimas recomendaciones de la Organización Mundial de la Salud para COVID-19, se aconseja al personal de atención médica y otro personal que se mantengan a una distancia de 3 pies (1 m) y 6 pies de una persona que presente síntomas de enfermedad, como tos y estornudos. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades recomiendan una separación de 6 pies (2 m) 7,8.

Sin embargo, estas distancias se basan en estimaciones de alcance que no han considerado la posible presencia de una nube de alto momento que transporta las gotas a largas distancias. Dado el modelo dinámico de nube turbulenta las recomendaciones para separaciones de 3 a 6 pies (1-2 m) pueden subestimar la distancia, la escala de tiempo y la persistencia sobre la que viaja la nube y su carga patógena, generando así un rango de exposición potencial subestimado para un trabajador de la salud.

Por estas y otras razones, el uso del equipo de protección personal adecuado es de vital importancia para los trabajadores de la salud que atienden a pacientes que pueden estar infectados, incluso si están a más de 6 pies de distancia del paciente.

La dinámica de la nube de gas turbulento debería influir en el diseño y el uso recomendado de máscaras quirúrgicas y de otro tipo. Estas máscaras se pueden usar tanto para controlar la fuente (es decir, reducir la propagación de una persona infectada) como para proteger al usuario (es decir, prevenir la propagación a una persona no afectada).

La eficacia protectora de las máscaras N95 depende de su capacidad para filtrar el aire entrante de los núcleos de gotas en aerosol. Sin embargo, estas máscaras solo están diseñadas para un cierto rango de condiciones ambientales y locales y una duración limitada de uso.9

La eficacia de la máscara como control de la fuente depende de la capacidad de la máscara para atrapar o alterar la emisión de nubes de gas de alto momentum con sus agentes patógenos. carga útil. Las velocidades pico de exhalación pueden alcanzar hasta 33 a 100 pies por segundo (10-30 m / s), creando una nube que puede abarcar aproximadamente 23 a 27 pies (7-8 m).

Las máscaras protectoras y de control de fuente, así como otros equipos de protección, deben tener la capacidad de resistir repetidamente el tipo de nube de gas turbulento multifásico de alto momentum que puede ser expulsada durante un estornudo o tos y la exposición de ellos. Las máscaras quirúrgicas y N95 utilizadas actualmente no se prueban para estas características potenciales de emisiones respiratorias.

Existe la necesidad de comprender la biofísica de la transmisión de enfermedades respiratorias de huésped a huésped que explica la fisiología, la patogénesis y la propagación epidemiológica de la enfermedad en el huésped.

La rápida propagación de COVID-19 resalta la necesidad de comprender mejor la dinámica de la transmisión de enfermedades respiratorias al caracterizar mejor las rutas de transmisión, el papel de la fisiología del paciente en su configuración y los mejores enfoques para el control de la fuente para mejorar potencialmente la protección de los trabajadores de primera línea y evitar que la enfermedad se propague a los miembros más vulnerables de la población.

 

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