Fundamentos, limitaciones e implementación | 10 JUL 20

Radiación ultravioleta para reducir la propagación de SARS-CoV-2

La aplicación de radiación UV con lámparas de mercurio de baja presión puede ser una herramienta útil para controlar la diseminación de SARS-CoV-2.
Autor/a: Oscar J. Oppezzo  
INDICE:  1. Texto principal | 2. Referencias bibliográficas
Texto principal

 *IntraMed agradece a la Dra. Ximena Abrevaya por habernos acercado este artículo.

Introducción

Se ha propuesto utilizar la radiación ultravioleta (UV) para reducir la propagación del coronavirus 2 del síndrome respiratorio agudo severo (SARS-CoV-2).

Una revisión de la información obtenida a través de ensayos de laboratorio sobre la susceptibilidad de este tipo de virus al UV, y una breve mención a algunas recomendaciones de organizaciones internacionales y asociaciones profesionales respecto al uso de UV en el ámbito de la atención a la salud, pueden ayudar a evaluar la conveniencia de aplicar esta técnica.

Se llama UV a la porción del espectro electromagnético cuya longitud de onda está comprendida entre 10 y 400 nm. Se trata de un tipo de radiación no ionizante, que afecta a los seres vivos cuando es absorbida por biomoléculas presentes en ellos, como ácidos nucléicos (ADN y ARN) o hemo-proteínas de la cadena respiratoria.

Para la inactivación de microorganismos -sean estos virus, bacterias, hongos o protozoos- el máximo efecto letal producido por una dosis determinada de radiación se obtiene aplicando longitudes de onda próximas al máximo del espectro de absorción de los ácidos nucléicos, alrededor de 260 nm. Como consecuencia de la absorción de UV por las bases nitrogenadas que forman parte del ADN y el ARN, pueden producirse en ellas modificaciones químicas. Entre estas modificaciones, las más frecuentes consisten en la formación de uniones covalentes entre bases adyacentes dentro de la misma hebra, particularmente entre pirimidinas [1]. La presencia de bases modificadas constituye lesiones que impiden la replicación del ADN y la síntesis de proteínas.

Las células tienen mecanismos de reparación de ADN, pero no pueden proliferar si la capacidad de estos mecanismos se ve superada por la acumulación de lesiones, y esa es  la base de los métodos de desinfección por UV. En el caso de los virus, la inactivación por UV también se debe al daño a los ácidos nucléicos, que puede en algunos casos incluir formación de uniones covalentes entre éstos y proteínas de la cápside.

Usualmente para la inactivación de microorganismos se utilizan lámparas de mercurio de baja presión. La mayor parte de la radiación emitida por estas lámparas corresponde a una banda estrecha con un máximo de emisión  a 254 nm.

También existen dispositivos que emplean LEDs que emiten a longitudes de onda próximas al máximo de absorción de los ácidos nucléicos, y en algunos casos se utilizan lámparas de mercurio de media presión o de xenón. En publicaciones de mediados del siglo XX la palabra “ultravioleta” se usaba frecuentemente para referirse a radiación de 254 nm.

En la actualidad, desde el punto de vista de los efectos biológicos, la región UV del espectro electromagnético está dividida en distintas bandas, y la radiación de  254 nm se encuentra dentro de la banda denominada “UVC”, que incluye las longitudes de onda de 100 á 280 nm.

A las lámparas de mercurio de baja presión también se las suele llamar “lámparas germicidas”, y se usa la expresión “UV germicida” para referirse a la radiación de 254 nm, aunque este nombre es aplicable a una banda más amplia de 220 a 300 nm. En los estudios incluidos en esta revisión se utilizaron lámparas de mercurio de baja presión, salvo en las excepciones que se indican en el texto.

Susceptibilidad a UV de los coronavirus

La radiación UVC tiene efecto letal sobre una gran variedad de microorganismos.

Los virus están entre los más susceptibles, sobre todo aquellos cuyo material genético está formado por ácidos nucléicos de una sola hebra.

Se han desarrollado varios estudios sobre la susceptibilidad de los coronavirus a distintos agentes antimicrobianos, y en varios casos estos estudios incluyeron irradiaciones con UV. El esquema experimental más usado fue cultivar los virus de interés, exponerlos a la radiación, e inocular cultivos de células con preparaciones irradiadas o mantenidas en oscuridad. Para estimar la infectividad de los virus, en algunos casos se midió la capacidad para formar placas de lisis celular en los cultivos inoculados, y en otros casos se evaluó el efecto citopático observando cambios morfológicos y de viabilidad celular por microscopía óptica.

Los primeros trabajos se desarrollaron con virus responsables de enfermedades detectadas en animales. La susceptibilidad del virus de hepatitis de ratón al UV fue descripta por Hirano y col. [2] y también por Saknimit y col. [3], quienes además describieron la acción del UV sobre el coronavirus canino CCV I-71. Por su parte Weiss y Horzinez [4] compararon la susceptibilidad al UV del coronavirus Berna con las del virus del bosque de Semliki, el virus rabia y el virus del herpes equino, y encontraron que bajo condiciones experimentales similares, el coronavirus resulta inactivado en mayor medida.

Más tarde el virus causante de la epidemia de síndrome respiratorio agudo severo entre 2002 y 2004 fue objeto de estudios similares. Duan y col. [5], Darnell y col. [6] y Kariwa y col. [7] irradiaron SARS-CoV cepas P9, Urbani y Hanoi respectivamente. En todos estos estudios la radiación redujo el número de unidades formadoras de placa, o el efecto citopático, al menos 10000 veces.

En los casos en que se obtuvieron curvas de supervivencia de virus estas siguieron aproximadamente un modelo exponencial, aunque en los dos últimos estudios [6,7] se encontró que una pequeña fracción de la población inicial de partículas virales, aproximadamente una cienmilésima o millonésima parte, conservó la capacidad de producir efecto citopático aun después de ser expuestas a altas dosis de radiación.

Los experimentos mencionados hasta ahora se realizaron con virus suspendidos en medios acuosos, usualmente sobrenadantes de cultivos celulares en los que se replicaron. La inactivación de virus en aire o sobre superficies podría tener características diferentes, y se han desarrollado algunos estudios considerando esta posibilidad.

Utilizando un sistema de nebulización, Walker y Ko [8] introdujeron coronavirus de hepatitis de ratón (MHV) en una corriente de aire de temperatura y humedad controladas. Esta corriente de aire, luego de pasar frente a una fuente de UV, alcanzaba un impactador con el que era posible recuperar virus para evaluar su capacidad para formar placas en cultivos de células.  Sólo el 12%  del virus contenido en el aerosol sobrevivió a una exposición de 5,99 J m-2 §, mostrando una susceptibilidad mucho mayor que la observada para la misma preparación irradiada en medio acuoso.

Es importante considerar que el proceso de formación del aerosol y la recuperación utilizando un impactador tuvo efecto deletéreo sobre el coronavirus aún en ensayos control realizados con la fuente de radiación apagada, y no puede descartarse una interacción entre el daño inducido por la radiación y el provocado por el tratamiento durante el ensayo.

También se ha estudiado la susceptibilidad de coronavirus a UV sobre superficies no porosas. Bedell y col. [9] depositaron gotas de líquido conteniendo coronavirus de hepatitis de ratón (MHV-A59) o coronavirus de síndrome respiratorio de Medio Oriente (MERS-CoV) sobre cubreobjetos de vidrio, y luego de permitir que el líquido se evaporara colocaron los cubreobjetos a 1,22 m de un dispositivo comercial para desinfección en ámbitos hospitalarios.

Los autores reportan que MHV-59 resultó indetectable luego de 10 min de exposición, y lo mismo ocurrió con MERS-CoV después de 5 min de exposición, habiéndose producido en ambos casos una disminución de alrededor de 6 órdenes de magnitud en recuento de unidades formadoras de placa. Recientemente se ha publicado un estudio concerniente a la susceptibilidad del coronavirus del síndrome respiratorio agudo severo 2 (SARS-CoV-2) a la radiación solar [10].

Gotas de líquido que contenían SARS-CoV-2 se secaron sobre cupones de acero inoxidable. Estos cupones se colocaron en un simulador solar provisto de una lámpara de arco de xenón, bajo condiciones controladas de temperatura y humedad ambiente. El título de infectividad se redujo en alrededor de 2 órdenes de magnitud en menos de 20 min. En este caso, el efecto letal es atribuible a radiación de entre 305 y 315 nm, en la banda UVB, cuya eficacia para inducir lesiones en el material genético es menor que la de la radiación de 254 nm.

Tomados en conjunto, los estudios relacionados con la acción letal del UV sobre coronavirus confirman su susceptibilidad, y sostienen la noción de que este tipo de radiación puede ser útil para limitar su transmisión. A partir de los antecedentes mencionados [2-9] Walker y col. [11] estimaron que es necesario impartir en promedio 67 J m-2 § para inactivar al 90% de una población de partículas de coronavirus.

Aplicación de UV a la desinfección de aire

Una modalidad para el tratamiento de aire con UV es la instalación de fuentes de radiación dentro de conductos de ventilación [12]. El objetivo es reducir la cantidad de microorganismos viables transportados por el aire, particularmente cuando este recicla para reducir el consumo de energía en sistemas de calefacción o aire acondicionado.

La radiación también puede mitigar problemas relacionados con la colonización por microorganismos de filtros o intercambiadores de calor, cuando las lámparas se instalan cerca de estos dispositivos.  Sin embargo, en la práctica este tipo de tratamiento tiene un efecto limitado sobre la transmisión de enfermedades de persona a persona [13].

Otro sistema es la instalación de fuentes de radiación UV en la parte superior de habitaciones, salas de espera o pasillos [12,14]. Los artefactos usados en estos casos se colocan al menos a 2,3 m del piso, y  las lámparas están rodeadas por superficies que reflejan la radiación hacia la parte superior de la habitación e impiden que alcance la parte inferior, donde se encuentran las personas.

La eficacia de este sistema depende de las condiciones ambientales como la temperatura y la humedad, y de la ventilación, ya que las gotas pequeñas producidas por las personas al toser, estornudar o hablar deben perder humedad para formar núcleos, y los movimientos del aire deben desplazar esos núcleos hacia arriba, para que alcancen la parte superior de la habitación y queden expuestos al UV.

Este tipo de instalación se desarrolló para controlar la diseminación de tuberculosis, en la que la formación de aerosoles tiene un papel importante. Para evaluar una eventual aplicación de esta estrategia al control de la propagación de SARS-CoV-2  a través del aire es necesario considerar los posibles mecanismos involucrados.

Estudios retrospectivos sugieren que la formación de aerosoles contribuyó a la diseminación de los coronavirus SARS-CoV [15-18] y MERS-CoV [19], y en la opinión de algunos autores este mecanismo también puede ser importante en el caso de SARS-CoV-2  [20,21]. Si esta apreciación es correcta, la instalación de dispositivos para irradiar con UV la parte superior de las habitaciones y otras dependencias en hospitales podría disminuir la propagación a distancia a través del aire.

Como se discutirá después, el nivel de radiación debe ser bajo en el espacio ocupado por los pacientes y el personal de salud. Debido a esto, no es esperable que un dispositivo que irradie sólo la parte superior de una habitación afecte la transmisión de virus a través de las microgotas de  Flügge de mayor tamaño. Estas microgotas tienden a descender por la gravedad, y probablemente alcanzarían a personas o superficies cercanas a personas infectadas sin recibir suficiente radiación para inactivar al virus.

Aplicación de UV a la desinfección de superficies

La radiación UV se aplica desde hace tiempo a la desinfección de superficies en quirófanos, laboratorios y cabinas de flujo laminar en los que se instalan lámparas de mercurio de baja presión en artefactos fijos similares a los utilizados en iluminación. Actualmente existe una variedad de aparatos portátiles para la desinfección de superficies en habitaciones.

El diseño más frecuente es un arreglo de lámparas dispuestas en dirección vertical y en forma circular alrededor del eje vertical del equipo, que se coloca sobre una plataforma con ruedas que facilita su desplazamiento. Estos aparatos se hacen funcionar en habitaciones vacías, evitando los inconvenientes relacionados con la exposición de las personas a la radiación que emiten.

Como se mencionó en la sección dedicada a la susceptibilidad de los coronavirus al UV, la eficacia de un aparato de este tipo para la inactivación de los coronavirus MHV-A59 y MERS-CoV se demostró experimentalmente [9]. Sin embargo, dado que los autores no reportan las características de las lámparas ni la dosis impartida a la distancia a la que se encuentran las muestras, no es posible extender sus conclusiones al desempeño de otros equipos.

Es importante que la superficie a desinfectar reciba suficiente radiación. La disminución de la viabilidad no es instantánea, y debe calcularse el tiempo de exposición requerido  teniendo en cuenta la intensidad de radiación emitida por la fuente y la distancia entre esta y la superficie a tratar.

A diferencia de los rayos X y gamma, la radiación UVC penetra muy poco en los materiales sobre los que incide, incluso en aquellos formados por materia orgánica. Una consecuencia de esto es que sólo tiene efecto en la “línea de visión”, si un objeto se interpone entre la fuente y una superficie ésta sólo recibirá radiación reflejada sobre otras superficies. Este detalle es importante cuando las superficies a tratar tienen hendiduras o texturas muy irregulares, y cuando los artefactos se usan en ambientes con lugares separados por tabiques, como los destinados a sanitarios,  donde la efectividad de la radiación se vería disminuida.

La aplicación de radiación UV también se propone como recurso para desinfectar objetos de vidrio sin deteriorar su superficie. En este caso la radiación actuará únicamente sobre las superficies expuestas ya que el vidrio, al igual que la mayoría de los plásticos, es transparente a la luz visible pero opaco para la radiación de longitud de onda menor que 310 nm, y por lo tanto al “UV germicida”.

Efectos adversos sobre la salud humana

En seres humanos se han descripto efectos adversos de la exposición a la radiación UVC, que es el rango de longitudes de onda en el que se encuentra la radiación de 254 nm.

  • En la piel puede producirse eritema, que revierte más rápido que el provocado por la radiación solar y no produce bronceado [22,23].
     
  • En los ojos puede provocar queratitis y queratoconjuntivitis que se manifiestan de 6 á 12 horas después de la exposición con una sensación abrupta de arena en los ojos, lagrimeo y dolor ocular que puede ser intenso [22,23].

Estos efectos son transitorios, y se ha sugerido que debido a la limitada penetración de este tipo de radiación en los tejidos sólo resultan afectadas las células que se encuentran en la superficie de la córnea y la piel [22].

Las modificaciones químicas producidas en el ADN por la radiación UVC son reparadas por diversos mecanismos, algunos de los cuales son propensos a errores y conducen con cierta frecuencia a la aparición de mutaciones [1]. El efecto mutagénico de la radiación de 254 nm se ha demostrado en muchos sistemas biológicos, incluyendo células humanas in vitro y de piel de mamíferos in vivo.

La International Agency for Research on Cancer (IARC) consideró que existe “suficiente evidencia” de la carcinogenicidad de la radiación UVC en animales de experimentación, pero hay “inadecuada evidencia” de ese efecto en humanos, y clasificó a la radiación UVC como “probable cancerígeno para humanos” (Grupo 2A). También se ha sugerido que en humanos este eventual efecto cancerígeno está limitado por las características de la piel en cuanto a transmisión y reflexión de la radiación UVC [22].

En este contexto, la utilización de fuentes de UVC requiere que se respeten normas de seguridad.

Cuando se utilizan dispositivos en la parte superior de habitaciones, salas de espera o pasillos la cantidad de radiación que reciban las personas que permanezcan en esos lugares no debe exceder el límite de exposición recomendado [23]. La intensidad de la radiación en la parte inferior de los ambientes debe ajustarse teniendo en cuenta el tiempo que permanezcan allí sus ocupantes.

Cuando se utilizan equipos diseñados para funcionar en ambientes desocupados es importante evitar el ingreso de personas durante el procedimiento de irradiación. Es conveniente colocar carteles de advertencia ya que la radiación UV es imperceptible.

El personal encargado de la operación y mantenimiento de equipos que emitan UVC debe ser instruido respecto a los riesgos que implica, conocer las normas de seguridad a observar, y estar provisto de elementos de protección visual y vestimenta adecuada para evitar la exposición de la piel.

Observaciones finales

  • La aplicación de radiación UV con lámparas de mercurio de baja presión puede ser una herramienta útil para controlar la diseminación de SARS-CoV-2.
     
  • Representa una opción de costo relativamente bajo, no requiere mucho tiempo y, si las lámparas se disponen adecuadamente al final de su vida útil, no libera al ambiente productos químicos nocivos.
     
  • Presenta limitaciones en cuanto a su eficacia, al igual que los métodos basados en la ventilación y la aplicación manual de agentes químicos, pero puede ser un complemento útil [24].
     
  • Su implementación debe realizarse bajo el cumplimiento estricto de normas de seguridad, ya que su uso puede conllevar riesgos para la salud humana.

 

Nota

Para estimar la cantidad de radiación que recibe una muestra durante una irradiación, se mide la potencia (cantidad de energía por unidad de tiempo) que incide por unidad de área de superficie expuesta. A este valor, que se llama “irradiancia” y tiene unidades de watt por metro cuadrado (W m-2), se lo multiplica por el tiempo de exposición.

Se estima así la cantidad de energía que recibió una muestra por unidad de área de superficie expuesta, y las unidades de esta medida son joule por metro cuadrado (J m-2). Este tipo de cálculo no coincide con lo que en fotoquímica y fotobiología se define como “dosis” y sólo en determinadas condiciones permite calcular lo que se define como “fluencia”. A pesar de esto en la literatura es común que estas palabras se usen indistintamente.


 

Autor: Oscar J. Oppezzo.

Doctor en Bioquímica

Comisión Nacional de Energía Atómica, Departamento de Radiobiología.

 

Comentarios

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