Transmisión de SARS-CoV-2 por inhalación de aerosoles: ¿cómo podemos reducir el riesgo de contagio?

Julian Gelman Constantin, Natalia Quici, Nahuel Montesinos

Aportes desde las ciencias atmosféricas

Con menos de un año desde sus inicios, la COVID-19 ha provocado alteraciones sin precedentes en la vida cotidiana de una parte sustantiva de la población mundial. A pesar de que en algunos países ya ha comenzado la vacunación, aún hay una necesidad imperiosa de otras medidas sanitarias para evitar más contagios y muertes, hasta que se haya alcanzado un grado suficiente de inmunidad en los grupos de riesgo y la sociedad en general.

Del enorme caudal de estudios realizados en el último año por las diferentes disciplinas científicas, existe sobrada evidencia del vínculo entre la física y química atmosférica y la transmisión del virus SARS-CoV-2. Presentamos aquí un enfoque desde la química atmosférica y ambiental sobre la transmisión del virus y una serie de medidas de prevención recomendadas, con el objetivo de poner estos conocimientos en diálogo con los saberes de profesionales con experiencia en medicina, virología, epidemiología, y otras ramas de la ciencia.

Esperamos que este artículo sea un aporte para comprender qué situaciones son más riesgosas y deben ser evitadas para limitar la transmisión SARS-CoV-2, en sus diferentes variantes (linajes), así como de otros virus respiratorios de circulación frecuente cuya incidencia podría ser disminuida siguiendo algunas de las precauciones recomendadas en este artículo.

¿Cómo se transmiten los virus respiratorios?

Las actividades respiratorias humanas generan la emisión de gotas con una amplia distribución de tamaños, partiendo desde dimensiones menores al micrómetro (1 µm = 0,001 mm) hasta de varios cientos de micrómetros. El tracto respiratorio inferior (bronquiolos) genera partículas líquidas en diámetros cercanos a 1,6 µm, la laringe otras en el rango de 2,5 µm, mientras que el tracto respiratorio superior (incluyendo la cavidad oral) genera partículas mucho mayores, con una distribución centrada en 145 µm. Es importante destacar que la emisión es mayor para actividades como hablar, gritar o cantar (comparado con respirar en silencio).

Las partículas más grandes (gotas de diámetro > 100 µm) caen en pocos segundos al suelo (Tabla 1). Sin embargo, las más pequeñas persisten más tiempo en el aire (desde decenas de segundos hasta horas), y son las que se denominan aerosoles. A su vez, el tamaño de las gotas emitidas se reduce por la evaporación de parte del agua que contienen (hasta un 50%), lo que aumenta el tiempo y la proporción de partículas originalmente emitidas que persisten en aire y por tanto la distancia que pueden recorrer antes de depositarse.

Tabla 1. Cálculos aproximados (Ley de Stokes) sobre persistencia de aerosoles en el aire según su diámetro. Se estima la velocidad límite de caída que alcanzan (en ausencia de corrientes de aire) y el tiempo que demorarían a esa velocidad en caer 1,5 m. Notar que el tamaño de los aerosoles emitidos puede reducirse por evaporación y, por ende, pueden demorar más tiempo en depositarse sobre las superficies.

Podemos distinguir al menos tres vías relevantes de transmisión del virus:

- Por “spray (rocío) de gotas”. Cuando una persona infectada tose o estornuda (y en menor medida en otras actividades respiratorias) se nota claramente un spray (rocío) de gotas: las gotas de diámetros mayores a 100 µm se mueven como proyectiles y caen sobre el suelo u otras superficies a los pocos metros. Para causar un contagio, deben impactar en las mucosas (ojos, boca, orificios nasales) de otra persona, por lo que esta vía es relevante a distancias cortas (generalmente < 2 m).

- Por “inhalación de aerosoles”, o “vía área”. Las pequeñas gotas (aerosoles, < 100 µm) emitidas al toser, estornudar, o incluso al cantar, hablar o respirar pueden durar más tiempo en el aire y, por tanto, llegar a distancias mayores o pueden acumularse en una habitación. Si una persona inhala un número suficiente de estas pequeñas gotas, podría contagiarse. El riesgo de contagio por aerosoles es máximo a distancias cortas (< 2 m) pero también hay evidencia de contagio a distancias mayores en espacios mal ventilados

- Por tocar superficies contaminadas, o por “fómites”. Las personas contagiadas pueden contaminar superficies a través de las gotas y aerosoles mencionados (y quizás a través de otras vías). Si una persona toca estas superficies y luego toca sus propias mucosas, podría contagiarse. Hay cierto grado de evidencia en su favor, pero hoy se piensa que su relevancia es secundaria.

Es importante destacar que las tres vías de contagio son posibles tanto en caso de personas sintomáticas como asintomáticas, ya que el virus está igualmente presente en las gotas y aerosoles emitidas por actividades respiratorias de los dos tipos de manifestaciones del COVID-19.

Recientemente, parte de la comunidad científica está resaltando la probable relevancia de la transmisión del virus SARS-CoV-2 por aerosoles y su implicancia en las medidas de prevención de la enfermedad COVID-19. Los gobiernos de Japón, Alemania, Reino Unido, España y Estados Unidos, entre otros, han ido reconociendo, la relevancia de la transmisión por aerosoles y han enfatizado ciertas medidas de prevención, principalmente la ventilación de espacios interiores y el uso universal de barbijos/mascarillas/tapabocas.

Eventos de supercontagio: relevancia de los aerosoles

Los llamados eventos de supercontagio se caracterizan por un número alto de contagios a partir de pocos casos iniciales (alto valor de R0; https://vis.sciencemag.org/covid-clusters/). En algunas regiones se estima que el 8% de los contagiados podrían producir hasta el 60% de los contagios secundarios. Por lo tanto, comprender y prevenir los eventos de supercontagio podría ser crucial para detener el avance de la epidemia y avanzar hacia una “nueva normalidad”.

Casi todos los casos documentados (desde un ensayo de un coro en EEUU o una boda en Jordania, un call-center en Corea del Sur, hasta un restaurante o un colectivo de media distancia en China) suceden en ambientes interiores, con mala ventilación y/o con hacinamiento, en algunos casos, con recirculación de aire. Se evidencia una gran cantidad de contagios que no pueden ser explicados por contacto cercano o contacto con superficies contaminadas y, en algunos casos, se demuestra transmisión a largas distancias o contagios por individuos asintomáticos o pre-sintomáticos. Todo esto indicaría que la vía de contagio más importante en estos eventos es la de la inhalación de aerosoles.

Virus SARS-CoV-2 en gotas y aerosoles

Hay fuerte evidencia de la presencia de ARN del SARS-CoV-2 en muestras de aire. En espacios interiores se pudo detectar el virus aún a distancias mayores de los 2 metros recomendados como medida de prevención y, en ocasiones, se pudo hallar fuera de las habitaciones de los pacientes o incluso en zonas al aire libre cercanas a hospitales. Se ha demostrado la presencia en aerosoles submicrométricos, de tamaños entre 1 y 4 µm, y de tamaños mayores a 4 µm pero aún hay poca certeza respecto de la variación de la carga viral en los distintos tamaños de aerosoles. También hay evidencia respecto de la capacidad de estos aerosoles de producir infecciones aún a distancias de 4,8 m de una persona infectada.

Se ha comprobado que en oscuridad los aerosoles con virus mantienen su capacidad infecciosa durante horas (reduciéndose a la mitad en aproximadamente 1,1-1,2 horas), mientras que en presencia de radiación solar el virus se inactiva mucho más rápido (reduciéndose a la mitad en menos de 8 minutos). El efecto de la temperatura y humedad se conoce con menos certeza, pero indicaría que la viabilidad se reduce con altas temperaturas y con humedades intermedias (mayor inactivación a 65% de humedad que a 40% u 85%). Estos estudios muestran que el virus puede sobrevivir en espacios interiores el tiempo suficiente como para que su acumulación en espacios mal ventilados presente un riesgo de contagio. Asimismo, confirma que los espacios al aire libre conllevan menores riesgos (aunque no nulos), no sólo por la mayor ventilación sino adicionalmente por el efecto de la radiación solar.

Implicancias sobre medidas de prevención

La relevancia de los aerosoles en la transmisión de la enfermedad genera un panorama claro sobre qué actividades son más riesgosas (Figura 1) y qué medidas de prevención debemos recomendar. Es importante destacar que ninguna de las medidas reduce completamente el riesgo y por tanto es necesario implementar siempre la mayor cantidad posible de medidas preventivas simultáneamente.

Figura 1. Riesgos relativos de distintas actividades ante la transmisión del SARS-CoV-2 por inhalación de aerosoles. Se asume que en todos los casos se mantiene una distancia de 2 m. Adaptada de N. R. Jones, Z. U. Qureshi, R. J. Temple, J. P. J. Larwood, T. Greenhalgh, and L. Bourouiba, “Two metres or one: what is the evidence for physical distancing in covid-19?,” BMJ, vol. 370, p. 3223, Aug. 2020.

Barbijos/mascarillas/tapabocas

El uso de barbijos/mascarillas/tapabocas fue recomendado desde el comienzo de la pandemia para evitar la emisión de gotas grandes al toser o estornudar, pero también pueden resultar muy efectivos para la contención de aerosoles provenientes del habla, la respiración, el canto, etc. Para ello, es fundamental que los barbijos/mascarillas/tapabocas (comerciales o caseros) tengan un buen ajuste a la cara cubriendo boca y nariz (https://youtu.be/mJ81IBTMvcU), y una buena selección de materiales de confección (más adecuados para filtrar las partículas más pequeñas, ver http://jv.colostate.edu/masktesting/). Si bien la recomendación en los primeros meses de pandemia indicaba que el uso de barbijos de tela eran una alternativa mejor al no empleo de barbijo, hoy, numerosos expertos/as recomiendan emplear barbijos de mejor calidad. Priorizando al personal de salud y personal esencial que cumple tareas de riesgo como receptores de barbijos comerciales de alta calidad (N95, KF94, KN95s), se sugiere a la población general el uso de doble barbijo cuando se realicen actividades riesgosas (un barbijo quirúrgico cubierto por una de tela, para mejorar el ajuste) o un ajustador de barbijo (https://making.engr.wisc.edu/mask-fitter/ o https://www.fixthemask.com/) sobre un barbijo quirúrgico o sobre uno de tela de dos o tres capas.

Distanciamiento físico

La distancia (de más de 2 m) es una buena medida para prevenir el contagio por contacto cercano, ya que combinado con el uso de barbijos/mascarillas/tapabocas nos evita recibir el flujo de gotas y aerosoles que emitimos por boca y nariz (https://youtu.be/MX8InIv0sXs). Sin embargo, esta distancia puede ser insuficiente para evitar el contagio por aerosoles en ambientes cerrados, ya que, como se mencionó, estos se pueden acumular en el aire si no son eliminados eficientemente. En ambientes cerrados hay que tener en cuenta diversas medidas que reduzcan la concentración de aerosoles (ocupación, uso de barbijos/mascarillas/tapabocas, ventilación, etc.) y reducir el tiempo de exposición.

Ventilación

Las recomendaciones generales involucran un aumento de la ventilación (es decir, incorporación de aire exterior, virtualmente libre de aerosoles respiratorios) y, en lo posible, direccionar las corrientes de aire de modo que las emisiones de una persona o grupo de personas vayan hacia el exterior y no hacia otras personas. En ese sentido, no es aconsejable utilizar ventilación recirculante (como la que generan los equipos de aire acondicionado de hogares y oficinas), ya que permite una homogeneización de la composición del aire interno y, con ella, de la carga de virus por todo un recinto cerrado. La implementación del uso de barreras de vidrio (útiles para evitar el contacto con las gotas de mayor tamaño) debe ser estudiado cuidadosamente, ya que pueden interferir con la ventilación. Una opción recomendada por expertos en calidad de aire interior es medir la concentración de CO2 para evaluar si la ventilación es suficiente (https://www.aireamos.org/).

Filtración

Cuando no sea posible ventilar o mantener desocupados ciertos ambientes cerrados, la filtración del aire puede resultar un paliativo conveniente. Existen filtros comerciales (“purificadores de aire”) capaces de retener eficientemente las gotas micrométricas y sub-micrométricas que actúan como vectores del virus. Cabe destacar que en circunstancias donde los filtros HEPA (de mayor eficiencia, pero mayor costo) no puedan ser utilizados, un filtro de menor capacidad de retención (MERV-13, MERV-11) igualmente puede aportar una reducción del riesgo, siempre en combinación con otras medidas. En caso de usarse en sistemas de ventilación central, hay que asegurarse de un buen ajuste del filtro al soporte, un adecuado mantenimiento, y asegurarse que un filtro de mayor calidad no reduzca demasiado la ventilación. En caso de filtros portátiles hay que verificar que entreguen un caudal suficiente para el tamaño de la habitación.

Radiación UV-B o UV-C

Es posible una inactivación efectiva del virus SARS-CoV-2 por medio de irradiación con luz UV-B o UV-C. Esta medida es ampliamente recomendada para superficies, sobre todo aquellas en que la limpieza manual pueda resultar complicada, como en el caso de los ductos de aire. Se ha conseguido una eficiente inactivación (>90%) en aerosoles con tiempos de irradiación menores a 1 h. Sin embargo, la radiación UV-C puede generar un aumento de la concentración de ozono en el aire, lo que puede resultar nocivo para los ocupantes. Por ello, es recomendable limitar su uso a la esterilización de superficies en ambientes desocupados (https://www.mdpi.com/1660-4601/17/22/8553).

Estimación del riesgo mediante modelos de distribución de partículas en ambientes cerrados

Se han utilizado modelos de riesgo de contagio que permiten analizar el impacto de cada una de las medidas de prevención mencionadas, adaptadas a diferentes escenarios de concentración, ventilación, número de contagiados (o prevalencia poblacional de la enfermedad), tiempo de residencia de los mismos, etc. Cabe destacar que, si bien la física de los modelos de dispersión de aerosoles es bien conocida, existe una serie de parámetros relacionados con la enfermedad COVID-19 sobre los que hay cierta incertidumbre que limita la precisión de los resultados del modelado: la tasa de emisión de aerosoles con virus, la carga viral en función del tamaño del aerosol, la curva de dosis-respuesta, entre otros. Sin embargo, pueden ser muy útiles para estimar riesgos relativos y guiar el desarrollo de protocolos sanitarios.

Recursos adicionales:

Este informe (en español, desarrollado por algunos de los coautores de este post) contiene más detalles y referencias sobre los temas desarrollados: https://www.researchgate.net/publication/346572629_Transmision_de_SARS-CoV-2_por_via_aerea_inhalacion_de_aerosoles_Medidas_de_reduccion_de_exposicion

Preguntas y respuestas sobre transmisión de COVID-19 por aerosoles (en inglés, con traducción automática a varios idiomas): https://tinyurl.com/FAQ-aerosols