Medición de la eficacia de la mascarilla para filtrar las gotas expulsadas durante el habla a bajo costo

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Medición de la eficacia de la mascarilla para filtrar las gotas expulsadas durante el habla a bajo costo.

Los mandatos para el uso de máscaras en público durante la reciente pandemia de COVID-19, empeorados por la escasez mundial de suministros comerciales, han dado lugar al uso generalizado de máscaras de fabricación casera y alternativas a las máscaras. Se supone que el uso de esas máscaras reduce la probabilidad de que una persona infectada propague la enfermedad, pero muchos de estos diseños de máscaras no se han probado en la práctica. Hemos demostrado un método de medición óptica simple para evaluar la eficacia de las máscaras para reducir la transmisión de las gotas respiratorias durante el habla regular. En los estudios de prueba de principio, comparamos una variedad de tipos de máscaras comúnmente disponibles y observamos que algunos tipos de máscaras se acercan al rendimiento de las máscaras quirúrgicas estándar, mientras que algunas alternativas de máscaras, como el vellón para el cuello o los pañuelos, ofrecen muy poca protección. Nuestra configuración de medición es económica y puede ser construida y operada por personas no expertas, lo que permite una rápida evaluación del rendimiento de la mascarilla durante el habla, los estornudos o la tos.

Introducción

La difusión mundial de COVID-19 a principios de 2020 ha aumentado significativamente la demanda de mascarillas en todo el mundo, a la vez que ha estimulado la investigación sobre su eficacia. Aquí adaptamos un enfoque de imágenes ópticas recientemente demostrado (1, 2) y destacamos las marcadas diferencias en la eficacia de las diferentes máscaras y alternativas de máscaras para suprimir la propagación de las gotitas respiratorias durante el habla regular.

En general, el término "máscara facial" rige una amplia gama de equipos de protección con la función principal de reducir la transmisión de partículas o gotitas.

La aplicación más común en la medicina moderna es proporcionar protección al portador (por ejemplo, a los socorristas), pero las máscaras faciales quirúrgicas se introdujeron originalmente para proteger a las personas circundantes del portador, por ejemplo, para proteger a los pacientes con heridas abiertas contra los agentes infecciosos del equipo quirúrgico (3), o a las personas que rodean a un paciente con tuberculosis para evitar que contraigan la enfermedad por medio de las gotitas transportadas por el aire (4). Esta última función ha sido adoptada por múltiples gobiernos y organismos de reglamentación (5), ya que los pacientes con COVID-19 pueden ser asintomáticos pero contagiosos durante muchos días (6). La premisa de la protección contra las personas infectadas que usan una máscara es simple: el uso de una máscara facial reducirá la propagación de las gotitas respiratorias que contienen virus. De hecho, estudios recientes sugieren que el uso de máscaras faciales reduce la propagación de COVID-19 a nivel de la población y, por consiguiente, frena el crecimiento de la curva epidémica (7, 8). No obstante, la determinación de la eficacia de las mascarillas es un tema complejo que sigue siendo un campo de investigación activo (véase, por ejemplo, (9)), lo que resulta aún más complicado porque las vías de infección de COVID-19 todavía no se comprenden plenamente y se complican por muchos factores, como la vía de transmisión, el ajuste y el uso correctos de las mascarillas y las variables ambientales. Desde el punto de vista de la política pública, la escasez de suministro de mascarillas faciales quirúrgicas y de respiracion N95, así como la preocupación por sus efectos secundarios y la incomodidad de su uso prolongado (10), han dado lugar al uso público de diversas soluciones que generalmente son menos restrictivas (como las mascarillas de algodón caseras o los pañuelos), pero cuya eficacia se desconoce. Si bien se han caracterizado algunos textiles utilizados para la fabricación de máscaras (11), es necesario considerar el rendimiento de las máscaras reales en un entorno práctico. En el presente informe se describe un método de medición que puede utilizarse para mejorar la evaluación a fin de orientar la selección de las máscaras y las decisiones de compra.

En la figura se muestra un esquema y una imagen de demostración.

1. En resumen, un operador lleva una máscara facial y habla en la dirección de un rayo láser expandido dentro de un recinto oscuro. Las gotas que se propagan a través del rayo láser dispersan la luz, que se graba con la cámara de un teléfono móvil. Un simple algoritmo de ordenador se utiliza para contar las gotas en el vídeo.

El hardware necesario para estas mediciones está disponible comúnmente; los láseres y los componentes ópticos adecuados están disponibles en cientos de laboratorios de investigación o pueden adquirirse por menos de 200 dólares, y una cámara de teléfono celular estándar puede servir como dispositivo de grabación. La configuración experimental es sencilla y puede ser construida y operada fácilmente por personas no expertas.

A continuación describimos el método de medición y demostramos sus capacidades para la prueba de la máscara. En esta aplicación, no intentamos hacer un estudio exhaustivo de todos los posibles diseños de máscaras o un estudio sistemático de todos los casos de uso. Simplemente demostramos nuestro método en una variedad de máscaras comúnmente disponibles y alternativas de máscaras con un altavoz, y un subconjunto de estas máscaras fueron probadas con cuatro altavoces. Incluso de estos limitados estudios de demostración, se pueden extraer importantes características generales realizando una comparación relativa entre las diferentes máscaras faciales y su transmisión de gotas.

Resultados

Probamos 14 máscaras o alternativas de máscaras comúnmente disponibles, un parche de material para máscaras y una máscara N95 probada profesionalmente (véase la Fig. 2 y la Tabla 1 para más detalles). Como referencia, grabamos los ensayos de control en los que el orador no llevaba ninguna máscara o cubierta protectora. Cada prueba se realizó con el mismo protocolo. Se utilizó la cámara para grabar un vídeo de aproximadamente 40 s de longitud para registrar las gotas emitidas mientras se hablaba. Los primeros 10 s del video sirven como referencia. En los 10 s siguientes, el portador de la máscara repitió la frase "Manténgase sano, gente" cinco veces (habla), después de lo cual la cámara siguió grabando durante otros 20 s (observación). Para cada máscara y para el ensayo de control, este protocolo se repitió 10 veces. Utilizamos un algoritmo informático (ver Materiales y Métodos) para contar el número de partículas dentro de cada video.

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