La eficacia real de la filtración bacteriana para evaluar la protección eficaz de las mascarillas utilizadas para la prevención de enfermedades respiratorias

Scientific Reports volumen 13, Número de artículo: 8997 (2023) Citar este artículo

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Detalles de métricas

La protección real que ofrecen las mascarillas para controlar la transmisión de virus respiratorios aún no se ha determinado. La mayor parte de las normativas de fabricación, así como los estudios científicos, se han centrado en estudiar la capacidad de filtración de los tejidos que los componen, ignorando el aire que se escapa por los desajustes faciales, y que depende de las frecuencias y volúmenes respiratorios. El objetivo de este trabajo fue definir una Eficiencia de Filtración Bacteriana Real para cada tipo de mascarilla, considerando la eficiencia de filtración bacteriana de los fabricantes y el aire que pasa a través de ellos. Se probaron nueve máscaras faciales diferentes en un maniquí con tres analizadores de gases (que miden los volúmenes de entrada, salida y fuga) dentro de una caja de polimetilmetacrilato. Además, se midió la presión diferencial para determinar la resistencia que ofrecen las mascarillas durante los procesos de inhalación y exhalación. Se introdujo aire con una jeringa manual durante 180 s simulando inhalaciones y exhalaciones en reposo, actividades ligeras, moderadas y vigorosas (10, 60, 80 y 120 L/min, respectivamente). El análisis estadístico mostró que prácticamente la mitad del aire que ingresa al sistema no es filtrado por las mascarillas en todas las intensidades (p < 0.001, ηp2 = 0.971). También demostraron que las mascarillas higiénicas filtran más del 70% del aire, y su filtración no depende de la intensidad simulada, mientras que el resto de mascarillas muestran una respuesta evidentemente diferente, influenciada por la cantidad de aire movilizado. Por lo tanto, la Eficiencia de Filtración Bacteriana Real se puede calcular como una modulación de las Eficiencias de Filtración Bacteriana que depende del tipo de mascarilla. La capacidad real de filtración de las mascarillas ha sido sobreestimada durante los últimos años ya que la filtración de los tejidos no es la filtración real cuando se lleva puesta la mascarilla.

El uso de mascarillas es una de las intervenciones no farmacológicas más empleadas por todas las políticas sanitarias a nivel mundial, junto con el distanciamiento social y la higiene de manos, para reducir la transmisión de todo tipo de virus1. Esta transmisión se produce principalmente por la boca, la nariz o los ojos a través de gotitas respiratorias, aerosoles o fómites2,3, como el síndrome respiratorio agudo severo coronavirus 2 (SARS-CoV-2), causante de la enfermedad por coronavirus 2019 (COVID-19), que ha infectado más de 512 millones de personas4,5.

Por lo tanto, las máscaras faciales han sido utilizadas por agencias de salud globales y países del mundo para minimizar el riesgo de que las gotas respiratorias lleguen a la mucosa nasal u oral de otros6, aunque sus recomendaciones varían7. De hecho, la Organización Mundial de la Salud reconoce que no hay evidencia de que usar mascarilla proteja a las personas sanas del SARS-CoV-2, como se ha demostrado recientemente en un ensayo clínico aleatorizado1,8. En concreto, las comparaciones entre N95 y mascarillas médicas no no muestran ninguna diferencia estadística en la transmisión de infecciones virales9. Además, el uso de una máscara médica por parte de personas sanas no ha mostrado evidencia de reducir la transmisión de enfermedades en hogares con habitantes de SARS-CoV-210. Además, estudios específicos compararon trabajadores de la salud que usaban y no usaban mascarilla, y no mostraron una reducción estadísticamente significativa de la propagación de virus respiratorios11,12.

Se entiende que la reducción de la liberación del virus de las personas infectadas al medio ambiente puede ser el mecanismo para mitigar la transmisión en comunidades donde el uso de mascarillas es habitual u obligatorio, siempre que las propiedades físicas de sus materiales aseguren una adecuada filtración del aire, según la UNE 0065: 2021, UNE-EN 14683:2019 + AC:2019, UNE-CWA 17553:2020 o UNE-EN 1827:1999 + A1:2010; y su ajuste facial es apropiado para cada individuo para reducir la probabilidad de fuga de aire sin filtrar. La mayoría de los estudios que analizaron la eficiencia de filtración examinaron la capacidad de diferentes capas de respiradores para filtrar partículas, bacterias, virus y NaCL2,3,13. Algunos otros se basaron en la presión negativa o positiva para estudiar qué tan bien se ajusta la máscara o el respirador a una pieza facial individual3,5. Varios estudios cuantificaron el ajuste de la máscara midiendo simultáneamente las concentraciones de partículas dentro y fuera de la máscara segundo a segundo con modelos de regresión lineal4,7 sin determinar la cantidad de partículas que filtra el tejido o que se filtran por diferentes desajustes faciales de la máscara Ya existen precedentes para el estudio de la fuga de aire en mascarillas1,4. Sin embargo, este trabajo no tuvo como objetivo analizar estas fugas, sino el desempeño de cuatro ventiladores de un neumotacógrafo acoplados a un transductor de presión diferencial14. Actualmente, el Caudalímetro para dispositivo UNE-EN 14683 Alto Nivel, comercializado por Fortest (https://www.fortest.es/es/productos/c/gama-t/p/t9731), equipado con caudalímetros de aire y un Manómetro de doble presión diferencial, realiza valoraciones según Norma UNE-EN 14683, sin cuantificar fugas de aire. Un estudio reciente determinó una nueva técnica para obtener las propiedades de filtración del tejido de las mascarillas, utilizando ondas ultrasónicas15. En cuanto a las fugas, aunque existe un estudio de 2010 que mostró interés en medir las fugas14, no existe en la literatura ningún estudio que proponga una metodología para medir las posibles fugas a través de un procedimiento validado y que compare los tipos de mascarillas más utilizadas en la actualidad. Así, aún desconocemos el coeficiente de protección real que ofrece cada mascarilla, ya que los estándares se limitan a valorar la capacidad de filtración de cada material, ignorando el aire que se escapa y no se filtra, planteando la hipótesis de que quizás no estemos midiendo bien. la capacidad de protección de las mascarillas en todo el mundo y que se deben reconsiderar los estándares de diseño y fabricación. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue crear una Eficiencia de Filtración Bacteriana Real para cada tipo de mascarilla, considerando la eficacia de filtración bacteriana de los fabricantes y el aire que pasa a través de cada tipo de mascarilla, para una amplia gama de mascarillas disponibles para el mundo. población.

El presente estudio simula el modelo de patrón respiratorio que se da en diferentes circunstancias de la vida diaria de los humanos, en condiciones de reposo y con incrementos progresivos en la intensidad de la actividad física. Hemos utilizado un diseño cruzado, donde cada mascarilla se probó en cinco ocasiones consecutivas, dejando un descanso de cinco minutos entre pruebas y registrando todos los datos ambientales, como la temperatura, la humedad del aire, la presión atmosférica y el CO2 ambiental.

Se diseñó y utilizó para el estudio una caja de polimetilmetacrilato de 3 mm de espesor y de 320 × 300 × 300 mm (alto × largo × ancho). En él se realizaron tres orificios radiales de 30 mm para acoplar un sensor de volumen, proveniente de un analizador de gases, en cada uno de ellos. Se utilizaron tres analizadores de gases para medir las variables del patrón respiratorio analizadas: el Jäeger Oxycon Mobile® (Jäger, Würzburg, Alemania), que se colocó en la “entrada de aire” justo detrás de la bomba de calibración (Analizador 1 ver Fig. 1), y midió la "entrada de aire" al sistema (AIRin); el Jäeger Oxycon Pro® (Jäger, Würzburg, Alemania), que se colocó en la “salida de aire” frontal de la mascarilla (Analyzer 2), y midió el aire filtrado por la mascarilla (AIRfil); y por último, el Vyntus CPX (Vyaire, Mettawa, Illinois, EE. UU.), en la parte superior de la caja, que recogía el aire que no se filtraba (AIRunf) (Analizador 3). La confiabilidad encontrada en la medición de la ventilación de los tres analizadores colocados en línea detrás de la bomba de calibración mostró un coeficiente de correlación intraclase de R = 0.999 con p < 0.001, un error estándar de 1.09 L/min y un error porcentual de 2.1% (ver Complemento datos).

Diseño del protocolo y equipo de medida, y detalle del procedimiento de recogida de aire filtrado.

La medición de la presión del aire se realizó con un manómetro de presión digital MAN-37 (Kowloon, Hong Kong) con manómetro diferencial (Analizador 4 ver Fig. 1), que permitió exportar los datos de presión a un archivo de texto con una frecuencia de muestreo de 1 Hz.

Probamos nueve máscaras faciales diferentes de siete fabricantes diferentes. La descripción de las mascarillas y la información disponible se enumeran en la Tabla 1. En general, las mascarillas estaban hechas de dos capas externas muy delgadas y entre ellas de una a tres capas internas. Una diferencia observada es que las mascarillas reutilizables son estirables. Por lo tanto, se puede anticipar que cualquier estiramiento de las orejeras (ya sea durante el uso o durante la prueba) puede afectar las propiedades de la mascarilla. Para evitarlo, durante las pruebas se intentó maximizar el grado de adecuación de las mascarillas con la superficie de la cara.

Cada máscara se cubrió con una envoltura de plástico de 0,1 mm de espesor y cinta adhesiva de doble cara 3 M de alta adherencia, que condujo a una cánula de 30 mm de diámetro a través de la cual se recogió todo el aire filtrado por la máscara (ver Fig. 1). La cánula de 30 mm se colocó en el orificio de salida. En el material complementario se pueden observar los resultados de realizar cinco mediciones sin cambiar esta envoltura versus cambiar la envoltura cada vez.

Antes de cada prueba, se comprobó el ajuste de la máscara facial y todos los elementos de medición, y se anotaron las condiciones ambientales. El protocolo se inició simulando la ventilación en reposo durante 60 s (~ 10 L/min)16. Sin pausas entre ninguna fase, la siguiente fase comenzó a bombear unos 30 L/min, denominada "fase de calentamiento", con una duración de 30 s. En las siguientes tres fases ("ejercicio de intensidad ligera, moderada y alta"), se bombearon 60, 80 y 120 L/min de aire, respectivamente, con una duración de 30 s cada una. Por lo tanto, la duración total del protocolo fue de 180 s (ver Fig. 1). En total, se realizaron 45 experimentos.

Los datos de cada analizador [ventilación (L/min), volumen corriente (inspirado/espirado) (L), tiempo (inspiratorio/espiratorio) (s) y frecuencia respiratoria (Hz)] se exportaron respiración por respiración y se almacenaron en archivos separados . Los datos de presión de cada émbolo de la jeringa se exportaron cada segundo (1 Hz) desde el manómetro. De estos, los valores absolutos por encima de la mediana fueron considerados como valores espiratorios, mientras que los valores inspiratorios negativos por debajo de la mediana fueron considerados como valores espiratorios. Luego, los datos del analizador de gases y del manómetro se combinaron en una sola base de datos para su posterior análisis.

Las eficiencias de filtración bacteriana (BFE) se obtuvieron de las especificaciones técnicas de cada fabricante de mascarillas. Sin embargo, para calcular la Eficiencia de Filtración Bacteriana Real (RBFE) de cada mascarilla, la BFE debe ser corregida por el aire filtrado real de cada mascarilla (ver Ec. 1).

donde α es el coeficiente de corrección obtenido como regresión lineal (ver Tabla 4 de "Resultados").

La cantidad de aire filtrado en porcentaje (Fig. 3) por cada mascarilla se calculó como la fracción de "aire de entrada" dividida por el "aire de salida" multiplicada por 100.

Todos los valores se expresan como media ± desviación estándar para las tablas y como media ± error estándar de la media (SEM) para las figuras. Se realizó un ANOVA de tres vías para medidas repetidas (5 × 3 × 9) para analizar el efecto de las cinco fases del ejercicio (descanso, calentamiento, ejercicio ligero, ejercicio moderado y ejercicio alto), tres analizadores (AIRin, AIRfil, AIRunf ), y nueve tipos de mascarilla (Surgical_1 (MVT), Surgical_2 (Radex), Hygienic_1 (Emotion), Hygienic_2 (Elite), Hygienic_3 (LifeStyle), FFP2_Aura, FFP2_Palens, FFP2_Biofield, FFP3_MC002) en la ventilación, volumen tidal (inspirado /espirado), tiempo (inspiratorio/espiratorio) y frecuencia respiratoria.

Se realizó un ANOVA de tres vías para medidas repetidas (5 × 2 × 2) para analizar el efecto de las cinco fases del ejercicio (reposo, calentamiento, ejercicio ligero, ejercicio moderado y ejercicio intenso), dos fases de respiración (inspirada/espirada) aire) y dos analizadores (AIRin, AIRfil) para volumen tidal variable. De manera similar, se realizó un ANOVA de tres vías para medidas repetidas (5 × 2 × 4) para analizar el efecto de las cinco fases del ejercicio (descanso, calentamiento, ejercicio ligero, ejercicio moderado y ejercicio intenso), dos fases de respiración ( aire inspirado/espirado y cuatro tipos de mascarillas (FFP2, FFP3, Higiénica y Quirúrgica) en las variables de presión.

Para analizar el efecto de cambiar el plástico que cubre la mascarilla en cada ocasión, se compararon las ventilaciones de los cinco intentos de la mascarilla Emotion sin cambiar el plástico con los cinco intentos en los que se cambió el plástico en cada ocasión, utilizando una T-Student para ensayos independientes. muestras

Se realizó la prueba de esfericidad de Mauchly para evaluar si se violaba el supuesto de esfericidad de las varianzas, en cuyo caso se aplicó la corrección de Huynh-Feldt. Se realizaron pruebas post-hoc de Bonferroni, donde se encontraron diferencias significativas en cualquiera de los factores analizados.

Se utilizó el coeficiente de correlación intraclase para estimar la confiabilidad con la medición de ventilación de los tres analizadores colocados en línea detrás de la bomba de calibración.

Se realizó un análisis de regresión lineal por pasos, siendo la variable dependiente el aire filtrado y las variables independientes todas las variables del modelo respiratorio propuesto en todas las intensidades (volumen de aire de entrada, volumen de aire de salida, tiempos respiratorios, presiones, etc.).

El tamaño del efecto (ES) se estimó mediante eta-cuadrado parcial (ηp2) y considerando efectos > 0,2 pequeños, > 0,5 medianos y > 0,8 grandes. Los datos se analizaron utilizando el software SPSS Statistic, versión 26.0 para Windows (IBM Corporation; Armonk, Nueva York). El nivel de significación se fijó en p < 0,05.

Cuando se analizaron todas las mascarillas en conjunto, se puede observar que para todas las variables estudiadas en el modelo de patrón de respiración hubo una doble interacción entre la fase del protocolo y el analizador, aunque no por igual para todas las variables (ver Tabla 2). En este sentido, la ventilación mostró una interacción entre estos dos factores en todas las intensidades, (F(5,3) = 1.208, p < 0.001, ηp2 = 0.971), mostrando que casi la mitad del aire que ingresa al sistema no es filtrado por la máscaras faciales.

Al analizar el efecto de cambiar el plástico que cubre la mascarilla para cada medida versus realizar las 5 medidas con el mismo plástico para la mascarilla Hygienic_1, reutilizable (Emotion), no se encontraron diferencias significativas en ninguno de los tres analizadores (AIRin, AIRfil , AIRunf ) (ver Datos complementarios).

El volumen corriente, tanto inspiratorio (F(5,3) = 840, p < 0,001, ηp2 = 0,959) como espiratorio (F(5,3) = 784, p < 0,001, ηp2 = 0,956) mostró una respuesta similar a la ventilación humana . Se encontró una interacción de tres vías en el análisis de varianza específico del volumen corriente, comparando las cinco intensidades, "entrada de aire" y "aire de salida" y volúmenes corrientes inspiratorios y espiratorios (F(5,2,2) = 85,9, p < 0,001, ηp2 = 0,494) (ver Fig. 2).

Volumen tidal, comparando las cinco intensidades, entrada y salida de aire de la mascarilla (AIRin vs AIRfil) y volúmenes tidal inspiratorios y espiratorios de todas las mascarillas juntas. *Diferencias significativas entre valores inspiratorios y espiratorios (p < 0,05), **Diferencias significativas entre valores inspiratorios y espiratorios (p < 0,001).

Sin embargo, las variables que se relacionan con los tiempos respiratorios mostraron una respuesta diferente a las variables de volumen. Tanto el tiempo inspiratorio (F(5,3) = 68, p < 0,001, ηp2 = 0,654) como el tiempo espiratorio (F(5,3) = 60, p < 0,001, ηp2 = 0,625) mostraron mayores diferencias en las fases donde la intensidad es menor, tendiendo a desaparecer cuando aumentan las intensidades de las fases.

El tiempo total de ventilación (F(5,3) = 65, p < 0,001, ηp2 = 0,643) y la frecuencia respiratoria (F(5,3) = 43, p < 0,001, ηp2 = 0,544) mostraron una respuesta muy similar, ya que una es el inverso del otro. Sin embargo, esta respuesta tiende a desaparecer a medida que aumenta la intensidad de fase.

En concreto, analizando la ventilación y, por tanto, el aire que se filtra o no, en relación con el tipo de mascarilla, se puede observar que no todas las mascarillas responden de la misma manera. Se encontró una triple interacción entre los factores intensidad fase, analizador y tipo de mascarilla para ventilación (F(5,3,8) = 108, p < 0.001, ηp2 = 0.960) lo cual se refleja en la Fig. 3. Se muestra que la las mascarillas higiénicas filtraron más del 70% del aire, y su filtración no dependía de la intensidad, mientras que el resto de mascarillas mostraron una respuesta evidentemente diferente. La tabla 3 indica que, si comparamos tres grupos de mascarillas (quirúrgicas, higiénicas y FFP), las mascarillas higiénicas fueron las que más aire filtraron (78,5 ± 0,7%), no influidas por la intensidad del ejercicio (fig. 3), mientras que las otras mascarillas fueron influenciadas por la cantidad de aire movilizado. Después de las mascarillas higiénicas, la mascarilla que más aire filtró fue la FFP2 Biofield. En reposo, el Biocampo FFP2 filtró alrededor del 48,5 ± 0,8 %, mientras que a alta intensidad no filtró más del 30,4 ± 0,8 % (ver Fig. 3).

Relación de aire filtrado por cada mascarilla (salida de aire/entrada de aire × 100), respecto al aire introducido por la bomba a diferentes intensidades del protocolo. Los puntos indican el valor medio de cada mascarilla y las barras el error estadístico de la media.

La figura 3 muestra las diferencias en el aire filtrado entre las mascarillas quirúrgicas y el resto de mascarillas analizadas (p < 0,001), excepto FFP3_MC002. Las mascarillas higiénicas no mostraron diferencias en el aire filtrado entre ellas, pero sí con todas las demás (p < 0,001). También se puede observar que la respuesta de la mascarilla FFP3 MC002 fue más similar a la de las mascarillas quirúrgicas que a la FFP2. FFP3 MC002 no mostró diferencia estadística con la mascarilla quirúrgica, mientras que sí mostró diferencias con el resto (p < 0,001). Además, las mascarillas FFP2 filtraron una cantidad de aire muy similar en todas ellas, sin diferencias entre los tres modelos analizados.

El análisis de las presiones se muestra en la Fig. 4. Se encontró interacción entre los factores fase (intensidad), fase de respiración (inspiración/espiración) y tipo de mascarilla (F(5,2,8) = 18, p < 0,001 , ηp2 = 0,539). En todas las intensidades, se puede observar que la presión fue mayor en la fase inspiratoria que en la fase espiratoria. Sin embargo, su respuesta no es proporcional sino exponencial.

Presiones inspiratorias y espiratorias por intensidades de ejercicio, usando la mediana para discriminar. Por debajo del tiempo inspiratorio y espiratorio (s) para cada fase. Los puntos indican el valor medio para cada grupo de mascarillas y las barras de error 95% IC con error estadístico de la media. (a) Diferencias significativas con Hygienic (Emotion. Elite. LifeSytle) p < 0,001; (b) Diferencias significativas con Quirúrgico y FFP2 p < 0,001.

También se observa que las mascarillas higiénicas apenas aumentan la presión necesaria para que se filtre el aire. Por el contrario, se produce un aumento de presión para el resto de mascarillas. Se encontraron valores similares para las mascarillas quirúrgicas y FFP2. Finalmente, la máscara FFP3 presentó una resistencia mucho mayor al flujo de aire, tanto en los procesos de inspiración como de espiración (ver Fig. 4).

La tabla 4 muestra los resultados más relevantes del análisis de regresión lineal por pasos, que nos permitió calcular el valor α. Esta tabla muestra que casi todas las mascarillas no alcanzan el 30% del aire filtrado que pasa por ellas, mientras que las mascarillas higiénicas logran filtrar el 74,7% de ese aire.

Como se muestra en los experimentos reportados, cuando se usan las mascarillas estudiadas, ninguna de ellas permite que el 100% del aire inspirado o espirado pase a través de su material filtrante. Además, el aire que pasa a través de la mascarilla depende en gran medida del flujo de inspiración/espiración y del tipo de mascarilla. Por tanto, la capacidad filtrante de la mascarilla no sólo puede estar determinada directamente por la capacidad filtrante del material del que está hecha, sino por el coeficiente de filtrado real.

De acuerdo con nuestro trabajo, un estudio previo17 también mostró grandes diferencias entre mascarillas: 98,5 ± 0,4 % en la Eficiencia de filtración ajustada (FFE) para la mascarilla 3M1860N95 y 71,5 ± 5,5 % en la Eficiencia de filtración ajustada (FFE) para la mascarilla quirúrgica con ajuste de la correa y hasta un valor de 38,1 ± 11,4% en la Eficiencia de Filtración Ajustada (FFE) para la mascarilla quirúrgica con elásticos en las orejas.

Sin embargo, los intentos previos de analizar el aire que pasa a través de la mascarilla suelen agruparse en dos líneas específicas: métodos cualitativos, como la capacidad de detectar diferentes sustancias químicas por el olor18; y métodos cuantitativos, que analizan las partículas que atraviesan las mascarillas, debido al desajuste17,19. Sin embargo, estos sistemas solo miden la protección en inspiración, ya que miden la entrada de partículas, pero no miden la salida. No obstante, la mayoría de los estudios que analizan la capacidad de filtración de los materiales, incluido el ajuste de la mascarilla a la cara, lo hacen en condiciones de reposo20 o actividad física muy ligera17,18,21. Por tanto, no son extrapolables a situaciones más intensas. Los flujos de aire naturales que se producen de forma natural al respirar o hablar oscilan entre 0,2 y 0,4 l/min. Esto daría como resultado ventilaciones de 12 a 24 L/min, estando nuestros datos dentro de estos rangos de ventilación natural en humanos20.

Para resolver este problema, este manuscrito ha creado la Eficiencia de filtrado bacteriano real (RBFE), suponiendo un ajuste perimetral correcto. Este ajuste podría ser una limitación del estudio, ya que el peso del plástico protector o incluso la redirección del aire podrían influir en la medición20. La RBFE proporciona un factor de corrección para las mascarillas, donde el material es uno de los aspectos más importantes a considerar para la corrección, no solo por su capacidad de filtración sino por sus posibilidades de ajuste. Si se realiza un ajuste perimetral incorrecto, el porcentaje de aire filtrado por cualquier mascarilla disminuye drásticamente. El RBFE se ha elaborado a partir de 45 experimentos realizados en un maniquí de rostro humano de alta fidelidad. Sin embargo, hay algunas diferencias que deben tenerse en cuenta. El maniquí es más rígido que un rostro humano real y no produce ningún movimiento facial, lo que hace que las máscaras faciales sean más difíciles de acondicionar pero menos propensas a perder elasticidad. No obstante, debido al protocolo seguido, los resultados permiten realizar una comparación fiable entre los diferentes tipos de mascarillas. Por otro lado, la inclusión de experimentos donde se analice la filtración de partículas o bacterias podría ser definitiva para esclarecer la filtración real de las mascarillas y no la del tejido del que están hechas.

En la fase inspiratoria, los valores absolutos de presión son más altos que en la fase espiratoria. Esto ha sido descrito previamente22 e indicaría que la presión que deben generar los músculos de la ventilación no es la misma en la fase inspiratoria que en la fase espiratoria. Este hecho no limita el desempeño laboral sino el tiempo de trabajo que una persona puede ejecutar23. Esta mayor presión inspiratoria se puede explicar porque durante la inspiración la mascarilla se adhiere más a la superficie de la cara y el volumen de aire filtrado es mayor en la fase inspiratoria que en la espiratoria. Esto tiene una importante consecuencia práctica porque el aire inspirado se filtra más que el aire espirado. Esto se demuestra en la figura 2, donde los volúmenes inspiratorio y espiratorio son diferentes, y esta diferencia aumenta con la intensidad del esfuerzo24,25.

En cualquier caso, las presiones generadas dependen, en gran medida, de la mascarilla utilizada. Los higiénicos apenas producen aumento de presión, posiblemente por las características de su tejido (altamente transpirable). Los quirúrgicos tienen un efecto significativo en el aumento de la presión, del mismo modo que los FFP2. Además, las mascarillas FFP3 aumentan la resistencia al flujo de aire, sin aumentar la cantidad de aire filtrado. Esto concuerda con estudios previos26, que afirman que la presión aumenta durante la inspiración, y que en esta fase suele ocurrir un aumento de la resistencia al paso del aire.

Sin embargo, no hay que olvidar que para medir correctamente las características de una mascarilla es necesario medir la resistencia al paso de fluidos, la inflamabilidad, la transpirabilidad, la filtración bacteriana y la filtración de partículas18, habiéndose demostrado grandes diferencias en la transpirabilidad en función de la intensidad de la misma. esfuerzo físico24,25. De hecho, a medida que aumenta la intensidad, la reserva respiratoria se ve afectada27, y esto podría repercutir en el tiempo máximo de ejercicio que se podría realizar24.

Las mascarillas higiénicas testadas muestran diferencias estadísticas respecto al resto de mascarillas testadas. Este hallazgo es consistente con trabajos previos relacionados con su densidad y espesor15. Esto significa que, a flujos de aire bajos, reposo y calentamiento, los tiempos de inspiración y espiración son diferentes, pero a medida que aumenta la intensidad convergen. Cuando el caudal de aire es bajo y no hay suficiente aire para ser filtrado por la mascarilla, el sensor de salida se mueve a baja velocidad y, por tanto, los tiempos de discretización producen pequeños artefactos. Este efecto desaparece cuando aumenta el caudal.

En general, las variables que se relacionan con el flujo muestran la capacidad de filtración de cada tipo de mascarilla, y las variables de tiempo tienden a ser estables y sin diferencias entre analizadores. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que, a caudales de aire bajos, las variables temporales del aire filtrado y sin filtrar son menos precisas. Esto también ocurre cuando la mascarilla ofrece una alta resistencia a la filtración de aire y los volúmenes de aire son bajos.

La eficacia de filtración bacteriana de las mascarillas analizadas en este estudio para la prevención de virus respiratorios está totalmente sobreestimada ya que la filtración de los tejidos no es la de la mascarilla cuando está en uso. Por otra parte, esta filtración real depende de si el aire es inspirado o espirado, y de la presión necesaria para respirar a través de ellos, sin tener relación con la protección real de las mascarillas. Además, la filtración real depende del tipo de respiración, siendo muy diferente en reposo o durante el ejercicio. Por lo tanto, nuestros resultados muestran que la eficiencia de filtración bacteriana real de las mascarillas está muy por debajo de lo que los fabricantes afirman en sus especificaciones. Como se mencionó, a lo largo del documento, muy pocos estudios han analizado la Eficiencia de Filtración Bacteriana Real para diferentes mascarillas en el mercado. Si bien los metaanálisis más recientes determinan la utilidad de las mascarillas como protección contra virus respiratorios21, los resultados presentados en este manuscrito deben ser un punto de partida para obligar a las autoridades competentes a revisar, y modificar si es necesario, los estándares de filtración vigentes para las mascarillas.

Los conjuntos de datos utilizados y/o analizados durante el estudio actual están disponibles del autor correspondiente a pedido razonable.

OMS. Asesoramiento sobre el uso de mascarillas en el contexto de la COVID-19: orientación provisional, 5 de junio de 2020. (Organización Mundial de la Salud, contrato n.°: OMS/2019-nCoV/IPC_Masks/2020.4, 2020).

Richard, M. et al. El SARS-CoV-2 se transmite por contacto y por el aire entre hurones. Nat. común 11(1), 3496 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Central PubMed Google Scholar

Liu, Y. et al. Análisis aerodinámico del SARS-CoV-2 en dos hospitales de Wuhan. Naturaleza 582 (7813), 557–560 (2020).

Artículo ADS CAS PubMed Google Scholar

Casos de coronavirus de NA 2022. https://www.worldometers.info/coronavirus/ (2022).

Helmy, YA et al. La pandemia de COVID-19: una revisión exhaustiva de la taxonomía, la genética, la epidemiología, el diagnóstico, el tratamiento y el control. J. Clin. Medicina. 9(4), 1225 (2020).

Artículo CAS PubMed Central PubMed Google Scholar

Bundgaard, H. et al. Efectividad de agregar una recomendación de máscara a otras medidas de salud pública para prevenir la infección por SARS-CoV-2 en usuarios de máscara daneses: un ensayo controlado aleatorio. Ana. Interno. Medicina. 174(3), 335–343 (2021).

Artículo PubMed Google Académico

Lyu, W. & Wehby, GL Uso comunitario de mascarillas y COVID-19: Evidencia de un experimento natural de mandatos estatales en los EE. UU.: el estudio examina el impacto en las tasas de crecimiento de COVID-19 asociadas con los mandatos del gobierno estatal que exigen el uso de mascarillas en público . Salud Af. 39(8), 1419–1425 (2020).

Artículo Google Académico

MacIntyre, CR & Chughtai, AA Una revisión sistemática rápida de la eficacia de las máscaras faciales y los respiradores contra los coronavirus y otros virus respiratorios transmisibles para la comunidad, los trabajadores de la salud y los pacientes enfermos. En t. J. Enfermeras. Semental. 108, 103629 (2020).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

Largo, Y. et al. Efectividad de los respiradores N95 versus máscaras quirúrgicas contra la influenza: una revisión sistemática y metanálisis. J. Evid. Basado Med. 13(2), 93–101 (2020).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

Cowling, BJ et al. Mascarillas e higiene de manos para prevenir la transmisión de la influenza en los hogares: un ensayo aleatorio por grupos. Ana. Interno. Medicina. 151(7), 437–446 (2009).

Artículo PubMed Google Académico

Jacobs, JL et al. Uso de mascarillas quirúrgicas para reducir la incidencia del resfriado común entre los trabajadores de la salud en Japón: un ensayo controlado aleatorio. Soy. J. infectar. Control 37(5), 417–419 (2009).

Artículo PubMed Google Académico

MacIntyre, CR et al. Un ensayo aleatorio grupal de máscaras de tela en comparación con máscaras médicas en trabajadores de la salud. BMJ Open 5(4), e006577 (2015).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

Xu, Y. et al. Telas no tejidas micro/nanofibrosas multicapa para filtro de máscara facial funcional. Nano Res. 15, 1–10 (2022).

Artículo ANUNCIOS Google Académico

Louis, B., Leroux, K., Isabey, D., Fauroux, B. y Lofaso, F. Efecto de las fugas de la máscara insertada por el fabricante en el rendimiento del ventilador. EUR. Respirar J. 35(3), 627–636 (2010).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Gomez Alvarez-Arenas, TE, Farinas, MD & Ginel, A. Prueba ultrasónica rápida y no destructiva para máscaras faciales. Ultrasonidos 117, 106556 (2021).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Baydur, A. et al. Efecto de la postura sobre la ventilación y el patrón de respiración durante la respiración con aire ambiente en reposo. Pulmón 165(6), 341–351 (1987).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Sickbert-Bennett, EE et al. Eficiencia de filtración de las alternativas de mascarillas hospitalarias disponibles para su uso durante la pandemia de COVID-19. Pasante JAMA. Medicina. 180(12), 1607–1612 (2020).

Artículo CAS PubMed Central PubMed Google Scholar

Forouzandeh, P., O'Dowd, K. & Pillai, SC Mascarillas y respiradores en la lucha contra la pandemia de COVID-19: una descripción general de los estándares y métodos de prueba. seguro ciencia 133, 104995 (2021).

Artículo PubMed Google Académico

Sietsema, M. & Brosseau, LM Comparación de dos métodos cuantitativos de prueba de ajuste que utilizan respiradores con pieza facial filtrante N95. J. Ocupar. Reinar. Hig. 13(8), 621–627 (2016).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Gupta, JK, Lin, CH y Chen, Q. Caracterización del flujo de aire exhalado al respirar y hablar. Aire interior 20(1), 31–39 (2010).

Artículo PubMed Google Académico

Shaterian, N., Abdi, F., Atarodi Kashani, Z., Shaterian, N. y Darvishmotevalli, M. Mascarilla y respirador para reducir la propagación de virus respiratorios; Una revisión sistemática. Arco. Academia emergente Medicina. 9(1), e56 (2021).

PubMed Central PubMed Google Académico

Hopkins, SR y col. Mascarillas y la respuesta cardiorrespiratoria a la actividad física en salud y enfermedad. Ana. Soy. toraco Soc. 18(3), 399–407 (2021).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

Reychler, G., Straeten, CV, Schalkwijk, A. & Poncin, W. Efectos de las mascarillas quirúrgicas y de tela durante una prueba de ejercicio submáxima en adultos sanos. Respirar Medicina. 186, 106530 (2021).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

Alkan, B., Ozalevli, S. y Akkoyun, SO Resultados máximos del ejercicio con una máscara facial: los efectos de las diferencias de género y edad en las respuestas cardiorrespiratorias. ir. J.Med. ciencia 191, 2231 (2021).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

Rojo-Tirado, MA et al. Efecto de diferentes tipos de máscaras faciales sobre la respuesta ventilatoria y cardiovascular al ejercicio de máxima intensidad. Biología (Basilea) 10(10), 969 (2021).

CAS PubMed Google Académico

Demoulin, B., Duvivier, C., Marchal, F. y Demoulin-Alexikova, S. Un análogo físico para evaluar la resistencia al flujo de aire de la mascarilla quirúrgica durante la ventilación tidal. Frente. Fisiol. 13, 808588 (2022).

Artículo PubMed Central PubMed Google Académico

do Prado, DML, Silvino, VO, Motta-Santos, D. & Dos Santos, MAP Efecto de la mascarilla protectora sobre la respuesta cardiorrespiratoria durante el ejercicio aeróbico. clin. Exp. Farmacol. Fisiol. 49(4), 453–461 (2022).

Artículo CAS PubMed Google Académico

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Este estudio fue financiado por Texcon y Calidad.

Grupo de Investigación LFE, Departamento de Salud y Rendimiento Humano, Facultad de Ciencias de la Actividad Física y del Deporte, Universidad Politécnica de Madrid, 28040, Madrid, España

Pedro J. Benito & Miguel A. Rojo-Tirado

ETSI Telecomunicación, Universidad Politécnica de Madrid, Av. Complutense 30, 28040, Madrid, Spain

Álvaro Gutiérrez

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Todos los autores contribuyeron a la concepción y el diseño del estudio. La preparación del material, la recopilación y el análisis de datos estuvieron a cargo de PJB, Á.G. y MAR. El primer borrador del manuscrito fue escrito por PJB y todos los autores comentaron las versiones anteriores del manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final. En concreto, la distribución del aporte es la siguiente: Conceptualización, PJB; metodología, PJB, MAR, AG; validación, PJB y MAR; análisis formal, PJB; investigación, recursos, curación de datos, PJB; redacción—preparación del borrador original, PJB, MAR, AG; redacción—revisión y edición, PJB, MAR, AG; visualización, PJB; supervisión, PJB y MAR; administración de proyectos, MAR; adquisición de fondos, PJB Todos los autores han leído y están de acuerdo con la versión publicada del manuscrito.

Correspondencia a Pedro J. Benito.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Reimpresiones y permisos

Benito, PJ, Gutiérrez, Á. & Rojo-Tirado, MA La eficacia real de la filtración bacteriana para evaluar la protección efectiva de las mascarillas utilizadas para la prevención de enfermedades respiratorias. Informe científico 13, 8997 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35071-1

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Recibido: 12 enero 2023

Aceptado: 12 de mayo de 2023

Publicado: 05 junio 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35071-1

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