Le autorità sanitarie ritengono che COVID-19 si diffonda attraverso la trasmissione di goccioline respiratorie, e i Centri per il controllo e la prevenzione delle malattie raccomandano rivestimenti facciali in stoffa fatti in casa per l’uso negli spazi pubblici.
A partire da oggi, l’Illinois si unisce a molti altri stati nel richiedere alle persone di indossare maschere mentre sono fuori.
Tuttavia, l’incertezza iniziale sull’efficacia delle maschere nel ridurre le goccioline espirate lascia alcune persone incerte o scettiche sulla loro utilità durante l’ attuale pandemia di COVID-19 .
Il professore di scienze meccaniche e ingegneria Taher Saif ha parlato con il redattore di scienze fisiche Lois Yoksoulian del News Bureau di uno studio che lui e i suoi studenti laureati, Onur Aydin e Bashar Emon, hanno svolto sull’efficacia dei comuni tessuti domestici da utilizzare nelle maschere fatte in casa.
Fisicamente parlando, le goccioline respiratorie prodotte parlando e respirando sono uguali a quelle che provengono da un colpo di tosse od uno starnuto?
Le goccioline rilasciate durante lo starnuto e la tosse sono più grandi di quelle rilasciate mentre si parla e si respira, e ognuna di queste goccioline può trasportare molte particelle di virus.
Le goccioline più grandi tendono a cadere nelle vicinanze a causa della gravità, ma quelle più piccole possono andare lontano, con la maggior parte di esse che rimangono entro sei piedi dall’individuo infetto.
Sfortunatamente, poiché i portatori sintomatici, presintomatici e asintomatici possono liberare il coronavirus, non possiamo dire senza test quali individui sono le fonti di infezione. Quindi, una barriera fisica, come una maschera, può impedire la diffusione.
In che modo il tipo di gocciolina influenza la scelta del tessuto e il numero di strati utilizzati per creare una maschera?
Le goccioline rilasciate durante la tosse e lo starnuto sono disponibili in varie dimensioni e velocità. Il tessuto per qualsiasi maschera deve essere traspirante e impermeabile alle gocce ad alta e bassa velocità.
È importante rendersi conto che un tessuto altamente impermeabile è probabilmente meno traspirante. La bassa traspirabilità forzerà il flusso d’aria attraverso i lati e vanificherà lo scopo della maschera.
In tal caso, la maschera dà semplicemente un falso senso di sicurezza. La scelta del tessuto e il numero di strati è una questione di compromesso tra traspirabilità e resistenza alle goccioline. Dobbiamo massimizzare entrambi.
Quali proprietà del tessuto hai testato?
Abbiamo testato la traspirabilità e la capacità di bloccare le goccioline dei comuni tessuti domestici. Per quantificare la traspirabilità, misuriamo semplicemente la velocità del flusso d’aria attraverso il materiale. La misurazione del blocco delle goccioline è un processo più complicato che utilizza un inalatore per generare goccioline ad alta velocità.
Riempiamo l’ugello di un inalatore con acqua distillata mescolata con particelle fluorescenti da 100 nanometri, che imitano il coronavirus in termini di dimensioni. Quando viene gonfiato, l’inalatore forza l’acqua attraverso l’ugello e genera goccioline ad alto momento che raccogliamo su un piatto di plastica posizionato verticalmente di fronte all’inalatore.
Quindi ripetiamo il processo con il tessuto che stiamo testando sul piatto di raccolta. Misuriamo quanta acqua è atterrata sul piatto in entrambi i casi contando le nanoparticelle usando un microscopio. Possiamo quindi utilizzare il rapporto tra il volume raccolto con e senza il tessuto per darci una misura dell’efficienza di blocco delle goccioline.
Quali tipi di tessuto hai esaminato?
Abbiamo considerato un set di 10 tessuti domestici comuni e confrontato le loro proprietà con quelle di una maschera di qualità medico / dentale come riferimento.
I tessuti avevano diverse combinazioni di cotone, poliestere e seta. Abbiamo anche misurato la traspirabilità e la resistenza del tessuto per magliette a due e tre strati. Il nostro lavoro ha prodotto due risultati chiave.
In secondo luogo, i tessuti più comuni sono idrofili, il che significa che assorbono acqua, mentre le maschere mediche sono idrofobiche, il che significa che respingono l’acqua. Questo ci dice che i comuni tessuti domestici usano un meccanismo alternativo per trattenere le goccioline trattenendole.
Che tipo di tessuto mi consiglia per il produttore di maschere domestiche?
Abbiamo scoperto che i tessuti molto traspiranti sono una buona scelta, come i comuni materiali per magliette. Tendono ad avere una bassa resistenza alle goccioline e la loro efficienza aumenta quando vengono utilizzate in una maschera a due strati.
La traspirabilità netta dei due strati è anche molto più elevata delle maschere mediche. In effetti, la traspirabilità dei tessuti delle magliette di cotone rimane superiore a una maschera medica, anche con tre strati.
Le maschere fatte in casa possono essere uno strumento efficace per il pubblico, insieme a test e tracciabilità dei contatti, distanza sociale e altri interventi per mitigare la trasmissione della malattia.
Indossare una maschera facciale nelle aree pubbliche può impedire la diffusione di una malattia infettiva prevenendo sia l’inalazione di goccioline infettive sia la successiva espirazione e diffusione.
In caso di pandemia che coinvolge un agente trasmissibile nell’aria, il pubblico in generale avrà un accesso limitato al tipo di protezione respiratoria di alto livello indossata dagli operatori sanitari, come i respiratori N95.
Immagini di membri del pubblico che indossano maschere chirurgiche sono state spesso utilizzate per illustrare la pandemia di influenza H1N1 del 2009. Tuttavia, l’evidenza di benefici proporzionati dall’uso diffuso di maschere per il viso non è chiara.
Un recente studio prospettico randomizzato a grappolo che confronta maschere chirurgiche e maschere P2 non testate (filtri almeno il 94% delle particelle sospese nell’aria) senza l’uso di maschere nella prevenzione di malattie simil-influenzali.
I risultati dello studio hanno scoperto che l’adesione all’uso della maschera ha ridotto significativamente (IC 95%, 0,09-0,77; P 5,015) il rischio di infezione associata a malattia simil-influenzale, ma che meno del 50% dei partecipanti indossava maschere per lo più il tempo. 1
Le maschere facciali possono prevenire la contaminazione dello spazio di lavoro durante lo scoppio dell’influenza o di altre malattie trasmissibili diffuse da goccioline riducendo la trasmissione di aerosol. Possono anche essere usati per ridurre il rischio che fluidi corporei, inclusi sangue, secrezioni ed escrezioni, raggiungano la bocca e il naso di chi lo indossa.
Ad oggi, studi sull’efficacia e l’affidabilità delle maschere per il viso si sono concentrati sul loro utilizzo da parte degli operatori sanitari. Sebbene gli operatori sanitari siano probabilmente uno dei gruppi a più alto rischio in termini di esposizione, hanno anche maggiori probabilità di essere addestrati all’uso delle maschere e testati in forma rispetto al grande pubblico.
Se l’offerta di maschere commerciali standard non dovesse soddisfare la domanda, sarebbe utile sapere se le maschere improvvisate potrebbero fornire protezione agli altri da coloro che sono infetti.
METODI E MATERIALI
In questo studio, materiale comune della famiglia s (vedi Tabella 1) sono stati provocati con elevate concentrazioni di aerosol batteriche e virali per valutare la loro efficienza di filtrazione. Le maschere chirurgiche sono state considerate il tipo di maschera che molto probabilmente verrà utilizzato dal pubblico in generale e sono state utilizzate come controllo.
La caduta di pressione attraverso ciascuno dei materiali è stata misurata per determinare il comfort e l’adattamento tra viso e maschera che sarebbero necessari per rendere il materiale utilizzabile sotto forma di maschera. Abbiamo elaborato un protocollo per la costruzione di una maschera “fatta in casa”, basato sul design di una maschera chirurgica, e i volontari sono stati invitati a realizzare le proprie maschere.
Questi sono stati quindi testati quantitativamente in forma. Per determinare l’effetto delle maschere fatte in casa e chirurgiche nel prevenire la dispersione di goccioline e particelle di aerosol prodotte da chi le indossa, il conteggio batterico totale è stato misurato quando i volontari hanno tossito indossando la loro maschera fatta in casa, una maschera chirurgica e nessuna maschera.
Testare l’efficienza di filtrazione
Sono stati testati una serie di materiali domestici comuni, insieme al materiale di una maschera chirurgica (maschera facciale Barriera per la salute Mo¨lnlycke 4239, EN14683 classe I), per il confronto. Ritagli circolari dei materiali testati sono stati collocati senza tensione in involucri ermetici, creando un “filtro” in cui il materiale costituiva l’unica barriera al trasporto dell’aerosol.
Un apparato di Henderson consente la generazione di aerosol microbici a circuito chiuso da un nebulizzatore a collison ad umidità relativa controllata. Questo strumento è stato usato per fornire l’aerosol sfida attraverso ogni materiale a 30 L / min usando il metodo di Wilkes et al, 2che è circa 3-6 volte al minuto la ventilazione di un essere umano a riposo o che fa lavori leggeri, ma è inferiore di 0,1 il flusso di una tosse media.
L’aria a valle è stata campionata simultaneamente per 1 minuto in 10 ml di tampone fosfato manucol antischiuma usando 2 impinger di vetro. Una girante campionava i microrganismi penetrati attraverso il filtro del materiale, mentre l’altra campionava il controllo (nessun filtro).
Il fluido di raccolta è stato rimosso dagli impinger e testato per i microrganismi. Questo test è stato eseguito 9 volte per ciascun materiale. L’efficienza di filtrazione (FE) del tessuto è stata calcolata utilizzando la seguente formula (cfu indica unità formanti colonie):
La caduta di pressione attraverso il tessuto è stata misurata utilizzando un manometro (P200UL, Digitron), con sensori posizionati su entrambi i lati dell’involucro del filtro, mentre è stato messo alla prova con un aerosol pulito alla stessa portata.
microrganismi
Sono stati usati due microrganismi per simulare la sfida delle particelle: Bacillus atrophaeus è un batterio a forma di spora a forma di bastoncino (0,95-1,25 mm) noto per sopravvivere agli stress causati dall’aerosol. 3
La sospensione è stata preparata da lotti precedentemente preparati dalla Divisione Health Protection Agency, Center for Emergency Preparedness and Response Production. 4 Ogni materiale è stato contestato con circa 10 7 cfu B atrophaeus .
Il batteriofago MS2 (MCIMB10108) è un colifago di RNA a filamento singolo non avvolto, con diametro di 23 nm, noto per sopravvivere alle sollecitazioni dell’aerosol. 5 Ogni materiale è stato messo in discussione con circa 10 9 unità formanti placca (pfu) di batteriofago MS2.
I due organismi di prova possono essere confrontati per dimensioni con il virus dell’influenza, che è pleomorfo e varia da 60 a 100 nm; Yersinia pestis, che è 0,75 mm; Antrace B, da 1 a 1,3 mm; Francisella tularensis, che è 0,2 mm; e Mycobacterium tuberculosis, che va da 0,2 a 0,5 mm. 6 Batteriofago MS2 e
B atrophaeus sono stati scelti come organismi di prova per rappresentare il virus dell’influenza. Questa decisione è stata presa non solo a causa dei minori rischi di infezione associata, ma anche perché il lavoro sarebbe tecnicamente più semplice da eseguire utilizzando un comitato consultivo sugli organismi patogeni pericolosi (ACDP) di classe 1 rispetto a un organismo ACDP di classe 2 influenzale.
Fare la maschera
Per questo studio, sono stati reclutati 21 volontari sani, 12 uomini e 9 donne. I partecipanti avevano un’età compresa tra 20 e 44 anni; la maggior parte era nella fascia di età compresa tra 20 e 30 anni. Ogni volontario ha realizzato una maschera facciale fatta in casa seguendo un protocollo ideato dagli autori. Tutte le maschere sono state realizzate con tessuto t-shirt in cotone 100% utilizzando macchine da cucire per accelerare la costruzione. Come maschera di controllo è stata utilizzata una maschera chirurgica (maschera facciale Barrier Healthcare Barrier 4239, EN14683 classe I). Inoltre, tutti i volontari hanno compilato un questionario che indicava le loro opinioni sull’uso della maschera.
Determinazione del fattore di adattamento della maschera
Un sistema di test di adattamento commerciale (TSI PortaCount Plus Respirator Fit Tester e N95- Companion Module modello 8095) è stato utilizzato per misurare l’adattamento del respiratore confrontando la concentrazione di particelle microscopiche all’esterno del respiratore con la concentrazione di particelle che sono trapelate nel respiratore. Il rapporto tra queste 2 concentrazioni è noto come fattore di adattamento. Per eseguire il test di adattamento, l’apparecchio è stato installato e gestito secondo le istruzioni del produttore.
I volontari sono stati istruiti ad adattare le loro maschere chirurgiche e fatte in casa senza l’aiuto o la guida dell’operatore; per garantire che la maschera fosse a suo agio per 2 minuti; ai partecipanti è stato dato il tempo di eliminare le particelle intrappolate all’interno della maschera. Il test di adattamento è stato quindi condotto con volontari che eseguivano i seguenti esercizi consecutivi, ciascuno della durata di 96 secondi: (1) respirazione normale, (2) respirazione profonda, 7 (3) testa che si muove lateralmente, (4) testa che si muove su e giù, (5) parlare ad alta voce (leggere un paragrafo preparato),
- flettendo in vita come se toccasse le dita dei piedi, e
- respirazione normale.
Determinare l’effetto delle maschere nella prevenzione della dispersione di goccioline e aerosol
Una camera di campionamento mobile chiusa da 0,5 m 3 , o scatola per la tosse, che è stata costruita allo scopo di campionare aerosol e goccioline da volontari sani (PFI Systems Ltd, Milton Keynes), è stata collocata in un’aria particellare ad alta frequenza da 22,5 m 3 ambientale filtrato. Quattro piastre di sedimentazione sono state posizionate nella scatola della tosse per campionare le goccioline, insieme a un campionatore Andersen a 6 stadi per campionare e separare piccole particelle. 8 A Campionatore aria-fessura Casella 9 è stato anche attaccato alla scatola della tosse. L’agar di soia triptosa è stato usato come mezzo di coltura. I volontari che indossavano indumenti protettivi (tute in Tyvek) tossirono due volte nella scatola e l’aria all’interno fu campionata per 5 minuti. Ogni volontario è stato campionato 3 volte: indossando la maschera fatta in casa, la maschera chirurgica e nessuna maschera. L’aria all’interno della scatola della tosse era aria filtrata ad alta frequenza per 5 minuti tra ciascun campione per evitare la contaminazione incrociata tra i campioni. Le piastre sono state incubate per un minimo di 48 ore a 378 ° C prima del conteggio.
Analisi statistica
Per valutare l’adattamento della maschera facciale, sono stati calcolati l’intervallo mediano e interquartile per ciascun esercizio e la maschera facciale per i 21 individui. I test di valutazione dei segni di Wilcoxon sono stati usati per confrontare le maschere. Lo stesso approccio è stato utilizzato per determinare le differenze tra i diversi tipi di maschera e la loro efficacia nel prevenire la diffusione di goccioline e particelle
RISULTATI
Efficacia di filtrazione
Tutti i materiali testati hanno mostrato una certa capacità di bloccare le sfide dell’aerosol microbico. In generale, l’efficienza di filtrazione per il batteriofago MS2 era inferiore del 10% rispetto a B atrophaeus (Tabella 1).
La maschera chirurgica presentava la massima efficienza di filtrazione quando veniva messa in discussione con il batteriofago MS2, seguito dalla sacca per aspirapolvere, ma la rigidità e lo spessore della sacca creavano una caduta di pressione elevata sul materiale, rendendolo inadatto per una maschera facciale.
Allo stesso modo, l’asciugamano, che è un tessuto resistente con una trama spessa, ha mostrato un’efficienza di filtrazione relativamente elevata sia con atropha B che con batteriofago MS2, ma è stata anche misurata una caduta di pressione elevata.
La maschera chirurgica (controllo) ha mostrato la massima efficienza di filtrazione con atropha B. Inoltre, come previsto, la sua caduta di pressione misurata ha dimostrato di essere il materiale più adatto tra quelli testati per l’uso come maschera facciale. La federa e la t-shirt in cotone 100% sono risultati i materiali domestici più adatti per una maschera improvvisata. La qualità leggermente elastica della t-shirt l’ha resa la scelta più preferibile per una maschera, poiché si riteneva che potesse fornire una vestibilità migliore.
Sebbene il raddoppio degli strati di tessuto abbia aumentato in modo significativo la caduta di pressione misurata su tutti e 3 i materiali ( P , .01 usando il test del grado Wilcoxon), solo i 2 strati di materiale per strofinacci hanno mostrato un aumento significativo dell’efficienza di filtrazione che era leggermente maggiore della maschera facciale.
Nel questionario sull’uso della maschera durante una pandemia, 6 partecipanti hanno affermato che avrebbero indossato una maschera qualche volta, 6 hanno detto che non avrebbero mai indossato una maschera e 9 non lo sapevano o erano indecisi.
Nessuno dei partecipanti ha detto che avrebbero sempre indossato una maschera. Con 1 eccezione, tutti i partecipanti hanno riferito che la loro maschera era comoda. Tuttavia, il periodo di tempo durante il quale ciascun partecipante ha tenuto la maschera durante i test è stato minimo (15 minuti) e, con un uso prolungato, il comfort potrebbe diminuire.
Test di adattamento della maschera facciale
Un test di valutazione dei segni Wilcoxon ha mostrato una differenza significativa tra la maschera fatta in casa e quella chirurgica per ogni esercizio e in totale (tutti i test hanno mostrato P , 0,001). La gamma mediana e interquartile per ciascuna maschera ed esercizio sono riportate nella Tabella 2.
Prevenzione della diffusione di goccioline e particelle durante la tosse
I risultati degli esperimenti sulla scatola della tosse hanno mostrato che sia la maschera chirurgica che la maschera fatta in casa hanno ridotto il numero totale di microrganismi espulsi durante la tosse (rispettivamente P , 0,001 e P 5,004; vedere la Tabella 3).
Analizzando l’effetto dell’usura della maschera nel ridurre il numero di microrganismi isolati dal campionatore d’aria di Anderson (Tabella 4), la maschera chirurgica è risultata generalmente più efficace nel ridurre il numero di microrganismi espulsi rispetto alla maschera casalinga, in particolare al livello più basso dimensioni delle particelle.
Il numero di microrganismi isolati dalla tosse di volontari sani era generalmente basso, anche se questo variava in base al singolo campione (Tabella 3). È quindi possibile che le limitazioni del campionamento abbiano influenzato negativamente l’analisi statistica.
I test di Pearson x2 confrontando la proporzione di particelle di diametro superiore a 4,7 mm e le particelle di diametro inferiore a 4,7 mm hanno scoperto che la maschera fatta in casa non ha ridotto significativamente il numero di particelle emesse (P 5 .106). Al contrario, la maschera chirurgica ha avuto un effetto significativo (P, .001).
CONCLUSIONE
Una maschera protettiva può ridurre la probabilità di infezione, ma non eliminerà il rischio, in particolare quando una malattia ha più di 1 via di trasmissione. Pertanto, qualsiasi maschera, indipendentemente dall’efficacia della filtrazione o dalla validità del sigillo, avrà un effetto minimo se non viene utilizzata in combinazione con altre misure preventive, come l’isolamento dei casi infetti, l’immunizzazione, la buona etichetta respiratoria e l’igiene delle mani regolare.
Una maschera per il viso improvvisata dovrebbe essere vista come l’ultima alternativa possibile se non è disponibile una fornitura di maschere per il viso commerciali, indipendentemente dalla malattia contro la quale può essere richiesta protezione.
Le maschere per il viso fatte in casa improvvisate possono essere utilizzate per proteggere coloro che potrebbero potenzialmente, ad esempio, essere a rischio professionale dal contatto ravvicinato o frequente con pazienti sintomatici.
Tuttavia, queste maschere offrirebbero a chi le indossa poca protezione dai microrganismi di altre persone infette da malattie respiratorie. Di conseguenza, non raccomanderemmo l’uso di maschere per il viso fatte in casa come metodo per ridurre la trasmissione dell’infezione da aerosol.
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Source:
University of Illinois
