La unidad de control de infecciones transmitidas por el aire para el control de infecciones elimina los aerosoles de transmisión aérea durante las pruebas de ergometría en una clínica de cardiología externa

Dr. Daniel Bonn1

1 Instituto Van der Waals-Zeeman, Instituto de Física, Universidad de Ámsterdam, Países Bajos

Resumen

Introducción: Los pacientes cardiovasculares se encuentran en un mayor riesgo de complicaciones debido a la COVID-19. Una de las mayores preocupaciones es que los aerosoles de microgotículas pueden ser los responsables de la transmisión viral (SARS-CoV-2). Estas gotículas son especialmente importantes para los procedimientos terapéuticos y de diagnóstico (cardíaco), ya que los equipos médicos trabajan cerca del paciente.

Resultados: Medimos la generación y la persistencia de los aerosoles y los niveles de CO2durantelaspruebasdeergometríaenunabicicletaestática,enunaclínicadecardiologíaexterna. Este proceso se realizóen una sala con ventilación activa, con y sin una unidad de control de infecciones Novaerus NV800. Sin la unidad de control de infecciones, los niveles de aerosol y la concentración de CO2 aumentaron considerablemente durante la prueba de esfuerzo. Con la unidad de control de infecciones, la concentración de CO2 aumentó, pero los aerosoles dejaron de detectarse.

Conclusión: La unidad de control de infecciones Novaerus NV800 elimina los aerosoles de transmisión aérea de una forma muy eficiente a niveles que ya dejan de ser detectables.

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Introducción

La actual pandemia mundial de la enfermedad del coronavirus (COVID-19) tiene un enorme impacto social y económico. Se ha relacionado la susceptibilidad de infección a SARS-CoV-2 y las consiguientes complicaciones con la edad, la obesidad y la enfermedad cardiovascular [1,2]. Los pacientes cardiovasculares, si se infectan con SARS-CoV-2, presentan un riesgo de mortalidad muy superior si se compara con pacientes sin esta afección [3].

Existe una creciente evidencia de que las microgotículas de aerosoles (<5 m) que se producen al toser y al hablar también pueden transmitir el virus [4]. Estas pequeñas gotículas permanecen en el aire y son inhalables durante un periodo superior; además, pueden recorrer una distancia considerablemente superior a los 2 m cuando se encuentran en el aire. Las mascarillas y el distanciamiento social sirven de protección contra las gotículas más grandes, pero su eficacia contra la transmisión aérea de microgotículas es limitada [5,6]. Las muy utilizadas mascarillas quirúrgicas, por ejemplo, solo filtran el 30 % de las partículas aerosolizadas en experimentos de laboratorio. Solo unas máscaras muy superiores (N95 o FFP2) proporcionan una buena protección contra los aerosoles [7]. Además, si una persona infectada lleva una mascarilla de alta protección, reduciría considerablemente la generación de aerosoles [7]. A fin de limitar el riesgo de infección por las partículas de aerosoles, es necesario implementar otras medidas preventivas, como la ventilación de espacios para diluir y eliminar los aerosoles y minimizar el tiempo de permanencia.

El objetivo de este estudio es ver si una unidad de control de infecciones Novaerus puede utilizarse como un dispositivo para limitar los riesgos de transmisión por el aire del SARS-CoV-2 durante las pruebas de ergometría. Estudiamos la prueba de ergometría en los centros de cardiología de Países Bajos, una cadena de clínicas de cardiología externas.

Métodos

La concentración de aerosoles a menudo se mide utilizando una técnica de difracción láser sobre placas [8]. Con esta técnica como estándar, validamos un método novedoso que utiliza un contador de partículas portátil (Fluke 985, Fluke B.V. Europa, Eindhoven, Países Bajos) que a menudo se utiliza para la evaluación de la calidad del aire y supera la mayoría de los

inconvenientes anteriormente mencionados de la técnica de difracción láser sobre placas [8]. Se muestra en la imagen 1.
La instalación del experimento en la clínica externa es una sala de ejercicio de 4 ×4 ×3 m3 donde se colocóel contador de partículas a 2,5 m del paciente y a una altura de 1 m del suelo. El suministro de aire de la clínica produce aproximadamente 4400 m3/h y se extraen unos 3700 m3/h. El área de la superficie total de la clínica externa es de 350 m2 y la altura del techo es 3 m, de manera que el volumen total es 103 m , lo que arroja un número de renovaciones de aire (ACH, por sus siglas en inglés) por hora de 4-5. Después de cada prueba de esfuerzo, la sala se ventilaba durante una hora para evitar que afectara a la siguiente prueba.

Durante la medición de persistencia y concentración de aerosoles, el CO2 se determinóal mismo tiempo bajo distintas condiciones de ventilación. Se utilizóun Testo 440dP (Testo BV, Almere, Países Bajos) portátil para la tasa de renovación de aire con el sensor de presión diferencial y la medición de CO2 usando un sensor de CO2/temperatura/humedad relativa. La temperatura y la humedad fueron constantes durante los experimentos.

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Imagen 1. El contador de partículas, midiendo el número de partículas por litro de aire de un tamaño determinado indicado en la pantalla. Al producirse aerosoles, se hacen visibles como un aumento en los diferentes canales de las partículas secundarias (polvo). El tamaño medio de los aerosoles producidos por la actividad humana es alrededor de 5 um [9]; después de la evaporación del agua contenida en la saliva se produce un aumento en los aerosoles de aproximadamente 1-2 um. Por ello, utilizamos este rango de tamaños también para la producción de aerosoles artificiales; las mediciones que se presentan a continuación muestran los datos para el canal de 1 um; no obstante, el resto de canales arrojaron resultados similares y, concretamente, el mismo tiempo de persistencia dentro de la exactitud experimental.

Resultados

Persistencia de aerosoles

Anteriormente, estudiamos el comportamiento temporal y espacial de las microgotículas de los aerosoles, generadas por personas sanas al hablar y toser [9]. También mostramos cómo generar artificialmente microgotículas aerosolizadas, lo que nos permite medir su persistencia y, por ende, evaluar la calidad de la ventilación de distintos espacios [8]. En este caso utilizamos elmétodo de recuento de partículas para determinar la persistencia de microgotículas aerosolizadas a lo largo del tiempo en una clínica de cardiología externa con distintas formas de ventilación. Realizamos esto en la sala de pruebas de ergometría que tiene unas dimensiones de 4 ×4 ×3 m .

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Imagen 2. Número medido de partículas aerosolizadas en forma de función de tiempo. Los aerosoles se producen artificialmente en t = 20 s, y se mide su persistencia para evaluar la calidad de ventilación. El tiempo característico para la persistencia, aquí> 2 minutos para ventilación “normal” en la sala de espera de la clínica externa, e inferior al tiempo con la unidad Novaerus.

Prueba de ergometría

Se sometióa los pacientes a una prueba de esfuerzo cardíaco (ergometría) en bicicleta. La configuración experimental se muestra en imagen 3. El protocolo de la prueba de esfuerzo es el siguiente: Después de haber registrado un ECG en reposo y haber medido la presión sanguínea, se inicióuna fase de calentamiento con una carga de trabajo de 60 vatios. Cada dos minutos, la carga de trabajo se incrementaba 20 vatios y se medían el ECG y la presión sanguínea. Se indicaba a cada persona que mantuviese la velocidad de giro a 50-60 vueltas por minuto. La prueba se terminaba cuando se alcanzaba la frecuencia cardíaca objetivo ([220 – edad] * 0,85) o cuando el paciente sentía molestias. La duración de la prueba se registróen minutos. El rendimiento individual se caracterizó en términos de carga de trabajo máxima (vatios), frecuencia cardíaca máxima, porcentaje de carga de trabajo objetivo prevista y doble producto (frecuencia cardíaca máxima ×presión sanguínea sistólica).

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Imagen 3. Prueba de ergometría con medición de concentración de aerosoles y niveles de CO2. El equipo Novaerus se colocóa 2 metros del paciente, en el suelo.

Encontramos grandes diferencias en la producción de aerosoles entre los pacientes [10]. Por ello, se decidióefectuar las mediciones dos veces en el mismo paciente en distintos días. Los resultados (imagen 4) muestran que sin el dispositivo de control de infecciones de transmisión aérea de Novaerus, la prueba de ergometría produce una cantidad considerable de partículas aerosolizadas, y su aumento sigue la misma tendencia que el CO2, lo que indica claramente que es la prueba de esfuerzo lo que genera ambos. Además, con la ventilación normal de la clínica de cardiología, una gran concentración de aerosoles permanece minutos después de que una persona infectada haya salido de la sala de ejercicio del ECG, lo que implica un mayor riesgo de transmisión. Por otro lado, con el equipo Novaerus se sigue generando CO2, pero la cantidad de pequeñas partículas disminuye realmente: el dispositivo de control de infecciones de transmisión aérea de Novaerus captura y destruye todos los aerosoles generados por la prueba de esfuerzo. Además, el dispositivo sigue purificando el aire de partículas de polvo secundarias.

Sin Novaerus

• ppm CO2 [077] • 2,0 um

Con Novaerus

• ppm CO2 [077] • 2,0 um

Imagen 2. Número de partículas aerosolizadas medido (símbolos rojos, eje derecho) y concentración de CO2 (símbolos azules, eje izquierdo) en forma de función de tiempo. La prueba de ergometría se inicia a los 200 segundos y se detiene a los 1000. Para experimentar con la unidad Novaerus (gráfico inferior), el equipo se fijóa t = 0.

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Conclusión

Concluimos que el dispositivo de control de infecciones de transmisión aérea de Novaerus reduce considerablemente la cantidad de microgotículas de aerosoles generadas por las pruebas de ergometría a niveles donde dejan de ser detectables.

Referencias

  1. McGumaghan SJ, Weir A, Bishop J, Kennedy S, Blackboum LAK, McAllister DA et al. (Public Health Scotland COVID-19 Health Protection Study Group); Scottish Diabetes Research Network Epidemiology Group. Risks of and risk factors for COVID-19 disease in people with diabetes: a cohort study of the total population of Scotland. Lancet Diabetes Endocrinol. 2020 Dec 23; S2213-8587(20)30405-8.
  2. Lippi G, Wong J, Henry BM. Hypertension in patients with coronavirus disease 2019 (COVID-19): a pooled analysis. Pol Arch Intern Med. 2020 Apr 30; 130(4): 304-309.
  3. Nishiga M, Wang DW, Han Y, Lewis DB, Wu JC. COVID-19 and cardiovascular disease: from basic mechanisms to clinical perspectives. Nat Rev Cardiol. 2020 Jul 20: 1- 16.
  4. Liu Y, Ning Z, Chen Y, Guo M, Liu Y, Gali MK, et al. Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature 2020, volume 582; 557- 560
  5. Lewis D. Is the coronavirus airborne? Experts can’t agree. Nature. 2020; 580: 175
  6. Ueki H, Furusawa Y, l watsuki-Horimoto K, Imai, Kabata H, Nishimura H, Kawaoka Y. Effectiveness of Face Masks in Preventing Airborne Transmission of SARS-CoV-2. mSphere. 2020 Sep-Oct; 5(5): e00637-20.
  7. Bowen LE. Does that face mask really protect you? Appl Biosaf. 2010; 15: 67-71; N. Leung et al., Respiratory virus shedding in exhaled breath and efficacy of face masks, Nature Medicine 26.676 (2020)
  8. Sornsen GA, van Rijn CJM, Kooij S, Bern RA, Bonn D. Measurement of small droplet aerosol concentrations in public spaces using handheld particle counters. Phys Fluids (1994) 2020 Dec 1; 32(12): 121707
  9. Sornsen GA, van Rijn CJM, Kooij S, Bern RA, Bonn D. Small droplet aerosols in poorly ventilated spaces and SARS-CoV-2 transmission. G Lancet Respir Med. 2020 Jul; 8(7): 658- 659; C van Rijn, GA Sornsen, L Hofstra, G Dahhan, RA Bern, S Kooij, D Bonn, Reducing aerosol transmission of SARS-CoV-2 in hospital elevators. Indoor air 30 (6), 1065-1066 (2020)
  10. G. Aemout Sornsen, Michiel M. Winter, Igor I. Tulevski, Stefan Kooij, Daniel Bonn, Risk of Aerosol Transmission of SARS-CoV-2 in Cardiac Stress Testing, submitted.