La eficiencia real de la filtración bacteriana para evaluar la protección efectiva de mascarillas utilizadas para la prevención de enfermedades respiratorias

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

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La protección real que ofrecen las mascarillas para controlar la transmisión de virus respiratorios aún es indeterminada. La mayoría de las normativas de fabricación, así como los estudios científicos, se han centrado en estudiar la capacidad de filtración de los tejidos con los que están fabricados, ignorando el aire que se escapa por las desalineaciones 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 ellas. Se probaron nueve mascarillas diferentes en un maniquí con tres analizadores de gas (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 usa la mascarilla.

El uso de mascarillas es una de las intervenciones no farmacológicas más utilizadas 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 a través de la boca, la nariz o los ojos a través de gotitas respiratorias, aerosoles o fómites2,3, como el síndrome respiratorio agudo grave 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 mascarillas faciales han sido utilizadas por agencias de salud globales y países del mundo para minimizar el riesgo de que las gotitas respiratorias lleguen a la mucosa nasal u oral de otras personas6, aunque sus recomendaciones varían7. De hecho, la Organización Mundial de la Salud reconoce que no hay evidencia de que el uso de mascarilla proteja a 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 sí lo hicieron. no muestra ninguna diferencia estadística en la transmisión de infecciones virales9. Además, el uso de mascarillas médicas por parte de personas sanas no ha demostrado evidencia de reducir la transmisión de enfermedades en hogares con habitantes de SARS-CoV-210. Además, estudios específicos compararon a los trabajadores de la salud que usaban y no llevaban mascarilla, y no mostraron una reducción estadísticamente significativa de la propagación de los virus respiratorios11,12.

Se entiende que reducir la liberación de virus de personas infectadas al medio ambiente puede ser el mecanismo para mitigar la transmisión en comunidades donde el uso de mascarilla es habitual u obligatorio, siempre que las propiedades físicas de sus materiales aseguren una adecuada filtración del aire, según 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 la 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 mascarilla o el respirador a una pieza facial individual3,5. Varios estudios cuantificaron el ajuste de la mascarilla midiendo simultáneamente las concentraciones de partículas dentro y fuera de la mascarilla, segundo a segundo, con modelos de regresión lineal4,7 sin determinar la cantidad de partículas que se filtran por el tejido o que se filtran por diferentes desajustes faciales. de la máscara. Ya existen precedentes para el estudio de las fugas 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 dispositivo Flow Tester para UNE-EN 14683 de 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 evaluaciones 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 mascarillas, utilizando ondas ultrasónicas15. En términos de fugas, si bien existe un estudio del año 2010 que mostró interés en medir las fugas14, no existe ningún estudio en la literatura que proponga una metodología para medir posibles fugas a través de un procedimiento validado y compare los tipos de mascarillas más utilizadas en la actualidad. Así, todavía no conocemos el coeficiente de protección real que ofrece cada mascarilla, ya que las normas 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 por cada tipo de mascarilla, para una amplia gama de mascarillas disponibles en el mundo. población.

El presente estudio simula el modelo de patrón respiratorio que se presenta en diferentes circunstancias de la vida diaria del ser humano, en condiciones de reposo y con aumentos 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 temperatura, humedad del aire, presión atmosférica y CO2 ambiental.

Para el estudio se diseñó y utilizó una caja de polimetilmetacrilato de 3 mm de espesor y 320 × 300 × 300 mm (alto × largo × ancho). En él se practicaron tres aberturas de radio de 30 mm para acoplar en cada una de ellas un sensor de volumen, procedente de un analizador de gases. 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 (Analizador 2) y midió el aire filtrado por la mascarilla (AIRfil); y finalmente, el Vyntus CPX (Vyaire, Mettawa, Illinois, EE. UU.), en la parte superior de la caja, que recogía el aire no filtrado (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 del 2,1% (ver Suplementario). datos).

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

La medición de la presión del aire se realizó con un manómetro de presión digital MAN-37 (Kowloon, Hong Kong) con un 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 mascarillas 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 y muy delgadas y entre una y tres capas internas. Una diferencia observada es que las mascarillas reutilizables son estirables. Por lo tanto, se puede anticipar que cualquier estiramiento de las presillas para las orejas (ya sea durante el uso o durante las pruebas) 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 mascarilla se cubrió con una envoltura plástica de 0,1 mm de espesor y cinta adhesiva de doble cara 3 M de alta adherencia, dando lugar a una cánula de 30 mm de diámetro a través de la cual se recogió todo el aire filtrado por la mascarilla (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 mascarilla y de todos los elementos de medición, y se anotaron las condiciones ambientales. El protocolo se inició simulando ventilación en reposo durante 60 s (~ 10 L/min)16. Sin pausas entre ninguna fase, la siguiente fase comenzó a bombear alrededor de 30 L/min, denominada “fase de calentamiento”, con una duración de 30 s. En las siguientes tres fases (“ejercicio ligero, moderado y de alta intensidad”), se bombearon 60, 80 y 120 L/min de aire, respectivamente, con una duración de 30 s cada una. Por 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 se consideraron valores espiratorios, mientras que los valores inspiratorios negativos por debajo de la mediana se consideraron valores espiratorios. Luego, los datos del analizador de gas y del manómetro se combinaron en una única 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 corregirse con 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 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 de ejercicio (descanso, calentamiento, ejercicio ligero, ejercicio moderado y ejercicio intenso), 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 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 de ejercicio (descanso, calentamiento, ejercicio ligero, ejercicio moderado y ejercicio intenso), dos fases de respiración (inspirada/espirada aire) y dos analizadores (AIRin, AIRfil) para la variable de volumen tidal. De manera similar, se realizó un ANOVA de tres vías para medidas repetidas (5 × 2 × 4) para analizar el efecto de las cinco fases de ejercicio (descanso, calentamiento, ejercicio ligero, ejercicio moderado y ejercicio intenso), dos fases de respiración ( aire inspirado/espirado y cuatro mascarillas tipo (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 donde se cambió el plástico en cada ocasión, utilizando un T-Student para independiente. muestras.

Se llevó a cabo 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 la 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 significancia 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 respiratorio 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 el máscaras faciales.

Al analizar el efecto de cambiar el film plástico que cubre la mascarilla para cada medición versus realizar las 5 mediciones con el mismo plástico para la mascarilla reutilizable Hygienic_1 (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 “salida de aire” y los volúmenes corrientes inspiratorio y espiratorio (F(5,2,2) = 85,9, p < 0,001, ηp2 = 0,494) (ver Fig. 2).

Volumen corriente, comparando las cinco intensidades, entrada y salida de aire de la mascarilla (AIRin vs AIRfil) y volúmenes corrientes inspiratorio y espiratorio 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 están relacionadas 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 uno es el inverso del otro. Sin embargo, esta respuesta tiende a desaparecer a medida que aumenta la intensidad de la fase.

En concreto, analizando la ventilación y, por tanto, el aire que se filtra o no, en relación al 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) la cual se refleja en la Fig. 3. Se muestra que la las mascarillas higiénicas filtraban más del 70% del aire, y su filtración no dependía de la intensidad, mientras que el resto de mascarillas mostraban una respuesta evidentemente diferente. La tabla 3 indica que, si comparamos tres grupos de mascarillas (quirúrgicas, higiénicas y PFC), las mascarillas higiénicas fueron las que más aire filtraron (78,5 ± 0,7%), no dejándose influenciar por la intensidad del ejercicio (Fig. 3), mientras que las otras mascarillas estuvieron 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 Biofield FFP2 filtró alrededor del 48,5 ± 0,8%, mientras que en 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 para 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 la quirúrgica que a la de las mascarillas 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 filtran 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 una interacción entre los factores fase (intensidad), fase respiratoria (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 inspiratoria y espiratoria por intensidades de ejercicio, utilizando la mediana para discriminar. Por debajo del tiempo(s) de inspiración y espiración 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 media. (a) Diferencias significativas con Higiénico (Emoción. Elite. LifeSytle) p < 0,001; (b) Diferencias significativas con Surgical y FFP2 p < 0,001.

También se observa que las mascarillas higiénicas apenas aumentaban la presión necesaria para que el aire fuera filtrado. 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 mascarilla FFP3 presentó una resistencia mucho mayor al flujo de aire, tanto en el proceso 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 llegan a alcanzar el 30% del aire filtrado que pasa a través de ellas, mientras que las mascarillas higiénicas consiguen filtrar el 74,7% de ese aire.

Como se muestra en los experimentos relatados, cuando se usan las mascarillas estudiadas, ninguna de ellas deja pasar el 100% del aire inspirado o espirado 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 de filtrado de una mascarilla no sólo puede determinarse directamente por la capacidad de filtrado del material del que está fabricada, 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 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 mediante el olor18; y métodos cuantitativos, que analizan las partículas que atraviesan las mascarillas, debido al desajuste17,19. Sin embargo, estos sistemas sólo miden la protección en la inspiración, ya que miden la entrada de partículas, pero no miden la salida. Sin embargo, la mayoría de los estudios que analizan las capacidades de filtración de los materiales, incluido el ajuste de la mascarilla al rostro, lo hacen en condiciones de reposo20 o actividad física muy ligera17,18,21. Por tanto, no pueden extrapolarse a situaciones más intensas. Los flujos de aire naturales que se producen naturalmente 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 solucionar este problema, este manuscrito ha creado la Eficiencia de Filtrado Bacteriano Real (RBFE), suponiendo un correcto ajuste perimetral. 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. El 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 sólo por su capacidad de filtración sino por sus posibilidades de ajuste. Si se realiza un mal ajuste perimetral, el porcentaje de aire que filtra cualquier mascarilla disminuye drásticamente. El RBFE ha sido elaborado a partir de 45 experimentos realizados en un maniquí de rostro humano de alta fidelidad. Sin embargo, existen algunas diferencias que deben considerarse. El maniquí es más rígido que un rostro humano real y no produce ningún movimiento facial, lo que hace que las máscaras sean más difíciles de acondicionar pero menos propensas a tener una elasticidad desigual. Sin embargo, gracias al protocolo seguido, los resultados permiten realizar una comparación fiable entre diferentes tipos de mascarillas. Por otro lado, la inclusión de experimentos donde se puedan analizar partículas o filtración bacteriana podría ser definitiva para aclarar la filtración real de las mascarillas y no la del tejido con el que están confeccionadas.

En la fase inspiratoria los valores absolutos de presión son mayores que en la fase espiratoria. Esto ha sido descrito previamente22 e indicaría que la presión que deben generar los músculos ventilatorios no es la misma en la fase inspiratoria que en la espiratoria. Este hecho no limita el desempeño del trabajo 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 del rostro y el volumen de aire filtrado es mayor en la fase inspiratoria que en la espiratoria. Esto tiene una consecuencia práctica importante 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). Las quirúrgicas tienen un efecto significativo en el aumento de presión, del mismo modo que las 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 producirse 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 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 presentan 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 inspiratorio y espiratorio son diferentes, pero a medida que aumenta la intensidad convergen. Cuando el flujo 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 están relacionadas con el flujo muestran la capacidad de filtración de cada tipo de mascarilla, y las variables temporales tienden a ser estables y sin diferencias entre analizadores. Sin embargo, cabe señalar 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 eficiencia de filtración bacteriana de las mascarillas analizadas en este estudio para la prevención de virus respiratorios está sobreestimada ya que la filtración de los tejidos no es la de la mascarilla cuando está en uso. Por otro lado, esta filtración real depende de si el aire es inspirado o espirado, y de la presión necesaria para respirar a través de ellas, 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 real de filtración bacteriana de las mascarillas está muy por debajo de lo que afirman los fabricantes en sus especificaciones. Como se mencionó, a lo largo del documento, muy pocos estudios han analizado una eficiencia de filtración bacteriana real para diferentes mascarillas en el mercado. Aunque los metanálisis más recientes determinan la utilidad de las mascarillas como protección contra virus respiratorios21, los resultados presentados en este manuscrito deberían ser un punto de partida para obligar a las autoridades competentes a revisar, y modificar si es necesario, los estándares actuales de filtración para mascarillas.

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

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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 el 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 diseño del estudio. La preparación del material, la recopilación de datos y el análisis fueron realizados por PJB, ÁG 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 financiación, PJB Todos los autores han leído y aceptado 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 eficiencia real de la filtración bacteriana para evaluar la protección efectiva de 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 de enero de 2023

Aceptado: 12 de mayo de 2023

Publicado: 05 de junio de 2023

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

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