Redacción Farmacosalud.com

Un equipo de la Universidad Rovira i Virgili (URV, en Tarragona) ha desarrollado un simulador capaz de replicar episodios respiratorios intensos -como la tos o los estornudos- con el fin de analizar la dispersión de aerosoles, es decir, las nubes de partículas que proceden de esos accesos y que pueden transportar enfermedades respiratorias. Los resultados del estudio basado en el nuevo dispositivo demuestran el impacto de la cavidad nasal en el comportamiento de los aerosoles en cuanto a su alcance y propagación. Los datos obtenidos también aportan información que podría servir para mejorar los equipos de protección individual, como por ejemplo las mascarillas, y diseñar sistemas de ventilación que reduzcan la exposición a patógenos en entornos compartidos y, con ello, minimizar la consiguiente transmisión de afecciones. En esta línea, cabe destacar que la creación de corrientes de aire circulares en recintos cerrados podría ser una de las soluciones destinadas a disminuir el riesgo de contagios.

“Conociendo el comportamiento de la tos y los estornudos, se pueden diseñar sistemas de ventilación que traten y recojan la nube de partículas. Uno de los mayores peligros es la suspensión de los aerosoles que permanecen en el aire durante períodos prolongados, de ahí que se tenga que buscar una forma de tratarlos. Las ventilaciones que generan corrientes circulares podrían ser una solución para recoger la mayor cantidad de partículas, siempre y cuando esos sistemas estuvieran diseñados correctamente. Al final, la combinación de la mascarilla y los sistemas de ventilación debería disminuir el riesgo de contagio lo máximo posible”, señala a www.farmacosalud.com Nicolás Catalán, miembro del Departamento de Ingeniería Mecánica de la URV.

“Se ha visto que hay fugas en los huecos entre la cara y la mascarilla”
Sea como fuere, por ahora llevar cubrebocas “sigue siendo el complemento por excelencia para evitar los contagios… al ser una barrera directa, detiene la mayoría de gotas producidas tanto por la tos como por los estornudos. El problema son los aerosoles, ya que se ha visto que hay fugas en los huecos entre la cara y la mascarilla”, agrega el experto.

Así pues, no sería descabellado intentar perfeccionar la seguridad de los cubrebocas en función de la fuente de dispersión de partículas, es decir, teniendo en cuenta si la propagación se fomenta por vía nasal, o bien por vía bucal. De hecho, Catalán se muestra partidario de probar la eficacia de las diferentes gamas de mascarillas disponibles en el mercado: “el modelo 3D del sistema respiratorio que utilizamos en nuestro estudio nos da juego para probar diferentes configuraciones: nariz y boca, sólo nariz o sólo boca, por lo que sería muy interesante ver si las mascarillas protegen de manera eficaz bajo esas tres condiciones. Con esta información, se podría diseñar la mascarilla en función de los resultados obtenidos”.

“Además -prosigue-, se podrían añadir variables como las diferentes posiciones del cubrebocas. En la pandemia se pudo ver que la población utilizaba la mascarilla dejando prácticamente la nariz al descubierto, por lo que tener en cuenta dichas variables también ayudaría mucho a la conciencia social”.

Cámaras de alta velocidad y un haz láser
Los aerosoles respiratorios son uno de los principales mecanismos de transmisión de patologías como la gripe, el COVID-19 o la tuberculosis. Son nubes de partículas minúsculas que se dispersan en el ambiente cuando las personas tosen o estornudan y, si bien se han logrado notables avances en la comprensión de estos procesos, la variabilidad anatómica en los aparatos respiratorios humanos y la intensidad de los episodios respiratorios intensos han dificultado la obtención de datos que permitan entender cómo se dispersan los aerosoles y cómo puede mitigarse la transmisión de los patógenos que transportan.

Para superar estas limitaciones, el grupo de investigación ECoMMFiT ha creado el mencionado simulador, que reproduce de manera precisa y controlada las nubes de partículas generadas por los accesos convulsivos. Se trata de un modelo tridimensional del tracto respiratorio superior, imprimido en tres dimensiones, que incluye la cavidad nasal, órgano que determina la trayectoria de evacuación de los aerosoles.

El aparato utiliza flujos de aire para reproducir los episodios respiratorios con varias configuraciones, variando el grado de apertura de las fosas nasales. El nuevo dispositivo posibilita el ajuste de parámetros como la velocidad, el volumen de aire y la duración de la exhalación para conseguir una reproducción precisa de los flujos respiratorios en diferentes condiciones. En la recolección de datos, el equipo científico usó cámaras de alta velocidad y un haz láser con el fin de estudiar con detalle la dispersión de partículas en tiempo real.

Los resultados de la investigación revelan que la cavidad nasal tiene un impacto significativo en la dinámica de los aerosoles. Cuando la nariz participa en la exhalación -cuando se estornuda con la nariz- las partículas tienden a dispersarse más verticalmente y menos horizontalmente. Esto puede reducir el riesgo de transmisión directa entre personas próximas, pero también facilita que las partículas se mantengan en suspensión más tiempo y se distribuyan uniformemente en el espacio. En entornos cerrados con poca ventilación, esta acumulación aumenta la concentración de aerosoles y, por lo tanto, el riesgo de exposición a largo plazo para otros individuos.

En cambio, en ausencia de flujo nasal -cuando se estornuda por la boca- los aerosoles siguen una trayectoria más horizontal y cubren una distancia más grande. Este patrón incrementa el riesgo de transferencia en proximidad, puesto que las partículas tienen más probabilidad de depositarse directamente sobre personas cercanas, especialmente en situaciones como conversaciones frente a frente o en entornos compartidos.

Hospitales, laboratorios…
“Los resultados del estudio nos ayudan a entender cómo se dispersan las nubes de partículas en espacios interiores y, en consecuencia, cómo se transmiten enfermedades por vía aérea”, explica mediante un comunicado Catalán. En este sentido, se trata de un conocimiento crucial que, tal y como ya se ha apuntado anteriormente, podría resultar útil para el diseño de equipos de protección individual, como por ejemplo las mascarillas, o para la mejora de los sistemas de ventilación en entornos de riesgo como hospitales, laboratorios o centros educativos.

Además, el equipo de la URV diseñó un modelo analítico capaz de predecir la evolución de las nubes de aerosoles en función de variables como la velocidad de salida, el volumen de aire exhalado y las condiciones del sistema respiratorio. “Es una herramienta que hemos podido validar experimentalmente; es aplicable en diferentes situaciones y puede ser un recurso útil en futuros proyectos”, recuerda Catalán, coautor del artículo ‘Effects of nasal cavity and exhalation dynamics on aerosol spread in simulated respiratory events’.

El método utilizado en este trabajo representa una mejora respecto a los estudios anteriores -que recogían datos analizando los episodios respiratorios intensos de personas voluntarias-, al tiempo que elimina la variabilidad individual y ofrece datos más consistentes. Aun así, los impulsores del nuevo simulador de estornudos y accesos de tos subrayan la necesidad de ampliar la investigación con el fin de incluir factores ambientales, como la temperatura y la humedad, y explorar la dispersión de los aerosoles a largo plazo.

Artículo de referencia:
Catalán N, Cito S, Varela S, Fabregat A, Vernet A & Pallarès J. Effects of nasal cavity and exhalation dynamics on aerosol spread in simulated respiratory events. Physics of Fluids. 2024;36(12). https://doi.org/10.1063/5.0241346