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Filtro mecánico (respirador)

Mascarilla facial (respirador con pieza facial filtrante) FFP3 con válvula de exhalación
Media mascarilla filtrante, respirador elastomérico reutilizable con filtros tipo panqueque reemplazables de color rosa y válvula de exhalación gris
Los respiradores elastoméricos de cara completa sellan mejor. [1]

Los filtros mecánicos son una clase de filtro para respiradores purificadores de aire que impiden mecánicamente que las partículas lleguen a la nariz y la boca del usuario. Vienen en múltiples formas físicas.

Mecanismo de operación

Las partículas pequeñas zigzaguean debido al movimiento browniano y son fácilmente capturadas ( difusión ). Las partículas grandes se filtran ( intercepción ), o tienen demasiada inercia para girar y golpean una fibra ( impactación ). Las partículas de tamaño mediano siguen líneas de flujo y es más probable que atraviesen el filtro; el tamaño más difícil de filtrar es el de 0,3 micrones de diámetro. [2]
Mecanismos de filtrado

Los respiradores con filtro mecánico retienen partículas como el polvo creado durante la carpintería o el procesamiento de metales, cuando el aire contaminado pasa a través del material del filtro. La lana todavía se utiliza hoy en día como filtro, junto con el plástico, el vidrio, la celulosa y combinaciones de dos o más de estos materiales. Dado que los filtros no se pueden limpiar ni reutilizar y tienen una vida útil limitada, el costo y la desechabilidad son factores clave. Existen modelos de un solo uso, desechables y de cartucho reemplazable. [3]

Los filtros mecánicos eliminan los contaminantes del aire de las siguientes maneras:

  1. por interceptación cuando las partículas que siguen una línea de flujo en la corriente de aire llegan dentro de un radio de una fibra y se adhieren a ella; [3]
  2. por impactación , cuando partículas más grandes que no pueden seguir los contornos curvos de la corriente de aire se ven obligadas a incrustarse directamente en una de las fibras; esto aumenta al disminuir la separación de fibras y aumentar la velocidad del flujo de aire [3]
  3. por un mecanismo potenciador llamado difusión , donde las moléculas de gas chocan con las partículas más pequeñas, especialmente aquellas de menos de 100 nm de diámetro, que de ese modo ven impedidas y retrasadas su paso a través del filtro; este efecto es similar al movimiento browniano y aumenta la probabilidad de que cualquiera de los dos mecanismos anteriores detenga las partículas; se vuelve dominante a velocidades de flujo de aire más bajas [3]
  4. mediante el uso de material de filtro electreto (generalmente, fibras plásticas electrohiladas) para atraer o repeler partículas con carga electrostática , de modo que es más probable que choquen con la superficie del filtro.
  5. mediante el uso de ciertos recubrimientos en las fibras que matan o desactivan las partículas infecciosas que chocan con ellas (como la sal) [4]
  6. utilizando la gravedad y permitiendo que las partículas se depositen en el material del filtro (este efecto suele ser insignificante); y [5]
  7. utilizando las propias partículas, después de haber utilizado el filtro, para actuar como medio filtrante para otras partículas. [ cita necesaria ]

Considerando únicamente las partículas transportadas por una corriente de aire y un filtro de malla de fibra, la difusión predomina por debajo del tamaño de partícula de 0,1 µm de diámetro. La impactación y la interceptación predominan por encima de 0,4 μm. En el medio, cerca del tamaño de partícula más penetrante de 0,3 μm, predominan la difusión y la interceptación. [3]

Para lograr la máxima eficiencia en la eliminación de partículas y disminuir la resistencia al flujo de aire a través del filtro, los filtros de partículas están diseñados para mantener la velocidad del flujo de aire a través del filtro lo más baja posible. Esto se logra manipulando la pendiente y la forma del filtro para proporcionar una superficie más grande. [ cita necesaria ]

Los filtros de partículas de aire de alta eficiencia (HEPA) son todos filtros que cumplen ciertos estándares de eficiencia. Un filtro HEPA debe eliminar al menos el 99,97 % (EE. UU.) o el 99,95 % (UE) de todas las partículas en el aire con un diámetro aerodinámico de 0,3 μm. Las partículas, tanto pequeñas como grandes, son más fáciles de atrapar y, por tanto, eliminadas con mayor eficacia. [6] [7] [8] La gente suele suponer que las partículas de menos de 0,3 micrones serían más difíciles de filtrar eficientemente; sin embargo, la física del movimiento browniano en tamaños tan pequeños aumenta la eficiencia del filtro (ver figura). [2]

Sección transversal de filtros P95 aprobados por NIOSH utilizados en operaciones de trabajo de metales . Incluso los procesos industriales "limpios" a menudo generan grandes cantidades de partículas nocivas y requieren protección respiratoria.

Materiales

Los filtros mecánicos pueden estar hechos de una fina malla de fibras de polímeros sintéticos . [9] [10] Las fibras se producen mediante soplado en fusión . [11] Las fibras se cargan a medida que se soplan para producir un electreto , [12] y luego se colocan en capas para formar una tela de polipropileno no tejido . [9] [10]

válvulas de exhalación

Media máscara filtrante con válvula de exhalación (clase: FFP3)

Algunas máscaras tienen válvulas de retención , [13] que dejan que el aire exhalado salga sin filtrar. El grado de certificación de la mascarilla (como N95 o FFP2) se refiere a la mascarilla en sí y no garantiza ninguna seguridad sobre el aire que expulsa el usuario a través de la válvula. Una mascarilla con válvula reducirá las fugas hacia el interior, mejorando así la protección del usuario . [13]

Las válvulas de exhalación sin filtro a veces se encuentran tanto en máscaras filtrantes [13] como en respiradores elastoméricos; [14] Los PAPR, por naturaleza, nunca pueden filtrar el aire exhalado. [15] Como resultado, se cree que estas máscaras son incapaces de controlar la fuente , que es proteger a otros contra una infección en el aliento del usuario. [14] Por lo general, no están diseñados para uso sanitario, a partir de 2017 . [16] A pesar de la creencia antes mencionada, una investigación de 2020 realizada por NIOSH y CDC muestra que una válvula de exhalación descubierta ya proporciona control de fuente en un nivel similar, o incluso mejor, que las máscaras quirúrgicas. [17]

Durante la pandemia de COVID-19 , las mascarillas con válvulas de exhalación sin filtro no cumplían con los requisitos de algunos pedidos obligatorios de mascarillas. [18] [19] Es posible sellar algunas válvulas de exhalación sin filtro [20] o cubrirlas con una mascarilla quirúrgica adicional; Esto podría hacerse cuando la escasez de mascarillas lo haga necesario. [21] [22]

Usos

Respiradores con máscara filtrante

Los respiradores con pieza facial filtrante (FFP) son mascarillas faciales desechables producidas a partir de una pieza entera de material filtrante. Las PFC (como las mascarillas N95 ) se desechan cuando dejan de ser aptas para un uso posterior debido a consideraciones de higiene, resistencia excesiva o daño físico. [23]

La producción en masa de máscaras filtrantes comenzó en 1956. El aire se purificaba con material filtrante no tejido, compuesto de fibras poliméricas que llevaban una fuerte carga electrostática . El respirador se utilizó en la industria nuclear y luego en otras ramas de la economía. Durante aproximadamente 60 años, se fabricaron más de 6 mil millones de respiradores. [24] Desafortunadamente, los desarrolladores sobreestimaron la eficiencia ( APF 200-1000 en comparación con el valor moderno de 10-20), lo que provocó graves errores en la elección del equipo de protección personal por parte de los empleadores.

Respiradores elastoméricos

Un respirador purificador de aire elastomérico de media cara. Este tipo de respirador es reutilizable y los filtros se reemplazan periódicamente.

Los respiradores elastoméricos son dispositivos reutilizables con filtros de cartucho intercambiables que ofrecen una protección comparable a la de las mascarillas N95. [25] Los filtros deben ser reemplazados cuando estén sucios, contaminados u obstruidos. [14]

Es posible que tengan válvulas de exhalación. Las versiones de cara completa de los respiradores elastoméricos sellan mejor y protegen los ojos. El ajuste y la inspección son esenciales para la eficacia. [14]

Respiradores purificadores de aire motorizados (PAPR)

Los PAPR son máscaras con un soplador eléctrico que sopla aire a través de un filtro hacia el usuario. Debido a que crean presión positiva , no es necesario ajustarlos firmemente. [26] Los PAPR normalmente no filtran los gases de escape del usuario. [27]

Deficiencias

Los filtros electrostáticos de los respiradores son mucho más fáciles de respirar que las máscaras de tela; sin embargo, cuando los respiradores se usan con cubiertas adicionales, como material de mascarilla quirúrgica, pueden dificultar la respiración del usuario. Como resultado, la exposición al dióxido de carbono puede exceder sus OEL [ cita necesaria ] (0,5% por volumen para un turno de 8 horas; 1,4% para una exposición de 15 minutos [28] ), y los niveles de CO 2 en el interior alcanzan hasta el 2,6% para los elastómeros. respiradores y hasta 3,5 para FFR . Valores medios para varios modelos; Algunos modelos pueden proporcionar una mayor exposición al dióxido de carbono. Estos valores son comparables a los niveles de CO 2 que normalmente ocurren dentro de la tráquea , y el volumen dentro de la máscara de un respirador es una fracción del volumen total inhalado con cada respiración, por lo que la concentración total de CO 2 para cada respiración es mucho menor que la concentración dentro del pequeño volumen de la propia máscara. [a] [29] [30] [31] La irritación de la piel y el acné (por la humedad y el contacto con la piel) pueden ser una molestia. [32] El libro de texto HSE del Reino Unido recomienda limitar el uso de respiradores sin suministro de aire a 1 hora, [33] mientras que OSHA recomienda el uso de respiradores hasta por ocho horas.

Casi todos los métodos de filtración funcionan mal en el exterior cuando los niveles ambientales de agua en el aire son altos, lo que provoca saturación y obstrucción, aumenta la resistencia respiratoria y la acumulación de agua en las fibras del filtro electrostático puede reducir la eficiencia del filtro. El flujo de aire bidireccional (como el que se usa en máscaras sin válvula de exhalación) agrava aún más este problema. Los estándares de diseño se utilizan normalmente sólo para entornos "interiores". [ cita necesaria ]

Estándares de filtración

Estándares estadounidenses (N95 y otros)

En Estados Unidos , el Instituto Nacional de Seguridad y Salud Ocupacional define las siguientes categorías de filtros de partículas según su clasificación de filtración de aire NIOSH. [34] (Las categorías resaltadas en azul en realidad no se han aplicado a ningún producto).

Un vídeo que describe las pruebas de certificación N95.

Además, los filtros HE (alta eficiencia) son la clase de filtro de partículas que se utiliza con los respiradores purificadores de aire eléctricos . Tienen una eficacia del 99,97% contra partículas de 0,3 micrones , lo mismo que un filtro P100. [35] [36] [37]

Durante la pandemia de COVID-19, la Administración de Salud y Seguridad Ocupacional de EE. UU. emitió una tabla de equivalencia que proporciona estándares extranjeros similares para cada estándar estadounidense. [38]

En los Estados Unidos, los respiradores N95 son diseñados y/o fabricados por empresas como 3M , Honeywell , Cardinal Health , Moldex, [39] Kimberly-Clark , Alpha Pro Tech, [40] Gerson, [41] Prestige Ameritech y Halyard Health. . En Canadá, los N95 son fabricados por AMD Medicom, [42] Vitacore, [43] Advanced Material Supply, [44] Eternity [45] y Mansfield Medical. [46] La empresa taiwanesa Makrite fabrica respiradores N95 y similares para varios otros países. [47] Degil es una etiqueta para algunos de los respiradores de Makrite.

Estándares europeos (FFP2 y otros)

Mascarillas FFP2
Mascarilla facial FFP2 sin válvula de exhalación

La norma europea EN 143 define las clases 'P' de filtros de partículas que se pueden acoplar a una mascarilla, y la norma europea EN 149 define las siguientes clases de "medias máscaras filtrantes" o "máscaras filtrantes" (FFP), es decir, respiradores que están construidos total o sustancialmente con material filtrante: [48]

Tanto la norma europea EN 143 como la EN 149 prueban la penetración del filtro con cloruro de sodio seco y aerosoles de aceite de parafina después de almacenar los filtros a 70 °C (158 °F) y −30 °C (−22 °F) durante 24 h cada uno. Los estándares incluyen pruebas de resistencia mecánica, resistencia a la respiración y obstrucción. La EN 149 prueba la fuga hacia adentro entre la máscara y la cara, donde 10 sujetos humanos realizan 5 ejercicios cada uno. La media truncada de la fuga promedio de 8 individuos no debe exceder los valores antes mencionados. [50] : § 8.5 

En Alemania, los respiradores FFP2 son fabricados por empresas como Dräger , Uvex [51] y Core Medical. [52] En Bélgica, Ansell [53] fabrica máscaras FFP2. En Francia, los fabrica la empresa Valmy [54] . En el Reino Unido, la empresa Hardshell [55] ha comenzado recientemente a fabricar mascarillas FFP2.

Otros estándares (KN95 y otros)

Norma china para respiradores.
Mascarilla KN95

Los estándares de respiradores en todo el mundo se dividen en dos campos: grados similares a los de EE. UU. y a los de la UE. Según 3M , los respiradores fabricados según las siguientes normas son equivalentes a los respiradores N95 estadounidenses o FFP2 europeos "para filtrar partículas no basadas en aceite, como las resultantes de incendios forestales, contaminación del aire PM 2,5, erupciones volcánicas o bioaerosoles (por ejemplo, virus). ": [56]

El NPPTL también ha publicado una guía para el uso de máscaras que no sean de NIOSH en lugar de las N95 en la respuesta al COVID-19. La OSHA tiene un documento similar. Los siguientes estándares de respiradores se consideran similares al N95 en los EE. UU.: [72] [73]

Desinfección y reutilización

Las mascarillas respiratorias con pieza facial de filtrado duro generalmente están diseñadas para ser desechables, para 8 horas de uso continuo o intermitente. Un laboratorio descubrió que había una disminución en la calidad del ajuste después de cinco usos consecutivos. [13] Una vez que están demasiado obstruidos físicamente para respirar, deben ser reemplazados.

Las mascarillas respiratorias con filtro duro a veces se reutilizan, especialmente durante las pandemias, cuando hay escasez. Las partículas infecciosas podrían sobrevivir en las mascarillas hasta 24 horas después de finalizar su uso, según estudios que utilizan modelos de SARS-CoV-2 ; [13] En la pandemia de COVID-19, los CDC de EE. UU. recomendaron que si las mascarillas se agotaran, cada trabajador de la salud debería recibir cinco mascarillas, una para usar por día, de modo que cada mascarilla pase al menos cinco días almacenada en un bolsa de papel entre cada uso. Si no hay suficientes mascarillas para hacer esto, recomiendan esterilizarlas entre usos. [81] Algunos hospitales han estado almacenando máscaras usadas como medida de precaución. [82] Los CDC de EE. UU. publicaron directrices sobre la ampliación de los suministros N95, recomendando un uso prolongado en lugar de su reutilización. Destacaron el riesgo de infección al tocar la superficie exterior contaminada de la mascarilla, algo que incluso los profesionales hacen con frecuencia sin querer, y recomendaron lavarse las manos cada vez antes de tocar la mascarilla. Para reducir la contaminación de la superficie de las mascarillas, recomendaron protectores faciales y pedir a los pacientes que también usaran mascarillas ("enmascaramiento de fuente"). [83]

Además del tiempo, se han probado otros métodos de desinfección. Se han observado daños físicos a las máscaras al calentarlas en el microondas, en una bolsa de vapor, dejarlas reposar en calor húmedo y golpearlas con dosis excesivamente altas de irradiación germicida ultravioleta (UVGI). Los métodos a base de cloro, como el blanqueador con cloro , pueden provocar olores residuales, desprendimiento de cloro cuando la mascarilla se humedece y, en un estudio, rotura física de las almohadillas nasales, lo que provoca un aumento de las fugas. [13] El ajuste y la comodidad no parecen verse perjudicados por la UVGI, la incubación con calor húmedo y el vapor generado por microondas. [13]

Es posible que algunos métodos no dañen visiblemente la mascarilla, pero arruinan su capacidad de filtrar. Esto se ha observado en intentos de esterilizar sumergiéndolos en agua y jabón, calentándolos en seco a 160 °C (320 °F) y tratando con alcohol isopropílico al 70 % y plasma de gas peróxido de hidrógeno [13] (realizado al vacío con radio ondas [84] ). Algunos métodos de limpieza destruyen la carga eléctrica estática de las microfibras (que atrae o repele las partículas que pasan a través de la máscara, lo que las hace más propensas a moverse hacia los lados y golpear y adherirse a una fibra [ cita requerida ] ; ver electret ). La UVGI (luz ultravioleta), el vapor de agua hirviendo y el calentamiento en horno seco no parecen reducir la eficiencia del filtro, y estos métodos descontaminan con éxito las mascarillas. [13]

UVGI (un método ultravioleta), óxido de etileno , calentamiento en horno seco y peróxido de hidrógeno vaporizado son actualmente los métodos más utilizados en los hospitales, pero ninguno ha sido probado adecuadamente. [13] Cuando haya suficientes mascarillas disponibles, es preferible ciclarlas y reutilizar una mascarilla solo después de dejarla reposar sin usar durante cinco días. [81]

Se ha demostrado [85] que las mascarillas también pueden esterilizarse mediante radiación ionizante. La radiación gamma y los electrones de alta energía penetran profundamente en el material y pueden usarse para esterilizar grandes lotes de mascarillas en un corto período de tiempo. Las máscaras se pueden esterilizar hasta dos veces, pero deben recargarse después de cada esterilización, ya que la carga superficial se pierde con la radiación.

Un desarrollo reciente es un tejido compuesto que puede desactivar amenazas tanto biológicas como químicas [86]

Notas

  1. ^ Por ejemplo, IDLH para CO2 = 4%, pero la máscara filtrante "AOSafety Pleats Plus" proporcionó una concentración de hasta el 5,8%.

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