Medición de la ventilación para cuantificar el riesgo de COVID-19

Crédito: Instituto de Tecnología de California

Hay muchos factores que influyen en los modelos de transmisión de COVID-19: ¿Cuánta carga viral está presente en la tos de una persona? ¿Qué tipo de materiales son más efectivos para las mascarillas?

Uno de estos factores es la ventilación de los espacios interiores: un espacio bien ventilado disminuye el riesgo de transmisión de COVID en esa habitación, pero ¿cuál es la mejor manera de medir la ventilación? Ahora, un grupo interdisciplinario de investigadores de Caltech, así como miembros del equipo de instalaciones del Instituto, están adaptando la tecnología utilizada por geoquímicos y científicos atmosféricos para estudiar las tasas de ventilación en los edificios de todo el campus.

Hablamos con el profesor de Geobiología Alex Sessions sobre este proyecto.

La Organización Mundial de la Salud (OMS) publicó recientemente un informe que brinda orientación para la ventilación de espacios. ¿Puede comentar esas recomendaciones?

El informe de la OMS reafirma la importancia de una buena ventilación interior para limitar la propagación de la COVID y luego proporciona una guía más específica sobre cómo lograr ese objetivo. Esto incluye el uso de acondicionadores de aire, ventiladores, filtros y otros dispositivos mecánicos además de la ventilación natural como ventanas. Es una especie de hoja de ruta de sentido común para lograr una ventilación interior saludable. Tenemos la suerte de contar con un equipo de profesionales de HVAC en el campus en Operaciones de Instalaciones, por lo que Caltech ya estaba haciendo la mayor parte de lo que recomiendan.

Lo más útil para nosotros es que, por primera vez, pusieron un número sobre cómo se ve el flujo de aire adecuado con respecto a COVID: 10 litros por segundo por ocupante en un entorno no sanitario.

Al principio de la pandemia, la Organización Mundial de la Salud había dicho que el SARS-CoV-2 no propagado por aerosoles: diminutas partículas líquidas que se producen cuando una persona exhala. Su recomendación fue simplemente lavarse las manos, mantenerse a seis pies de distancia, estará a salvo. Pero ahora, la evidencia muestra claramente que la propagación de aerosoles está ocurriendo, e incluso puede ser la ruta de transmisión más probable. Entonces, si estás en la misma habitación con alguien, podrías estar en riesgo. Cuando le dices eso a la gente, puede ser muy aterrador. La gente se pregunta: «Estoy en el mismo edificio con alguien, ¿podría enfermarme? ¿Qué tan probable es?» Nadie puede calcular con absoluta certeza si te enfermarás o no, pero estamos comenzando a realizar mediciones que contribuirán a las probabilidades numéricas con respecto al riesgo.

Normalmente estudias la geoquímica de los entornos terrestres; ¿Cómo se involucró en la medición del flujo de aire en los edificios del campus?

En marzo pasado, el campus cerró y todos estábamos sentados en casa preguntándonos cómo investigar sin nuestros laboratorios. Parecía bastante importante entender ciertas [cosas], como qué tan bien ventilado está un salón de clases o un laboratorio en particular, para finalmente poder regresar al campus de manera segura.

Paul Wennberg [R. Stanton Avery Profesor de Química Atmosférica y Ciencias Ambientales e Ingeniería] y yo estábamos sentados en casa enviándonos mensajes de texto, y se nos ocurrió la idea de usar metano como marcador para medir la ventilación en una habitación. La idea es simple: pones una cierta cantidad de gas en una habitación y luego observas qué tan rápido desaparece. Debido a que el metano es inerte, sabemos que no desaparecerá debido a reacciones químicas o adsorción, por lo que su desaparición nos dice qué tan rápido se llena de aire fresco toda la habitación. La parte difícil es cómo medir fácilmente este gas traza invisible e inerte en concentraciones de partes por millón.

Una empresa, Picarro, fabrica detectores de metano portátiles que hemos usado en el campo antes para estudiar el metano. filtraciones y sedimentos productores de metano. Las divisiones de GPS [Ciencias Geológicas y Planetarias] y CCE [Química e Ingeniería Química], junto con la oficina del Provost, cada una aportó un tercio para cubrir el costo de que compráramos la nuestra. Mientras fabricaban nuestro detector portátil, la empresa nos prestó una versión no portátil. Nathan Dalleska [director del Resnick Water and Environment Laboratory del Resnick Sustainability Institute de Caltech] hábilmente ató el analizador, su bomba y un monitor de computadora a un carro para que pudiéramos llevarlo de una habitación a otra, junto con un tanque de metano y un ventilador para soplarlo alrededor de una habitación. Y listo, estábamos listos y funcionando.

No inventamos este método de descomposición de gases traza, pero lo adaptamos para que funcione con metano y este sensor portátil. Curiosamente, el verano pasado me puse en contacto con un alumno de Caltech llamado Peter Lagus. Él tiene una compañía que hace pruebas de ventilación de flujo de aire en plantas de energía nuclear, ese es un lugar donde uno realmente quiere asegurarse de que no entre ni salga aire, en caso de que haya una fuga. Son edificios enormes, por lo que es difícil hacerlo con precisión. Peter ideó este enfoque de gases traza para medir la ventilación hace varias décadas. Nos dio buenos consejos y nos animó en nuestro proyecto.

¿Quién más ha estado involucrado en este proyecto?

Este ha sido un verdadero esfuerzo de equipo, en todo Caltech, desde el principio. David Tirrell, John Grotzinger y Dennis Dougherty financiaron el esfuerzo. Junto con Paul Wennberg, John Crounse ayudó a diseñar las medidas, verificar nuestros cálculos, solicitar equipos y comenzar. Varias otras personas de GPS ofrecieron su tiempo para realizar mediciones en nuestros laboratorios y aulas, incluidos los posdoctorados Ted Present y Elizabeth Niespolo, y los científicos del personal John Magyar y Ma Chi. Varias personas de otras divisiones también han ayudado a realizar mediciones en sus propios laboratorios, me temo que ni siquiera sé todos sus nombres; esto ha cobrado vida propia.

Este otoño, después de que llegó nuestro detector de metano portátil, capacitamos a un equipo del grupo de operaciones de instalaciones del campus para realizar las mediciones, y han estado haciendo todo lo posible sobre el campus tratando de probar las habitaciones sin interrumpir a los ocupantes, lo cual es un verdadero desafío logístico. Si los ves con su carro y tanque de gasolina, dales un saludo. A lo largo de todo esto, Nathan realmente ha hecho el trabajo de terrateniente al organizar a todos los diferentes usuarios, mantener el equipo en funcionamiento y ayudar a todos a interpretar sus datos. En este punto, gracias a los esfuerzos de todos, hemos probado colectivamente cientos de salas en todo el campus. Ha sido muy gratificante para mí ver a tanta gente dando tanto de su tiempo a este proyecto.

¿Puedes describir el proceso y cómo funciona?

Lo primero que hacemos cuando entramos en una habitación, encendemos nuestro detector de metano y medimos la cantidad de metano de fondo presente, justo en la línea de base, que suele ser de una a dos partes por millón. Luego liberamos un poco de gas metano en la habitación y encendemos un ventilador para soplarlo y homogeneizarlo en todo el espacio. El detector registra un pico en la concentración de metano, normalmente de unas 1020 partes por millón. Esto sucede en solo unos minutos.

Luego, apagamos el gas y observamos cómo la concentración desciende gradualmente en el transcurso de 20 a 40 minutos a medida que el metano se diluye fuera de la habitación con el aire fresco. Ajustamos una ecuación de decaimiento exponencial a la curva y obtenemos un número que refleja los cambios de aire por hora o ACH. Este valor le dice exactamente lo que quiere saber sobre la ventilación: qué tan rápido se reemplaza el aire interior por aire fresco. Vimos que, por ejemplo, en una «sala limpia» que tiene muchos ventiladores y campanas, el metano volvió a la línea base en unos 5 minutos. Ocasionalmente, encontramos una habitación que tarda más de una hora en eliminar todo el metano. Medimos ciertas aulas con y sin ventanas abiertas, y vimos que abrir las ventanas aumentaba más del doble las tasas de ventilación.

¿Qué se considera un buen número ACH para estar a salvo de la infección por COVID?

Esa es una pregunta más complicada de lo que la mayoría de la gente cree. No hay un número de ACH que lo haga 100 por ciento seguro contra la infección; siempre hay algún riesgo muy pequeño. Por lo tanto, primero debe decidir qué nivel de riesgo está dispuesto a tolerar antes de poder calcular qué número de ACH lo llevará allí. Dicho esto, el nuevo mínimo recomendado por la OMS de 10 litros por segundo por persona corresponde a aproximadamente 1,6 ACH por persona en una oficina pequeña de 8 por 10 pies. Probablemente esté bastante cerca de donde se encuentran muchas de nuestras oficinas en el campus, por lo que se consideraría seguro con 1 ocupante pero no 2. Por el contrario, los laboratorios tienden a tener muy buena ventilación, a menudo 6 ACH o más. Si colocamos un ocupante en cada 400 pies cuadrados de un laboratorio (pauta actual de Caltech) con 6 ACH, eso se traduce en aproximadamente 225 litros por segundo por persona.

La otra cosa que hacen los números ACH es permitirle tomar decisiones informadas sobre el riesgo relativo. Por ejemplo, medimos las tasas de ventilación en ciertas aulas con el aire acondicionado apagado y luego encendido. Encontramos que el aire acondicionado hizo solo una pequeña diferencia en la tasa de ventilación. Luego abrimos las ventanas y descubrimos que la ventilación se duplicó, por lo que estaría aproximadamente el doble de seguro en ese segundo escenario. Ese tipo de información es muy útil, por ejemplo, para respaldar una decisión política que dice que todas las ventanas estarán abiertas, la seguridad mejorada vale la pena ser un poco frío. Todavía no podemos decir exactamente qué tan seguro está, pero podemos decir que está el doble de seguro abriendo las ventanas.

¿Qué tan bien describe el método de gas traza el comportamiento de los aerosoles COVID?

La cantidad de partículas de virus en una habitación refleja un equilibrio entre las fuentes y los sumideros. Las fuentes son personas que exhalan el virus en el aire. Los fregaderos son donde las partículas se desactivan o extraen del aire: ya sea adhiriéndose a las superficies, filtrándose a través de un filtro de aire o siendo diluidas fuera de la habitación por la ventilación. La ventilación es el sumidero principal en el que nos enfocamos; los otros son bastante pequeños en comparación.

Cuando usamos un gas traza como el metano, el tanque de gasolina es la fuente. El filtrado no le hace nada a los gases, y el metano no se descompone ni se adhiere a nada. Eso nos permite centrarnos únicamente en la ventilación, y ver desaparecer el metano de una habitación nos da la tasa de ventilación del aire exterior. Las partículas de aerosol de COVID, por supuesto, se filtran y se descomponen y se adhieren a las cosas, por lo que nuestras mediciones de gases traza son una subestimación conservadora de la rapidez con la que desaparecerán los aerosoles. Una de las cosas que hemos hecho cuando encontramos habitaciones con poca ventilación es traer unidades portátiles de filtración de aire. Estos pueden ser realmente útiles para eliminar los aerosoles de las habitaciones y hacerlas más seguras para los ocupantes.

¿Qué significa calcular el «riesgo»?

Comprender el riesgo es realmente importante, porque no parece que el SARS-CoV-2 vaya a desaparecer por completo. Incluso si todos se vacunan, y espero que lo hagan, las diferentes vacunas pueden funcionar mejor contra algunas variantes que contra otras, y así sucesivamente. Así que todavía va a haber algún riesgo. Creo que aprender a cuantificar ese riesgo, para que las personas puedan ponerlo en perspectiva y decidir si están dispuestas a aceptarlo, es un primer paso realmente importante para volver a la vida normal. Después de todo, ya vivimos cómodamente con todo tipo de otros riesgos, como cuando nos subimos a nuestro automóvil y manejamos.

La gente tiende a estar más aterrorizada de morir en un accidente de avión que en una piscina. Pero es mucho más probable, estadísticamente, que muramos en una piscina. Comprender el riesgo es fundamental para tomar decisiones informadas, pero los humanos son notoriamente malos para poner los riesgos en la perspectiva adecuada.

Uno de los investigadores líderes que trabaja en la cuantificación del riesgo asociado con la transmisión de aerosoles de COVID es Jose-Luis Jimenez. Fue un posdoctorado de Caltech con John Seinfeld estudiando aerosoles y contaminación del aire; ahora está en CU Boulder. Creó esta hoja de cálculo en línea que te permite escribir qué tan grande es la habitación, qué tan buena es la ventilación, cuántas personas hay, etc., y sale con números reales, como uno en mil o uno en un millón. , cuantificando el riesgo de que te contagies. Todavía hay incertidumbres bastante grandes, principalmente cuántas partículas infecciosas emite cada persona enferma, pero incluso los números del orden de magnitud son útiles para tomar decisiones. Uno en un millón es como subirse a un avión; uno de cada mil es más arriesgado que conducir ebrio. El público está muy interesado en este modelo, por razones obvias.

Todavía estamos estudiando la cuestión de cuál es la mejor manera de utilizar estas herramientas de evaluación de riesgos en Caltech. Por un lado, encuentro que la percepción de la mayoría de las personas sobre el riesgo de transmisión de COVID (mientras trabajan en los laboratorios de Caltech) es mucho peor que la realidad. Por otro lado, todavía hay incertidumbres lo suficientemente grandes en estos cálculos que no queremos dar a nadie una falsa sensación de seguridad. Espero que estos modelos mejoren con el tiempo a medida que los epidemiólogos recopilen más datos sobre la transmisión, así que estén atentos.

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Abra las ventanas para frenar la propagación de COVID: expertos Proporcionado por el Instituto de Tecnología de California Cita: Medición de la ventilación para cuantificar el riesgo de COVID-19 (23 de abril de 2021) consultado el 30 de agosto 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-04-ventilation-quantify-covid-.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.