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Covid-19: Por qué todos deberíamos llevar mascarillas – Nuevos fundamentos científicos

8 mayo 2020

Este artículo es la actualización de una traducción del artículo de la web de GIST Covid-19: Why we should all wear masks – There is new scientific rationale de Sui Huang

La recomendación oficial en los Estados Unidos (y en otros países occidentales) de que no era necesario que la población general llevase mascarilla estuvo motivada por la necesidad de preservar estas mascarillas respiratorias para los trabajadores sanitarios. No hay base científica para la afirmación de que las máscaras utilizadas por no profesionales “no sean efectivas”.  Por el contrario, a la vista del objetivo de “aplanar la curva”, cualquier reducción de la transmisión, aunque parcial, sería bienvenida – incluso conseguir mascarillas quirúrgicas o caseras (que no se ven afectadas por el problema de suministro). Los últimos hallazgos biológicos de la entrada viral del SARS-CoV-2 viral en el tejido humano y la expulsión de gotículas por estornudo/tos sugiere que el principal mecanismo de transmisión no es a través de los aerosoles finos, sino de las gotículas más grandes, lo que  justifica el uso generalizado de mascarillas quirúrgicas.

El cirujano jefe de EEUU tuiteó: “DEJEN DE COMPRAR MASCARILLAS, no son efectivas…”. El Centro de Control de Enfermedades norteamericano (CDC) afirma que las mascarillas quirúrgicas ofrecen menos protección que las mascarillas respiratorias N95 (que además deberían ajustarse perfectamente y solo los profesionales pueden hacerlo). El CDC recomienda que las personas sanas no deberían llevar ningún tipo de mascarilla, solo las enfermas. Estas indicaciones no están basadas en fundamentos científicos sino en la necesidad de salvaguarda de esas valiosas mascarillas para los profesionales de la salud ante una posible escasez. Pero puede haber tenido consecuencias no deseadas: estigmatización de aquellos que llevan mascarillas en público (¡eres un acaparador, o eres contagioso!).

Comparen esto con el hábito cultural, el fomento o incluso la imposición de llevar mascarillas en los países asiáticos – que ya han “aplanado la curva” o incluso han tenido una curva más plana desde el inicio.

Por supuesto, las mascarillas quirúrgicas, y las mascarillas respiratorias N95 mal puestas no ofrecen una protección total. Pero si el objetivo establecido es “aplanar” la curva (frente a la erradicación del virus), tenemos que abandonar el pensamiento “o blanco o negro” y aceptar los tonos de grises. No podemos afirmar que las mascarillas “no son efectivas”. No podemos permitir que lo perfecto sea enemigo de lo bueno. ¿Qué problema hay en que una protección -aunque parcial- ofrecida por una mascarilla quirúrgica defectuosa o incluso hecha en casa reduzca la probabilidad de transmisión hasta el punto de que sea similar a la recomendación (igualmente imperfecta) de distanciarse dos metros entre personas o “no tocarse la cara”? Se podría entonces duplicar el impacto de la intervención no farmacológica (NPI) para aplanar la curva (Figura 1).

FIGURA 1. “Aplanar la curva”. El efecto de reducir las intervenciones que disminuirían el índice de reproducción R0 en un 50% cuando se implementan el día 25. La curva roja es la tendencia de casos de individuos infectados (“casos”) sin intervención. La curva verde refleja la curva modificada (“aplanada”) tras la intervención. El día 0 (3 de marzo de 2020) marca el momento en el que se confirmaron 100 casos de infección (d100 = 0). El modelo solo sirve de ilustración y se realizó con un simulador modelo SEIR (http://gabgoh.github.io/COVID/index.html). El modelo de no intervención se ajustó a estos datos: un período temporal de veinte días en los que el número de casos en Estados Unidos aumentó desde los 100 (d100=0) a los 35.000 (d100=20). Se emplearon los parámetros estándar (tamaño de población 330 M, Tinc=5.2 días, Tinf = 3.0 días pero con el valor bastante alto R0=5.6 para conseguir el incremento observado de número de casos en EEUU. Las curvas se han redibujado y no son proporcionales.

Como el CDC no proporciona evidencia científica para su afirmación de que las mascarillas para la población general “no son efectivas”, aquí revisamos el respaldo científico a la protección que prestan las mascarillas quirúrgicas. Nos centramos en los fundamentos mecanicistas (opuestos a la evidencia epidemiológica-fenomenológica). Concluimos, considerando la balística de gotículas de tos y los últimos hallazgos de investigación sobre la biología de la transmisión del virus SARS-CoV2 (que causa la COVID-19), que cualquier barrera física, incluso la proporcionada por mascarillas domésticas, puede reducir sustancialmente la expansión de la COVID-19. Si pronto vamos a ceder a la presión para aflojar el confinamiento y permitir interacciones sociales limitadas para revivir la economía, las mascarillas para la ciudadanía deberían desempeñar un papel importante y facilitar ese enfoque intermedio.

La recomendación oficial del CDC, la FDA y otros organismos de que las mascarillas utilizadas por individuos diferentes a los profesionales de salud no son efectivas es incorrecta a tres niveles: a nivel de la lógica, de la mecánica de la transmisión y de la biología de la entrada viral.

 

I. LA LÓGICA

Por supuesto, ninguna mascarilla, ya sea la anatómica mascarilla respiratoria N95, aprobada por NIOSH, o la mascarilla quirúrgica estándar, proporciona una protección perfecta (al “100 %”). Pero que la protección sea imperfecta no significa que sea “completamente inútil”, al igual que un vaso que no está lleno no significa que esté vacío: con mucho gusto aceptaría un vaso de agua lleno al 60 % cuando tenga sed. La ausencia de evidencia (de protección) no es evidencia de ausencia. Pero en nuestro mundo binario, el mensaje oficial de que las mascarillas quirúrgicas “no son efectivas” puede haber enviado un mensaje equivocado: que son absolutamente inútiles. Lamentablemente, con la imagen en blanco y negro pintada por las autoridades, la discusión sobre la efectividad de las mascarillas se ha sofocado, y con ello la posibilidad de incentivar a la industria a aumentar la producción de estos elementos de protección a 75 centavos la unidad.

Sin embargo, con el objetivo declarado de “aplanar la curva” (y no eliminar el virus por completo) tenemos un objetivo “relativo” en lugar de absoluto, que coloca la noción de “protección parcial” bajo una nueva perspectiva. En principio, se podría calcular la extensión Y del aplanamiento de la curva dada una protección parcial del X % proporcionada por la máscara. Pero para ello primero necesitamos entender en detalle los mecanismos y la biología de la transmisión.

 

II.  LOS MECANISMOS DE TRANSMISIÓN

La forma en que las gotículas transportan de una persona a otra los virus que causan enfermedades transmitidas por el aire es un asunto complejo y poco estudiado. Para este debate, las gotículas se pueden dividir, aproximadamente, en dos grandes categorías basadas en el tamaño (FIG. 2):

Figura 2. Una gotícula más grande que los aerosoles, cuando se exhala (a una velocidad inferior a 1 m/s), se evapora o cae al suelo a menos de 1,5 m de distancia. Cuando se expulsa a alta velocidad al toser o estornudar, el chorro puede transportar gotas especialmente grandes (> 0.1 micrómetros) a más de 2 o 6 m, respectivamente.

(a) Gotas por debajo de un diámetro de 10 um (micrómetros), el límite superior para la definición de ‘aerosol’ (partículas tan ligeras que pueden flotar en el aire). Para abreviar, llamaremos a esta categoría “aerosoles”. Estos pequeños aerosoles son transportados por la ventilación o por el viento y, por lo tanto, pueden atravesar habitaciones. Lo que diferencia a las mascarillas faciales N95 de las mascarillas quirúrgicas es que las primeras están diseñadas (según el requisito reglamentario) para detener los aerosoles: tienen que filtrar el 95 % de las gotas más pequeñas que 0.3 um.

(b) Gotas de más de 10 um (micrómetros), que alcanzan 100 um o más. Aquí llamaremos a estas partículas grandes “gotículas”. (Para un debate más detallado, ver Nicas y Jones, 2009). Por supuesto, las gotículas pueden ser aún más grandes, hasta alcanzar un tamaño visible al ojo humano al toser o estornudar (0,1 um de diámetro o más). Los cálculos de Xie et al sugieren que, si se exhala, las gotas superiores a 0,1 um pueden evaporarse o caer a una superficie dentro de los 2 m, dependiendo del tamaño, la humedad del aire y la temperatura. Pero toser o estornudar puede dispararlas como proyectiles por la boca con una velocidad inicial de 50 metros/segundo (en el caso de estornudar) o de 10 m/s (en el caso de toser), y las gotas pueden alcanzar distancias de hasta 6 metros. Si es así, la tan mencionada “distancia de seguridad” de 2 metros en los encuentros sociales puede no ser suficiente, a no ser que se use una mascarilla (simple) – volveremos a este tema más adelante.

Esta es la implicación biológica central de la distinción entre los aerosoles y las gotículas: Las partículas en el aire deben ser pequeñas para que sean inspiradas y alcancen el pulmón en profundidad, a través de todos los conductos de aire hasta las células alveolares donde sucede el intercambio de gases (Figura 3): solo las gotículas inferiores a 10 micrómetros de diámetro pueden alcanzar los alvéolos. Por el contrario, las grandes gotas de aerosol se atascan en la nariz y la garganta (el espacio nasofaríngeo) y en los conductos de aire superiores del pulmón, la tráquea y los bronquios. La distribución del tamaño de las gotículas que se expulsan en una tos típica es tal que aproximadamente la mitad de la gotícula entra en las categorías de aerosoles, si bien en su conjunto solo representan menos de 1/100.000 del volumen expulsado (Nicas et al 2005 ).

Figura 3. Anatomía de las vías respiratorias y de dónde pueden terminar las gotas, dependiendo de su tamaño y de qué gotas están bloqueadas por qué mascarillas

De esto se deduce que las sofisticadas mascarillas N95, diseñadas para filtrar las partículas más pequeñas, ayudan a evitar que las gotas transporten el virus a los alvéolos. Pero, ¿hasta qué punto es esto relevante para aplanar la curva? Lo veremos a continuación. Por el contrario, es plausible que las grandes gotas que terminan en la nasofaringe puedan ser detenidas por cualquier barrera física, como una mascarilla quirúrgica más simple o una mascarilla antipolvo.

Por supuesto, muchas gotículas de aerosol que se expulsan con la exhalación o con la tos pueden no contener el virus, pero algunas sí. En el caso del virus SARS-CoV-2, no se sabe cuál es la carga infecciosa mínima (el número de partículas víricas necesarias para iniciar la cascada de patogénesis que provoca una enfermedad clínica). Pero comenzamos a apreciar si las gotículas pequeñas de aerosol o las grandes de proyectil son más relevantes.

La idea tácita de los CDC de que los alvéolos son el lugar de destino en el que las gotículas entregan la carga vírica (los alvéolos son, después de todo, el origen anatómico de la neumonía potencialmente mortal) ha elevado la aparente importancia de las mascarillas N95 y ha llevado al desprecio de las mascarillas quirúrgicas. Los matices no son perceptibles para la gente común (así como con muchos expertos de andar por casa) que ahora, debido a la binarización de mensajes, piensan que las mascarillas son inútiles.

Incluso con respecto a los aerosoles pequeños no debemos olvidar que el filtrado parcial de las mascarillas quirúrgicas es mejor que nada. En una simulación experimental de la capacidad de filtrado de las mascarillas en 2008, van der Sande y sus colegas en los Países Bajos compararon la capacidad de tres mascarillas: (i) mascarillas caseras de tela, (ii) mascarillas quirúrgicas estándar y (iii) FFP2, el equivalente europeo de las mascarillas N95, con respecto a su capacidad para detener aerosoles pequeños de 0,2 a 1 um, es decir, las gotas que alcanzan el pulmón inferior.

casera; quirúrgica; FFP2(N95)

Figura 4  

Lo que los autores encontraron con respecto a la protección hacia dentro justifica el cuestionamiento del mensaje de los CDC de que las mascarillas quirúrgicas “no son efectivas”: mientras que las mascarillas FFP2 (o N95) filtraron más del 99 % de las partículas (reduciendo así la carga del aerosol en 100 veces), las mascarillas quirúrgicas redujeron el número de gotículas de aerosol detrás de la máscara en 4 veces en comparación con el exterior de la mascarilla. Es plausible que, para gotas de aerosol más grandes expulsadas por la tos, la diferencia entre las mascarillas quirúrgicas y las mascarillas respiratorias F95 sea aún menor. Curiosamente, con respecto a la protección hacia fuera, la efectividad y las diferencias son mucho menores (véanse los datos de la figura 5).

Figura 5. Efecto de filtrado para pequeñas gotas (aerosoles) de varias mascarillas; mascarilla casera de tela, mascarilla quirúrgica (3M “Tie-on”) y mascarilla respiratoria FFP2 (N95). Los números se escalan a la referencia de 100 (origen de las gotas) con fines ilustrativos, calculados a partir de los valores del factor de protección de la Tabla 2 de van der Sande et al, 2007. La medición se realizó con un contador Portacount que registra partículas en el aire con tamaños de entre 0,02 y 1 micrómetro al final de un período de uso de 3 horas sin actividad física. La cifra de protección son las medianas de 7 (u 8) voluntarios adultos por grupo. La protección al comienzo de la prueba fue similar para la mascarilla casera de tela y la mascarilla quirúrgica, pero para la FFP2 la protección fue doble. Los niños experimentaron una protección sustancialmente menor (ver van der Sande et al 2007).

Estos resultados plantean una pregunta urgente: Si todo lo que queremos es mitigar la pandemia, es decir, “aplanar la curva”, ¿en qué medida se reduce la transmisión de persona a persona mediante una reducción por 4 de las partículas que llegan a los pulmones? La intuición sugiere que incluso una mascarilla imperfecta puede ofrecer una protección que esté al menos en el rango de la separación recomendada de más de 2 metros en las interacciones sociales o de lavarse las manos o no tocarse la cara; todas las recomendaciones se basan en la plausibilidad mecanicista sin un fuerte respaldo epidemiológico.

Técnicamente, se podría cuantificar en qué medida la reducción de 4 veces de las gotículas a las que se expone una persona, como se logra con las mascarillas quirúrgicas, o de 3 veces, como se logra con las mascarillas caseras de tela, contribuye a una reducción de la “tasa de reproducción” desde el R0 inicial hasta el Rt efectivo después de una intervención de mitigación en el tiempo t. ¿Quizás en un 25 %? Entonces uno podría, utilizando modelos epidemiológicos SEIR, calcular en qué medida una reducción parcial de R aplanaría sustancialmente la curva hasta el punto de evitar el colapso del sistema de atención médica (ver Figura 1).

Pero dicho cálculo “ascendente” de R es complicado porque requeriría el conocimiento de muchos factores mecanicistas que no son fáciles de cuantificar. Por ejemplo, no sabemos en qué proporción se transmite la COVID-19 a través de gotículas grandes frente a aerosoles pequeños. ¡Solo en el último caso se aprovechará plenamente la ventaja de las mascarillas respiratorias N95 sobre las mascarillas quirúrgicas! Asimismo, no se sabe en qué medida solo el distanciamiento social contribuye a la reducción de R .

Por lo tanto, echemos un vistazo a la biología real de la transmisión que ofrece una salida a este problema y que tampoco ha sido considerada por las autoridades que afirmaron que “las mascarillas quirúrgicas no son efectivas”.

 

III. LA BIOLOGÍA

El virus SARS-CoV-2, como cualquier virus, debe acoplarse a las células humanas utilizando un principio de llave/cerradura, en el que el virus representa la llave y la célula la cerradura que complementa a la llave para introducirse en la célula y reproducirse. Para el virus SARS-CoV-2, la proteína de la superficie vírica “proteína de espiga S” es la llave y debe encajar perfectamente en la proteína de “cerradura” que se expresa (= se presenta molecularmente) en la superficie de las células huésped. La proteína de cerradura celular que usa el virus SARS-CoV-2 es la proteína ACE2 (FIG 6).

Figura 6. El SARS-CoV-2 entra en la célula huésped al acoplarse con su proteína de espiga a la proteína ACE2 (azul) en las superficies celulares

Esta enzima de la superficie celular normalmente tiene una función protectora cardiopulmonar. La ACE2 se expresa a niveles más altos en los ancianos, en personas con insuficiencia cardíaca crónica o con hipertensión arterial pulmonar o sistémica. (Hay que tener en cuenta que la expresión de la ACE2 es “limitante de la velocidad” porque otras proteínas del huésped cuya presencia también es necesaria para que el virus entre en las células, como las proteasas, se expresan de manera más abundante y amplia). Ciertos medicamentos para la presión arterial (como ahora se discute intensamente, ya que la hipertensión es un factor de riesgo de progresión a SDRA y muerte en COVID-19), pero también el estrés mecánico de la ventilación, irónicamente, pueden aumentar la expresión de ACE2.

Sorprendentemente, la expresión de la ACE2 en el pulmón es muy baja: está limitada a unas pocas moléculas por célula en las células alveolares (células AT2) en el pulmón. Pero un artículo publicado recientemente por el consorcio Human Cell Atlas (HCA) informa que la ACE2 está altamente expresada en algún tipo de células (secretoras) ¡de la parte interior de la nariz! (Figura 7).

Combinemos este hecho con la explicación anterior de la mecánica: La expresión nasal de la proteína ACE2 sugiere que el virus SARS-CoV2 infecta estas células. También se puede inferir que la transmisión del virus SARS-CoV2 se producirá en gran medida a través de grandes gotas de tos o estornudos, que comprenden la gran parte del líquido rociado en la tos o estornudos y aterrizará en la nasofaringe debido a su tamaño, precisamente donde existen bloqueos moleculares para el virus, lo que permite la unión viral y la entrada en las células huésped. Obviamente esta ruta de transmisión podría ser bloqueada de manera efectiva por una simple barrera física. (La expresión proximal de la ACE en la cavidad nasal también es compatible con la transmisión por gotitas superficiales, – por lo tanto, debemos lavarnos las manos).

Figura 7. La ruta principal de entrada viral es probable a través de gotas grandes que aterrizan en la nariz, donde la expresión del receptor de entrada viral, ACE2 es más alta. Esta es la ruta de transmisión que podría ser bloqueada de manera efectiva por mascarillas simples que proporcionan una barrera física.

De hecho, Wölfel et al. ahora informan de que el material viral se puede detectar y aislar fácilmente en los cultivos nasales, a diferencia del caso de otras infecciones virales transmitidas por el aire, como el SARS original. En comparación con el SARS (que también usa la ACE2 para introducirse en las células), en el caso de la COVID-19, los genomas virales (ARN) aparecen antes en los cultivos nasales y en concentraciones mucho más altas, de modo que la detección es bastante fácil. De hecho, la FDA acaba de aprobar cultivos para las pruebas tomadas desde el frente de la nariz a través de la autocolección, en lugar de en la profundidad de la nasofaringe. El análisis molecular también muestra que el virus SARS-CoV2 está activo y ya se replica en la nasofaringe, a diferencia de otros virus respiratorios que habitan en regiones más profundas del pulmón.

La replicación viral en la mucosa nasofaríngea también puede explicar las pruebas positivas en la etapa prodrómica y la transmisión por portadores sanos, y tal vez la anosmia observada en las primeras etapas de COVID-19. Pero esta biología también implica que: evitar las gotas grandes, que de todos modos no pueden introducirse en el pulmón pero que aterrizan en las vías respiratorias superiores, podría ser el medio más efectivo para prevenir la infección. Por lo tanto, las mascarillas quirúrgicas, tal vez incluso su pasamontañas, pañuelo o bufanda, pueden brindar más protección que la presentada por una autoridad del gobierno en su recomendación inicial (comprensible pero desafortunada) contra el uso de mascarillas por parte del público en general. Las mascarillas respiratorias N95 pueden ofrecer relativamente menos protección adicional de lo que se piensa. (Para ser justos, los CDC sugieren el uso del pañuelo por parte de los proveedores de atención médica como último recurso cuando no hay mascarillas faciales disponibles).

Desde un punto de vista práctico y social, las mascarillas quirúrgicas o caseras, si se manejan adecuadamente, en el peor de los casos no molestan y, en el mejor de los casos, pueden ayudar. (Asegúrese de desecharlas o lavarlas después de usarlas sin tocar la superficie exterior). Estas mascarillas más simples y económicas pueden ser suficientes para ayudar a aplanar la curva, quizás un poco, quizás de manera sustancial. Importante: usarlas no les quitará las valiosas mascarillas respiratorias N95 a los trabajadores sanitarios.

 

LAS IMPLICACIONES

Sería trágico si la lógica, la mecánica y la biología incorrectas, que han llevado a los gobiernos occidentales a no alentar, sino a estigmatizar el uso de mascarillas, pueden haber contribuido al fuerte aumento de COVID-19. Dado que el tracto respiratorio superior es la principal entrada del SARS-Cov-2 en los tejidos humanos, el uso de mascarillas faciales simples que ejercen una función de barrera que bloquea esas grandes gotas de proyectil que aterrizan en la nariz o en la garganta puede reducir sustancialmente la tasa de producción R, en una medida que puede ser comparable al distanciamiento social y al lavado de manos. ¡Esto duplicaría el efecto de la mitigación al “aplanar la curva”!

Mirando hacia el futuro: si pronto aflojamos la cuarentena debido a la presión política para sostener la economía, tal vez alentar a usar mascarillas faciales en público sería un buen compromiso entre el bloqueo total y la libertad total, con la que nos arriesgamos a que resurja el enemigo invisible. Ahora existe una base científica sólida para poner fin a la histeria antirúrgica de las autoridades y para recomendar o incluso exigir un uso amplio de mascarillas como en los países asiáticos que han aplanado la curva.

PS (1 Abril 2020): El artículo de  Wölfel et al. citado anteriormente ha sido publicado aquí.

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