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Información técnica y de mucha relevancia en la industria química.

García Lira, Alan; Colegio de Ingenieros Químicos de Yucatán A.C UADY-CA.31. Competitividad e innovación tecnológica.

Santos Flores, Jorge, IMIQ A.C.- Peninsular, UADY-CA.31. Competitividad e innovación tecnológica.

Yerves Maldonado, Abar Wilde.  Sociedad Mexicana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, A.C.

 

En la región sureste de México entre marzo y abril de 2020 fue creciendo la cantidad de contagiados y de casos complicados de COVID19 enfermedad transmitida por el SARS2 Coronavirus parte de esta pandemia en curso.  Así mismo se resintió en México una escasez de equipo médico de protección para quienes atienden esta enfermedad desde la zona específica de casos complicados hasta la de recepción y filtros en primer contacto. En particular contactaron por la Federación de Colegios de profesionales de Yucatán y el colegio de Médicos del estado, sobre que existía para esterilizar los respiradores N95 y sus símiles. Tras una breve investigación y ver que se trata de sistemas de filtración por fibras y de captura electrostática que es parte del campo de la ingeniería quimica , se aceptó realizar una investigación , que llevó a hallar una metodología y algunas tecnologías viables, y contrastar el estado de aceptación de una o más de estas por la “Food and Drug Administration” de los EE.UU  (FDA) y algun organismo en otros países, con lo anterior se dio un peso a cada una de las tecnologías encontradas,  que se han condensado en este artículo y en un reporte que ha iniciado su fase de difusión por el sector salud. Donde de utilizarse una o más de estas tecnologías, puede aliviar el desabasto presenta actualmente en este tipo de respiradores que protege de la aspiración de las partículas que transmiten al coronavirus 2, ayudará a mantener protegido al personal médico y demás del sector salud involucrados en el tratamiento de esta nueva enfermedad. Forma una aportación desde la responsabilidad social de los ingenieros químicos.

 

ANTECEDENTES

En el transcurso de   su carrera por el mundo de la pandemia ocasionada por un Coronavirus denominado SARS-COVID-2  que se transmite por fluido corporal, gotas del sistema respiratorio y microgotas como las neblinas al toser, estornudar, y producen la enfermedad  COVID19, con creciente cantidad de personas con casos complicados e internados en clínicas y hospitales, por lo que se ha presentado la insuficiencia de equipos e insumos, en particular de los protectores respiratorios N95 para los EE.UU. o sus equivalente bajo normas de otros países.

 Estos respiradores son de alta filtración, en particular para partículas muy pequeñas, esto se logra al integrar elementos de filtración por poros en una tela no tejida y otra tela a la que se le da una carga electrostática lo que le permite la retención de partículas de pequeñísimo tamaño.  Lo anterior permite sin un gran número de capas de filtros, retener 95% o más de las partículas en el aire inclusive las de muy pequeña dimensión, a la vez que no presentan una excesiva resistencia para la respiración [1]. Se reconoció el tema y que los métodos de retención de partículas, los materiales, los equipos necesarios, son objeto de estudio en la Ingeniería Química, así como están los polímeros y se puede aportar respuestas a la cuestión. En la Figura 1 se muestra una pieza facial protectora de la respiración N95.

 

Figura No. 1.  Protector Respiratorio Facial N95

Desde observaciones y peticiones de algunos elementos de la comunidad médica, la Federación de Colegios de Profesionales de Yucatán, y contactos en los otros estados de la península se percibió el impacto que esto podría tener sobre la atención a los enfermos por la pandemia o la disminución de personal médico y de salud en capacidad de otorgar el cuidado de los pacientes.  

 

Con lo anterior se confirmó la necesidad de realizar una investigación sobre el cómo lograr extender el uso de la protección respiratoria N95 o similares, para que continúen protegiendo al personal de salud, que se encuentra en contacto con personas infectadas.

 

                El respirador N95 fue diseñado hace unas tres décadas por el Dr. Tsai, quien es ingeniero de fibras químicas, doctorado en los EE.UU. él lidereó a un equipo dentro la Universidad de Tennessee que desarrolló una tecnología de filtración electrostática, aprovechando la pequeña masa y el flujo con movimiento browniano de las micropartículas para lograr capturarlas, ésta es la base de estos respiradores.[2]

Entre los métodos rechazados para la Food and Drug Admninstration (FDA) y el Centro del Control de Enfermedades de los EE.UU (CDC por sus siglas en inglés) se encuentran el lavar con jabón o detergente los respiradores, el aplicarles alcohol o solución de cloro y lo más preocupante se descarta el uso de esterilizadores de vapor de agua por la alta temperatura alcanzada que daña la estabilidad del material de filtración y se pierde el ajuste a la cara. Igualmente descartan el tratamiento con radiación gamma al dañar la capacidad de filtración y la carga electrostática, finalmente encontraron inadecuado el vapor de óxido de etileno por dejar trazas del mismo que son tóxicas para los humanos [3]

 

Desde lo anterior se fijaron como objetivos:

-       determinar la existencia de tecnologías que eliminen la posibilidad del virus de infectar al personal médico al reusar los respiradores N95 o similares,

-       determinar las tecnologías aceptadas, o más usadas,

-       definir si hay alguna mejor o con aceptación o respaldo de organismo nacional o internacional.

Se realizaron en el marco de mantener la capacidad de ajuste y fijación a la cara al igual que mantener la capacidad de retención de micropartículas.

 

METODOLOGÍA.

Se realizó una investigación documental en una etapa descriptiva del caso, para conocer las bases de la retención de partículas y las tecnologías o metodologías probadas.

En la siguiente etapa se realizó un análisis de las tecnologías anteriores, para determinar aquellas no dañasen la capacidad de filtración, ni deteriorasen el sellado de la mascarilla con el rostro del usuario. En adición si tuvieran la aprobación o respaldo de una entidad normativa, o de otra institución.

Se hizo una búsqueda de información entre varias fuentes de información incluyendo reportes de la FDA, de algunos Centros de control de enfermedades (CDC por las siglas en inglés), y artículos de empresas productoras y revistas del tema. Finalmente, se seleccionaron entre los hallazgos las tecnologías mejores o más prometedoras.

 

RESULTADOS

 

Primeramente, se averiguaron las características de las mascarillas N95 (95% de retención de partículas y de sólidos y liquido sin aceites, como mínimo) y de sus similares, encontrando [3, 4]:

-       que deben tener una clave que indique que son para uso en medicina,

-       que es muy importante su ajuste a la cara, hay dos puntos más delicados el ajuste a la nariz y las correas elásticas con sus anclajes a la mascarilla.

-       que en principio fueron hechas para un solo uso, pero ahora existen modelos diseñados para uso por periodos y continuar su uso, pero estas vienen con las recomendaciones desde el fabricante y debe indicarlo el catálogo del fabricante y estar marcadas,

-       que deben permanecer secas para preservar el tratamiento electrostático,

-       deben permanecer sin contacto con secreciones en cantidad que las humedezcan o lleven liquido infectado a las capas interiores, pues merma o pierde la capacidad de proteger al portador.

 

En esta etapa se concluyó que para mantener una protección al personal de salud en esas áreas, se requiere esterilizar las mascarillas o usar métodos que puedan desactivar el virus y otros patógenos para mantener en uso las mismas, sin dañar las condiciones de filtración de la mascarilla, mantener el ajuste a la cara, para permitir más de un uso, extender su tiempo como una protección del sistema respiratorio.

 

Para inactivar o destruir el SARS COVID-2 se conoce que se le inactiva mediante sustancias que destruyan su capa protectora como algunos alcoholes,  por elevar la temperatura a  más de 55C, así se revisaron procedimientos: esterilizado en autoclave, la reducción drástica de la humedad para reducir su tiempo de actividad, la aplicación de compuestos altamente oxidantes que destruyen al virus, destruirlo  con alguna de las variantes de luz ultravioleta de un rango de onda conocido por ocasionar daños a las células y a los virus. Se ubican limitaciones de integridad y funcionalidad de los respiradores N95, similares [1, 4, 5, 6]:

-       la aplicación directa de alcohol, temperaturas muy elevadas o de cáusticos fuertes, dañará el tratamiento electrostático o destruye la celulosa si está presente  en el modelo de mascarilla y se reduce mucho la eficiencia de filtrado de micro partículas; por lo tanto se descartan estos métodos.

 

-       debido a materiales que se basan en un polímero o plástico (polipropileno) y algunos fabricantes pueden incluir compuestos de celulosa, por mojarlos se dañaría su capacidad de filtrado, y su  resistencia a la humedad, también temperaturas elevadas a 95 C o más se puede dañar tanto el filtro como como el ajuste facial. Encontrando artículos que aconsejan no usar la esterilización mediante los autoclaves de vapor de agua a presión,

-       aplicar métodos de calor seco , como el aire seco y caliente, se debe limitar a un máximo de 75 grados centígrados , con protección de la mascarilla, dado su material polipropileno y el ajuste al rostro.  Si se sobrepasa esta temperatura se pueden dañar. Y en el mínimo se reportan 60 C.

-       el óxido de etileno como método de descontaminación es eficaz, pero presentó problemas al dejar residuos en el material de filtración que pueden dañar al personal médico y de enfermería,

-       la radiación ionizante deteriora a este tipo de respiradores.

 

Entre las metodologías, se encuentra recomendada para infecciones respiratorias como es el COVID 19 cuando se pueden tener suficientes respiradores N95 o similares, la CDC de los EE.UU. tiene en sus documentos directrices: "El trabajador sanitario usará un respirador cada día y lo almacenará en una bolsa de papel transpirable al final de cada turno. El orden de uso de la Pieza de Filtro Facial  (FFP) debe repetirse con un mínimo de cinco días entre cada uso del mismo  FFP. Esto da lugar a que cada trabajador requiera un mínimo de cinco FFP como mínimo, marcarlos en orden de primer uso y secuencialmente usarlos, cuidarlos y se deben almacenar adecuadamente cada día. Los trabajadores sanitarios deben tratar las FFP como si todavía estuvieran contaminadas y seguir las precauciones de rigor". Se da este periodo pues en 2 a 4 días el virus se inactiva en todo tipo de material basado en polímero o plástico por su nombre usual, debiendo tener contacto con el aire, pero sin contaminar el área, este método se considera adecuado para el actual Coronavirus [1].

Si los suministros son aún más limitados y no hay cinco respiradores disponibles para cada trabajador que los necesite, es cuando se convierte en necesidad la desinfección o descontaminación de las FFP.

 

En la información ubicada hasta este punto y en casos similares con el Coronavirus del Síndrome SARS, no se habla de llegar a la esterilización sino se indica una descontaminación o desinfección suficiente para seguir protegiendo al personal sanitario o de salud a la vez el poder prolongar el uso por varias jornadas. En detalle, se debe mantener el nivel de filtración, el ajuste facial, minimizar la degradación de los elementos de fijación a la cabeza, para poder seguir protegiendo al personal de salud que atiende a enfermos en áreas para el COVID19, también en zonas donde sea mediana o alta la posibilidad de contacto con infectados con esta enfermedad. [4, 6] 

Es preciso mencionar que por el potencial de degradar el ajuste a la cara es que no se han recomendado los esterilizadores tradicionales a vapor que operan a más de 120 grados centígrados.  Aunque esto puede cambiar si alguna solicitud de metodología resulte aprobada en el futuro cercano.

 

Se pasa a analizar un conjunto de tecnologías de desinfección o descontaminación. Primeramente se encuentra como aprobada para este uso de emergencia en los Estados Unidos de América y por la Food and Drug Administration (FDA) para desinfectar los respiradores N95 es el uso de vapor del peróxido de hidrógeno (VPH) a baja temperatura, confinado mediante un equipo ( Figura no. 2.), en un lapso de tiempo y posterior ventilación para eliminar trazas del peróxido, se puede aplicar repetidamente y ha sido validado hasta por 20  ciclos de descontaminación-reuso, el respirador mantiene su  funcionalidad tanto en filtración como en el ajuste al rostro, la guía de reuso de la Cía. 3M ni otros reportes consideran para uso hospitalario los modelos con válvula. En los USA la primera empresa que obtuvo validación fue Batelle como instalación, como un equipo con metodología específica con Vapor de Peróxido de Hidrógeno fue STERIS [1, 3, 4]

 

De la tecnología con vapor de peróxido de Hidrógeno, se localizó en México el tipo de equipo mediante un representante ubicado en Nuevo León, la empresa Life Tec SA de CV, que respondió a nuestra solicitud de datos técnicos de esterilizadores por VPH y costos, su información se incluye en el Anexo 1.  

Están en uso, pero también en prueba los métodos por calor seco a 70-75 grados centígrados manteniéndolo por al menos 30 minutos, en un equipo con buen control de temperatura donde se coloquen los respiradores para su tratamiento [5, 8]. Aunque en su momento de crisis los médicos de Italia estuvieron usando este método en forma manual, se ha continuado el trabajo experimental con buenos resultados de descontaminación. En los EE.UU. no ha obtenido el respaldo de la FDA en una Autorización de Uso por Emergencia (EUA por sus siglas en inglés). En información más reciente, el Dr. Peter Tsai  consideró  medular para poder reutilizar  las N95 calentarlas a 70 C por un tiempo de 60 minutos mediante calor seco [5,9]. Desde la opinión de los autores, una de las formas de aplicar el calor es mediante una estufa cerrada u horno eléctrico con un preciso control de temperatura, se precalienta a 70 grados centígrados y se colocan los respiradores N95 o FFP2, o sus equivalentes y se dejan por una hora al menos cada lote de mascarillas. Se plantea por este grupo el desarrollar un equipo con mayor transferencia de calor hacia los respiradores de lograr el apoyo necesario para su realización.

 Sobre la esterilización en el tipo de material de los respiradores N95, por el momento únicamente  se considera que realiza una reesterilización esta tecnología con sistema de vapor de peróxido de hidrogeno en un equipo herméticamente cerrado, posterior eliminación de sus vapores, sin dejar residuos.  Este equipo, con un paquete de materiales para su uso, está alrededor de los 25,000.00 dólares de los EE.UU. según la cotización obtenida, debiendo aun estimar costos de instalación y los fletes.

Respecto a la descontaminación por uso de tecnología de ultravioleta existen reportes de pruebas y se determina que la onda útil específica es de 254 nm a 285 nm denominada UV-C y con tiempo de tratamiento de al menos 30 minutos, para poder destruir células de virus y bacterias. La universidad de Nebraska desarrolló una metodología y guía del procedimiento que ha estado usando en este periodo candente de la pandemia e indican muy buenos resultados. Otorgándole validez como una opción también para la escases de respiradores N95, se debe verificar el equipo en la potencia de sus lámparas de UVGI  o UV-C  , y que ofrezcan garantía de radiación UV-C, lograr irradiación desde todas direcciones para evitar zonas sombreadas que serían un riesgo que no llegasen a inactivar los virus o cualquier otro patógeno presente. Teniendo esos cuidados en este mes de junio, el Centro para control y prevención de enfermedades (CDC de los EE.UU.) ha comunicado que avala la descontaminación de los respiradores N95 hasta por 3 ocasiones usando el método por ultravioleta de UV-C, con 254 nm de longitud de onda, aunque la FDA no le ha llegado a otorgar su autorización EUA. [5, 6, 10, 11]

Del método con equipo para UV-C hay equipos para entrega relativamente rápida, asequibles con distribuidores y también de venta por internet, en tamaños pequeños que son para colocar sobre una mesa, aparecen en catálogos en línea. Ya se usan la esterilización con estos para una parte del equipo médico y hospitalario, en el caso del estado de Yucatán ,el colegio de Médicos de Yucatán gestionó donación de algunos equipos esterilizadores UV-C.

 

CONCLUSIONES

Se concluye que por la mejor descontaminación de respiradores de protección por altísima filtración N95 o su similares FFP2 y FFP3, se debiera usar equipos con la tecnología de Vapor de Peróxido de Hidrógeno, del cual un equipo esterilizador de baja temperatura de plasma de peróxido de hidrogeno con una cámara de 109 litros de volumen, y los consumibles y equipo y reactivos para muestrear el nivel de descontaminación logrado, se ubica en 23,000 dólares de los EE.UU. más unos equipos complementarios que se indican en la cotización obtenida desde Distribuidor en Nuevo León.

Seguidamente se encuentran los equipos con tecnología de Calor seco en el rango de 55 a 70 centígrados donde existe la posibilidad de impulsar un modelo útil desde nuestra ingeniería, o bien adaptar hornos eléctricos con un buen control de temperatura, y realizando la guía sanitaria de operación y control de los respiradores, realizar la descontaminación con estos equipos por varios ciclos de reuso. Una estufa eléctrica cerrada con un control de temperatura de precisión, puede tener costo similar al equipo de ultravioleta. Finalmente son equipos de uso relativamente sencillo.

Por existir equipos en suo en sector salud, probable que el personal ya esté familiarizado con las precauciones de uso de esa radiación UV-C y pronto se adapte a aplicarlo en respiradores N95.

            Por tanto, de ser posible obtener en muy corto plazo equipos de Vapor o Plasma de Peróxido de Hidrógeno, es la opción que tiene el mejor desempeño y hay empresas de los EE.UU. que ya tienen autorizaciones para periodo de emergencia.

Por buen desempeño y aparentemente tiempo corto para obtener los equipos tanto el Ultravioleta del rango UV-C, como los equipos de secado con calor seco y preciso control de temperatura, ambos con buenas opciones para descontaminar los N95 y se puedan seguir utilizando, manteniendo protegidos a nuestros compatriotas laborando en los Sistemas del Sector Salud.

En adición a lo anterior, el reporte con este análisis se ha entregado a:

- las secretarias de salud de dos estados empezando por Yucatán, 

- los Colegios de Profesionistas Médicos y Enfermeras de Yucatán y de Quintana Roo

- la Secretaría de Salud del Gobierno de México, 

- Delegación del  ISSSTE en Yucatán,

- Titular del IMSS del estado de Yucatán,

- a difusión en medios de información y difusión de la Península, 

 

Actualmente se busca coordinar esfuerzos para extenderlo a todo el país, de preferencia con el apoyo de otras organizaciones e institutos del área de ingeniería química y de la salud y seguridad. En paralelo buscar cooperación para desarrollar  diseño y prototipo nacional con la tecnología de calor seco u otra emergente. 

También establecer un monitoreo trimestral, para realizar una actualización del reporte, al detectar avances en las tecnologías con aprobación o determinarse más tecnologías útiles para la desinfección de estas piezas de protección respiratoria, hasta que se indique el final del desabasto, en nuestro país.

 

Agradecimientos.

En este estudio se agradece a García Lira Consultoría, Sociedad Yucateca de Ingeniería Sanitaria y Ambiental, Federación Colegio de Profesionales de Yucatán donde se encuentran los Colegios Profesionales del área de la Salud de Yucatán, empresa Life Tec por su rápida entrega de información y cotización de esterilizadores, a egresados de ingeniería química industrial de la Universidad Autónoma de Yucatán que aportaron observaciones de su experiencia con tecnologías para desinfección, como el Dr. Mario Flota profesor asociado de la Universidad de Reno.

 

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