TECNOLOGÍA DE NO TEJIDOS: Estandarización de Pruebas de Cubiertas Faciales de Barrera

Estandarizadas de las cubiertas faciales pueden reducir la información errónea sobre su desempeño.

Dr. Davis Lee, Dra. Erin Kirkpatrick, Dra. Emily Fitzharris, Dra. Ariana Levitt, M.P.H. y CIH Michael Posson, M.S. Ryan Siskey y el Dr. Mark Roberts

Durante la pandemia, ha habido un fuerte aumento en la demanda de cubiertas faciales para reducir el riesgo de infección por el nuevo coronavirus (SARS-CoV-2), creando tanto oportunidades como desafíos para los fabricantes de textiles. Como resultado, existe una creciente conciencia de que existe una clara diferencia regulatoria entre el equipo de protección personal (EPP) que se usa en un entorno ocupacional o de atención médica (respiradores N95 y mascarillas quirúrgicas, por ejemplo) y las cubiertas faciales de barrera que puede usar el público en general, como como las cubiertas faciales descritas por los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC por sus siglas en inglés).¹ Si bien ya existen estándares y requisitos establecidos para muchos tipos de EPP, este no fue el caso de las cubiertas faciales de barrera que han sido de uso generalizado por parte del público en respuesta a la pandemia de COVID-19.²

La comunidad textil respondió a la necesidad de cubiertas faciales de barrera de una manera sin precedentes. Esto, a su vez, ha impulsado la necesidad de realizar pruebas estandarizadas para ayudar a educar al público y reducir la confusión sobre su rendimiento. Muchas universidades, empresas y laboratorios de pruebas han desarrollado enfoques novedosos para evaluar la eficacia de las cubiertas faciales de barrera, con especial énfasis en métodos económicos y fáciles de implementar. También han surgido métodos estandarizados para evaluar la eficacia del cubrimiento facial. ASTM F3502-21³, por ejemplo, se desarrolló y publicó en solo ocho meses en respuesta a la necesidad crítica de métodos de prueba objetivos. El propósito era proporcionar un método de prueba que evalúe la capacidad de una cubierta facial para actuar como una barrera para la transferencia de partículas aerosolizadas y gotas grandes de saliva y/o moco, al mismo tiempo que sea razonablemente cómodo para el usuario.⁴ La evaluación se centra en la eficiencia de filtración, la transpirabilidad, el ajuste y las condiciones de uso esperadas.⁵

Este artículo revisa la importancia de los métodos de prueba estandarizados y algunas de las cuestiones clave relacionadas con las cubiertas faciales. Al mismo tiempo, debe tenerse en cuenta que incluso con pruebas estandarizadas para cuantificar el rendimiento, los factores de uso individual, como el uso correcto de la máscara, el ajuste facial, el tiempo de uso y otros factores, también influyen en la eficacia del rendimiento de la cobertura de la barrera. Estos factores están más allá del alcance de este artículo.

Por Qué son Necesarios los Estándares de Prueba

El incremento en el uso de cubiertas faciales durante la pandemia de COVID-19 condujo a un aumento de los estudios sobre la eficacia de filtración de varios materiales y cubiertas faciales. En septiembre de 2020, se publicó un artículo que detalla un “método de medición óptica simple” utilizando un rayo láser expandido y una cámara de teléfono celular para evaluar la eficacia de diferentes mascarillas.⁶ El estudio examinó una variedad de muestras y clasificó el conteo relativo de gotas que emergen de las cubiertas. Los autores del estudio concluyeron que “hablar a través de algunas mascarillas, en particular la polaina del cuello pareció dispersar las gotas más grandes”, lo que provocó un aumento en el conteo de gotas en comparación con el control “sin máscara”. Los autores concluyeron que las gotas más pequeñas que se dispersan de las gotas más grandes permanecieron en el aire durante períodos de tiempo más largos, lo que sugiere que el uso de polainas para el cuello puede ser contraproducente para el usuario. Aunque en el artículo se discutieron las limitaciones del método de detección, muchos medios de comunicación informaron sobre la implicación de que, en algunos casos, un protector de cuello puede ser peor que no usar máscara.^7,8,9,10

Desde entonces, estas conclusiones de los medios han sido refutadas por una serie de estudios diferentes que muestran que las polainas para el cuello pueden ser efectivas para bloquear una variedad de tamaños de partículas, especialmente cuando se usan en una capa doble.^11,12 Además, el mayor número de partículas detectadas en el estudio inicial ha llevado a algunos a especular que esto se debe al desprendimiento de fibras del tejido.<sup13 Sin embargo, incluso con estos nuevos resultados, la controversia sobre el caso de las polainas dejó al público confundido sobre la eficacia de las opciones de cobertura facial durante un tiempo en que las restricciones de la cadena de suministro hacían necesario que el público en general usara todas las opciones disponibles.

Cuestiones Clave

Los esfuerzos para evaluar el rendimiento de las cubiertas faciales textiles, por ejemplo, para la eficiencia de filtración y la transpirabilidad, han arrojado luz sobre la importancia de estandarizar los métodos utilizados para evaluar estas cubiertas. Los métodos estandarizados para evaluar las mascarillas ayudan a garantizar la disponibilidad de metodologías consistentes para comparar tecnologías de cubiertas faciales de barrera. También ayudan a evaluar los diversos parámetros que pueden afectar tanto a los resultados de rendimiento como a la variabilidad. También ayudan a evaluar los diversos parámetros que pueden afectar tanto a los resultados de rendimiento como a la variabilidad.

Los siguientes puntos representan ejemplos de productos y parámetros de prueba que pueden afectar los resultados de rendimiento de las cubiertas faciales de barrera:

• Construcción textil: Numerosos estudios han demostrado que el contenido de fibra y la estructura de la tela pueden afectar significativamente la eficiencia de filtración y la transpirabilidad.^14,15,16 Por ejemplo, los investigadores compararon el rendimiento de dos muestras de algodón con diferentes densidades de tejido, o hilos por pulgada (TPI por sus siglas en inglés), y encontraron que el tejido más denso tenía una mayor eficiencia de filtración.¹⁷ Si bien esto no es sorprendente, muchos estudios no describen la estructura y el contenido de fibra de las cubiertas textiles, lo que dificulta interpretar los resultados y compararlos dentro y entre los estudios. La nueva ASTM F3502-21 requiere que los materiales primarios de construcción, incluidos los materiales y el contenido de fibra, estén impresos de manera legible en el empaque del producto.
• Acondicionamiento de muestras: Es una práctica común condicionar previamente las muestras textiles para minimizar la variabilidad de la prueba. Esto se hace preacondicionando las muestras de prueba a una humedad y temperatura estándar durante un período de tiempo prescrito antes de la prueba. La ASTM F3502-21 requiere el preacondicionamiento de muestras de prueba a 85 ± 5% de humedad relativa y 38 ± 2.5°C durante 25 ± 1 hora.^18,19 Esto es particularmente importante para las cubiertas faciales textiles, ya que la temperatura y la humedad pueden influir en el rendimiento de los materiales del sustrato, como el poliéster, el nailon o el algodón, de manera diferente.
• Tasa del flujo de aire: La tasa del flujo de aire ha demostrado que afecta la medida de eficacia de las cubiertas faciales textiles. Una tasa de flujo más lenta generalmente resulta en eficiencias de filtración mejoradas.^20,21 Idealmente, la tasa de flujo de la prueba debe estar estandarizada y debe imitar la frecuencia respiratoria para que los resultados de la prueba sean realistas. La caída de presión a través de la cubierta textil facial es un parámetro relacionado que puede afectar tanto la eficiencia de filtración como la transpirabilidad. La ASTM F3502-21 especifica una tasa de flujo de 85 + 4 litros por minuto, y si la muestra se coloca de forma plana en un soporte de filtro, ajustando la tasa de flujo, se logra una velocidad frontal de 10 + 0.5 centímetros por segundo.²²
• Ajuste de la mascarilla: En uso, el ajuste de la mascarilla es crítico para el rendimiento general de la cubierta textil facial, ya que los espacios entre la cara del usuario y el tejido permiten que se escapen las gotas respiratorias y los aerosoles.^23,24 Cuantificar y estandarizar el ajuste de la mascarilla es especialmente difícil y, a menudo, no se examina lo suficiente. La ASTM F3502-21 aborda la importancia del ajuste de la mascarilla con una evaluación de fugas que se describe en el método. La norma también permite pruebas cuantitativas suplementarias para determinar la tasa de fuga en base a la ASTM F3407: Método de Prueba Estándar para Capacidad de Ajuste del Respirador para Respiradores de Partículas de Media Cara de Presión Negativa.²⁵
• Partículas de aerosol de neutralización de carga: Las partículas cargadas pueden afectar la eficiencia de la filtración debido a interacciones electrostáticas con el material de la mascarilla y otras partículas cercanas.^26,27,28 Por ejemplo, los aerosoles que contienen humedad pueden cambiar de diámetro durante la prueba, lo que influye la distribución del tamaño de partícula medida de las partículas filtradas y la eficiencia de filtración.^29,30 Para mitigar estos efectos, las partículas deben neutralizarse y secarse antes de la prueba. Esta es una práctica común utilizada en estándares que evalúan la eficiencia de filtración, como EN 1822³¹, ISO 29463<sup32, ASTM F3502-21³³, y NIOSH No. TEB-APR-STP-0059.³⁴

Conclusiones

Si bien los métodos de prueba para evaluar la eficacia de las mascarillas faciales EPP han existido durante años, recién están surgiendo para las cubiertas faciales de barrera. Las pruebas estandarizadas pueden ser beneficiosas para ayudar a reducir la confusión pública y la información errónea sobre el rendimiento. Las pruebas estandarizadas, como la ASTM F3502-21, que abordan problemas técnicos clave, como los pocos ejemplos identificados en este artículo, deberían proporcionar tanto a los fabricantes como a los consumidores una mayor claridad sobre el rendimiento de las cubiertas faciales.

Nota del editor: el Dr. Davis Lee es director senior científico, la Dra. Erin Kirkpatrick es directora científica, la Dra. Emily Fitzharris es asociada y la Dra. Ariana Levitt es científica en Polymer Science & Materials Chemistry practice of Exponent Inc. – una empresa de consultoría científica y de ingeniería multidisciplinaria. M.S. Ryan Siskey es jefe y director de la oficina de Exponent’s Biomedical Engineering & Sciences practice, M.P.H., CIH Michael Posson, es director científico, y el Dr. Mark Roberts es jefe científico en Exponent’s Health Sciences practice.

Referencias

1    “Recomendación sobre el uso de cubiertas faciales de tela, especialmente en áreas de transmisión significativa basada en la comunidad” Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades, revisado el 3 de abril de 2020, www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/prevent-getting-sick/cloth-face-cover.html. Consultado el 21 de abril. 2020.

2    “Colaboración Global para mejorar la seguridad, la calidad y la innovación de los equipos de protección personal (EPP)” White Paper de ASTM, febrero de 2021, https://www.astm.org/ABOUT/PPE-White-Paper-R2.pdf. Consultado el 25 de mayo de 2021.

3    ASTM F3502-21, Especificación estándar para cubiertas faciales de barrera, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2021, www.astm.org.

4    Plotz, Chris, INDA, Director de Educación y Asuntos Técnicos, comunicación personal.

5    Peachman, Rachel. “Los nuevos estándares para las mascarillas de uso diario ayudarán a las personas a elegir las cubiertas faciales Covid-19.” The Washington Post, marzo 1 de 2021. https://www.washingtonpost.com/health/new-covid-19-cloth-mask-standards/2021/02/26/307aa398-730e-11eb-85fa-e0ccb3660358_story.html. Accesado el 25 de mayo de 2021.

6    Fischer, Emma, et al. “Medición de bajo costo de la eficacia de la mascarilla para filtrar las gotas expulsadas durante el habla.” Science Advances, septiembre 2 de 2020. 10.1126/sciadv.abd3083.

7    Morris, Emily. “Máscaras faciales que pierden la marca.” The Oakland Post, febrero 17 de 2021. https://oaklandpostonline.com/34628/opinion/facial-masks-that-miss-the-mark/. Accesado el 25 de mayo de 2021.

8    Kelleher, Suzanne. “Las polainas del cuello no frenan el COVID-19, encuentra un estudio.” Forbes, agosto 11 de 2020. https://www.forbes.com/sites/suzannerowankelleher/2020/08/11/neck-gaiters-do-not-curb-covid-19-study-finds/?sh=5086abdd204d. Accesado el 25 de mayo de 2021.

9    Chiu, Allyson. “Usar una polaina para el cuello puede ser peor que no usar ninguna mascarilla, según los investigadores.” The Washington Post, agosto 11 de 2020. https://www.washingtonpost.com/lifestyle/wellness/mask-test-duke-covid/2020/08/10/4f2bb888-db18-11ea-b205-ff838e15a9a6_story.html. Accesado el 25 de mayo de 2021.

10    Baskar, Pranav. “¿Cómo debo cubrirme la cara? Una mirada más profunda a las polainas para el cuello y los protectores faciales.” NPR, 14 de agosto de 2020. https://www.npr.org/sections/goatsandsoda/2020/08/14/902244060/how-should-i-cover-my-face-a-deeper-look-into-neck-gaiters-and-face-shields. Accesado el 25 de mayo de 2021.

11    Pan, Jin and Marr, Linsey. “Polainas de cuello.” Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, 15 de agosto de 2020. https://drive.google.com/file/d/1GNXt-SWSsPTp8nv0MtqpvUmVQI8g-7WE/view. Accessed 25 May 2021.

12    Lindsley, William, et al. “Eficacia de las mascarillas faciales, polainas de cuello y protectores faciales para reducir la expulsión simulada de aerosoles generados por la tos.” Aerosol Science and Technology, 7 de enero de 2021. 10.1080/02786826.2020.1862409.

13    https://twitter.com/CappaSnappa/status/1296494910355451905

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17    Konda, Abhiteja, et al. “Eficacia de la filtración de aerosoles de los tejidos comunes utilizadas en mascarillas respiratorias de tela.” ACS Nano, abril 24 de 2020, 10.1021/acsnano.0c03252.

18    ASTM D 1776-04, Práctica Estándar para Acondicionamiento y Ensayo de Textiles, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2021, www.astm.org.

19    ASTM F3502-21. See ASTM F3502-21, Especificación Estándar para Cubiertas Faciales de Barrera, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2021, www.astm.org.

20    Kumar, Amit, et al. “Evaluación de la eficacia de la filtración de varios tipos de mascarillas faciales que utilizan aerosoles ambientales y de PAO siguiendo diferentes métodos de esterilización.” MedRxIv, octubre 27 de 2020. 10.1101/2020.10.23.20218073.

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22    See ASTM F3502-21, Especificación Estándar para Cubiertas Faciales de Barrera, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2021, www.astm.org.

23    Aydin, Onur, et al. “Comportamiento de tejidos para mascarillas caseras frente a la propagación de COVID-19 a través de gotitas: un estudio mecanicista cuantitativo.” Extreme Mechanics Letters, agosto 11 de 2020. 10.1016/j.eml.2020.100924.

24    Zhao, Mervin, et al. “Selección de materiales domésticos para cubiertas faciales de tela hechas en casa y eficiencia de filtración mejorada con carga triboeléctrica.” Nano Letters, junio 2 de 2020. 10.1021/acs.nanolett.0c02211.

25    ASTM F3407-20, Método de prueba estándar para la capacidad de ajuste del respirador para respiradores de partículas de media cara de presión negativa, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2020, www.astm.org.

26    Rule, Ana et al. “Comentario sobre la eficiencia de la filtración de aerosoles de los tejidos comunes utilizados en las máscaras respiratorias de tela: cuestionando sus hallazgos. ACS Nano, septiembre 22 de 2020. 10.1021/acsnano.0c05265.

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30    Mueller, Amy et al. “Método cuantitativo para la evaluación comparativa de la eficacia de eliminación de partículas de las mascarillas de tela como alternativa a las mascarillas quirúrgicas estándar para EPP.” Matter, septiembre 2 de 2020. 10.1016/j.matt.2020.07.006.

31    EN 1822: Filtros de aire de alta eficiencia (filtros de aire eficientes (EPA), filtros de aire de alta eficiencia (HEPA), filtros de aire de penetración ultrabaja (ULPA)). ICS 13.040.40. Enero 14 de 2019.

32    ISO 29463: Filtros y medios filtrantes de alta eficiencia para eliminar partículas en el aire, septiembre de 2017, www.iso.org.

33    ASTM F3502-21, Especificación Estándar para Cubiertas Faciales de la Barrera, ASTM International, West Conshohocken, PA, 2021, www.astm.org.

34    National Institute for Occupational Safety and Health. “Determinación del nivel de eficiencia del filtro de partículas para filtros de la serie N95 frente a partículas sólidas para respiradores purificadores de aire sin motor.” NIOSH Procedure No. TEB-APR-STP-0059, Rev. 3.2, diciembre 13 de 2019

Septiembre-Octubre de 2021