Análisis (CR)2 | Ventilación, CO2 y el contagio de COVID-19

“… y por eso
yo quiero que respiren,
tú eres lo único que tienen,
por eso eres
transparente,
para que vean
lo que vendrá mañana,
por eso existes,
aire,
déjate respirar …”


Oda al Aire, P. Neruda

Por Francisco Forster, académico e investigador de Data & Artificial Intelligence Initiative de la Universidad de Chile, Instituto Milenio de Astrofísica de la Universidad de Chile, Centro de Modelamiento Matemático de la Universidad de Chile; y Roberto Rondanelli, académico e investigador del Departamento de Geofísica de la Universidad de Chile y del Centro de Ciencias del Clima y la Resiliencia, (CR)2.


Un experimento reciente en salas de clases en Italia demuestra que la ventilación puede reducir hasta en un 80 % la probabilidad de contagio de COVID-19. Utilizando información disponible acerca de este experimento confirmamos la relación predicha entre exceso de CO2 y probabilidad de contagio. Esto demuestra que medir la concentración de CO2 es una herramienta eficaz para ventilar correctamente y prevenir contagios, y que es clave tener un enfoque interdisciplinario en el combate de la pandemia.

Durante el desarrollo de la actual pandemia ha quedado establecido que la principal vía de contagio de COVID-19 ocurre por el aire y a través de pequeñas partículas (aerosoles) que pueden flotar por horas y producir contagios, incluso cuando se está a más de dos metros de distancia de otras personas (Morawska and Cao 2020; Greenhalgh et al. 2021). Una gran cantidad de casos de superpropagación (en que una persona infectada es capaz de contagiar a muchas otras en ausencia de contacto físico) han sido descritos en la literatura, los que ocurren, usualmente, en recintos cerrados, con poca o insuficiente ventilación y en presencia de muchas personas (coros, buses, salas de reuniones, etc.). Lo anterior permite prever que las escuelas podrían ser lugares particularmente vulnerables, sobre todo al no existir medidas de mitigación específicas a este modo de contagio, como el correcto uso de mascarillas, ventilación y posible filtración del aire. Esto está ocurriendo durante el comienzo del año escolar 2022 en Chile, en que se han eliminado las restricciones de aforo en salas de clases y las escuelas se encuentran funcionando con diversas medidas de mitigación, dependiendo de su acceso a recursos e información.

El foco en la correcta ventilación ha llevado a plantear la medición de dióxido de carbono (CO2) como una medida simple para conocer la calidad del aire en un espacio cerrado, pues, al exhalar aire, además de emitir partículas, se emite una gran concentración de CO2. La asociación entre partículas y CO2 ha permitido a los científicos plantear modelos físico-matemáticos que relacionan el exceso de CO2, respecto de la concentración al aire libre, con el riesgo de contagio de COVID-19 en lugares interiores (Peng and Jimenez 2021; Bazant et al. 2021). Tanto los aerosoles potencialmente contagiosos como el CO2 se dispersan simultáneamente debido a la circulación del aire (Schade et al. 2021). Por lo tanto, existe una relación indirecta entre las partículas de aerosol en suspensión y la cantidad de CO2 en el aire. Una forma simple de reducir la concentración de CO2 y de partículas virales es ventilar: mezclar aire exterior fresco con aire interior usado.

Medir los niveles de CO2 permite tomar decisiones como el ajuste de sistemas de ventilación mecánicos, mejorar la ventilación natural por medio de la apertura de más ventanas o puertas, introducir el uso de ventiladores para mejorar las tasas de ventilación, definir tiempos máximos de uso de espacios cerrados para un cierto número de personas, o ayudar a decidir el aforo necesario para mantener la calidad del aire en un rango seguro para las personas que están al interior.

El 22 de marzo de este año, la prensa internacional (Santarpia 2022) informó de lo que parece ser la primera evidencia empírica, usando un gran número de salas de clases, que el contagio de COVID-19 se reduce notablemente al hacer uso de la ventilación forzada de espacios interiores. En la región de Marche, Italia, se instalaron equipos de ventilación mecánica en 300 aulas y los resultados muestran que el riesgo de contagio se reduce a un 60 %  (siendo 100 % el riesgo de contagio sin ventilación) cuando la tasa de recambio de aire es de 2.4 veces por hora, y a solo 18 % cuando la tasa de recambio de aire es de 6 veces por hora (ver Figura) (Hume 2022).

El experimento llevado a cabo en Italia demostraría de forma empírica que la ventilación es una herramienta clave en el combate de la pandemia. Datos similares provenientes de Estados Unidos indican también una excelente correspondencia con los datos de Italia y con los modelos teóricos (Nelson 23 de Marzo 2022). Un análisis simple mostrado en la figura, confirma la relación entre ventilación, exceso de CO2 (valor de CO2 por sobre el valor ambiental) y el porcentaje de contagios respecto de la situación sin ventilación, tal como ha sido predicho por modelos físico-matemáticos (Peng and Jimenez 2021; Bazant et al. 2021).  A mayor exceso de CO2 la probabilidad de contagio es mayor. Además de la vacunación, uso de mascarillas, filtración de aire, distanciamiento físico y lavado de manos, es crucial ventilar los espacios físicos activamente. Este nuevo resultado refuerza la importancia de la vía aérea en el contagio del COVID-19, algo ya demostrado en estudios previos, y reafirma la importancia de la colaboración interdisciplinaria para el manejo de la pandemia y la vuelta segura a clases.

Finalmente, es importante señalar que el enfoque en exceso disciplinario que ha caracterizado el manejo de la pandemia en Chile y en el mundo, impidió y sigue impidiendo que este conocimiento sea incorporado oportunamente en las políticas públicas, perdiendo tiempo valioso y muchas vidas. Cuando la evidencia no se alinea con las preconcepciones de disciplinas particulares (e.g. ISP 2022), una mirada interdisciplinaria puede ayudar a convertir esa evidencia en políticas públicas que se requieren con urgencia (Brevis et al, 2021).

Referencias:

Bazant, Martin Z., Ousmane Kodio, Alexander E. Cohen, Kasim Khan, Zongyu Gu, and John W. M. Bush. 2021. “Monitoring Carbon Dioxide to Quantify the Risk of Indoor Airborne Transmission of COVID-19.” medRxiv. https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2021.04.04.21254903v2.abstract.

Brevis W., Cortés S, Duarte I., Fica D., Forster F., Martínez S., Rojas M., Repetto P., Rondanelli R., Valdés M. 2021. “Escuelas Seguras En Tiempos de COVID-19.” Aireduc. https://www.cedeus.cl/wp-content/uploads/2021/05/Escuelas-Seguras-en-tiempos-del-COVID-19_difusion-1.pdf.

Greenhalgh, Trisha, Jose L. Jimenez, Kimberly A. Prather, Zeynep Tufekci, David Fisman, and Robert Schooley. 2021. “Ten Scientific Reasons in Support of Airborne Transmission of SARS-CoV-2.” The Lancet 397 (10285): 1603–5.

Hume, Fondazione David. 2022. “La Ventilazione Meccanica Controllata (vmc) Funziona.” https://www.fondazionehume.it/data-analysis/la-ventilazione-meccanica-controllata-vmc-funziona/.

ISP. 2022. “Uso de Medidores de Concentración de CO2 No Evita Riesgos de Contagio de COVID-19.” February 24, 2022. https://www.ispch.cl/noticia/uso-de-medidores-de-concentracion-de-co2-no-evita-riesgos-de-contagio-de-covid-19/.

Morawska, Lidia, and Junji Cao. 2020. “Airborne Transmission of SARS-CoV-2: The World Should Face the Reality.” Environment International 139 (June): 105730.

Nelson, Alondra. 23 de Marzo 2022. “Let’s Clear the Air on COVID.” 23 de Marzo 2022. https://www.whitehouse.gov/ostp/news-updates/2022/03/23/lets-clear-the-air-on-covid/.

Nishiura, Hiroshi, Hitoshi Oshitani, Tetsuro Kobayashi, Tomoya Saito, Tomimasa Sunagawa, Tamano Matsui, Takaji Wakita, Motoi Suzuki, and MHLW COVID-19 Response Team. 2020. “Closed Environments Facilitate Secondary Transmission of Coronavirus Disease 2019 (COVID-19).” bioRxiv. medRxiv. https://doi.org/10.1101/2020.02.28.20029272.

Peng, Zhe, and Jose L. Jimenez. 2021. “Exhaled CO2 as a COVID-19 Infection Risk Proxy for Different Indoor Environments and Activities.” Environmental Science & Technology Letters 8 (5): 392–97.

Santarpia, Valentina. 2022. “Scuola, Con Gli Impianti Di Ventilazione Fino all’80% Di Contagi in Meno. L’esempio Delle Marche.” Corriere de La Sera, March 22, 2022.

Schade, Wolfgang, Vladislav Reimer, Martin Seipenbusch, Ulrike Willer, and Eike G. Hübner. 2021. “Viral Aerosol Transmission of SARS-CoV-2 from Simulated Human Emission in a Concert Hall.” International Journal of Infectious Diseases. https://doi.org/10.1016/j.ijid.2021.04.028.

Nota de edición

[1] Se realizó una modificación en la Figura y su lectura para presentar los datos con mayor claridad, y se agregó la referencia de Nishiura et al (2020). 25 de marzo de 2022.

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