Medidas contra el coronavirus: lo que importa es la dosis de CO₂

Hacer que los remolinos brillen: Con la ayuda de partículas trazadoras, una proyección de luz y cámaras de alta velocidad, se miden las corrientes de aire y la dispersión de partículas en espacios interiores en el Instituto Hermann-Rietschel.

Fig. 1: Comparación del factor de riesgo xr del modelo simplificado de riesgo para diferentes situaciones cotidianas. Las duraciones de la estancia varían aquí, asumiendo un día completo de trabajo o escuela, y una visita al cine o restaurante correspondiente más corta. El valor de referencia es xr = 1 para una estancia de media hora en un supermercado con mascarilla. El valor de xr es independiente de la variante del virus.

Fig. 2: ¿Cuántas personas adicionales puede infectar una persona infectada en una situación determinada en promedio? Esto indica el "valor R situacional". Aquí se muestra para diferentes situaciones y posibles medidas. Se asume que la persona infectada tiene un alto factor viral, lo que corresponde, por ejemplo, a una alta infectividad. La indicación "1000 ppm" se refiere al nivel de CO₂ y significa que la habitación, en este caso, está ventilada adecuadamente según los requisitos para una buena higiene del aire.

Fig. 3: Riesgo de infección pronosticado para un empleado en una oficina con espacio abierto con diez personas sanas y una persona infecciosa, representado a lo largo de un día laboral completo. Las curvas corresponden a las diferentes medidas (combinaciones) mencionadas a la derecha. La indicación "1000 ppm" se refiere al valor de CO₂ y significa que la habitación, en este caso, está ventilada adecuadamente de acuerdo con los requisitos para una buena higiene del aire.

Fig. 4: Diagrama para determinar el riesgo de infección en presencia de una persona infectada y la tasa de infectividad media estadísticamente. En el ejemplo (flechas rojas), para una ventilación moderada y un efecto promedio de las mascarillas FFP2 usadas durante una estancia de seis horas, se obtiene justo un punto en la frontera entre un riesgo bajo y uno medio de que más de una persona adicional se contagie. Esto es válido independientemente del número de personas y para todos los tamaños de habitación habituales.

Investigadores del Instituto Hermann-Rietschel de la Universidad Técnica (TU) de Berlín y otros científicos y científicas han desarrollado un modelo de riesgo simplificado para poder ofrecer recomendaciones prácticas y basadas en evidencia para la gestión de edificios y eventos durante la pandemia de COVID-19. Se basa en un modelo de dosis de infección ya validado, en la evaluación de 25 brotes documentados y en nuevos cálculos matemáticos.

Por primera vez, se muestra matemáticamente la importancia de la concentración de dióxido de carbono (CO2) como indicador de la seguridad en la transmisión en espacios cerrados. Los investigadores proponen ampliar este valor con la duración de la estancia de las personas, denominándolo «dosis de CO2». Para probar la gestión de edificios con este indicador mejorado, actualmente se realiza una prueba de campo en auditorios de la TU Berlín. En ella, los medidores de CO2 transmiten sus datos a un software en la nube.

Las vacunaciones y los conceptos de higiene para espacios cerrados han hecho posible que, a pesar de las altas tasas de incidencia, podamos ir al cine y participar en eventos. Sin embargo, siguen abiertas preguntas importantes: ¿Qué cargas virales realmente conducen a brotes en la práctica? ¿Cómo se pueden cuantificar los efectos de las diferentes medidas de higiene en un modelo matemático sencillo? ¿Y qué conocimientos generales se pueden obtener de ello, independientemente de las propiedades específicas del virus?

Brotes de COVID-19 en todo el mundo

Se consideran brotes todos los eventos de infección en los que una persona contagia a más de otra. «Los brotes bien documentados son para nosotros como oro», dice el Prof. Dr.-Ing. Martin Kriegel, director del Instituto Hermann-Rietschel y autor principal del estudio. «Son raros y, al mismo tiempo, extremadamente valiosos». Los casos estudiados provienen de todo el mundo, por ejemplo, de Corea, China, Hawái, Israel o Francia. También se incluye un brote en una empresa alemana de carne, así como varios brotes especialmente bien documentados en una escuela de Hamburgo y en ensayos corales en Berlín. Gracias a la determinación del ADN viral en los infectados, se pudo identificar exactamente quién infectó a quién. Los coautores del estudio de Kriegels incluyen, entre otros, a una viróloga, una experta en higiene y un epidemiólogo.

Es importante realizar una buena investigación en la escena del crimen

El análisis y comparación de los 25 brotes permitieron sacar conclusiones generales. Y proporcionaron indicios sobre qué datos son realmente importantes para documentar un brote y obtener rápidamente una buena visión de la dinámica de la infección. Entre estos datos se encuentran, por ejemplo, un número fiable de infectados en el brote, el número exacto de personas presentes, así como información sobre quién estuvo en qué lugares y durante cuánto tiempo, y qué hicieron exactamente los infectados y los infectantes. También se incluyen datos sobre la situación de ventilación. «Esto es como en la investigación en la escena del crimen. Cuanto más rápido se puedan recopilar estos datos tras un brote, mejor recordarán los involucrados las circunstancias», explica Kriegel. Pero incluso con datos rudimentarios, los brotes todavía se pueden reconstruir bastante bien y analizar mediante evaluaciones estadísticas.

Nuevo modelo con simplificaciones matemáticas

Para poder ofrecer recomendaciones cuantitativas concretas para prevenir un brote, como el número máximo de personas en una habitación o el flujo de aire necesario, los investigadores recurrieron a ecuaciones básicas sobre la dinámica de infecciones, desarrolladas ya en los años 50 y 70. Sobre esa base, establecieron un modelo matemático simplificado de infección que incluye los parámetros relevantes para un evento de brote. Estos se refieren a las propiedades del virus y del espacio considerado, pero también, por ejemplo, a las actividades de las personas en la habitación. «Hemos realizado por primera vez simplificaciones que permiten declaraciones prácticas sobre la prevención de infecciones», explica Kriegel. Un resultado importante es la conexión directa entre el contenido de CO2 en el aire y el riesgo de infección. Una de las simplificaciones realizadas es, por ejemplo, asumir que el número de personas en riesgo en la habitación es mayor que el número de infectantes, lo cual suele ser cierto. De esta forma, se puede eliminar la función exponencial complicada del modelo.

Comparación de riesgos para escenarios cotidianos

Un resultado de estos cálculos es una comparación de riesgos para ciertas situaciones cotidianas, que aplica a todos los tipos de virus que se transmiten principalmente por aerosoles (ver Fig. 1). Las actividades con mayor riesgo son las estancias en oficinas y escuelas, mientras que las visitas al teatro y al cine tienen un riesgo relativamente bajo. Las visitas a restaurantes, que a menudo se discuten, representan solo un riesgo medio de un brote con más de un infectado. «A pesar de ello, el riesgo de contagio allí es relativamente alto, porque todos hablan y nadie lleva mascarillas en su sitio», explica Kriegel. La duración de la estancia marca la diferencia, ya que nadie permanece tanto en un restaurante como en un día normal de trabajo en la oficina.

El factor tiempo a menudo se pasa por alto

Que el factor tiempo sea importante en las evaluaciones de riesgo también lo muestra una visión general sobre la efectividad de diferentes medidas de prevención no médicas y sus combinaciones (ver Fig. 2). Como en el cálculo de la reducción total del riesgo se deben multiplicar las contribuciones de cada componente de protección, por ejemplo, una reducción a la mitad del tiempo de estancia puede duplicar la protección lograda mediante ventilación y uso de mascarillas. «Mientras que en casos de intoxicaciones químicas o radiación nuclear intuitivamente sabemos que no debemos permanecer mucho tiempo en un área peligrosa, esto a menudo se olvida en los riesgos de infección», dice Martin Kriegel.

Prueba de campo en los auditorios de la TU Berlín

Por ello, la concentración de CO2 medida en un espacio por sí sola no es suficiente para evaluar el riesgo de infección. Aunque el nivel de dióxido de carbono es un buen indicador de cuándo se debería ventilar, no existe un «límite seguro de CO2» a partir del cual no se produzcan infecciones. Porque una persona infecciosa en la habitación emite continuamente aerosoles cargados de virus y las personas expuestas los inhalan de forma constante. «Por eso proponemos una dosis de CO2 para la evaluación del riesgo, que además de la concentración de CO2 tenga en cuenta el tiempo durante el cual se está expuesto a esa concentración», dice Kriegel. Actualmente, se están realizando experimentos en auditorios de la TU Berlín. Los medidores de CO2 envían sus datos a un software en la nube, que calcula la dosis de CO2. Sobre esa base, por ejemplo, una aplicación en el teléfono móvil podría acceder a estos datos y crear un perfil de riesgo personal para cada estudiante, según la duración de su estancia y la concentración de CO2. En colaboración con el departamento de Computación en la Nube Móvil de la TU Berlín, ya se ha desarrollado una aplicación web que, a partir de la dosis de CO2, puede calcular cuántas personas probablemente se infectarán en presencia de una infectante.

Recomendaciones para la gestión de edificios

Con el modelo matemático de riesgo desarrollado en el estudio, no solo otros investigadores pueden realizar estudios complementarios. También es útil para profesionales de la higiene, la ventilación y la gestión de edificios o eventos, que desarrollan conceptos de higiene. «El ‘índice de renovación de aire’ que se usa frecuentemente en las discusiones sobre sistemas de ventilación y purificadores móviles no es efectivo», explica Kriegel. En su lugar, los investigadores proponen usar el «caudal volumétrico» relacionado con el número de personas y la duración de la estancia. Mientras que el índice de renovación de aire indica cuántas veces en un período determinado se intercambia todo el volumen de aire de la habitación, este caudal volumétrico indica cuánta aire limpio e inofensivo se suministra por persona y por tiempo de estancia. «De esta forma, en el dimensionamiento y operación de los sistemas de ventilación ya tenemos la conexión directa con la dosis de CO2 y el riesgo de infección previsto, algo que no es posible solo con el índice de renovación de aire».

Con su trabajo, los investigadores quieren contribuir a la higiene del aire en espacios cerrados, independientemente del tipo de agente infeccioso. En el centro de atención está la medición, enfatiza Kriegel. «Solo quien mide puede mejorar de manera dirigida. El aire es un alimento y debe ser vigilado igual que, por ejemplo, nuestro agua potable». Porque, mientras que bebemos unos 1,5 kilogramos de agua al día, inhalamos unas diez veces más aire, unos 15 kilogramos diarios.