Los virus como el SARS-CoV-2, el virus de la influenza y otros viajan de persona a persona esencialmente haciendo autostop en aerosoles. Se trata de partículas finamente dispersas que contienen líquido suspendido en el aire que una persona infectada expulsa al toser, estornudar o simplemente al exhalar, pudiendo ser inhaladas por otra persona.

Es por eso que generalmente se considera importante ventilar las habitaciones de manera efectiva y filtrar el aire interior : la reducción de las concentraciones de partículas de aerosol en los hogares, las oficinas y los vehículos de transporte público puede reducir el riesgo de infección.

¿Cómo se vuelven ácidas las partículas suspendidas?

No está claro cuánto tiempo los virus en aerosoles siguen siendo infecciosos. Algunos estudios sugieren que la humedad y la temperatura del aire pueden desempeñar un papel en la persistencia del virus. Un factor que se ha subestimado hasta ahora es la composición química de los aerosoles exhalados, en particular su acidez y sus interacciones con el aire interior. Muchos virus, como el virus de la influenza A, son sensibles a los ácidos; Las partículas de aerosol exhaladas pueden absorber ácidos volátiles y otras sustancias transportadas por el aire, entre ellas ácido acético, ácido nítrico o amoníaco, del aire interior, lo que a su vez afecta los niveles de acidez (pH) de las partículas.

Aún no se ha realizado ninguna investigación sobre el efecto que tiene la acidificación de los aerosoles después de la exhalación sobre la carga viral que portan. Ahora, un equipo de investigadores de ETH Zurich, EPFL y la Universidad de Zurich ha investigado exactamente eso.

En un nuevo estudio, muestran por primera vez cómo cambia el pH de las partículas de aerosol en los segundos y horas posteriores a la exhalación en diferentes condiciones ambientales. Además, muestran cómo esto afecta a los virus contenidos en las partículas. El estudio acaba de ser publicado en la revista Environmental Science & Technology.

Las pequeñas partículas de aerosol exhaladas se vuelven ácidas rápidamente

Según los investigadores, los aerosoles exhalados se acidifican muy rápidamente, más rápido de lo que algunos podrían esperar. La rapidez con que lo hacen depende de la concentración de moléculas de ácido en el aire ambiente y del tamaño de las partículas del aerosol. El equipo examinó pequeñas gotas, de unos pocos micrómetros de ancho, de moco nasal y de líquido pulmonar sintetizado específicamente para el estudio. En el aire interior típico, estas gotas tardaron solo unos 100 segundos en alcanzar un pH de 4, que es aproximadamente equivalente a la acidez del jugo de naranja.

El valor de pH es una medida de acidez : una solución neutra tiene un pH de 7; el pH de las soluciones ácidas es inferior a 7; el de las soluciones básicas es mayor que 7.

Los investigadores sostienen que la acidificación de los aerosoles se debe en gran parte al ácido nítrico que ingresa del aire exterior. Entra en espacios interiores a través de ventanas abiertas o cuando los sistemas de ventilación aspiran aire del exterior. El ácido nítrico se forma por la transformación química de los óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales son liberados al ambiente principalmente como producto de los procesos de combustión junto con los gases de escape de los motores diesel y hornos domésticos. En consecuencia, existe un suministro permanente de óxidos de nitrógeno y, por lo tanto, de ácido nítrico en las ciudades y áreas metropolitanas.

El ácido nítrico se adhiere rápidamente a las superficies, los muebles, la ropa y la piel, pero también es absorbido por las diminutas partículas de aerosol exhaladas. Esto aumenta su acidez y reduce su pH.

El pH del aerosol es clave para la inactivación del virus

El equipo de investigación muestra además que el ambiente ácido puede tener un impacto decisivo en la rapidez con que se inactivan los virus atrapados en las partículas de moco exhaladas. Se descubrió que los dos tipos de virus tenían diferentes sensibilidades al ácido : el SARS-CoV-2 es tan resistente al ácido que al principio los expertos no creían en sus mediciones. Se necesitó un pH por debajo de 2, es decir, condiciones muy ácidas como las del jugo de limón sin diluir, para inactivar el coronavirus. Tales condiciones no se pueden alcanzar en el aire interior típico.

Los virus de la influenza A, por otro lado, se inactivan después de solo un minuto en condiciones ácidas de pH 4. Las partículas de moco recién exhaladas alcanzan este nivel en menos de dos minutos en ambientes interiores típicos. Si sumamos el tiempo que lleva acidificar el aerosol con el tiempo que lleva inactivar los virus de la gripe a un pH de 4 o menos, rápidamente queda claro que el 99 % de los virus de la gripe A se desactivarán en el aerosol después de aproximadamente tres minutos. Este corto lapso de tiempo sorprendió a los investigadores.

El SARS-CoV-2 es una historia diferente : dado que el pH del aerosol casi nunca cae por debajo de 3,5 en espacios interiores típicos, el 99 por ciento de los coronavirus tarda días en inactivarse.

El estudio muestra que en habitaciones bien ventiladas, la inactivación de los virus de influenza A en aerosoles funciona de manera eficiente y también se puede reducir la amenaza del SARS-CoV-2. Sin embargo, en habitaciones mal ventiladas, el riesgo de que los aerosoles contengan virus activos es 100 veces mayor que en habitaciones con un fuerte suministro de aire fresco.

Esto lleva a los investigadores a recomendar que las habitaciones interiores se ventilen con frecuencia y bien, de modo que el aire interior cargado de virus y las sustancias básicas como el amoníaco de las emisiones de las personas y las actividades interiores se lleven al exterior, mientras que los componentes ácidos del aire exterior pueden entrar en el habitaciones en cantidades suficientes.

La filtración elimina los ácidos del aire.

Incluso los sistemas de aire acondicionado normales con filtros de aire pueden conducir a una reducción de los ácidos volátiles. « Es probable que la eliminación de ácido sea aún más pronunciada en museos, bibliotecas u hospitales con filtros de carbón activado. En tales edificios públicos, el riesgo relativo de transmisión de influenza puede aumentar significativamente en comparación con los edificios que reciben aire exterior sin filtrar », escribe el equipo en el artículo.

En respuesta, el equipo de investigación podría imaginar agregar pequeñas cantidades de ácidos volátiles como el ácido nítrico al aire filtrado y eliminar sustancias básicas como el amoníaco en un intento de acelerar la acidificación de los aerosoles. Según el estudio, una concentración de ácido nítrico a niveles de alrededor de 50 ppb (partes por mil millones de aire, que es 1/40 del límite legal de 8 horas en el lugar de trabajo) podría reducir mil veces el riesgo de infección por COVID-19.

Un largo camino hacia un clima interior más saludable

Sin embargo, los investigadores también son conscientes de que tal medida será muy controvertida, ya que no está claro qué consecuencias pueden tener tales niveles de ácido. Los museos o bibliotecas filtran muy bien el aire para evitar que se dañen las obras de arte y los libros. Los ingenieros civiles tampoco estarían muy contentos, ya que la adición de ácidos podría dañar los materiales o los conductos. Por lo tanto, los investigadores involucrados en el estudio están de acuerdo en que se necesitan estudios a largo plazo para evaluar los riesgos para las personas y las estructuras. Por lo tanto, el uso de ácidos volátiles para inactivar eficazmente los virus en partículas de aerosol puede no establecerse fácilmente como una medida de control de virus, mientras que la eliminación de amoníaco, un compuesto que las personas emiten fácilmente y una sustancia que estabiliza los virus a medida que eleva el pH, no debe ser controvertido.

Colaboración exitosa

El presente estudio es el resultado de una colaboración interdisciplinaria entre investigadores de ETH Zurich, EPFL y la Universidad de Zurich. Luego de años de preparación, este trabajo se puso en marcha en 2019 como un proyecto solo para la influenza. A la luz de la pandemia de COVID-19, los investigadores ampliaron el alcance para incluir el nuevo coronavirus.

Los investigadores del grupo dirigido por Silke Stertz del Instituto de Virología Médica de la Universidad de Zúrich investigaron cómo estos dos virus reaccionan a los ambientes ácidos junto con colegas del Laboratorio de Química Ambiental de la EPFL dirigido por Tamar Kohn, quien también es el líder general de este proyecto de SNSF Sinergia. Probaron la sensibilidad de la influenza A y los coronavirus a diferentes condiciones ácidas en fluido pulmonar generado artificialmente y en moco nasal o pulmonar, que los científicos habían recolectado previamente de cultivos de células mucosas especialmente cultivadas.

Investigadores del Grupo de Química Atmosférica de ETH Zurich, dirigidos por Thomas Peter y Ulrich Krieger, investigaron el comportamiento de los aerosoles de moco utilizando una trampa de partículas electrodinámica. Con este aparato, los investigadores pueden « retener » partículas suspendidas individuales durante días o semanas y estudiarlas sin contacto con las superficies, por ejemplo, para ver cómo les afectan los cambios en la humedad.

El grupo de Peter también fue responsable de realizar simulaciones de modelos. Este enfoque basado en modelos podría resultar ser una debilidad en el estudio general; cómo se comportan realmente los virus en el aire en los aerosoles ácidos es algo que queda por ver en otros experimentos. Con esto en mente, los investigadores dirigidos por Athanasios Nenes en EPFL, quien inicialmente propuso que la acidez puede ser un modulador importante de la actividad del virus, han desarrollado técnicas experimentales y enfoques de modelado que permitirán llevar a cabo futuros experimentos bajo estrictas condiciones de bioseguridad y utilizando diferentes composiciones del aire interior.