Una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad de Queen Mary de Londres y de la Universidad de Leeds Becket ha probado la efectividad de las soluciones de radiación germicida UV-C para la desinfección de las capas superiores de aire (Upper Room UV-C). Estas soluciones permiten la creación un “campo de irradiación” por encima de las cabezas de los ocupantes de la habitación de modo que se puede desinfectar el aire mientras las personas discurren por el espacio seguras y a salvo.
El estudio probó la viabilidad de este tipo de soluciones UV-C mediante el análisis de datos históricos publicados que examinaban el efecto de la radiación ultravioleta en coronavirus. Evaluando todos los datos, el equipo de investigación demostró que es probable que las partículas del virus del SARS-CoV-2 que se encuentran en el aire sean susceptibles a la radiación UVC, y también que los niveles de luz UVC necesarios para inactivar el virus serían prácticos y seguros para las aplicaciones de desinfección de las capas superiores del aire.
El potencial de la radiación UV-C “Upper-Room” para reducir la transmisión de COVID-19 en interiores
Cada vez más está siendo aceptado por la comunidad científica que la transmisión de las partículas del virus del SARS-CoV-2 a través de aerosoles puede ser una de las principales formas en que el COVID-19 se propaga entre las personas. Esto hace que el riesgo de transmisión por el aire sea especialmente alto en edificios y locales mal ventilados, haciendo que el desarrollo de nuevas tecnologías y soluciones que permitan reducir esta propagación sea cada vez más necesario y urgente.
“Ahora que sabemos que la infección de COVID-19 puede ocurrir por la transmisión del virus en el aire, encontrar formas de minimizar el riesgo de contagio, particularmente en edificios es urgente. Aunque sabemos que llevar máscaras y abrir ventanas son formas efectivas de minimizar la propagación en interiores, estas medidas no son siempre prácticas, especialmente en invierno”, explica el profesor Clive Beggs, profesor emérito de Fisiología Aplicada de la Universidad de Leeds Beckett. Y añade: “La tecnología UVC para la desinfección de las capas superiores del aire es ya una tecnología bien establecida y ha demostrado ser eficaz para prevenir la propagación de otras enfermedades como el sarampión y la tuberculosis dentro de los edificios. Este estudio muestra que tenemos buenas razones para creer que esta tecnología podría también proteger espacios interiores como oficinas, o restaurantes y bares, y ayudar a permitirnos comenzar a volver a la vida ‘normal’ de una manera segura”.
Sabiendo que radiación UV-C es efectiva para la eliminación de virus, los investigadores afrontaron el desafío de ingeniería que supone el desarrollar una solución “Upper Room” realmente efectiva y práctica. Gracias a la utilización de técnicas de dinámica de fluidos computacional, así como a la revisión de la literatura científica anterior, se han podido determinar el número de luminarias UV-C necesarias para desinfectar un espacio y donde deben colocarse. Un aspecto fundamental en este tipo de instalaciones es el movimiento del aire, así que para que funcione de forma correcta en espacios pocos ventilados podría ser necesario el utilizar sistemas de ventilación para asegurar que las partículas de aerosol más grandes sean irradiadas adecuadamente. Los resultados de la investigación han sido publicados recientemente en la revista científica PeerJ.
Unidades a tener en cuenta para probar la efectividad del sistema
Antes de mostrar los resultados que se obtuvieron del estudio es necesario estar familiarizado con las unidades básicas tomadas para mostrar la efectividad de estos sistemas de desinfección UV-C “Upper Room” (consultar el estudio para mayor información).
El comportamiento de cualquier virus dado expuestos a la luz UV-C puede ser descrito sucintamente por el valor Z, que define la constante de susceptibilidad a los rayos UV de los virus (m2/J). Por lo tanto, para cualquier especie viral dada, si se conoce el valor de Z, entonces debería ser posible predecir con razonable exactitud cómo se comportará el virus cuando se exponga a una determinada dosis de UV-C en cualquier contexto. Los microbios que exhiben valores de Z más grandes son más susceptibles a los daños de la UV, mientras que los que tienen valores de Z pequeños son más difíciles de inactivar.
Concretamente, en lo que respecta a los sistemas UV-C “Upper-Room” una vez obtenido el valor Z del virus objetivo, es posible determinar el flujo de irradiación necesario para desinfectarlo, utilizando la metodología descrita en Beggs & Sleigh (2002). Este método parte de la base de que el aire de la habitación está bien mezclado, lo que constituye una aproximación razonable para la mayoría de las aplicaciones.
Dado que los valores Z suelen determinarse experimentalmente utilizando microbios suspendidos en líquidos o superficies, sería necesario ajustar este valor Z para su uso con aerosoles en sistemas UV-C de aire superior. Por tanto, Zur es el valor efectivo Z para aplicaciones aire superior (m2/J), ya aplicado el coeficiente de corrección. Los investigadores tuvieron que estimar el valor de Zur para el SARS-CoV-2 atendiendo a la literatura científica, para posteriormente utilizar este valor para calcular el flujo de irradiación promedio que se requeriría para lograr una reducción del 50-90% de los viriones del SARS-CoV-2 aerosolizados (por la acción de la UV-C solamente), en una habitación con unas dimensiones determinadas y para unos rangos de tasa de ventilación. En el modelo se asume que el aire está completamente mezclado, lo que implicaría que las partículas de aerosol pasarían en promedio el 16% de su tiempo de residencia en la zona UV.
Resultados y conclusiones
El estudio muestra cómo el análisis de la bibliografía relativa a la irradiación UV de los coronavirus revela claramente que el SARS-CoV-2, cuando se encuentra en un ensayo líquido, se inactiva con relativa facilidad por la luz UV tanto a 254 nm como a 280 nm. De hecho, los resultados que se muestran en la Tabla 3 sugieren que el virus es probablemente más susceptible a los daños por UV-C que el SARS-CoV-1 o el MERS-CoV.
En lo que respecta a la irradiación UV de los virus aerosolizados, existen muy pocos estudios experimentales publicados, de los cuales sólo tres se refieren específicamente a los coronavirus. Como resultado, hay una escasez de datos de buena calidad relacionados con la irradiación UV-C del SARS-CoV-1, SARS-CoV-2 y MERS-CoV en el aire. En consecuencia, los investigadores tuvieron que tomar como valor Zur el publicado por Walker & Ko (2007) de 0,377 m2/J, suponiendo su validez para caracteriza el SARS-CoV-2 en el aire. Con respecto a esto, como los valores medios de Z publicados para los coronavirus aerosolizados estaban en la región 0,377-0,590 m2/J, los investigadores estimaron que un valor Z en este rango sería indicativo de cómo podría comportarse el SARS-CoV-2 en el aire en un campo UV-C. Además, debido a la incertidumbre asociada a este valor asumido, se introdujo un factor de seguridad en el análisis modelando también un escenario del peor caso posible con una Zur de 0,0377 m2/J.
Los resultados de los escenarios esperados y del peor de los casos que figuran en la tabla 7, sugieren firmemente que los sistemas UV-C de aire superior, si se aplican correctamente, deberían ser eficaces para desinfectar los viriones del SARS-CoV-2 suspendidos en gotitas respiratorias en el aire. Este hallazgo depende, por supuesto, en gran medida de que el valor de Zur sustitutivo sea verdaderamente representativo del SARS-CoV-2.
A partir de los valores calculados en esta tabla 7 se puede ver que si Zur = 0,377 m2/J, entonces con un flujo UV promedio de sólo 10 μW/cm2 debería ser posible lograr >90% de inactivación del SARS-CoV-2, incluso con una tasa de ventilación de 8 AC/h. Sin embargo, si en realidad, Zur, es 0,0377 m2/J (el peor escenario posible) entonces todos los flujos calculados tendrían que aumentar en un factor de diez para lograr los mismos resultados.
Importancia del movimiento del aire en los sistemas UV-C de aire superior
Estas soluciones de desinfección UV-C de aire superior dependen en gran medida de que se produzca una buena mezcla de aire entre las proporciones superior e inferior del espacio de la habitación. En el estudio se ha supuesto que se produce una mezcla completa, lo cual, aunque es una aproximación razonable en muchos casos, no siempre es así.
Si el factor de mezcla del aire de la habitación es bajo, por ejemplo debido a la estratificación en un espacio mal ventilado, entonces esto puede perjudicar enormemente el rendimiento de desinfección de un sistema UV-C. Por lo tanto, es importante que al diseñar estos sistemas se considere cuidadosamente el movimiento del aire en el espacio de la habitación, a fin de eliminar las regiones estancadas y maximizar el movimiento del aire a través del campo UV.
Los investigadores señalan como en el contexto de COVID-19, esto es particularmente importante porque, a diferencia de la tuberculosis que se propaga por la inhalación de núcleos de gotitas <5 μm de diámetro, se cree que COVID-19 puede transmitirse por la exhalación de gotitas respiratorias más grandes <100 μm, que se reducen rápidamente de tamaño debido a la evaporación para convertirse en aerosoles de <50 μm de diámetro. Estas partículas de aerosol más grandes tienen velocidades de sedimentación <0,1 m/s y, como tales, pueden ser fácilmente transportadas por las corrientes de aire de las salas de convección, con el resultado de que pueden permanecer suspendidas en el aire de la sala durante muchos minutos. Sin embargo, si las velocidades de las corrientes de convección disminuyen, entonces algunas de las partículas de aerosol más grandes pueden desacoplarse de la corriente de aire y asentarse debido a la deposición gravitacional, pasando potencialmente a través de la zona de respiración donde pueden ser inhaladas por los ocupantes de la habitación. Esto ocurre especialmente si el aire está mal mezclado y existen regiones estancadas en el espacio de la habitación. En tales circunstancias, podrían inhalarse partículas de aerosol más grandes sin que el campo UV de la habitación superior las irradie completamente, lo que socavaría la eficacia de toda la instalación.
Por consiguiente, para que los sistema de radiación UV-C de aire superior sean eficaces contra el COVID-19, es importante promover una buena mezcla del aire de la sala y también asegurar que las partículas de aerosol más grandes (por ejemplo, <50 μm de diámetro) reciban la dosis de irradiación UV requerida. Como tal, esto puede requerir que estos sistemas se complementen con ventiladores montados en techo u otros dispositivos que permitan promover el movimiento de aire necesario para asegurar que las partículas de aerosol más grandes sean irradiadas adecuadamente.
En conclusión, el estudio demuestra el virus del SARS-CoV-2 se inactiva con relativa facilidad por la luz UV-C y que cuando se lo aerosoliza es probable que el virus tenga una constante de susceptibilidad a la luz UV, Zur, que es similar a la que exhiben otros coronavirus en el aire. Esto sugiere que el SARS-CoV-2 cuando se suspende en el aire debería ser razonablemente fácil de inactivar usando luz UV a 254 nm. Como tal, los sistemas de desinfección UV-C de aire superior pueden tener un gran potencial para inhibir la transmisión de COVID-19 en edificios, especialmente en situaciones en las que de otro modo no sería práctico lograr altas tasas de ventilación.
