Los aerosoles pueden transmitir enfermedades infecciosas como el SARS-CoV-2, la gripe y el norovirus. Las cisternas de los inodoros emiten aerosoles que propagan patógenos contenidos en las heces, pero se sabe poco sobre la evolución espacio temporal de estos flujos o los campos de velocidad que los transportan.

Investigadores de la Universidad de Colorado en Boulder han utilizado láseres verdes brillantes junto con equipo de cámaras de alta resolución para ver cómo es la dispersión de partículas de agua en el aire después de que tiremos de la cisterna en un váter público sin tapa. 

Los resultados muestran como la descarga del inodoro provoca un fuerte chorro caótico con velocidades superiores a 2 m/s; este chorro transporta aerosoles hasta alturas que alcanzan 1,5 m a los 8 segundos de iniciarse la descarga.  Publicado en Scientific Reports, es el primer estudio que visualiza directamente la dispersión de aerosoles resultantes de tirar de la cadena, midiendo la velocidad y dispersión de las partículas de su interior.

“Este estudio puede jugar un papel importante en la transmisión de mensajes de salud pública. Si es algo que no se puede ver, es fácil fingir que no existe. Pero una vez que veas estos videos, nunca volverás a pensar en la descarga del inodoro de la misma manera”, dijo John Crimaldi, autor principal del estudio y profesor de ingeniería civil, ambiental y arquitectónica.

Aerosoles después de tirar de la cisterna

Los investigadores saben desde hace más de 60 años que, cuando se tira de la cadena de un inodoro, los sólidos y los líquidos bajan como está previsto, pero también se liberan al aire partículas diminutas e invisibles. Estudios anteriores han utilizado instrumentos científicos para detectar la presencia de estas partículas en el aire por encima de los inodoros y han demostrado que las más grandes pueden caer sobre las superficies circundantes, pero hasta ahora nadie sabía qué aspecto tenían estos flujos ni cómo llegaban las partículas hasta allí.

Comprender las trayectorias y velocidades de estas partículas, que pueden transportar patógenos como E. coli, C. difficile, norovirus y adenovirus, es importante para mitigar el riesgo de exposición mediante estrategias de desinfección y ventilación o un mejor diseño de los inodoros y las cisternas. Aunque el virus causante del COVID-19 (SARS-CoV-2) está presente en los desechos humanos, actualmente no existen pruebas concluyentes de que se propague eficazmente a través de los aerosoles de los inodoros.

«La gente ha sabido que los retretes emiten aerosoles, pero no han sido capaces de verlos. Demostramos que se trata de una dispersión mucho más energético y de propagación más rápida de lo que incluso la gente que sabía de esto entendía”, explica Crimaldi.

El estudio descubrió que estas partículas suspendidas en el aire salen disparadas rápidamente, a velocidades de 6,6 pies (2 metros) por segundo, alcanzando 4,9 pies (1,5 metros) por encima del inodoro en 8 segundos. Mientras que las gotas más grandes tienden a depositarse en las superficies en cuestión de segundos, las partículas más pequeñas (aerosoles de menos de 5 micras, o una millonésima parte de un metro) pueden permanecer suspendidas en el aire durante minutos o más.

Los usuarios de los baños no sólo deben preocuparse por sus propios residuos. Muchos otros estudios han demostrado que los patógenos pueden persistir en la taza durante docenas de descargas, lo que aumenta el riesgo potencial de exposición.   

«El objetivo del inodoro es eliminar eficazmente los residuos de la taza, pero también hace lo contrario, es decir, pulverizar gran parte del contenido hacia arriba. Nuestro laboratorio ha creado una metodología que sienta las bases para mejorar y mitigar este problema”, dice Crimaldi. 

Un estudio peculiar

Crimaldi dirige el Laboratorio de Dinámica de Fluidos Ecológicos de la Universidad de California en Boulder, especializado en el uso de instrumentos láser, tintes y tanques de fluidos gigantes para estudiar desde cómo llegan los olores a nuestras fosas nasales hasta cómo se mueven las sustancias químicas en masas de agua turbulentas. La idea de utilizar la tecnología del laboratorio para rastrear lo que ocurre en el aire después de tirar de la cadena de un inodoro fue fruto de la comodidad, la curiosidad y las circunstancias.

Durante una semana libre del pasado mes de junio, sus colegas Karl Linden y Mark Hernandez, del Programa de Ingeniería Medioambiental, y varios estudiantes de postgrado del laboratorio de Crimaldi se unieron a él para preparar y realizar el experimento.

Utilizaron dos láseres: uno brillaba continuamente sobre el retrete y por encima de él, mientras que el otro enviaba pulsos rápidos de luz sobre la misma zona. El láser constante revelaba en qué parte del espacio se encontraban las partículas suspendidas en el aire, mientras que el láser pulsante podía medir su velocidad y dirección. Mientras tanto, dos cámaras tomaban imágenes de alta resolución.

El retrete en sí era del tipo habitual en los baños públicos norteamericanos: una unidad sin tapa acompañada de un mecanismo cilíndrico de descarga (manual o automático) que sobresale por la parte trasera cerca de la pared, conocido como válvula de estilo fluxómetro. El inodoro, nuevo y limpio, se llenaba sólo con agua del grifo.

Sabían que este experimento improvisado podría ser una pérdida de tiempo, pero en lugar de eso, la investigación causó un gran revuelo. “Esperábamos que estas partículas de aerosol flotaran hacia arriba, pero salieron disparadas como un cohete”, explica Crimaldi.

Las enérgicas partículas de agua suspendidas en el aire se dirigieron en su mayor parte hacia arriba y hacia atrás, hacia la pared posterior, pero su movimiento era impredecible. La dispersión también se elevó hasta el techo del laboratorio y, al no tener otro lugar adonde ir, se desplazó hacia el exterior de la pared y se extendió hacia delante, hacia el interior de la sala.

El montaje del experimento no incluía residuos sólidos ni papel higiénico en la taza, y no había ningún retrete ni personas en movimiento. Según Crimaldi, todas estas variables de la vida real podrían agravar el problema.

También midieron las partículas suspendidas en el aire con un contador óptico de partículas, un dispositivo que aspira una muestra de aire a través de un pequeño tubo y la ilumina con una luz, lo que permite contar y medir las partículas. Las partículas más pequeñas no sólo flotan en el aire durante más tiempo, sino que pueden escapar a los pelos de la nariz y llegar más profundamente a los pulmones, lo que las hace más peligrosas para la salud humana, por lo que saber cuántas partículas y de qué tamaño son también era importante.

Aunque estos resultados pueden ser desconcertantes, el estudio proporciona a los expertos en salud pública una forma coherente de poner a prueba la mejora del diseño de las tuberías y las estrategias de desinfección y ventilación, con el fin de reducir el riesgo de exposición a patógenos en los aseos públicos.

“Ninguna de estas mejoras puede llevarse a cabo de forma eficaz sin saber cómo se desarrolla la dispersión del aerosol y cómo se mueve. Poder ver este penacho invisible cambia las reglas del juego”; concluye Crimaldi

Créditos de imágenes: University of Colorado Boulder