Au măștile de protecție efecte dăunătoare asupra organismului uman?
Purtarea măștilor chirurgicale faciale se numără printre măsurile luate pentru atenuarea transmiterii bolii cu coronavirus (COVID-19) și reducerea deceselor.
Cu toții știm ca aerosolii din respirație sunt principala cale de transmitere a virusurilor, iar utilizarea pe scară largă a măștilor faciale scade capacitatea de răspândire a SARS-CoV-2 prin reducerea la minimum a inhalării de picături respiratorii de la indivizi contaminați asimptomatici sau de la persoanele care nu au manifestat încă simptome, împiedicând în același timp eliminarea particulelor respiratorii de către persoanele contaminate.
Această recomandare de utilizare a măștilor faciale a devenit contestată și chiar politizată în unele locuri, din cauza preocupărilor legate de siguranța măștilor, unele studii sugerând existența unor efecte medicale adverse nu numai asupra persoanelor bolnave, dar și asupra celor sănătoase. Mai exact, aceste studii au sugerat existența unor preocupări legate de hipercapnie (o afecțiune care rezultă din acumularea excesivă de dioxid de carbon în sânge) și hipoxie (o afecțiune care rezultă dintr-un nivel prea scăzut al oxigenului în sânge).
Practic, purtarea măștii mai multe ore pe zi, pe termen lung, determină o adaptare patologică a fiziologiei respirației, extinzându-se la spațiul respirator mort (nas, gât, trahee, bronhii), care, alături de reținerea de dioxid de carbon, determină schimbări semnificative la nivelul gazelor din sânge, conducând la apariția hipercapniei și hipoxiei. Astfel, purtătorii de mască sunt nevoiți să reinhaleze dioxidul de carbon acumulat în volumul spațiului mort respirator, intensificând activitatea respiratorie, de unde rezultă și nevoia mai mare de oxigen.
Recomandările privind purtarea măștilor au variat de la o țară la alta, iar unele organizații de sănătate, inclusiv OMS (Organizația Mondială a Sănătății), și-au modificat aceste recomandări de-a lungul timpului.
Un studiu realizat de Otmar Geiss în anul 2020 a raportat concentrații de dioxid de carbon cuprinse între 2150 și 2875 părți per milion (ppm), nefiind observate diferențe între tipurile de măști faciale testate. Conform literaturii de specialitate, aceste concentrații nu au un efect toxicologic, dar, cu toate acestea, concentrațiile în intervalul detectat pot provoca simptome nedorite, cum ar fi oboseală, dureri de cap și pierderea concentrării.
Un alt studiu condus de Dattel și colab. (2020) a explorat efectele măștilor faciale asupra dioxidului de carbon, ritmului cardiac, ritmului respirator și saturației de oxigen pentru piloții instructori. Studiul a prezentat rezultate cu concentrații relativ mari de dioxid de carbon (în jur de 45.000 ppm) detectate.
De asemenea, Michelle Rhee și colab. (2021) au raportat că dioxidul de carbon crește cu durata purtării măștilor, dar rămâne sub limitele pe termen scurt impuse de Institutul Național pentru Securitate și Sănătate Ocupațională.
În ultimul timp, s-a exprimat îngrijorarea cu privire la posibilitatea ca gazele din respirație să se acumuleze în mască și în timp să provoace probleme medicale legate de sistemul respirator. Ca urmare a acestor preocupări, o echipă de cercetători români, dr. fiz. Cristina Achim (Popa) împreună cu dr. fiz. Mioara Bercu și dr. fiz. Ana-Maria Bratu din grupul de cercetare „Optică şi Laseri în Ştiinţele Vieţii, Mediu şi Tehnologie” din Departamentul Laseri, Institutul Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei din Măgurele/Ilfov, au efectuat un studiu preliminar de cercetare în care s-au urmărit evoluțiile concentrațiilor de dioxid de carbon și etilenă din respirația umană înainte și după o oră de purtare a măștii chirurgicale, folosind o tehnologie sensibilă de detecție a gazelor.
Rezultatele acestui studiu au fost publicate în iunie 2022, în revista științifică Molecules (Cristina Popa și colab. 2022, doi.org/10.3390/molecules27113618).
Analiza respirației este o metodologie emergentă care, fiind nedureroasă, neinvazivă și rapidă, poate fi ideală pentru analiza gazelor din respirația purtătorilor de mască facială.
Pentru a evita interpretarea eronată a rezultatelor determinărilor de dioxid de carbon și etilenă, procedura de recoltare a respirației purtătorilor de mască facială prevede evitarea, cu cel puțin 6 ore înainte sau în orice moment în timpul recoltării probei de respirație, a alimentelor și băuturilor care pot influența calitatea respirației (ceapă, praz, ouă, usturoi, alcool și cafea). De asemenea, în ziua prelevării respirației se recomandă repaus de la exerciții fizice dimineața.
Pentru obţinerea în mod eficient a unui eşantion de respirație s-a folosit un kit conceput special pentru prelevarea aerului expirat alcătuit din pungi aluminizate multi-subiect cu volumul de 0,75 L. Pungile aluminizate sunt prevăzute cu o supapă care etanşează proba după umplerea ei şi cu un robinet care permite deschiderea ulterioară, în circuitul de conectare al pungii, la sistemul de detecţie a produșilor din respirația purtătorilor de mască, pentru transferarea conţinutului în celula de detecție. Kitul de respirație este special creat pentru a colecta aerul alveolar, care provine din plămâni, unde s-a produs schimbul normal de gaze respiratorii, ceea ce înseamnă că doar aerul pur alveolar se colectează (prelevarea fiind adecvată în cazul testelor de compuși organici volatili şi a altor gaze anorganice).
Exemplu de prelevare a probei de respirație și introducerea acesteia în sistemul de detecție
Pentru această cercetare, voluntarii au fost informați cu privire la scopul și cerințele studiului experimental înainte de a-și da acordul prin consimțămantul informat pentru a participa la această analiză a gazelor din respirație. S-au solicitat informații cu privire la vârstă, greutatea corporală, înălțimea corpului, ora și natura ultimei mese, activitatea recentă de exerciții fizice. Voluntarii selectați pentru acest studiu preliminar au fost nefumători, non-alcoolici, fără boli renale, nediabetici, fără probleme cronice de sănătate mintală sau fizică și fără niciun antibiotic administrat în ultimele 72 ore.
Respirația purtătorilor de mască facială a fost analizată pentru fiecare subiect cu 4 probe de respirație pe zi pe o perioadă de 2 luni.
Graficul de mai jos prezintă concentrația de dioxid de carbon și etilenă din respirația umană înainte și după o oră de purtare a măștii chirurgicale faciale, folosind tehnologia de detecție a gazelor prin spectroscopie laser fotoacustică.
Rezultatele înregistrate pentru nivelurile de dioxid de carbon (vezi graficul din stânga) găsite în respirație înainte de purtarea unei măști chirurgicale au fost în medie în jurul valorii de 368 ppm. Dupa purtarea măștii chirurgicale timp de o oră, s-a înregistrat o creștere a semnalului fotoacustic cu o concentrație echivalentă de dioxid de carbon de aproximativ 454 ppm. Graficul din dreapta prezintă valorile concentrațiilor de etilenă din respirație pornind de la 0,018 ppm înainte de purtarea măștii si ajungând după o oră de purtare a măștii chirurgicale la o concentrație de etilenă de aproximativ 0,027 ppm.
Concentrațiile de dioxid de carbon (stânga) și etilenă (dreapta) măsurate înainte și după o oră de purtare a măștii chirurgicale
Din determinările acestui studiu s-a stabilit că etilena a crescut cu 50% după o oră de purtare a măștii chirurgicale, în timp ce, dioxidul de carbon s-a găsit într-o concentrație mai mare cu 23% după o oră de purtare a măștii chirurgicale.
O serie de lucrări de specialitate au arătat că dioxidul de carbon crește proporțional cu purtarea măștilor faciale: Otmar Geiss (2020), a raportat o creștere a concentrației de dioxid de carbon de 725 ppm, în timp ce Dattel și colab. (2020) au detectat o concentrație de dioxid de carbon de aproximativ 45.000 ppm. Similar cu aceste raportări și Michelle Rhee și colab. (2021) au raportat că dioxidul de carbon crește, dar rămâne în același timp sub limitele impuse în securitate și sănătate în muncă.
Conform literaturii de specialitate (Permentier si colab, 2017; Otmar Geiss, 2020), dioxidul de carbon inhalat la concentrații mai mici (<10.000 ppm) nu are efecte toxicologice, în timp ce la concentrații mai mari (>50.000 ppm) provoacă dezvoltarea hipercapniei și acidozei respiratorii. O concentrație de 5000 ppm este limita de expunere la locul de muncă (cca 8 ore TWA – Total Wight Average) în majoritatea jurisdicțiilor. Expuneri la concentrații crescute de dioxid de carbon inhalat între 2 și 3% (20.000–30.000 ppm) duc la producerea de transpirație, cefalee și dispnee, in timp ce expuneri la concentrații inhalate între 4 și 5% (40.000–50.000 ppm) sunt asociate cu dispneea, creșterea tensiunii arteriale, amețeli și dureri de cap (cf. literaturii de specialitate: Schneider și Truesdale 1922; Schulte 1964; Otmar Geiss 2020). Dacă concentrațiile de dioxid de carbon inhalat sunt însă de 5% (50.000 ppm), atunci depresia mentală poate apărea în câteva ore (cf. literaturii de specialitate: Schulte, 1964; Otmar Geiss 2020).
Concentrațiile de dioxid de carbon detectate în acest studiu sunt cu mult sub aceste valori de prag și variază între 368 ppm (înainte de a purta o mască chirurgicală) și 454 ppm (după purtarea unei măști chirurgicale). Probleme de sănătate legate de dioxidul de carbon au fost observate la concentrații de peste 1000 ppm și acestea includ somnolență și pierderea atenției (Guais si colab., 2011). O parte din populația umană a fost descrisă ca fiind sensibilă la fluctuațiile de dioxid de carbon.
Ca vasodilatator, a fost discutat și efectul asupra persoanelor predispuse la dureri de cap. De exemplu, Lim si colab., în 2006, au efectuat un sondaj în rândul lucrătorilor din domeniul sănătății pentru a determina factorii de risc asociați cu dezvoltarea durerilor de cap. Aproximativ 40% dintre respondenți au asociat purtarea măștilor de față cu durerile de cap (acest studiu nu a raportat, totuși, concentrațiile de dioxid de carbon inhalat). Satish și colab. (2012), de asemenea, au sugerat în studiul lor că și concentrațiile moderat crescute de dioxid de carbon (aproximativ 2500 ppm) au potențialul de a afecta procesul decizional.
În toate aceste studii găsite în literatura internațională de specialitate, nu a fost îndreptată atenția și către evaluarea concentrației de etilenă din respirația umană la subiecții purtători de mască chirugicală. Etilena din respirație reprezintă un parametru important, aceasta fiind un produs al stresului oxidativ la oameni. Este un produs ce apare ca urmare a degradării oxidative a acizilor grași polinesaturați de către radicalii liberi, iar determinarea acesteia din aerul expirat reprezintă o analiză neinvazivă a daunelor provocate de radicalii liberi.
Originalitatea cercetării obținute de grupul din Romania este dată de evaluarea etilenei din respirație, după o oră de purtare a măștii chirurgicale faciale, folosind un sistem modificat de detecție a gazelor cu ajutorul spectroscopiei fotoacustice cu laser.
Similar cu concentrațiile de dioxid de carbon, concentrațiile de etilenă detectate în acest studiu de cercetare sunt cu mult sub valorile de prag și variază între 0,019 ppm (înainte de a purta o masca chirurgicală facială) și 0,023 ppm (la o oră după purtarea măștii chirurgicale), cu o creștere de 0,004 ppm după o oră de purtare a măștii chirurgicale.
Măștile de față sunt componente esențiale ale echipamentului personal de protecție atât pentru lucrătorii din domeniul sănătății din spitale, cât și pentru civilii publici. Măștile chirurgicale faciale sunt utile în prevenirea îmbolnăvirilor la persoanele sănătoase, dar și în prevenirea transmiterii asimptomatice, în special într-o pandemie globală. Deși utilizarea lor este acum obligatorie în multe state, din cauza pandemiei de COVID-19, acestea au fost utilizate chiar înainte de pandemia actuală în spitale și săli de operație.
Așa cum demonstrează acest studiu de cercetare, măștile chirurgicale faciale cresc atât concentrațiile de dioxid de carbon, cât și de etilenă în respirație. Deși aceste concentrații cresc, acestea rămân sub limitele impuse de Institutul Național pentru Securitate și Sănătate în Muncă.
Ca și concluzie a acestui studiu, recomandăm utilizarea maștilor de protecție împotriva COVID-19, dar este indicată și schimbarea periodică a acestora, pentru a evita acumularea gazelor din respirație în masca de protecție.
Studiul de cercetare prezentat mai sus este realizat parțial în cadrul proiectului cu titlul: „Respirația umană în lungimi de undă”, acronim HRW, având codul PN-III-P1-1.1-TE-2021-0717, nr. 82/13.05.2022, Director de proiect: Dr. Cristina Popa, încheiat între UEFISCDI şi Institutul Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei - INFLPR.
Despre dr. fiz. Cristina Popa:
Deține poziția de cercetător științific grad I (CS1) în cadrul Institutului Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației din Magurele. Are rezultate considerabile în aplicații de spectroscopie laser fotoacustică și analiza de compuși din respirație umană, aceasta fiind director de proiect în cadrul: PN-III-P1-1.1-TE-2021-0717, TE82/2022, cu titlul „Respirația umană în lungimi de undă” încheiat între UEFISCDI şi Institutul Naţional pentru Fizica Laserilor, Plasmei şi Radiaţiei -INFLPR.
Proiectul prezent, poate aduce contribuţii considerabile, prin utilizarea sistemului de laborator în cadrul grupului de cercetare „Laseri în Ştiinţele Vieţii, Mediu şi Tehnologie” LLASEM, din Departamentul Laseri, principalul obiectiv fiind cercetarea fundamentală, atât în științele fizice, cât și în științele vieții cu posibilitatea dezvoltării unui sistem cu aplicații în analiza produșilor din respiratia umana.
Institutul Național de Fizica Laserilor, Plasmei și Radiației este un institut de cercetare de nivel național stabilit prin hotărîre a Guvernului Romaniei în anul 1977 cu misiunea de a conduce cercetări fundamentale și aplicative la nivel național și internațional în domeniile fotonicii, plasmei și acceleratoarelor de electroni. INFLPR desfășoară activități de cercetare fundamentală și aplicativă în domeniul laserelor de mare putere și a materialelor fotonice, nanomaterialelor și nanotehnologiilor, elaborarea de tehnologii informaționale și dot-uri cuantice, tehnologii de acoperire în plasmă și microtomografie de raze X, biofotonică și aplicații medicale ale fotonicii.
