Estos dispositivos UV podrían mantener el aire interior libre de virus

Los dispositivos que utilizan luz ultravioleta más corta podrían mantener el aire interior libre de virus sin dañar la salud humana

El piano bar de Boston donde Edward Nardell canta canciones de cabaret sería normalmente un escenario ideal para la propagación de enfermedades transmitidas por el aire. Pero Nardell y su audiencia están protegidos de la pandemia de COVID-19 por las luces ultravioleta lejanas (UV) que había instalado para brillar desde el techo.

Far UV es una forma emergente de irradiación germicida UV (GUV), una tecnología de desinfección bien establecida y un recurso creciente en la batalla contra el virus SARS-CoV-2 y otros patógenos que pueden propagarse fácilmente a través del aire en espacios cerrados.

La seguridad del aire interior comienza con la ventilación, pero normalmente no puede terminar ahí, dice Nardell, médico e investigador sobre infecciones transmitidas por el aire en la Escuela de Salud Pública TH Chan de Harvard en Boston, Massachusetts. Los sistemas de ventilación que reemplazan el aire en una habitación rara vez son lo suficientemente potentes como para proteger completamente contra los coronavirus y otras enfermedades fáciles de contraer, explica.

Los sistemas que intentan activamente limpiar el aire de las habitaciones, como los que utilizan filtros de partículas de aire de alta eficiencia (HEPA), eliminan las partículas nocivas de forma más eficaz. Pero su instalación y funcionamiento son costosos, a menudo ruidosos y de alcance limitado: podrían ser necesarios varios dispositivos para cubrir una habitación. "Ahí es donde entra en juego el saneamiento del aire con rayos UV", dice Donald Milton, investigador de salud ambiental de la Escuela de Salud Pública de la Universidad de Maryland en College Park.

Con la luz GUV, “se pueden obtener índices muy altos de desinfección del aire con relativamente poco movimiento de aire”, dice Milton. "Y con la tecnología más nueva, tal vez ni siquiera tengas que preocuparte por el movimiento del aire, porque ahora hay longitudes de onda que son más seguras de usar y puedes usar GUV en toda la habitación". En espacios concurridos, como escuelas, hospitales y restaurantes, donde las enfermedades se pueden propagar fácilmente, GUV puede pasar desapercibido “incluso antes de que sepas que tienes un problema”, dice Milton. "Eso es realmente fundamental para mantener estas cosas bajo control".

Los sistemas GUV convencionales utilizan lámparas de vapor de mercurio, que producen luz al hacer pasar una corriente eléctrica a través de mercurio vaporizado, y son similares a las bombillas fluorescentes convencionales. Las lámparas emiten radiación en la banda UVC, con una longitud de onda de unos 254 nanómetros. La atmósfera filtra la radiación UVC, por lo que la vida en la Tierra no ha evolucionado para resistirla. La radiación inflige daño fotoquímico que destroza los ácidos nucleicos, inactivando virus y bacterias patógenos, aunque no necesariamente matándolos.

Las lámparas se utilizan ampliamente para desinfectar agua, limpiar frutas y verduras y desinfectar superficies en espacios como quirófanos. Pero debido a que esta longitud de onda puede dañar los ojos y la piel humanos, la luz de estos sistemas se mantiene alejada de las personas. Sin embargo, eso no significa que no pueda desplegarse en espacios públicos. Un enfoque inteligente desarrollado hace décadas, conocido como GUV de habitación superior, coloca las lámparas en lo alto de una habitación y aprovecha las corrientes de aire ascendentes para inactivar patógenos lejos de las personas.

La técnica funciona bien, dice William Bahnfleth, ingeniero arquitectónico de la Universidad Estatal de Pensilvania en University Park que se especializa en la calidad del aire interior. En una habitación, el aire asciende desde las personas, los equipos y la ventilación existente, pasa a través de la zona de radiación de las lámparas y luego circula de regreso al espacio ocupado.

Aunque no existen estándares universalmente aceptados y aplicados para la calidad del aire interior, los objetivos generalmente se expresan en términos de la frecuencia con la que se intercambia la cantidad de aire en una habitación por hora. La recomendación para las salas de exploración de los hospitales estadounidenses, por ejemplo, es seis cambios de aire por hora. Esto supone una lucha para los sistemas de ventilación y normalmente requiere mucha energía, afirma Bahnfleth. Mientras que un sistema GUV de habitaciones superiores puede alcanzar fácilmente el equivalente a dos o tres veces esos niveles de intercambio de aire con fines de desinfección y al mismo tiempo utiliza mucha menos energía que un sistema de ventilación. “Es prácticamente imposible que cualquier cosa que no sea un hospital o una instalación especial tenga seis cambios de aire”, afirma Nardell. "GUV es el único método que ofrece este número increíblemente alto de cambios de aire equivalentes, porque se puede desinfectar un volumen tan grande de aire a la vez".

En un estudio no publicado que aplicó varias combinaciones de ventilación, filtración, rayos UV y uso de máscaras en una variedad de edificios, incluidas oficinas, hoteles y escuelas, "la única tecnología que rutinariamente redujo los riesgos a un nivel razonablemente aceptable fue la luz UV", dice Shelly Miller, ingeniera mecánica y especialista en calidad del aire interior de la Universidad de Colorado Boulder. "Para mí, eso significa que los rayos UV son una herramienta de limpieza del aire increíblemente poderosa sobre la que simplemente estamos dejando caer la pelota".

La GUV de habitaciones superiores se adoptó ampliamente en escuelas y hospitales después de estudios1 realizados a finales de los años 1930 y 1940 dirigidos por William Wells, un biólogo entonces de la Universidad de Pensilvania en Filadelfia. Wells y sus colegas demostraron que la GUV de habitaciones superiores redujo drásticamente la propagación del sarampión en las escuelas de los suburbios de Filadelfia. Aunque la GUV de habitación superior todavía se utiliza en muchas salas de tuberculosis, su uso ha disminuido con la llegada de intervenciones más potentes, como las vacunas.

Aunque la luz UVC convencional de la GUV de la habitación superior es efectiva, está fundamentalmente limitada por la necesidad de mantenerla alejada de las personas. El aire se limpia solo cuando circula hacia la parte superior de la habitación y pasa por la luz GUV, lo que deja a los patógenos la oportunidad de saltar a un nuevo huésped. Las longitudes de onda más cortas podrían ayudar a superar esta limitación.

Esto se debe a que las longitudes de onda inferiores a 254 nm no penetran tan bien en los tejidos, afirma David Brenner, físico especializado en investigación radiológica de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York. La luz ultravioleta lejana con una longitud de onda de 222 nm no llega más allá de la capa de células muertas de la superficie de la piel o de la película de lágrimas de la superficie del ojo. Debido a que las bacterias y los virus son mucho más pequeños que esas capas, Brenner y sus colegas razonaron que la radiación ultravioleta lejana podría destruir los patógenos sin dañar la piel y los ojos. Los científicos comprobaron su hipótesis con lámparas que contienen gas cloruro de criptón, cuyas moléculas emiten radiación UVC bajo excitación eléctrica principalmente en el rango de 222 nm.

Originalmente con el objetivo de mejorar la desinfección en los quirófanos, el equipo de Columbia se dio cuenta de que la radiación ultravioleta lejana también podría reducir la transmisión viral en el aire. En un estudio de 2018, los investigadores demostraron que más del 95 % de los virus de la influenza en el aire se inactivaban cuando flotaban junto a una lámpara de luz ultravioleta lejana de baja potencia2. El grupo de Brenner ya había demostrado que las células en un modelo 3D de piel humana y en ratones básicamente no se veían afectadas por dosis tan bajas3, y otros investigadores no encontraron evidencia de daño ocular por radiación de 222 nm en ratas4.

Cuando llegó el COVID-19, los científicos de Columbia realizaron experimentos análogos con cepas de coronavirus similares al SARS-CoV-2, nuevamente con buenos resultados5. Para ampliar sus pruebas, los investigadores colaboraron con científicos del Reino Unido, incluido un grupo de la Universidad de Leeds que tenía acceso a una cámara de pruebas del tamaño de una habitación diseñada para contener patógenos.

Los experimentos del tamaño de una habitación utilizaron la bacteria Staphylococcus aureus suspendida en el aire. Este microorganismo es relativamente fácil de analizar y se espera que sea más resistente a la radiación ultravioleta que los coronavirus, afirma Ewan Eadie, físico médico de la Universidad de Dundee, Reino Unido, y autor principal de un artículo6 que describe los hallazgos del equipo. "Realmente no teníamos idea de lo que iba a suceder al final", dice.

Los resultados fueron excelentes. "Conseguimos una reducción realmente rápida del nivel de patógenos en la habitación", afirma Brenner. "Nuestros cambios de aire equivalentes por hora fueron realmente grandes, más de 100 cambios equivalentes por hora".

En cuanto a la seguridad, Brenner y sus colegas informaron en mayo que habían expuesto ratones sin pelo a la radiación durante 66 semanas sin detectar ningún cáncer de piel7. Su próxima investigación se centrará en el riesgo para los ojos e investigará más a fondo los mecanismos por los que la radiación de 222 nm daña a los patógenos.

A pesar de las prometedoras pruebas de laboratorio de desinfección con luz ultravioleta lejana, existen dudas sobre qué tan bien se traducirá la tecnología en espacios públicos interiores concurridos, como hospitales, escuelas y restaurantes. "Los laboratorios tienen condiciones de limpieza bastante estériles", dice Eadie. "Me gustaría ver algunos datos del mundo real".

Un ensayo clínico en el mundo real que ya se está llevando a cabo en Nueva Escocia, Canadá, está examinando el uso de luz ultravioleta lejana en residencias de ancianos, donde es difícil prevenir la propagación de enfermedades transmitidas por el aire. El estudio controlado rastreará la incidencia de COVID-19 y otras infecciones virales respiratorias entre 200 residentes, la mitad de los cuales utilizará áreas comunes equipadas con lámparas de luz ultravioleta lejana. La otra mitad tendrá luces placebo, idénticas en apariencia pero sin salida de luz ultravioleta lejana. La prueba comenzó en octubre de 2021 y se esperan los resultados a principios de 2023.

Mientras tanto, Nardell ha comenzado a utilizar un centro de investigación de infecciones transmitidas por el aire en Emalahleni, Sudáfrica, para estudiar el COVID-19. Originalmente diseñada para analizar la infección por tuberculosis, la instalación incluye una sala de tres camas, cuyo aire se transfiere a salas de exposición que albergan animales que enferman fácilmente con la enfermedad en estudio (en este caso, hámsteres). "Los hámsteres son el animal experimental elegido para la COVID", dice Nardell. La instalación probará la eficacia de la radiación ultravioleta lejana en comparación con los sistemas GUV de las habitaciones superiores, monitoreando a los hámsteres en busca de signos de enfermedad.

Pero las empresas no están esperando a que lleguen investigaciones revisadas por pares. Ya hay lámparas de luz ultravioleta lejana en el mercado y se están instalando en todo el mundo, no solo en edificios, sino también en autobuses y otros puntos críticos de infección. Algunos dispositivos incluso se comercializan para uso doméstico, aunque Brenner advierte a los consumidores que procedan con precaución: un aparato que emita longitudes de onda incorrectas puede causar daños.

Aunque los costos de las luminarias varían ampliamente, Nardell dice que 2.000 dólares estadounidenses es un precio de venta aproximado para una lámpara instalada por especialistas, y las lámparas tienen una vida útil esperada de alrededor de 15 meses si funcionan continuamente. Existe la esperanza de que las lámparas de UV lejano basadas en diodos emisores de luz (LED) eventualmente proporcionen alternativas más baratas y de mayor duración a las lámparas de gas que se utilizan actualmente, pero los prototipos de lámparas LED de UV lejano actualmente están restringidos a niveles de potencia imprácticamente bajos. dice Eadie.

Mientras tanto, Nardell dice que en el piano bar donde actúa, las lámparas ultravioleta lejanas proporcionan el equivalente a 35 intercambios de aire por hora, lo que probablemente lo convierte en uno de los lugares más seguros para cantar del planeta. Cuando invitó a Brenner y a sus colegas al bar, disfrutaron de una velada de cabaret sin máscaras, con la esperanza de estar protegidos por la luz invisible que brillaba sobre ellos. “Estaba bastante nervioso y me hice muchas pruebas de COVID durante la semana siguiente, pero estaba bien”, dice Brenner.

Este artículo es parte de Nature Outlook: Pandemic Preparedness, un suplemento editorial independiente elaborado con el apoyo financiero de terceros. Sobre este contenido.

Reed, representante de salud pública de NG.125, 15-27 (2010).

Welch, D. y col. Ciencia. Reps.8, 2752 (2018).

Buonanno, M. et al. Radiación. Res.187, 493–501 (2017).

Kaidzu, S. y col. Radical libre. Res.53, 611–617 (2019).

Buonanno, M., Welch, D., Shuryak, I. y Brenner, DJ Sci. Rep.10, 10285 (2020).

Eadie, E. y col. Saber Reps.12, 4373 (2022).

Welch, D. y col. Fotoquímica. Fotobiol. https://doi.org/10.1111/php.13656 (2022).

Eric Bender es un escritor científico independiente en Newton, Massachusetts, y actualmente trabaja en un libro sobre el puerto de Boston. Siga a Eric Bender en Twitter

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